Kolektory 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. Zimno, krótkie dni, duże zachmurzenie, śnieg i szron – to czynniki z którymi musi się zmierzyć kolektor słoneczny. Który kolektor lepiej sobie poradzi: płaski czy próżniowy? 


    Skoro kolektory służą do podgrzewania wody użytkowej, dobrze by było, żeby same nie oddawały ciepła do otoczenia, szczególnie w mroźne zimowe dni i noce. Ale żeby coś nie oddawało ciepła do otoczenia to musi 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. Kolektor próżniowy zbudowany jest tak, gdzie absorber promieniowania umieszczono w rurach szklanych w środku których panuje próżnia (głębokie podciśnienie 0,01-0,001 Pa). Można powiedzieć, że absorber umieszczono w termosie. Jest więc bardzo dobra izolacja i kolektory próżniowe charakteryzują się stratami ciepła oddawanymi do otoczenia ograniczonymi do minimum (dlatego funkcja urlopowa w kolektorach próżniowych jest ograniczona). W tej kategorii zwycięża kolektor próżniowy, ale jak się okaże niżej, ta sama cecha wykazana jako zaleta może jednocześnie być też wadą.

    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. Po pierwsze – śnieg nie jest zazwyczaj tak sypki jak np. piasek, po drugie - 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 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.