Kolektory i fotoogniwa są często ze sobą kojarzone zapewne wszystkim przez bardzo podobną budowę zewnętrzną. Obie konstrukcje muszą być zainstalowane w miejscach nasłonecznionych, np. na dachach budynków. Również źródło przetwarzanej energii jest identyczne, a więc są to promienie słoneczne. Jednakże na tym podobieństwa się kończą. Na jakiej zasadzie działają więc wspomniane instalacje?
Kolektory słoneczne — charakterystyka
Kolektory wykorzystują energię słoneczną do wytwarzania ciepła. Działają na podstawie wymienników temperaturowych. Elementami roboczymi w kolektorach są absorbery, czyli zazwyczaj zaczernione płytki miedziane. Maluje się je na czarny kolor, ponieważ ta barwa najsilniej pochłania promieniowanie słoneczne. W ten sposób wspomniana płytka kumuluje ciepło i przekazuje je dalej. Energia zostaje przejmowana zazwyczaj przez glikol, który transportuje ciepło do zasobnika.
Co dokładnie mogą ogrzewać kolektory słoneczne? Przede wszystkim wodę użytkową w domach — i do tego właśnie najczęściej wykorzystuje się kolektory w Polsce. Mogą również ogrzewać wodę w basenie lub wspomagać centralne ogrzewanie budynków. Jednakże podwyższanie temperatury domowych wnętrz zimą przy użyciu tego rozwiązania, może się okazać trudne do zoptymalizowania. W naszej szerokości geograficznej raczej ciężko wykorzystać pełen potencjał tej technologii. Energia cieplna jest najbardziej potrzebna w miesiącach zimowych, a niestety kolektory w tym czasie nie są w stanie skumulować dostatecznej ilości ciepła.
Kolektory można instalować jedynie na dachu. Tylko taki układ jest najmniej kosztowny oraz najbardziej wydajny, ponieważ im bliżej do zasobnika umieszczonego w budynku, tym krótsze przewody przenoszące ogrzany glikol i mniejsza utrata ciepła. Co więcej, kolektory muszą być skrojone idealnie pod zapotrzebowanie na ciepło w danym budynku, ponieważ nie można sprzedać nadwyżki ciepła. Dodatkowo kolektory produkują najwięcej energii cieplnej w miesiącach z najwyższym nasłonecznieniem — wtedy zazwyczaj na ogrzewaniu zależy użytkownikom najmniej. Jednak wsparcie ze strony układu kolektorów w miesiącach ciepłych ma swoje zalety — zanika wtedy potrzeba rozpalania w kotle grzewczym tylko w celu podgrzania wody, co daje w ogólnym rozrachunku pewne oszczędności i wygodę.
Ogniwa fotowoltaiczne to coś innego
Fotoogniwa, pomimo że również pracują na podstawie wykorzystania promieni słonecznych, to jednak nie zamieniają energii słonecznej w ciepło. Ogniwa fotoelektryczne wykorzystują energię fotonów — czyli cząstek składowych światła promieni słonecznych, które są nośnikami energii elektromagnetycznej. Za sprawą elektrod — ujemnych i dodatnich — umieszczonych pomiędzy warstwami półprzewodnika, najczęściej krzemowego, otrzymuje się napięcie wywołane różnicą potencjałów na złączu. Pozwala ono na transport ładunków z warstwy półprzewodnika typu n (od „negative”) do warstwy typu p (od „positive”). W ten sposób wywołane napięcie jest przekazywane do falownika, który przekształca prąd stały na prąd zmienny.
Panele fotowoltaiczne są dziś opłacalną inwestycją, ze względu na ich zwiększającą się powszechność, ponieważ w związku z tym zmniejszają się ceny elementów składowych instalacji. Takie rozwiązanie pomaga nie tylko na korzystanie z prądu i opłacanie rachunków o mniejszych kwotach, ale również na efektywne wykorzystywanie nadwyżki prądu przeznaczonego na ogrzewanie. Dodatkową zaletą jest możliwość odprowadzania nadwyżki energii elektrycznej do sieci, a w razie konieczności wykorzystania jej w czasie mniejszej ekspozycji słonecznej. Oczywiście przechowywanie prądu wiąże się z kosztami magazynowania w sieci, dlatego za każdą 1 kWh prądu oddanego dostaje się z powrotem od 0,7 do 0,8 kWh.
Zastosowanie omawianych technologii
Jeśli mowa o wykorzystaniu kolektorów słonecznych, to ich instalacja w polskich domach nieco zmalała w ciągu ostatnich kilkunastu lat. Jest to dobry pomysł na wsparcie w procesie ogrzewania wody użytkowej, jednak zalety tej instalacji są niewspółmierne w porównaniu do fotowoltaiki. Dlaczego? Ponieważ panele fotowoltaiczne są sprawne w szerszym spektrum natężenia promieniowania słonecznego. Nawet podczas zimy czy w pochmurnych dni odpowiadają one za produkcję prądu. Oczywiście istnieją zauważalne różnice w pozyskiwaniu energii zależne od warunków pogodowych, jednakże w porównaniu do kolektorów, wydajność paneli fotowoltaicznych jest znacząco wyższa i mniej zmienna w ciągu roku. Oczywiście zawsze można połączyć obie technologie i zastosować kolektory na dachu, a panele na gruncie, aczkolwiek w zestawieniu z twardymi danymi takie rozwiązanie będzie mniej opłacalne.
Fotowoltaika jest jak na razie najszybciej rozwijającym się sektorem w branży odnawialnych źródeł energii. Pomimo że elektrownie wiatrowe mogą na razie konkurować z solarnymi, to potencjał wykorzystania energii słonecznej jest znacznie większy od tej wiatrowej czy każdego innego źródła. Jeśli chce się wykorzystać energię słoneczną w efektywny sposób, najlepiej zdecydować się na montaż paneli fotowoltaicznych na swoim dachu czy na terenie posesji. Przemawia za taką decyzją większość cech fotowoltaiki. Jedynie w przypadku braku odpowiednich środków można zdecydować się na kolektory, ponieważ przy niskiej wydajności są także o wiele tańsze. Przy istniejących dziś rządowych dotacjach do zakładania instalacji fotowoltaicznych oraz ulgach warto wykorzystywać energię słoneczną. Pomimo wyższej ceny instalacji paneli od kolektorów to właśnie technologia opierająca się na zjawisku fotoelektrycznym ma większe możliwości, jak i jest wydajniejsza — z tych powodów warto w nią zainwestować.
