W przeciwieństwie do systemów fotowoltaicznych, które zamieniają energię słoneczną na energię elektryczną, aktywne systemy słonecznej energii cieplnej przekształcają nagrzany przez słońce płyn w ciepło kosmiczne i gorącą wodę. Systemy składają się z pomp elektrycznych, wentylatorów, kompleksowych sterowników, zbiorników magazynowych i kolektorów.
Dwa rodzaje kolektorów gromadzą promienie słoneczne: płaskie i rurowe. Płaska płyta jest bardziej popularnym typem i istnieje już dłużej. Rura próżniowa jest nowszą konstrukcją.
Kolektor płaski składa się z izolowanej, wodoodpornej metalowej skrzynki. Górna strona jest zwrócona w stronę słońca i ma szklaną lub plastikową osłonę, która działa jak szklarnia, przepuszczając promienie i utrzymując ciepło. Wewnątrz pudełka znajduje się specjalnie powlekana płyta absorbera w ciemnym kolorze oraz rury zawierające krążący płyn. Kolektory próżniowe składają się z ciemnej płyty absorbera i równoległych rzędów rur próżniowych, wszystkie połączone z jedną rurą zbiorczą. Konstrukcje rur obejmują szkło, szkło-metal i szkło ze ścieżkami przepływu płynu.
Płyty absorbera zazwyczaj zawierają długie paski metalu pokryte specjalną powłoką. Nowe technologie wytwarzają obecnie powłoki, które są bardzo wydajne. Pochłonięte promieniowanie ogrzewa krążący płyn.
Obawy dotyczące Układu Słonecznego
Kolektory płaskie mają prostą, solidną konstrukcję. Jednak ta konstrukcja pozwala im tracić ciepło poprzez konwekcję i promieniowanie. Należy obliczyć obciążenia wiatrem, które mogą odprowadzić ciepło.
Rury próżniowe mogą pracować nawet w bardziej pochmurne dni. Używają nieco kruchego szkła - pomyśl o izolowanej butelce uszczelnianej próżniowo. Mogą jednak mieć pewne problemy, w których może gromadzić się śnieg lub lód i trzeba je usunąć. Mogą również wystąpić problemy, jeśli pęknięcie lub uszkodzenie zniszczy najważniejszą próżnię lub nagromadzenie ciepła, jeśli nie ma odpowiedniego poboru w systemie.
Kolektory mogą być typu otwartego lub zamkniętego. W systemach z obiegiem otwartym woda pitna z gospodarstw domowych jest pompowana przez kolektor. Kolektor należy opróżnić podczas długich okresów mrozu lub zastosować system Drain-Back. Chociaż systemy otwarte są wydajne, mogą mieć problemy z korozją, jeśli twarda woda uszkodzi elementy.
W systemach z obiegiem zamkniętym roztwór podobny do środka zapobiegającego zamarzaniu przechodzi przez wymiennik ciepła zamontowany w pobliżu domowego słonecznego podgrzewacza wody. Zamknięta pętla może stracić nieco wydajność podczas procesu wymiany ciepła, a płyn wymaga pewnej konserwacji.
Wymagania dotyczące układu słonecznego
Wybierając system słoneczny, właściciele domów muszą dowiedzieć się, ile energii słonecznej jest dostępnej dla ich domu, termin znany jako „stała słoneczna”. Inne kwestie to szerokość geograficzna domu; dostępna powierzchnia dla kolektora, drzewa lub budynki, które zacieniają kolektory; lokalizacja kolektora i jak bardzo odbiega od magnetycznego południa; oraz odległość od kolektora do zasobnika solarnego.
Na pewnych szerokościach geograficznych promieniowanie zimą i latem jest zupełnie inne ze względu na kąt padania słońca w stosunku do Ziemi. Nawet nachylenie powierzchni, na których zostaną umieszczone panele słoneczne, musi być sprawdzone z kątami nachylenia i orientacjami różniącymi się znacznie w zależności od lokalizacji. Większość paneli słonecznych jest montowana na dachach, a kąt jest ustalany przez kąt dachu. Kąty większe niż optymalne zmniejszą wydajność.
Przestrzeń dachowa domu może nawet nie być skierowana na południe lub może nie być wystarczająco mocna, aby wesprzeć system. Jeśli obszary dachowe nie będą działać, właściciele domów mogą również rozważyć ściany zewnętrzne, systemy wolnostojące lub naziemne.
Kolejnym czynnikiem jest system ogrzewania domu. Systemy solarne doskonale nadają się do promiennikowych systemów ogrzewania podłogowego i kotłów z grzejnikami wodnymi. Systemy nadmuchowe wykorzystujące wymiennik ciepła działają, ale tracą pewną wydajność. Jednak kolektory słoneczne zapewniają lub wspomagają zapotrzebowanie gospodarstwa domowego na ciepłą wodę.
W klimacie północnym z bardzo niskimi temperaturami lub długimi okresami pochmurnego nieba potrzebny będzie system zapasowy. Dom, w którym panuje przeciąg i nie jest energooszczędny, będzie wymagał wsparcia. Należy pamiętać nawet o poziomie komfortu domowników – zwłaszcza starszych, którzy preferują wyższe ustawienia termostatu. Kredytodawcy i kodeksy budowlane mogą również wymagać systemu zapasowego.
Możliwe ograniczenia
Sprawdź lokalne przepisy lub umowy, które mogą ograniczać opcje. Niektóre gminy sprzeciwiają się systemom zasłaniającym podwórka boczne, bezprawnym zwiększaniu wysokości dachów, naruszaniu przepisów dzielnicy historycznej i nadmiernym obciążeniom dachu.
Koszt może być czynnikiem. Aby system solarny był opłacalny, powinien być używany przez większość roku, a latem nie powinien być bezczynny. Całoroczna eksploatacja ciepłej wody poprawia efektywność kosztową systemu.
System działa najlepiej z ograniczonym budżetem, jeśli może zapewnić od 40 do 80 procent zapotrzebowania na ogrzewanie domu. Aktywny system, który zaspokaja mniej niż 40 procent potrzeb grzewczych domu, ma sens ekonomiczny.
Kupując system, porównaj certyfikowany sprzęt kolektorów słonecznych, sprawdzając naklejki z ocenami od Solar Rating and Certification Corporation.
Koszty aktywnego słonecznego systemu grzewczego są bardzo zróżnicowane i częściowo zależą od konkurencji na rynku. Na przykład w Wisconsin, gdzie konkurencja jest niewielka, system rur ewakuacyjnych do dostarczania ciepłej wody tylko w domu jednorodzinnym kosztuje od 9000 USD do 12 000 USD.