Optymalne ustawienie kolektora

Dość często spotykam się z opiniami, że w polskich warunkach geograficznych optymalnym ustawieniem kolektora jest popołudniowa ekspozycja pod kątem 20-35 stopni. Wielu instalatorów nawet nie bardzo zastanawia się nad tym zagadnieniem wychodząc za założenia, że, jeżeli tylko dach skierowany jest na południe to na pewno wszystko jest w porządku.

Na wstępie należałoby się zastanowić czy w ogóle istnieje coś takiego jak optymalne, całoroczne ustawienie kolektora?

Celem instalowania kolektora słonecznego na południowej stronie dachu jest zwiększenie ilości docierającej do niego energii w stosunku do energii padającej na powierzchnię horyzontalną.

W działaniu tym chodzi, aby stosunek:

Energii padającej na kolektor do energii padającej na powierzchnię horyzontalną (nie pochyłą) był większy od 1 – ten stosunek nazwijmy współczynnikiem f

Czyli wsp f = energia padająca na kolektor / energia padająca na teren płaski


Pytanie, jakie się rodzi to

Przy jakim pochyleniu kolektora wsp f będzie największy?
Czy współczynnik f będzie zmieniał się w kolejnych miesiącach?

Poniższe grafiki przedstawiają wykres współczynnika f w poszczególnych miesiącach przy nachyleniu kolektora słonecznego 30, 60, 90 stopni dla szerokości geograficznej 52 stopnie. w ostatnim rzędzie tabeli przeliczona jest energia docierająca do pochylonego kolektora - dane z programu kolektorek








wykresy dotyczą jedynie promieniowania bezpośredniego
Z wykresów widać, że zmieniają pochylenie kolektora możemy znacznie zwiększyć lub zmniejszyć ilość energii padającej na kolektor zwłaszcza w okresie zimowym. Jest to dość oczywiste. Z drugiej strony dla wielu może być zaskoczeniem, że w każdym przypadku pochylenie kolektora spowodowało zmniejszenie ilości energii w miesiącach letnich. Im kolektor był bardziej pochylany tym energia do niego docierająca była mniejsza. Ten fakt wśród wielu budzi wątpliwości, lecz wynika z natury pozornej wędrówki słońca po niebie.


Grafika przedstawiająca wędrówkę słońca po nieboskłonie w lecie oraz zimnie.



Choć każdemu wydaje się, że słońce wstaje na wschodzie i zachodzi na zachodzie nie jest to do końca prawdą. Jedynie dwa razy w roku możemy obserwować wschód słońca dokładnie na wschodzi i zachód na zachodzie. W pozostałych dniach mamy do czynienia ze wschodem słońca od północnego wschodu aż po południowy wschód. To samo dotyczy zachodu.
W lecie słońce wschodzi daleko na północnym wschodzie nieba a zachodzi na północnym zachodzie.

Z grafiki widać, że w LECIE kolektor skierowany na południe pod kątem 30 stopni nie będzie oświetlany przez dużą cześć dnia (od żółtego słoneczka do czerwonej kropki i od czerwonej kropki do czerwonego słoneczka). Oznacza to że w lecie praktycznie każde pochylenie kolektora nie spowoduje zwiększenia docierającej do niego energii gdyż, zysk z bardziej prostopadłego oświetlenia niwelowany jest krótszym czasem oświetlenia.

Natomiast okresie zimowym słońce wstaje i zachodzi po południowej stronie nieba. Wynika z tego, że w tym okresie każde pochylenie kolektora będzie powodować zwiększenie docierającej do niego energii. W zimie maksymalną ilość energii uzyskamy przy ustawieniu kolektora 90 stopni - wysokość górowania słońca.


Po tej dłuższej, ale niezbędnej dygresji możemy powrócić do pytania na temat optymalnego ustawiania kolektora które powinno wynikać głownie z przeznaczenia instalacji.

1 - Jeżeli nasze kolektory mają podgrzewać ciepłą wodę, basen tylko w sezonie letnim najlepiej ustawić je w przedziale 0-30 nic nie zyskujemy, ale nic też nie tracimy.

2 - Jeżeli instalacja solarna przewidziana jest na całoroczne podgrzewanie CWU optymalnym ustawieniem jest zakres kątów 55-65. Zyskujemy znacznie zwiększenie ilości energii docierającej do kolektora w zimnie, sporo więcej mamy w okresie wiosna, jesień. W lecie następuje nieznaczny spadek energii docierającej do kolektora, który bez problemu jest kompensowany, znacznie większym nasłonecznieniem w tym okresie.

3 - Jeżeli instalacja oprócz CWU ma także wspomagać centralne ogrzewanie jedynym sensownym ustawianiem jest pochylenie kolektorów w zakresie kątów 80-90

- zyskujemy znaczne zwiększenie energii w zimnie, (kiedy jej najbardziej potrzebujemy)
- zyskujemy znaczną redukcję energii w lecie (z uwagi, że instalacja jest w takim przypadku znacznie przewymiarowana na potrzeby samego CWU jest to zjawisko korzystne)
proszę zauważyć że przy takim ustawieniu ilość energii docierającej do kolektora przez cały rok jest praktycznie stała.

Z powyższego przykładu widać, że warto poświęcić trochę czasu na przeanalizowanie wydawać by się mogło tak banalnej rzeczy jak ustawianie kolektora. Można na tym zyskać sporo darmowej słonecznej energii.

Pozdrawiam