Coraz większe zapotrzebowanie na energię, coraz większe jej zużycie może spowodować, że jej dotychczasowe źródła takie jak węgiel i ropa naftowa, powoli zaczynają się kończyć. I choć może nam nie grozi jeszcze całkowite wyczerpanie źródeł energii, następne pokolenia mogą mieć poważne problemy z jej uzyskaniem.
Dlatego też coraz częściej sięga się po alternatywne źródła energii. Robią tak już nie tylko przedsiębiorstwa i instytucje, ale także osoby prywatne. Energia pochodząca z odnawialnych źródeł nie tylko służy naszej planecie, ale także jest o wiele tańsza niż ta dostarczana przez tradycyjne elektrownie.
Energia słoneczna to jedno z odnawialnych źródeł energii, które człowiek może wykorzystywać do własnych potrzeb. Nie całe promieniowanie słoneczne dochodzi do naszej planety. Część odbijana jest przez atmosferę, część jest przez nią pochłaniana, a tylko 40% energii dociera do powierzchni Ziemi.
Oświetlenie naszej planety przez Słońce nie jest równomierne. Zależy ono przede wszystkim od szerokości geograficznej, pory roku i pory dnia. Jednak ta część energii słonecznej, która dociera do Ziemi może posłużyć do ogrzania domów mieszkalnych. Naukowcy obliczyli, że, na naszej szerokości geograficznej, Słońce dostarcza w ciągu dnia średnio 2,7 kWh energii. Jest to wartość energii, jaką uzyskujemy ze spalenia jednej trzeciej litra benzyny.
Energię słoneczną możemy wykorzystywać do naszych potrzeb przy pomocy ogniw fotowoltaicznych, które zamieniają światło na prąd lub wykorzystują światło do ogrzewania wody w specjalnych zbiornikach umieszczonych na dachach zwanych kolektorami. Aby ogrzać dom mieszkalny średniej wielkości i dostarczyć jego mieszkańcom ciepła wodę, powierzchnia kolektorów musiałaby wynosić aż 60m². Jest to bardzo duża powierzchnia i dlatego też oprócz ogrzewania energią słoneczną użytkownicy wykorzystują też energię elektryczną.
Przetwarzanie energii słonecznej, za pomocą różnego rodzaju kolektorów słonecznych, na prąd możemy przyczynić się nie tylko do poprawienia stanu naszego środowiska, ale także do poprawienia stanu naszego domowego budżetu. Bo, choć cena kolektorów słonecznych jest dość wysoka, koszty ich montażu zwracają się po kilku latach.
Zasada działania kolektora słonecznego polega na zamianie promieniowania słonecznego w ciepło i przekazywanie go tzw. czynnikowi roboczemu, który jest nośnikiem ciepła. Inaczej mówiąc, zasada działania kolektora słonecznego, to transformacja energii słonecznej w użyteczne ciepło. Przekazanie tej energii następuje w jednym z elementów kolektora, zwanym absorberem, które stanowi serce kolektora słonecznego.
Do procesu transformowania energii wykorzystuje się właściwości cieplne materiałów i właściwości absorpcyjnych powłok kryjących zastosowanych do budowy kolektorów słonecznych. Większość urządzeń tego typu przykrytych jest szyba solarna. Im więcej promieniowania słonecznego ona przepuszcza, tym więcej dociera go do absorbera. Ten, nagrzewając się, pochłania przepuszczone promieniowanie słoneczne. O intensywności tego procesu decyduje struktura powierzchni absorbera.
Ciepło odbierane jest z płyty absorbera przez czynnik roboczy płynący w zintegrowanym z absorberem rurociągu, który najczęściej wykonanym z miedzi. Czynnikiem roboczym może być zwykła woda, jednak gdy chcemy używać kolektora słonecznego przez cały rok, należy zastosować płyn niezamarzający. Czynnik roboczy, przepływając przez rurociąg w absorberze, ogrzewa się. W czasie jednokrotnego przepływu, jego temperatura rośnie zaledwie o kilka do kilkunastu stopni. Przyrost temperatury uzależniony jest od natężenia promieniowania słonecznego, które dociera do absorbera oraz od prędkości przepływu czynnika roboczego przez rurociąg w absorberze.
Zwykłe, płaskie kolektory słoneczne służą przede wszystkim do podgrzewania wody użytkowej. Bardziej nowoczesne, ale także znacznie droższe rurowe kolektory próżniowe, które odznaczają się wyższą sprawnością przetwarzania energii rozproszonego promieniowania słonecznego. Kolektory tego typu składają się z kilku do kilkunastu rur szklanych o wysokiej próżni wewnątrz. W każdą z tych rur wbudowany jest absorber z zamocowaną rurką, w której nagrzewa się czynnik roboczy. Dzięki próżni, straty ciepła do otoczenia są minimalne.
Kolektory słoneczne wszelkiego rodzaju można instalować praktycznie wszędzie, w dowolnej konfiguracji. Kolektory słoneczne mogą być instalowane zarówno na dachach domów i innych budynków, a także na ziemi, na specjalnych stojakach. Jednak, by uzyskać jak najlepszy efekt, zakładając kolektory słoneczne należy przestrzegać kilku podstawowych wymagań. Wymagana te związane są przede wszystkim z kątem padania promieni słonecznych na ziemię w naszej szerokości geograficznej.
Przede wszystkim kolektor słoneczny należy zainstalować tak, by jego szklana strona była zwrócona na południe. Montując kolektor słoneczny, należy umocować go tak, by był przechylony pod kątem około 45 stopni względem poziomu. Jest to idealna pozycja kolektora w przypadku, gdy wykorzystujemy go od lutego do listopada. Jeśli jednak chcemy używać kolektora słonecznego wyłącznie w miesiącach letnich, np. do ogrzewania wody w basenie, lub do domku letniskowego, kolektor słoneczny należy zainstalować nie pod kątem 45 stopni, ale pod kątem 30 stopni.
Warto jest także pamiętać, by instalować kolektory słoneczne w miejscach niezacienionych przez drzewa, krzew lub inne budynki. Każdy element systemu grzewczego tego typu musi być odpowiednio zamontowany. Także poszczególne elementy budujące kolektory słoneczne muszą być odpowiednio dostosowane do potrzeb użytkowników a także do pory roku, w czasie której chcemy korzystać z kolektorów słonecznych. Od tego drugiego czynnika zależy rodzaj czynnika roboczego, którym może być zwykła woda. Jednak w przypadku stosowania specjalnej cieczy takiej jak glikol czy ergolit, następuje ograniczenie odkładania się minerałów na kolektorze i eliminowanie zagotowanie.
W momencie, gdy montujemy kolektory słoneczne na terenie pozbawionym sieci elektroenergetycznej, a instalacja składa się z pompy obiegowej, możliwy jest napęd pompy dzięki energii pozyskiwanej z ogniw fotowoltaicznych. Układ taki charakteryzuje się pewną samosterownością, gdyż wydajność pompy jest proporcjonalna do intensywności promieniowania słonecznego ogniwa. Odpowiedni montaż kolektorów zapewnia optymalne wykorzystanie energii słonecznej.