Kolektory słoneczne kojarzą się głównie z bezchmurnym niebem i intensywnym słońcem. Nie oznacza to jednak, że po pojawieniu się chmur instalacja całkowicie przestaje wytwarzać ciepło. Do powierzchni absorbera nadal dociera promieniowanie rozproszone, które może zostać wykorzystane do podgrzewania czynnika roboczego.
Odpowiedź na pytanie, czy kolektory słoneczne działają w pochmurne dni, brzmi: tak, ale ich wydajność jest wówczas niższa niż podczas słonecznej pogody. Rzeczywisty uzysk zależy między innymi od grubości chmur, pory roku, temperatury otoczenia, rodzaju kolektorów oraz temperatury wody znajdującej się w zasobniku.
Najważniejsze informacje z artykułu
- Kolektory wykorzystują zarówno promieniowanie bezpośrednie, jak i rozproszone.
- Lekkie zachmurzenie ogranicza uzysk znacznie mniej niż gęsta, niska warstwa chmur.
- Instalacja może pracować, nawet jeśli nie jest w stanie samodzielnie podgrzać wody do wymaganej temperatury.
- Kolektory próżniowe ograniczają straty ciepła skuteczniej niż płaskie, zwłaszcza przy niskiej temperaturze otoczenia.
- Podczas kilku pochmurnych dni ciepłą wodę zapewnia grzałka elektryczna, kocioł lub inne źródło wspomagające.
Skąd kolektor pobiera energię, jeżeli słońca nie widać?
Promienie słoneczne nie znikają całkowicie po zasłonięciu nieba przez chmury. Część energii zostaje rozproszona w atmosferze i nadal dociera do powierzchni kolektora.
W słoneczny dzień absorber odbiera przede wszystkim silne promieniowanie bezpośrednie. Przy zachmurzeniu większego znaczenia nabiera promieniowanie rozproszone, docierające z różnych kierunków. Udział obu rodzajów promieniowania zmienia się zależnie od pokrywy chmur, wilgotności i zawartości cząstek w atmosferze.
Nie każda pochmurna pogoda oznacza więc takie same warunki. Przez cienkie, wysokie chmury może przenikać stosunkowo dużo energii. Przy ciężkich chmurach deszczowych ilość promieniowania spada zdecydowanie mocniej, dlatego temperatura czynnika roboczego rośnie powoli albo pozostaje zbyt niska, aby uruchomić obieg.
Czy w pochmurny dzień kolektory podgrzeją wodę do pełnej temperatury?
Mogą podnieść temperaturę wody, ale nie zawsze zapewnią samodzielnie wymagane 45–55°C. Czasami ich udział ograniczy się do wstępnego podgrzania wody przed uruchomieniem dodatkowego źródła ciepła.
Jeżeli woda wpływająca do zasobnika ma 10°C, a kolektory podniosą jej temperaturę do 25°C, instalacja nadal wykonuje użyteczną pracę. Kocioł lub grzałka muszą uzupełnić tylko brakujące 20–30°C, zamiast ogrzewać wodę od temperatury początkowej. Ogranicza to zużycie gazu, prądu albo innego paliwa, mimo że energia słoneczna nie pokryła całego zapotrzebowania.
Znaczenie ma również aktualna temperatura zasobnika. Łatwiej przekazać ciepło do chłodnej wody niż do zbiornika, w którym znajduje się już woda o temperaturze 50°C. Dlatego instalacja może rano rozpocząć pracę przy słabszym nasłonecznieniu, a później ją przerwać, gdy różnica temperatur stanie się zbyt mała.
Czy kolektory słoneczne działają w pochmurne dni - kiedy sterownik zatrzyma pompę obiegową mimo obecności promieniowania?
Pompa nie powinna pracować przez cały dzień bez względu na warunki. Sterownik uruchamia ją dopiero wtedy, gdy temperatura kolektora jest odpowiednio wyższa od temperatury w dolnej części zasobnika.
Takie rozwiązanie chroni zgromadzone ciepło. Gdyby chłodniejszy płyn krążył przez instalację podczas bardzo słabego nasłonecznienia, mógłby odbierać energię z zasobnika i oddawać ją na zewnątrz. Wartości wymaganej różnicy temperatur zależą od ustawień regulatora i konstrukcji systemu, dlatego nie należy przyjmować jednej liczby dla wszystkich instalacji.
Zatrzymanie pompy nie świadczy zatem o awarii. Oznacza jedynie, że w danym momencie kolektor nie osiągnął temperatury pozwalającej efektywnie przekazywać ciepło do wody.
Czy kolektory próżniowe lepiej radzą sobie przy zachmurzeniu?
Kolektory próżniowe mają mniejsze straty cieplne, dlatego mogą zachowywać korzystniejsze parametry podczas chłodnej i wietrznej pogody. Nie oznacza to jednak, że wytworzą dużo ciepła bez odpowiedniej ilości promieniowania.
Próżnia wokół absorbera działa jak izolacja. Ogranicza ucieczkę zgromadzonej energii do otoczenia, co ma szczególne znaczenie zimą oraz wtedy, gdy różnica między temperaturą kolektora a temperaturą powietrza jest duża. Kolektory płaskie także odbierają promieniowanie rozproszone, lecz przy wysokiej temperaturze roboczej mogą szybciej tracić ciepło.
O wyborze technologii nie należy decydować wyłącznie na podstawie obietnicy pracy przy zachmurzeniu. Trzeba uwzględnić roczne zapotrzebowanie na ciepłą wodę, przeznaczenie instalacji, powierzchnię montażową, temperaturę pracy i koszt całego systemu.
Czy kolektory słoneczne działają w pochmurne dni - jak pora roku wpływa na pracę instalacji pod chmurami?
Zachmurzenie latem zwykle jest mniej dotkliwe dla uzysku niż podobna pogoda zimą. Latem dni są dłuższe, słońce znajduje się wyżej, a temperatura otoczenia ogranicza straty ciepła.
Zimą jednocześnie występują trzy niekorzystne czynniki: krótszy dzień, niższe położenie słońca oraz chłodne powietrze. Nawet poprawnie dobrany kolektor może wtedy dostarczać niewielką ilość energii, zwłaszcza przy wielodniowym, gęstym zachmurzeniu. Dodatkowym problemem bywają śnieg, szron i zabrudzenia ograniczające dostęp promieniowania do absorbera.
Z tego powodu opłacalności instalacji nie ocenia się na podstawie pojedynczego grudniowego dnia. Liczy się uzysk w całym roku, ze szczególnym uwzględnieniem wiosny, lata i wczesnej jesieni, gdy kolektory mogą pokrywać znaczną część zapotrzebowania na ciepłą wodę.
Co dzieje się po kilku dniach bez wyraźnego słońca?
Temperatura w zasobniku stopniowo spada w miarę zużywania ciepłej wody. Jeżeli uzysk słoneczny jest zbyt mały, automatycznie włącza się drugie źródło ciepła.
Może nim być kocioł gazowy, pompa ciepła, grzałka elektryczna albo kocioł na paliwo stałe. Instalacja solarna podgrzewa wodę w takim zakresie, na jaki pozwalają warunki, a system wspomagający uzupełnia brakującą energię. Dzięki temu użytkownik nie musi obserwować prognozy pogody ani ręcznie przełączać urządzeń.
Budowanie bardzo dużego zasobnika wyłącznie po to, aby zgromadzić ciepło na kilka kolejnych pochmurnych dni, zazwyczaj nie jest ekonomicznie uzasadnione.
Od czego zależy rzeczywisty uzysk podczas zachmurzenia?
Najważniejsza jest ilość promieniowania docierającego do powierzchni kolektora. Na efekt wpływają jednak również parametry techniczne i sposób wykonania instalacji.
Znaczenie mają przede wszystkim:
- rodzaj i grubość zachmurzenia,
- powierzchnia oraz sprawność kolektorów,
- ustawienie względem stron świata i kąt nachylenia,
- temperatura powietrza oraz siła wiatru,
- temperatura wody w zasobniku,
- stan izolacji przewodów i czystość powierzchni kolektora.
Niewłaściwa orientacja, zacienienie przez komin albo drzewa i źle zaizolowane rury mogą ograniczyć uzysk także w słoneczne dni. Zanim słabsze działanie zostanie przypisane pogodzie, warto sprawdzić wskazania sterownika, temperaturę na zasilaniu i powrocie oraz poprawność pracy pompy.
Jak ocenić, czy kolektory pracują prawidłowo w pochmurny dzień?
Najprościej porównać temperaturę kolektora z temperaturą dolnej części zasobnika. Jeżeli różnica jest wystarczająca, sterownik powinien uruchomić obieg i przekazywać ciepło do wody.
Pojedynczy chłodny, pochmurny dzień nie pozwala wiarygodnie ocenić sprawności systemu. Lepszy obraz dają dane z kilku tygodni: czas pracy pompy, temperatury zasobnika oraz zużycie energii przez źródło dodatkowe. Jeżeli pompa nie uruchamia się również przy dobrym nasłonecznieniu, przyczyną może być zapowietrzenie instalacji, nieprawidłowe ciśnienie, uszkodzony czujnik albo problem z przepływem.
Warto wiedzieć: podczas oceny pracy kolektorów nie należy porównywać ich z panelami fotowoltaicznymi. Kolektor zamienia promieniowanie w ciepło, natomiast moduł fotowoltaiczny produkuje energię elektryczną. Obie technologie reagują na zachmurzenie, ale mają inną budowę, sposób sterowania i zastosowanie.
Najczęściej zadawane pytania o działanie kolektorów słonecznych w pochmurne dni
Czy kolektor słoneczny pracuje podczas deszczu?
Tak, jeżeli przez chmury dociera wystarczająco dużo promieniowania, a absorber osiągnie temperaturę wyższą od wody w zasobniku. Podczas intensywnego deszczu uzysk jest jednak zazwyczaj niewielki i sterownik może zatrzymać pompę.
Czy zachmurzenie może całkowicie zatrzymać ogrzewanie wody?
Tak, szczególnie przy bardzo gęstych chmurach, niskiej temperaturze otoczenia i ciepłej wodzie znajdującej się już w zasobniku. W takiej sytuacji wymagany poziom temperatury zapewnia źródło wspomagające.
Czy kolektory słoneczne działają zimą?
Tak, lecz ich zimowy uzysk jest znacznie mniejszy niż latem. Przy słonecznej pogodzie mogą wstępnie podgrzewać wodę, natomiast podczas zachmurzenia, opadów śniegu lub silnego mrozu ich udział często pozostaje ograniczony.
Czy większa liczba kolektorów rozwiąże problem pochmurnych dni?
Większa powierzchnia może zwiększyć uzysk przy słabszym nasłonecznieniu, ale jednocześnie podnosi koszt instalacji i ryzyko nadprodukcji ciepła latem. Wielkość pola kolektorów powinna wynikać z obliczeń zapotrzebowania, pojemności zasobnika i warunków montażowych.
Czy podczas pochmurnej pogody trzeba ręcznie włączać kocioł?
Nie, prawidłowo skonfigurowany system automatycznie kontroluje temperaturę w zasobniku i uruchamia dodatkowe źródło ciepła, gdy energia z kolektorów jest niewystarczająca. Użytkownik otrzymuje ciepłą wodę niezależnie od chwilowych zmian pogody.