Polski Instalator - Kierunki rozwoju w zakresie termicznych systemów grzewczych

Jerzy Chodura

Powszechna dostępność energii słonecznej oraz dążenie do rozszerzenia obszaru jej zastosowania wymagają ciągłego prowadzenia prac rozwojowych w celu zwiększenia sprawności oraz bezpieczeństwa zastosowanych systemów słonecznych, zwiększenia obszaru ich zastosowania oraz w celu udoskonalania ich konstrukcji. Równocześnie udoskonalane są metody badawcze oraz nadzoru systemów grzewczych w celu ich dopuszczenia do eksploatacji oraz kontroli.

Prognozy wykorzystania solarnej energii grzewczej

Długoterminowe prognozy roli słonecznej energii grzewczej formułowane przez ekspertów bardzo się różnią. Dla zobrazowania różnic w ocenie podam dwie przeciwstawne prognozy. Według pierwszej: energia grzewcza w roku 2050 będzie ograniczona do niezbędnego minimum, pozostała część energii pochodzić będzie między innymi z biomasy oraz skojarzonej gospodarki energetycznej, solarna energia grzewcza pełnić będzie rolę podrzędną. Według prognozy przeciwnej: solarna energia grzewcza odgrywać będzie w roku 2050 znaczącą rolę, przy czym nastąpi jej 20-krotny wzrost w stosunku do chwili obecnej, a przyrost będzie zróżnicowany, mniejszy w obszarze małych instalacji, większy w lokalnych systemach grzewczych.

Prognozy te różnią się znacząco w wyniku trudnych do przewidzenia w długim horyzoncie czasowym tendencji rozwojowych w innych technikach (kogeneracja, pompy ciepła, biomasa itd.) oraz trudności w określeniu konkurencyjności branży słonecznej energii grzewczej.

Sformułować natomiast można podsumowanie obecnego i przyszłego stanu solarnej techniki grzewczej w Europie [1]:

1. Stan obecny:

ogrzewanie i chłodzenie stanowią 49% ogólnego zapotrzebowanie energii, przy czym największa ilość energii znajduje zastosowanie w obszarze niskiej i średniej (do 250°C) temperatury,1. Redukcja kosztów produkcji kolektorów słonecznych [2]

technologie niezbędne do zaspokojenia tych potrzeb są w dużej mierze dostępne albo wymagają udoskonalenia,

instalacje solarne nie należą do uzależnionych od ograniczonych źródeł energii, energia słoneczna dostępna jest na całej Ziemi,

w wielu krajach stosuje się nowoczesne technologie wykorzystujące energię słoneczną do przygotowania ciepłej wody użytkowej oraz wspomagania ogrzewania.

2. Wizja 2030 rok:

solarna energia grzewcza może zaspokoić 50% całkowitego zapotrzebowania na energię, o ile zastosowane zostaną towarzyszące środki oszczędzania energii,

dla uzyskania tego celu niezbędny jest rozwój oraz wykorzystanie nowych zastosowań. Do najważniejszych zastosowań należą tu aktywny budynek solarny, aktywna solarna renowacja, zastosowania przemysłowe w zakresie do 250°C oraz wykorzystanie energii słonecznej w systemach ciepłowniczych oraz chłodniczych.

1. Redukcja kosztów produkcji kolektorów słonecznych [2]

Kolektory słoneczne

Prace rozwojowe w obszarze kolektorów słonecznych koncentrują się na trzech podstawowych zagadnieniach:

· redukcja kosztów,

· nowe zastosowania,

· bezpieczeństwo pracy/eksploatacji.


2. Fragment absorbera stalowego w projekcie Instytutu Fraun-hofera [3]	4. Poszycie ściany budynku w formie kolektora słonecznego [3]

3. Fasada budynku wykonana z kolektora słonecznego z tworzywa sztucznego (zdjęcie po lewej) oraz przekrój przez kolektor z tworzywa (po prawej) [3]

Na przestrzeni lat dokonała się znaczna redukcja kosztów wytwarzania kolektorów słonecznych. Wg [2] na przestrzeni 20 lat nastąpiło obniżenie kosztów produkcji kolektorów o 60% (rys. 1). Według czasopisma Sonne Wind und Wärme nr 4/2012 średni koszt produkcji 1 m2 kolektora słonecznego wynosi około 70 euro.

Redukcja kosztów produkcji kolektorów słonecznych następuje w efekcie prac nad wykorzystaniem nowych materiałów oraz technik produkcji. W przypadku materiałów prace są zróżnicowane w zależności od obszaru zastosowania kolektorów słonecznych. W przypadku tradycyjnego wykorzystania kolektorów słonecznych prowadzone są prace nad zastosowaniem materiałów zastępczych (rys. 2).

Inny kierunek prac rozwojowych to wykorzystanie tworzyw sztucznych (rys. 3).Kolejnym sposobem na redukcję kosztów ogólnych jest integracja słonecznych systemów grzewczych z budynkami, na przykład poprzez specjalne ukształtowanie poszycia ścian (rys. 4). Jeśli chodzi o nowe zastosowania kolektorów słonecznych to prowadzone są między innymi prace nad zastosowaniem w płaskich kolektorach słonecznych warstwowej szklanej izolacji cieplnej w miejsce standardowych szyb solarnych (rys. 5). Uzyskuje się w efekcie znaczącą poprawę sprawności kolektorów.

Inny kierunek prac polega na zastosowaniu płaskich kolektorów próżniowych do zastosowań specjalnych. W kolektorach tych może być osiągana temperatura wyższa niż w tradycyjnych kolektorach próżniowych (rys. 6).Zagadnienie bezpieczeństwa pracy oraz żywotność kolektorów słonecznych są elementem nieodzownym dla zapewnienia ich amortyzacji. Prowadzone są w związku z tym prace nad zabezpieczeniem kolektorów przed negatywnymi następstwami procesu stagnacji. Prace polegają na zastosowaniu rurek heat-pipe z ogranicznikami temperatury oraz specjalnych warstw termochromowych na absorberze.