Coraz więcej inwestorów poszukuje do budynków komercyjnych i swoich domów rozwiązań ekologicznych, które przynoszą też oszczędności. Do takich niewątpliwie należą wszelkie systemy, oparte o działanie alternatywnych źródeł energii. Jednym z najpopularniejszych z nich są solarne systemy grzewcze, wykorzystujące do działania promieniowanie słoneczne.
W słonecznych systemach grzewczych promieniowanie słoneczne jest kumulowane i przekształcane w ciepło użyteczne. Zrozumienie ich mechanizmów działania oraz sposobu, w jaki przynosić mogą korzyści energetyczne, a w tym też ekonomiczne, wymaga poznania parametrów promieniowania oraz oddziaływania Słońca na kulę ziemską.
Promieniowanie słoneczne a Ziemia
Temperatura źródła promieniowania decyduje o długości fali świetlnej. Słońce charakteryzuje się ekstremalnie wysoką temperaturą. W jego wnętrzu zachodzą reakcje termojądrowe, których efektem jest osiągnięcie temperatury dochodzącej nawet do kilku milionów stopni Celsjusza. Na powierzchni Słońca temperatura jest znacznie mniejsza i wynosi 5770 stopni. Taki poziom ciepła wytwarza promieniowanie o intensywności 63 MW/m2. Te parametry pozwalają na dotarcie promieniowania słonecznego nawet na 150 mln km, czyli aż do Ziemi. Po pokonaniu takiej odległości intensywność promieniowania znacznie spada, osiągając tzw. stałą słoneczną na poziomie 1,36 kW/m2 – tylko dzięki temu możliwe jest istnienie życia na naszej planecie. Nasza atmosfera redukuje nieco moc promieniowania i oddziałuje one na powierzchnię Ziemi z intensywnością ok. 1000 W/m2.
Atmosfera ziemska w różnym stopniu redukuje fale świetlne w zależności od ich długości. Działanie fal długich, czyli promieniowania podczerwonego obniżane jest przez tzw. efekt cieplarniany. Fale o małej długości, czyli tzw. światło widoczne odbijają się natomiast od powierzchni planety lub są absorbowane – zasysane i wchłaniane, co prowadzi do ocieplania.
Warto zwrócić uwagę również na fakt, że Ziemia obraca się wokół własnej osi oraz kręci się wokół Słońca. Te dwa zjawiska astronomiczne mają znaczenie dla solarnych systemów grzewczych. Astronomia sprawia, że kąt padania promieni słonecznych na powierzchnię ziemską zmienia się w przeciągu roku o ±23,5° i jest inny dla każdej szerokości geograficznej.
Energia solarna a wybór kolektora
Położenie geograficzne oraz uwarunkowania, o których wspomnieliśmy w poprzedniej części artykułu mają znaczący wpływ na wykorzystanie konkretnych modeli systemów słonecznych w danym regionie.
Po pierwsze atmosfera ziemska redukuje promieniowanie. Jego część odbija się także od chmur oraz jest rozpraszana przez gęste warstwy atmosfery i właśnie przez chmury. Na promieniowanie całkowite składa się więc promieniowanie słoneczne bezpośrednie – docierające wprost do powierzchni Ziemi oraz promieniowanie rozproszone.
Nasza szerokość geograficzna ma wpływ na konkretne warunki pogodowe. W Polsce występuje klimat zapewniający średnio 50% udział promieniowania rozproszonego w tym całkowitym. Niemożliwe jest więc w naszym regionie korzystanie ze słonecznych systemów grzewczych, które swoje działanie opierają jedynie na wykorzystaniu promieniowania bezpośredniego.
Intensywność promieniowania słonecznego, zwana irradiacją, jest również zmienna. Przy przejrzystym, bezchmurnym niebie wynosi wspomniane 1000 W/m2, ale przy bardzo zachmurzonym może być obniżona nawet do 50 W/m2. Zależy ona oczywiście również od pory roku.
Te wszystkie parametry są bardzo istotne przy wyborze odpowiedniego kolektora słonecznego, który zapewni odpowiednie funkcjonowanie systemu grzewczego. Budowę i funkcjonalności dostępnych na rynku kolektorów przestawimy w kolejnej części tego poradnika.
