Chcąc poprawić charakterystykę energetyczną budynku, należy wziąć pod uwagę, że w budynkach energooszczędnych istotnym elementem są systemy słoneczne oparte na akumulatorach cieplnych. Ich zadaniem jest gromadzenie energii słonecznej w ciągu dnia i oddawanie jej w nocy, kiedy nie jest dostarczana dodatkowa energia w postaci promieni słonecznych. Słoneczne systemy cieplne dzieli się na systemy pasywne i aktywne. Systemy pasywne to takie, które nie wymagają dodatkowej energii do działania, natomiast systemy aktywne potrzebują do działania energii pochodzącej spoza systemu. Systemy pasywne mogą pozyskiwać energię w sposób bezpośredni lub pośredni. Pasywne systemy bezpośrednie poddają bezpośredniemu działaniu promieni słonecznych wszystkie ogrzewane powierzchnie, w tym powierzchnie elementów akumulacyjnych, którymi mogą być np. masywne ściany. Energia nagromadzona w tych elementach i przedmiotach umieszonych na ich powierzchniach ma za zadanie ogrzać pomieszczenie w ciągu nocy. Wadą takiego rozwiązania jest konieczność stosowania akumulatorów cieplnych o dużej przewodności i pojemności cieplnej (czyli stosowanie na ściany cegieł ceramicznych, a nie bloczków z betonu komórkowego, które choć mają korzystniejsze parametry w zakresie przewodności cieplnej, to mają mniejszą zdolność do akumulowania ciepła). W przeciwnym wypadku, komfort cieplny zostanie znacznie zmniejszony przez wahania ciepła po całkowitym ustaniu promieniowania słonecznego. Przykładem systemu pasywnego bezpośredniego jest zastosowanie w pomieszczeniu od strony południowej przeszklenia o dużej powierzchni oraz naprzeciwko niego ściany z cegły ceramicznej, która w ciągu dnia będzie akumulować ciepło.
Przykład systemu bezpośredniego
Zasada działania systemów pośrednich jest inna niż systemów bezpośrednich. Polega ona na wystawieniu na bezpośrednie działanie promieni słonecznych powierzchni akumulacyjnych, które przez cały dzień zbierają energię by stopniowo uwalniać ją w nocy. Odpowiednie dobranie bezwładności cieplnej akumulatora pozwala na opóźnienie momentu oddawania ciepła do momentu, gdy jest ono najbardziej potrzebne. Wadą systemów pasywnych jest brak możliwości kontroli oddawanego ciepła i całkowita zależność od czynników zewnętrznych. Przykładem systemu pasywnego pośredniego jest ściana Trombe’a, w której promieniowanie słoneczne przechodzi przez przegrodę oszkloną, a następnie jest gromadzone w masywnym elemencie akumulacyjnym.
Przykład systemu pośredniego
Problemy te nie występują w systemach aktywnych, które gromadzą energię i mogą ją oddawać do ogrzewania różnych pomieszczeń lub wody użytkowej na „żądanie”. Wymagają one jednak dodatkowej energii, którą trzeba uwzględnić w bilansie cieplnym projektowanego budynku. Przykładem systemu aktywnego jest kolektor słoneczny. Obecnie najczęściej stosowanymi kolektorami w Polsce są kolektory cieczowe: płaskie oraz próżniowe rurowe.
Zasada działania kolektora płaskiego przedstawia się następująco: ciecz płynąca rurkami (płyn
o niskiej temperaturze zamarzania, zazwyczaj stosuje się roztwór glikolu) ogrzewa się od rozgrzanej przez Słońce powierzchni absorbera. Następnie pozyskane w ten sposób ciepło transportowane jest do dalszego wykorzystania w układzie solarnym, gdzie ogrzewana jest woda.
Budowa kolektora słonecznego płaskiego
W budowie kolektora słonecznego wyróżnia się trzy podstawowe elementy:
- szybę solarną (przepuszcza promienie słoneczne do wnętrza kolektora i jednocześnie utrzymuje promieniowanie cieplne absorbera kolektora oraz straty ciepła na możliwie najniższym poziomie),
- obudowę kolektora wraz z izolacją termiczną (zapewnia izolację wnętrza kolektora, co ma na celu minimalizację strat ciepła),
- absorber (pochłania promienie słoneczne i przekazuje energię do rurek z cieczą, wykonywany jest najczęściej z miedzi lub aluminium). Natomiast kolektor próżniowo-rurowy jest to kolektor, w którym umieszczony jest absorber z obustronnie zamkniętymi wysokopróżniowymi rurami szklanymi. Próżnia wewnątrz rur ma za zadanie zapobiec przepływowi powietrza i uniemożliwić wymianę ciepła między szybą i absorberem.
Budowa kolektora słonecznego próżniowo-rurowego
Poza kolektorami cieczowymi można spotkać także kolektory powietrzne. Są to kolektory, w których zamiast cieczy wewnątrz rur absorpcyjnych znajduje się powietrze. Służą one najczęściej do ogrzewania pomieszczeń przy pomocy systemu powietrznego.
Budowa kolektora słonecznego powietrznego