Kolektor słoneczne zimą

Kolektory słoneczne służą do podgrzewania wody użytkowej energią pozyskaną z promieni słonecznych. Zima jest porą roku, która w polskich warunkach nie sprzyja pracy kolektorów, ze względu na niskie temperatury, krótkie dni, duże zachmurzenie, śnieg i szron. Który kolektor lepiej sobie poradzi w warunkach zimowych: płaski czy próżniowy?

Który rodzaj kolektorów lepiej sprawdza się zimą?

Aby kolektory nie oddawały ciepła do otoczenia w mroźne zimowe dni i noce, urządzenia te muszą posiadać dobrą izolację cieplną. W kolektorach płaskich absorber, czyli element przetwarzający promieniowanie słoneczne na ciepło, odizolowany jest od otoczenia praktycznie tylko szybą solarną. To wynika z budowy kolektora. Jego izolacja jest zatem znikoma.

W kolektorach próżniowych absorber promieniowania umieszczony jest natomiast w rurach szklanych, w środku których panuje próżnia (głębokie podciśnienie 0,01-0,001 Pa). Można więc powiedzieć, że absorber umieszczono w swego rodzaju termosie. Jest więc bardzo dobrze wyizolowany, co gwarantuje minimalne straty ciepła. W tej kategorii zwycięża więc kolektor próżniowy, jednak posiada on również swoje wady.

Utrudnienia, które spotykają kolektory zimą

Kolektory słoneczne w okresie zimowym narażone są też na zaleganie śniegu i tworzenie się szronu. Choć samo obciążenie śniegiem, nie stanowi dla szkła solarnego zagrożenia, to jednak śnieg i szron ogranicza w znacznym stopniu dotarcie promieni słonecznych do absorbera. Niektóre argumenty przemawiające za wyższością kolektorów próżniowych wskazują na brak zalegania śniegu, wskutek jego „przesypywania się” pomiędzy rurami próżniowymi. Niestety, śnieg nie jest zazwyczaj tak sypki, jak np. piasek, a na powierzchni szyby kolektora pojawia się przeważnie lód i szron, który skutecznie zatrzymuje śnieg na chropowatej wówczas powierzchni.

W wielu krajach, gdzie kolektory słoneczne lub ogniwa fotowoltaiczne instalowane są w strefach zwiększonych opadów śniegu, z góry zakłada się, że należy mieć dostęp do ich odśnieżania. W Polsce takich praktyk nie stosuje się powszechnie. Można przyjąć, że warstwa 10 cm śniegu zmniejsza przenikanie promieniowania słonecznego do ok. 5% (źródło: Field investigations of apparent optical properties of ice cover in Finnish and Estonian lakes in winter 2009). Sam szron, w zależności od grubości, zmniejsza możliwość przenikania promieniowania słonecznego o około 30 do 50% (źródło: solartirol.at). Żeby śnieg i szron stopiły się z powierzchni szkła solarnego, potrzebna jest odpowiednia dawka ciepła.

Odrobina promieni słonecznych docierających do absorbera powoduje wzrost jego temperatury. Kolektor próżniowy, jak już wiemy, bardzo dobrze izoluje absorber od otoczenia. W tym przypadku ciepło z rozgrzanego absorbera nie dotrze do zewnętrznej powierzchni szklanej rury kolektora i szron pozostaje. Kolektor płaski nie ma dobrej izolacji i ciepło z absorbera dociera do powierzchni szkła solarnego, powodując topienie szronu i zsuwanie śniegu. Kolektor może więc pracować. To samo zjawisko zachodzi, jeśli ręcznie uruchomimy pompę solarną lub włączymy funkcję ochrony przed zamarzaniem, wymuszając obieg czynnika grzewczego w instalacji. Ciepło z zasobnika na wodę dociera do absorbera i w kolektorze płaskim topi szron czy śnieg z powierzchni, a w kolektorze próżniowym nie.

Kolektory próżniowe najczęściej nie są w stanie „oczyścić” swojej powierzchni, często nawet przy dość sprzyjających warunkach. Dopiero temperatura w okolicy 0°C powoduje topnienie szronu. Potwierdzają to badania przeprowadzone przecz firmę Hewalex, dotyczące oszronienia kolektorów. W podobnych warunkach atmosferycznych, przy temperaturze zewnętrznej -10°C, kolektory próżniowe pozostawały pokryte szronem przez cały dzień, podczas gdy kolektory płaskie były całkowicie lub niemal całkowicie wolne od szronu.

Kolektory słoneczne płaskie nie bez powodu są znacznie częściej wybierane przez klientów o rozwiniętym rynku energetyki słonecznej (Niemcy, Austria, Szwajcaria, itp.). W Polsce często argumenty marketingowe bez pokrycia, wskazywały na wyższość kolektorów próżniowych pod każdym względem.