Kolektor słoneczny - płaski czy próżniowy? Który się bardziej opłaca?

Mówiąc w skrócie, kolektory słoneczne to urządzenia, które pozwalają przekształcać energię promieniowania słonecznego w tę wykorzystywaną w domu, np. do ogrzewania wody do mycia. Ogólna zasada działania kolektorów jest taka sama: ciepło promieni słonecznych pochłaniane jest przez absorber i przekazywane do rurek, przez które przepływa czynnik grzewczy (zwykle glikol). Nagrzana ciecz jest następnie transportowana do dalszej części instalacji solarnej. Kolektory słoneczne różnią się natomiast budową, która decyduje o ich funkcjonalności. Ma to kluczowe znaczenie przy wyborze typu urządzenia. Wyróżniamy dwa podstawowe rodzaje kolektorów: płaskie i próżniowe (próżniowo-rurowe).

Kolektor płaski ma kształt prostokątnej, płaskiej (stąd nazwa urządzenia) skrzynki, której wierzch stanowi szklana osłona o bardzo wysokiej przepuszczalności promieni słonecznych i dużej odporności na uszkodzenia mechaniczne. Pod szkłem znajduje się absorber – ciemna płyta zbudowana z miedzi, mosiądzu lub aluminium. Świetnie pochłania ona promieniowanie słoneczne i emituje małe ilości ciepła. Do absorbera przylegają (zwykle miedziane) rury, przez które przepływa glikol odbierający ciepło z absorbera. Dno i boczne ścianki kolektora wypełnia przeważnie izolacja wykonana np. z wełny mineralnej, która zapobiega utracie ciepła. Całość otoczona jest obudową chroniącą urządzenie przed wpływem czynników zewnętrznych.

Kolektor próżniowy zbudowany jest z kolei z ułożonych równolegle rur szklanych, w których znajduje się absorber pochłaniający z otoczenia ciepło słoneczne. Jego utracie zapobiega próżnia, najlepszy znany izolator, wytworzona wokół absorbera. Przyjęte ciepło dostarczane jest (umieszczonymi wewnątrz rur szklanych) miedzianymi rurkami lub ciepłowodami do kanału zbiorczego, czyli specjalnej, izolowanej skrzynki. Stamtąd glikol transportuje je do instalacji. Istotnymi elementami kolektora jest również obudowa zabezpieczająca go przed czynnikami zewnętrznymi oraz rama montażowa. Niektóre modele wyposażone są ponadto w lustro paraboliczne, które odbija promienie słoneczne w stronę absorbera.

- Budowa kolektorów ma znaczenie dla ich działania i wydajności. Płaskie najlepiej sprawdzają się w okresach o największym promieniowaniu, czyli mniej więcej od marca do końca września – mówi Andrzej Karpiński, kierownik działu kogeneracji i doradca techniczny w firmie Wolf Technika Grzewcza.

Duża efektywność kolektorów płaskich w tych miesiącach wynika z wysokiej sprawności optycznej – parametr ten określa, jak wiele energii słonecznej docierającej do urządzenia jest zamieniane na ciepło. Kolektory próżniowe w tym okresie również sprawdzają się całkiem nieźle, a ich działanie można rozszerzyć o miesiące wiosenno-letnie i letnio-jesienne. Umożliwia to właśnie budowa kolektorów próżniowych, która powoduje, że tracą one o wiele mniej ciepła od płaskich. Jest to o tyle ważne, że im większa różnica między temperaturą absorbera a otoczeniem, tym sprawność kolektorów maleje. Gdy więc na dworze zimno, a nasłonecznienie małe, kolektory próżniowe będą pracować o wiele wydajniej niż płaskie, które – zwraca uwagę ekspert – w okresie zwiększonej wietrzności albo chłodu oddają ciepło zyskane z promieniowania słonecznego.

Konstrukcja kolektorów próżniowych nie jest pozbawiona wad. Ponieważ wykorzystana w nich próżnia zapobiega oddawaniu nadmiaru ciepła do otoczenia, w lecie może dochodzić do przegrzewania instalacji solarnej, co grozi jej uszkodzeniem. Dzieje się tak np. wtedy, kiedy zainstalowano kolektory o zbyt dużej – w stosunku do potrzeb – powierzchni pochłaniającej energię słoneczną czy choćby z powodu długotrwałego braku prądu. Kolektorów płaskich problem przegrzewania dotyczy w mniejszym stopniu. Wszystko zależy jednak od właściwego doboru pojemności podgrzewanego zbiornika wody do powierzchni zastosowanych urządzeń.

O efektywności kolektora nie decyduje wyłącznie jego typ. Znaczenie ma również powierzchnia apertury, czyli tych części kolektora, które odbierają promienie słoneczne. W kolektorach płaskich jest ona zwykle większa, może się więc zdarzyć, że kolektor płaski – chociaż mniej sprawny – dzięki większej powierzchni apertury będzie odbierał z otoczenia więcej ciepła niż próżniowy i pracował lepiej. Podobnie kilka kolektorów płaskich będzie zazwyczaj wydajniejszych od jednego próżniowego.

Warto jednak pamiętać, żeby nie kierować się wyłącznie rozmiarem urządzenia. Powierzchnia apertury nie jest bowiem tym samym co powierzchnia całkowita kolektora – nie wszystkie części urządzenia przyjmują z otoczenia energię. Uważa się, że w instalacjach wykorzystywanych do ogrzewania wody użytkowej w domach jednorodzinnych zamieszkiwanych przez trzy, cztery osoby łączna powierzchnia apertury powinna wynosić ok. 3 m2 w przypadku kolektorów próżniowych, a ok. 4-4,5 m2 w przypadku kolektorów płaskich.

Jeśli chodzi o gabaryty, kolektory płaskie są z reguły większe niż próżniowe. Wpływa to korzystnie na ich wydajność, ale utrudnia montaż i naprawę. Kolektory próżniowe łatwo za to zainstalować, a w przypadku uszkodzenia którejś z rur można ją bez problemu wymienić i nie powoduje to konieczności wyłączania całego urządzenia – jest ono w stanie przez cały czas pracować. Jeśli uszkodzeniu uległby natomiast kolektor płaski, w celu naprawy trzeba by go zdemontować. Nie zdarza się to jednak często.

Kolektory płaskie są zdecydowanie trwalsze od próżniowych. Szyba, przez którą przenika promieniowanie słoneczne, zazwyczaj jest hartowana. Miewa nawet 3,5-4 mm grubości. Dzięki temu nie zdewastuje ich gradobicie czy kamień niefortunnie wystrzelony spod opony.

Przy wyborze urządzenia należy wziąć pod uwagę także cenę. Zestawy dostępne na rynku kosztują od tysiąca do nawet kilkunastu tysięcy złotych, przy czym kolektory próżniowe będą mniej więcej dwukrotnie droższe od płaskich o tej samej powierzchni absorbera netto. Różnice cenowe niekoniecznie przekładają się jednak na różnice w wydajności. Oczywiście w przypadku kolektorów próżniowych jest ona z reguły wyższa, ale nie aż dwukrotnie. Średnio w skali roku są one wydajniejsze o mniej więcej 30 proc. Problem w tym, że swą przewagę nad kolektorami płaskimi uzyskują głównie w okresach przejściowych (latem jest na odwrót), przy niskiej temperaturze powietrza i dużym zachmurzeniu. Ponieważ jednak w takich warunkach promieni słonecznych i tak dociera do absorbera mało, a dni są stosunkowo krótkie, przewaga jakościowa w niewielkim stopniu przekłada się na zyski ciepła dla domu. Przy porównaniu stosunku ceny urządzenia do jego wydajności kolektory płaskie wygrywają więc z próżniowymi. Pozyskiwane z nich ciepło jest
tańsze.

Kryterium cenowe nie powinno być decydujące. Nabiera ono większego znaczenia, jeżeli zdecydowałeś się na dany rodzaj kolektora i zastanawiasz się wyłącznie nad konkretnym modelem. Ale wcześniej należy odpowiedzieć sobie na zasadnicze pytania: do czego urządzenie będzie ci potrzebne i przez ile miesięcy rocznie zamierzasz korzystać z jego pracy?

Podstawowym zastosowaniem kolektorów jest ogrzewanie wody użytkowej – pozwalają one zmniejszyć koszty z tym związane nawet o 50-60 proc. W naszych warunkach klimatycznych instalacja solarna jedynie w miesiącach letnich, przy dobrym nasłonecznieniu, jest w stanie wytworzyć ciepło zapewniające 100 proc. zapotrzebowania na wodę użytkową. Przez dużą część roku, przede wszystkim w zimie, energii słonecznej trafia jednak zbyt mało, aby kolektory mogły podgrzać wodę w zbiorniku do temperatury umożliwiającej kąpiel. W skali całego roku instalacja solarna wytwarza zaledwie ok. 50-70 proc. ciepła wymaganego do ogrzania wody.

Jeśli chcesz, żeby kolektor pozwolił oszczędzać na ogrzewaniu wody użytkowej przez cały rok, ale przede wszystkim w miesiącach jesienno-zimowych, a przy okazji wspomógł centralne ogrzewanie, lepszym rozwiązaniem będzie zakup próżniowego. Sprawdzi się on wiosną oraz latem i poradzi sobie lepiej od kolektora płaskiego w okresie jesienno-zimowym, a więc wtedy, kiedy zapotrzebowanie na energię jest największe. Pewnym problemem mogą być tylko osadzające się na rurach szron i śnieg, utrudniające lub nawet uniemożliwiające pracę urządzenia. Ponieważ kolektory próżniowe oddają znikome ilości ciepła do otoczenia, rozmarzają powoli. Znacznie lepiej radzą sobie z tym kolektory płaskie. Jeśli chcesz, aby instalacja solarna wspomagała centralne ogrzewanie, konieczne będzie zastosowanie większej liczby kolektorów próżniowych.

Dom musi ponadto oddawać do otoczenia małe ilości ciepła, powinno być w nim stosowane ogrzewanie niskotemperaturowe, a latem trzeba sobie jakoś poradzić z nadwyżkami ciepła, które mogą powodować przegrzewanie. W przeciwnym razie korzyści wynikające z wykorzystania kolektorów próżniowych będą minimalne – inwestycja się nie opłaci.

Kolektor płaski jest z kolei dobrym rozwiązaniem do instalacji, które mają jedynie służyć do ogrzewania wody użytkowej. Nada się do tego zwłaszcza w lecie – będzie wtedy bardziej efektywny od próżniowego. Podczas pochmurnych, zimnych dni straci jednak na wydajności i prawdopodobnie będzie miał problemy z podgrzaniem wody do odpowiedniej temperatury. Co więcej, w zimie na jego powierzchni może osadzić się gęsty śnieg – zwłaszcza jeśli kolektor jest pochylony do płaszczyzny poziomej pod niewielkim kątem, mniejszym niż 30° – który utrudni odbiór promieni słonecznych i sprawi, że urządzenie przestanie na jakiś czas efektywnie działać. Na szczęście stosunkowo łatwo je odśnieżyć. Kolektor płaski nie przyda się również, jeśli chcesz wspomóc centralne ogrzewanie, którego potrzeba przede wszystkim w miesiącach jesiennych i zimowych. Jest on za to bardzo dobrym wyborem przy instalacjach sezonowych.

Który kolektor opłaca się zatem bardziej? Odpowiedź na to pytanie nie jest wcale taka prosta. Jak już wspomniano, zależy to głównie od tego, do czego urządzenie będzie potrzebne. - W naszych warunkach klimatycznych, jeżeli zamierzamy korzystać tylko i wyłącznie sezonowo z ciepłej wody użytkowej, wystarczające są kolektory płaskie – twierdzi Andrzej Karpiński.

O tym, że wykorzystywanie energii słonecznej jest opłacalne finansowo, nie trzeba nikogo przekonywać. - Zwrot kosztów przeznaczonych na instalację solarną powinien nastąpić po kilku-kilkunastu latach – zależy to przede wszystkim od ilości zużywanej ciepłej wody, rodzaju podstawowego źródła ciepła w domu oraz przeznaczenia kolektora. Inwestycja opłaci się wszędzie tam, gdzie liczysz się ze sporym zużyciem ciepłej wody użytkowej. Osobom mieszkającym we dwójkę rzeczywiście się to nie opłaca, jeżeli jednak masz trzy dorastające córki, które będą się kąpać codziennie, kolektory mają sens – uważa ekspert.