W praktyce kolektory słoneczne stosuje się najczęściej do podgrzewania wody użytkowej, wody w basenach, do zasilania instalacji ogrzewania pomieszczeń i ciepła technologicznego. Zdecydowanie najpopularniejsze jest pierwsze z tych zastosowań, a to głównie ze względu na korzystny stosunek kosztów systemu do uzyskiwanych efektów energetycznych. Można próbować wykorzystywać energię słoneczną także do ogrzewania słonecznego pomieszczeń, ale niezbędne do tego nakłady finansowe na instalację są bardzo duże w stosunku do uzyskiwanych w naszym klimacie efektów. Niestety zimą, gdy zapotrzebowanie na ciepło jest największe, kolektory nie są w stanie dostarczać go w znacznej ilości. System nadający się do zasilania w ciepło instalacji centralnego ogrzewania trzeba wyposażyć w kolektory o powierzchni równej mniej więcej połowie powierzchni ogrzewanych pomieszczeń.
Ile energii słonecznej dociera do ziemi?
Nasłonecznienie, czyli średnia moc promieniowania słonecznego, waha się w Polsce od 900 do 1100 kWh/(m2rok) w zależności od rejonu. Na ustawioną prostopadle do promieni słonecznych powierzchnię znajdującą się w górnej granicy atmosfery pada promieniowanie o mocy około 1366 W/m2 (stała słoneczna). Do ziemi dociera jednak tylko jego część. Najważniejszym czynnikiem decydującym o ilości energii docierającej do powierzchni ziemi jest zachmurzenie. W polskich warunkach, przy bezchmurnej pogodzie, promieniowanie całkowite (bezpośrednie i rozproszone) ma moc nawet 1050 W/m2 (z tego 90% to promieniowanie bezpośrednie), a przy pełnym zachmurzeniu poniżej 100 W/m2 i wówczas jest to tylko promieniowanie rozproszone. Dlatego do określenia opłacalności stosowania kolektorów słonecznych niezbędna jest wiedza o tym, przez jak długi czas na danym obszarze można liczyć na bezchmurne niebo. Informuje o tym wielkość zwana usłonecznieniem, która jest sumą godzin bezchmurnych w porze dziennej dla danego obszaru w ciągu roku. Dla Polski wynosi ona średnio 1600 godzin.
Ile ciepła z solarów?
W kolektorach słonecznych udaje się zamienić w ciepło od kilku do nawet 85% energii słonecznej, w zależności od zastosowanych w nich rozwiązań, ich jakości oraz warunków, w jakich pracują. Można przyjąć, że dobra instalacja jest w stanie dostarczyć w postaci ciepła 50% energii słonecznej docierającej w ciągu roku do powierzchni kolektorów, czyli około 500 kWh/(m2.rok). To niemało, bo zapotrzebowanie na ciepło do podgrzewania wody użytkowej dla czteroosobowej rodziny wynosi przeciętnie około 3000 kWh/rok. Wynikałoby z tego, że zastosowanie kolektorów słonecznych o powierzchni 6 m2 powinno wystarczyć do tego, żeby ciepłą wodę w domu jednorodzinnym podgrzewało tylko słońce. W praktyce sprawa nie jest taka prosta, bo kolektory słoneczne nie pracują stale z taką samą mocą. W naszym klimacie przez co najmniej 1/4 roku jest ona do działania instalacji grzewczej niewystarczająca. Chodzi przede wszystkim o zimę, ale i w pozostałych porach roku również zdarzają się dni, gdy promieniowanie słoneczne jest zbyt słabe, by kolektory dostarczały ciepło do instalacji. Problem częściowo rozwiązuje zastosowanie zbiorników akumulacyjnych, w których magazynuje się podgrzaną przez słońce wodę. W czasie ładnej pogody kolektory dostarczają na ogół za dużo ciepła, więc teoretycznie można wykorzystać je w okresie, gdy mamy do dyspozycji mniej energii słonecznej.
W typowych instalacjach do domów jednorodzinnych zbiorniki akumulacyjne mają pojemność kilkuset litrów, ale magazynowana w nich woda stygnie. Można liczyć, że bez dogrzewania pozostanie gorąca przez kilkadziesiąt godzin, więc trzeba pogodzić się z koniecznością korzystania także z innego źródła ciepła przez całą zimę, od czasu do czasu także wiosną i jesienią, a może się zdarzyć, że także latem.
