Bezpośrednie wykorzystanie energii słonecznej

Jeśli chce się energię pozyskiwać bezpośrednio za pomocą kolektorów słonecznych, to trzeba pogodzić się z myślą, że Słońce czasem nie daje tyle ciepła ile potrzeba, a czasem (w nocy) nie daje go wcale. Czyli nie można w ten sposób zapewnić ciągłości ogrzewania. Pewnym rozwiązaniem są zasobniki z wodą, w których to ciepło może być gromadzone. Nie jest to jednak sposób doskonały bo nie da się zgromadzić tyle energii, aby w całości pokryć potrzeby choćby tylko w zakresie ciepłej wody użytkowej, nie mówiąc już o ogrzewaniu pomieszczeń. Mimo to, kolektory słoneczne zyskują coraz więcej  zwolenników. Faktem jest przecież, że chociaż z przerwami to jednak energia od Słońca jest pobierana przez kolektory prawie za darmo. Jednak w naszej szerokości geograficznej kolektory słoneczne będą stanowić tylko rozwiązanie uzupełniające.

W Polsce gdzie przyszło nam mieszkać, Słońce dostarcza około 1000 watów mocy cieplnej na każdy metr kwadratowy napromieniowanej powierzchni. Niezależnie od swej jakości kolektor może pobrać tylko część ciepła. Czasem więcej, czasem mniej, ale nigdy wszystko. Wynika to z faktu, że nagrzany przez Słońce kolektor tym więcej traci ciepła do otoczenia, im jego temperatura jest wyższa od temperatury otaczającego go powietrza. W piękny słoneczny dzień kolektor może z łatwością nagrzać się do temperatury +100°C. Lecz jeśli rzecz się dzieje na przykład zimą, gdy temperatura powietrza wynosi 0°C, różnica temperatur kolektor-otoczenie wyniesie 100 stopni (lub, jak kto woli 100 K) i zgodnie z podanym wykresem sprawność absorpcji spadnie do 30% dla zwykłego kolektora płaskiego, natomiast dla najlepszego próżniowego wyniesie ona 45%.

Tłumacząc procenty na moce, otrzymamy odpowiednio z dostarczanych w piękny słoneczny dzień 1000 W w pierwszym przypadku 300 W, a w drugim 450 W. Nie znaczy to, że reszta ciepła zostanie w całości wykorzystana. Po drodze jeszcze się traci około 7 do 10 % tytułem strat na przesyłanie. Ale ta reszta, która po wszystkich stratach dotrze do zasobnika też jest warta wykorzystania. Pogoda jest kapryśna, liczba dni słonecznych w roku jest zmienna, toteż trudno byłoby podać dokładną formułę na ilość dostępnej energii. Najlepiej posłużyć się statystyką, według której najlepsze i najsprawniejsze kolektory słoneczne są w stanie dostarczyć rocznie z każdego metra kwadratowego powierzchni czynnej około 450 kWh energii. Więcej uzyskać w żaden sposób się nie da, bowiem granica wyznaczona jest przez prawa fizyki i pogodę panującą w naszej strefie klimatycznej.

Kolektor słoneczny jest dobrym uzupełnieniem instalacji z pompą ciepła. Szczególnie wtedy, gdy w budynku zastosowano niskotemperaturowe ogrzewania podłogowe. Kolektor słoneczny w okresach gdy jego temperatura jest zbyt niska, aby podgrzewać wodę użytkową, może wspomagać obwód grzewczy, przyczyniając się znacznie do dalszej redukcji kosztów ogrzewania.

Połączenie kolektora słonecznego i pompy ciepła w jeden sprawnie działający system nie jest łatwe. Wymaga uwzględnienia wszystkich przepływów w instalacji oraz możliwych różnic temperatur. Najmniejsze ryzyko niepowodzenia występuje wtedy, gdy zarówno kolektor słoneczny jak i pompa ciepła pochodzą od tego samego producenta. W przeciwnym razie, gdy urządzenia pochodzą od różnych dostawców potrzebny będzie doświadczony projektant.

Sprawność kolektorów słonecznych
Kolektory słoneczne, tak jak i inne urządzenia przekazujące energię cieplną, nie są doskonałe i nie potrafią pracować bez strat. Straty kolektora są tym większe im jest większa jego temperatura w porównaniu z temperaturą otoczenia. Z wykresu wynika, że dla małych różnic temperatur kolektor-otoczenie zwykłe kolektory płaskie są niewiele gorsze od drogich kolektorów próżniowych