Rodzaje kolektorów słonecznych

Kolektory słoneczne to urządzenia służące do pozyskiwania energii słonecznej, która w postaci ciepła przechodzi poprzez układ solarny do zasobnika z wody użytkowej. Dzieje się tak, dzięki zdolnościom absorpcyjnym powierzchni kolektora, która gromadzi ciepło odsyła je do pozostałych elementów systemu. Wydajność kolektorów słonecznych jest uzależniona przede wszystkim od ich budowy.

 

Kolektory płaskie są kolektorami o najprostszej budowie. Bardzo dobrze spełniaj swoją rolę w okresie letnim, przy dobrym doborze zestawu również w okresie przejściowym, jest on wykorzystywany do podgrzewania ciepłej wody użytkowej, podgrzewania wody basenowej, a bardzo rzadko do wspomagania instalacji centralnego ogrzewania. Kolektor płaski zbudowany jest z układu miedzianych rurek połączonych z absorberem. Rurki te na stałe są połączone z absorberem gdyż odbierają od niego ciepło. Ciecz w kolektorze płaskim może przepływać w sposób harfowy, tj. w rurkach ułożonych równolegle względem siebie „z dołu do góry” lub meandryczne.

Absorber jest wykonany z blach miedzianej lub aluminiowej pokrytej wysoko selektywną substancją pochłaniającą promieniowanie słoneczne, najczęściej jest to czarny chrom lub tlenek tytanu. Te najważniejsze części kolektora płaskiego umocowane są w tzw. wannie, czyli aluminiowej tłoczonej blasze. Przestrzeń pomiędzy obudową a rurkami z absorberem jest wypełniona wełną mineralna, która pełni rolę izolacji cieplnej. Absorber jest przykryty szybą solarną, która ma za zadanie ograniczenia wpływu atmosfery i zmniejszenia strat ciepła absorbera. Szyba solarna jest przeważnie wykonana ze szkła hartowanego, wytrzymałego na naciski, w tym uderzenia gradu, szyby te powinny być łatwo zmywalne. Poglądowy przekroju kolektora płaskiego jest przedstawiony na rysunkach poniżej.

 

A) Szyba solarna, B) Absorber aluminiowy, C) Lakierowana proszkowo rama aluminiowa, D) Rura zbiorcza kolektora, E) Izolacja z wełny mineralnej, F) Rurka meandryczna (harfa), G ) Wysoko selektywne pokrycie absorbera, H) Płyta spodnia wykonana z aluminium, I) Bezpieczne osadzenie szkła.

 

 

Kolektory próżniowe rurowe charakteryzują się mniejszymi stratami ciepła niż kolektory płaskie. Kolektor tego typu zbudowany jest z kilku lub kilkunastu walcowatych, wydłużonych rur szklanych, które połączone tworzą kolektor. W porównaniu do kolektorów płaskich charakteryzują się bardziej skomplikowaną budową, która przekłada się na lepsze parametry cieplne, wyższy uzysk energii i wyższą cenę. Kolektory próżniowe można  wykorzystywać również do podgrzewania ciepłej wody użytkowej i w systemach wspomagania niskotemperaturowego centralnego ogrzewania. Najczęściej spotykanymi na rynku kolektorami próżniowymi są kolektory typu  U-pipe i Heat-pipe oraz Direct Flow

 

U-pipe - rodzaj kolektorów próżniowych, który wyróżnia się budową rurki cieplnej. Kolektor składa się z baterii próżniowych rurek, pokrytych od wewnątrz powłoką absorbującą. We wnętrzu próżniowej rury znajdziemy miedzianą rurkę o kształcie litery „U”, w której jest płyn solarny. Wszystkie takie rurki odbierają ciepło od absorbera i połączone są wspólnym kolektorem.

    

Heat-Pipe -W kolektorach wykorzystujących ten system przekazywania ciepła wewnątrz szklanej rury znajduje się tzw. ciepłowód – wydłużony walcowaty zbiornik wypełniony cieczą o niskiej temperaturze wrzenia zbudowany zazwyczaj z miedzi. Pod wpływem promieni słonecznych nagrzany absorber przekazuje ciepło za pośrednictwem wyprofilowanej blachy miedzianej lub aluminiowej do ciepłowodu. Energia ta wykorzystywana jest do odparowania cieczy niskowrzącej, która w postaci gazu kieruje się ku górze gorącej rurki. Następnie czynnik grzewczy instalacji słonecznej odbiera ciepło od pary płynu niskowrzącego powodując jego skroplenie. Schłodzony czynnik po powrocie do postaci płynnej spływa na dno gorącej rurki gdzie ulega ponownie nagrzaniu i odparowaniu- proces rozpoczyna się od nowa. Ten typ kolektorów charakteryzuje się niższą sprawnością ale łatwiejszym montażem. Najczęściej stosowany przy dużych instalacjach.

   

Direct Flow - Kolektory próżniowe przepływowe Direct-Flow to rozwinięcie myśli technicznej kolektorów przepływowych U-type. Rozwiązanie to nazywane jest czysto rurką w rurce. Zimny płyn solarny wpływa rurką wewnętrzną a absorber przymocowany jest do rurki zewnętrznej, co pozwala na przekazanie ciepła do czynnika grzewczego (płynu solarnego). Ten transportowany jest dalej poprzez głowicę kolektora do wymiennika ciepła. Rury Direct--Flow można montować zarówno na dachu skośnym, jak i fasadach budynków. Nie ma też znaczenia, czy rura będzie ustawiona pionowo, poziomo czy płasko oraz nie musi być zwrócona bezpośrednio na południe. Rury Direct-Flow nie są pozbawione istotnych wad. Wymagają uszczelnienia połączeń rur próżniowych z rurą zbiorczą. Materiały na uszczelnienia wytrzymują do około 280°C, a stagnacja w takim kolektorze to nawet 320°C! Kłopotliwe okazuje się odpowietrzanie instalacji, trudno połączyć np. pięć kolektorów w jednej linii, co może mieć znaczenie przy dużych inwestycjach. I wreszcie, przy wymianie rury próżniowej istnieje konieczność spuszczenia glikolu z instalacji.