Wykorzystanie systemów słonecznych

Energia promieniowania słonecznego może być wykorzystywana w budownictwie jednorodzinnym do celów grzewczych poprzez stosowanie tzw. pasywnych i aktywnych systemów słonecznych. W systemach tych zachodzi przemiana energii promieniowania słonecznego w energię cieplną, to jest tzw. konwersja fototermiczna.

Systemy słoneczne służące do produkcji energii elektrycznej, a stosowane w budownictwie jednorodzinnym to systemy z ogniwami fotowoltaicznymi. W ogniwach wykorzystywane jest zjawisko konwersji fotowoltaicznej, czyli przemiany energii promieniowania słonecznego w energię elektryczną.

Rozwiązania pasywne polegają na kształtowaniu bryły budynku w taki sposób, aby możliwe było pozyskiwanie energii słonecznej i właściwe nią gospodarowanie. Wiąże się to przede wszystkim z zagadnieniami projektowania architektoniczno - budowlanego. Instalacje pasywne wykorzystują samą strukturę budynku zarówno jako kolektor energii promieniowania słonecznego i spełniają funkcję zarówno „zbierania" promieniowania słonecznego padającego na elementy budynku, jak również jako magazyn energii. Funkcje akumulacyjne pełnią wtedy zaprojektowane w odpowiedni sposób ściany budynku. Niektóre elementy są wykorzystywane do transportu pozyskanej energii. Z reguły są to specjalne kanały, które rozprowadzają ogrzane powietrze do elementów magazynujących i przestrzeni użytkowych domu. Rozwiązania pasywne w projektach architektonicznych zaczynają odgrywać coraz większe znaczenie. Prowadzą one do dopasowania struktury i bryły budynku do otoczenia i wykorzystania energii zawartej w środowisku.
W rozwiązaniach pasywnych pozyskiwanie energii promieniowania słonecznego odbywa się w sposób naturalny, dzięki naturalnym zjawiskom wymiany ciepła i masy. Przy trudniejszych warunkach klimatycznych, gorszych warunkach nasłonecznienia wykorzystanie energii promieniowania słonecznego mogą być wspomagane działaniem urządzeń mechanicznych, jakimi jak np. wentylatory i pompy ciepła. Wymuszają one i intensyfikują przepływ pozyskiwanego ciepła. W takim przypadku mówi się o systemach semi-pasywnych. W warunkach polskich zastosowania rozwiązań struktury pasywnej budynku powinno mieć właśnie taki charakter.

W każdym budynku w sposób mniej lub bardziej zaplanowany jest wykorzystywana energia promieniowania słonecznego w sposób pasywny. Promieniowanie słoneczne jest pochłaniane, ale tylko w niewielkim stopniu przez nieprzezroczyste ściany zewnętrzne. Znacznie większe zyski z promieniowania słonecznego uzyskuje się przez przegrody przezroczyste (np. okna i inne przeszklenia budynku). Jednocześnie okna są największym źródłem strat cieplnych. W rozwiązaniach pasywnych dążymy do zwiększenia zysków z promieniowania słonecznego przy zapewnieniu znacznego ograniczenia strat cieplnych. Oczywiście rozwiązania pasywne muszą być wprowadzane w sposób rozsądny, aby uniknąć przegrzewania, lub przechładzania pomieszczeń w ekstremalnych warunkach pogodowych.

Rozwiązania aktywne są rozwiązaniami instalacyjnymi, ale coraz częściej są skojarzeniem rozwiązań instalacyjnych z budowlano - architektonicznymi. Kolektory słoneczne będące podstawowym elementem systemów aktywnych powinny być usytuowane na dachu odpowiednio do tego celu przygotowanym pod kątem konstrukcyjnym i materiałowym. Dach powinien być pochylony pod odpowiednim kątem względem poziomu i zwrócony we właściwą stronę, najlepiej w południową (zorientowanie w stronę południowo - wschodnią, czy też południowo - zachodnią jest również uzasadnione). Wkomponowanie kolektorów w połać dachu powinno być uwzględniane już w fazie koncepcji architektonicznej budynku. Umiejscowienie poszczególnych elementów instalacji słonecznych musi mieć miejsce w fazie projektowej. W przypadku już istniejących budynków systemy słoneczne można odpowiednio przystosować do współpracy z już istniejącymi systemami grzewczymi.

Słoneczne aktywne systemy grzewcze służą do podgrzewania wody, która w zależności od wydajności systemu i zakresu temperatury pracy, na jaki dany system jest zaprojektowany, może być wykorzystywana do różnych celów, tj. do podgrzewania c.w.u, wody w basenach kąpielowych, celów rolniczych, do ogrzewania pomieszczeń.

W przypadku wykorzystania energii promieniowania słonecznego w odpowiedni sposób planuje się kształt i strukturę budynku oraz jego usytuowanie. Wykorzystuje się pasywne i aktywne systemy słoneczne. Zwraca się uwagę na właściwy projekt gospodarowania ciepłem i chłodem w budynku. Wykorzystanie energii promieniowania słonecznego w wielu przypadkach jest skojarzone z innymi nowoczesnymi metodami pozyskiwania, przetwarzania, magazynowania oraz odzyskiwania energii.