Energia słoneczna

Słońce emituje równomiernie energię w postaci fali elektromagnetycznej we wszystkich kierunkach. Do zewnętrznych warstw atmosfery Ziemi dociera strumień o mocy 1360 W/m² (tzw. stała słoneczna). Podczas przechodzenia przez atmosferę część tej energii zostaje odbita, ulega rozproszeniu i pochłonięciu przez pyły i cząsteczki gazów. Całkowita wartość promieniowania słonecznego bezpośredniego i rozproszonego, docierającego do powierzchni Ziemi, wynosi w optymalnych warunkach (bezchmurne niebo, czysta atmosfera, południe) maksymalnie 1000 W/m². Wartość ta oczywiście jest zazwyczaj niższa i zależy od szerokości geograficznej, pory roku, stanu zachmurzenia nieba, stanu czystości atmosfery itd.

Kolektory słoneczne

Głównym elementem tego systemu są kolektory. Obecnie na rynku oferowane są kolektory o różnych konstrukcjach, jednak ich zasada działania jest wspólna. Energia słoneczna absorbowana jest przez powierzchnię płyty, która z kolei przekazuje ją nośnikowi ciepła.

W Polsce, przy optymalnej lokalizacji kolektorów, możliwe jest uzyskanie gęstości promieniowania słonecznego: w skali roku około 500 W/m², w okresie letnim około 600 W/m², w zimowym około 300 W/m². Oczywiście sprawność układu zależy również od konstrukcji absorberów.

Systemy pasywne

System ten generalnie oparty jest na wykorzystaniu tzw. efektu szklarniowego i polega na przepuszczeniu promieniowania słonecznego przez szyby i zakumulowaniu ciepła w przegrodach budowlanych. Proces ten jest możliwy poprzez zastosowanie odpowiednio zaprojektowanych i wykonanych elementów budowlanych, takich jak: okna, oszklone powierzchnie buforowe, przegrody akumulacyjne, otwory i kanały cyrkulacyjne. Elementy te muszą być uwzględnione w architekturze budynku i stanowić jego integralną część. Uzyskane tą drogą ciepło może pokryć nawet do 40-50% całkowitego zapotrzebowania.

Do niewątpliwych zalet wykorzystania energii słonecznej należy "czystość" jej wykorzystania, nie jest bowiem związana z emisją substancji szkodliwych dla środowiska. Ponadto Słońce jest źródłem ogólnodostępnym i darmowym. Zastosowanie układów solarnych może znacząco obniżyć zużycie paliw, co znajduje odzwierciedlenie w kosztach ogrzewania. Na przykład przy wykorzystaniu kolektorów słonecznych możemy zyskać w skali roku nawet 400 kWh/m².

Kolektory słoneczne doskonale nadają się do przygotowania ciepłej wody użytkowej, a w okresie letnim mogą pokryć nawet całkowite zapotrzebowanie ciepła na ten cel. Niestety, ten rodzaj pozyskiwania energii cieplnej ma również wady, do których należy zaliczyć zależność od pory roku i pogody oraz wysokie koszty inwestycyjne. Efektywność układów solarnych spada podczas dni pochmurnych, należy również pamiętać, iż zimą czas emisji słonecznej jest krótki. Systemy pasywne, przynoszące zyski zimą, latem mogą stać się powodem niepotrzebnych, nadmiernych zysków ciepła.

Wysokie koszty inwestycyjne wiążą się w przypadku kolektorów z koniecznością wykonania dodatkowych instalacji, montażu drogich elementów absorbujących na znacznej powierzchni (przeważnie dachy) ukierunkowanej na promieniowanie słoneczne. W przypadku systemów pasywnych należy uwzględnić już na etapie projektowym wykonanie dodatkowych, specjalnej konstrukcji przegród po stronie południowej budynku.

Żaden z powyższych systemów nie zapewni nam w okresie zimowym dostarczenia energii cieplnej w ilości wymaganej do zapewnienia komfortu cieplnego, dlatego też nie mogą być stosowane jako jedyne źródła ciepła.