Kolektory słoneczne

Kolektory słoneczne to urządzenia do konwersji energii promieniowania słonecznego na ciepło. Energia docierająca do kolektora zamieniana jest na energię cieplną nośnika ciepła, którym może być ciecz (glikol, woda) lub gaz (np. powietrze).

Podział

Kolektory można podzielić na:

  • płaskie
    • gazowe
    • cieczowe
    • dwufazowe
  • płaskie próżniowe
  • próżniowo-rurowe (nazywane też próżniowymi, w których rolę izolacji spełniają próżniowe rury)
  • skupiające (prawie zawsze cieczowe)
  • specjalne (np. okno termiczne, izolacja transparentna)

Budowa kolektora płaskiego

Kolektor płaski składa się z:

  • przezroczystego pokrycia;
  • absorbera (najczęściej blachy miedzianej pokrytej powłoką selektywną);
  • wymiennika ciepła (najczęściej rurki miedziane przylutowane do absorbera);
  • izolacji (przeważnie wełna mineralna lub pianka poliuretanowa)

Budowa kolektora próżniowo-rurowego

Kolektor próżniowo-rurowy składa się z:

  • rur próżniowych w których element zbierający ciepło tzw. absorber znajduje się w próżni co znacznie poprawia działanie kolektora w obrębie szerokości geograficznych takich na jakiej znajduje się Polska. Absorpcja ciepła słonecznego nie jest wówczas uzależniona w tak znaczącym stopniu od temperatury zewnętrznej , dzięki czemu stosując panel tego typu możemy liczyć na znaczne zyski ciepła w instalacji nawet w mroźne zimowe słoneczne dni.
  • niektóre z kolektorów posiadają zwierciadło dodatkowo doświetlające absorber ze strony odsłonecznej, jest ono wykonane poza rurkami, bądź naniesione na rurkę próżniową w postaci lustra, w zależności od producenta.

Kolektory skupiające

W kolektorach skupiających promienie słoneczne są odbijane w kierunku absorbera, będącego jednocześnie wymiennikiem ciepła. Jednak celność zwierciadeł jest uzależniona od kierunku padania promieni słonecznych, co w praktyce oznacza, że aby utrzymać wysoką sprawność przez cały dzień, kolektor musi poruszać się zgodnie z pozornym ruchem słońca, co znacznie zwiększa koszty budowy i utrzymania takiego kolektora, ale zapewnia większą sprawność instalacji.

Sprawność kolektora

Sprawność kolektora to stosunek energii odebranej przez czynnik roboczy do ilości promieniowania docierającego do kolektora. Sprawność kolektora płaskiego znacznie spada wraz ze wzrostem różnicy temperatur pomiędzy czynnikiem roboczym a otoczeniem. Z tego powodu w naszej strefie klimatycznej powinno się stosować kolektory próżniowe w wypadku których wpływ temperatury otoczenia na sprawność jest minimalny.

Wykres obok przedstawia zależność pomiędzy zredukowaną różnicą temperatur (różnica średniej temperatury czynnika i temperatury otoczenia podzielona przez gęstością promieniowania słonecznego) a sprawnością kolektora płaskiego.

Popularne zastosowania

Kolektory słoneczne najpowszechniej wykorzystywane są do:

  • podgrzewania wody użytkowej,
  • podgrzewanie wody basenowej,
  • wspomagania centralnego ogrzewania,
  • chłodzenia budynków,
  • ciepła technologicznego.

Do celów tych służą cieczowe kolektory płaskie i próżniowe. Schemat prostej instalacji do podgrzewania ciepłej wody użytkowej zawiera:

  1. kolektory słoneczne (w domkach jednorodzinnych od dwóch do czterech),
  2. regulator (uruchamiający pompę obiegu gdy zaistnieje odpowiednia różnica temperatur pomiędzy wyjściem z kolektora a zbiornikiem),
  3. pompę,
  4. naczynie przeponowe (kompensujące rozszerzalność temperaturową czynnika),
  5. zbiornik magazynujący ciepłą wodę użytkową, z dwiema wężownicami lub płaszczami grzejnymi (dolna zasilana czynnikiem z kolektorów słonecznych, górna innym źródłem ciepła),
  6. inne źródło ciepła (kocioł, pompa ciepła, kominek z płaszczem wodnym)