Rodzaje i zasada działania kolektorów słonecznych

Kolektor słoneczny jest to zaawansowane technologicznie urządzenie, które służy do przetwarzania energii słonecznej na energię cieplną, w odróżnieniu od paneli fotowoltaicznych konwertujących promieniowanie słoneczne na energię elektryczną.

Istnieje wiele typów kolektorów słonecznych, które różnią się między sobą rodzajem czynnika przejmującego absorbowaną energię, konstrukcją powierzchni wymiany ciepła, przeznaczeniem, sposobem izolacji oraz innymi elementami budowy. Wyróżniamy kolektory płaskie, próżniowe (heat-pipe oraz U-pipe) i skupiające. Pierwsze dwa rodzaje są stosowane w gospodarstwach domowych w instalacjach podgrzewu ciepłej wody użytkowej, jako wspomaganie ogrzewania budynków lub także do podgrzewania wody basenowej.

Najpowszechniejszym ze stosowanych typów są kolektory płaskie, wynika to głównie z ich dużej dostępności oraz niskich kosztów. Takie urządzenie składa się z płyty absorbera (musi on być wykonany z ciemnych tlenków metali, które dobrze pochłaniają promieniowanie słoneczne) pokrytego ochronną powierzchnią ze szkła o wysokiej przepuszczalności promieniowania słonecznego. Kolejnym elementem budowy są połączone z absorberem  przewody rurowe wykonane zwykle z miedzi, transportowany jest nimi czynnik grzewczy (glikol). Ważną częścią jest także izolacja cieplna (np. z wełny mineralnej), która zapobiega utracie ciepła. Funkcje ochronne całego urządzenia pełni również obudowa kolektora. Promieniowanie słoneczne, które pada na powierzchnię kolektora przedostaje się przez hartowaną szybę do absorbera, gdzie zamieniane jest na ciepło. Nagrzewając się absorber oddaje energię cieplną do cieczy przepływającej przez miedziane rurki. Aby zredukować straty ciepła używa się izolacji termicznej z tyłu absorbera. Najczęściej stosowanym czynnikiem grzewczym jest glikol, który po podgrzaniu transportowany jest przewodami rurowymi do dalszej części instalacji solarnej.

Kolektory próżniowe to bardzo dobra alternatywa dla kolektorów płaskich w regionach, w których roczna gęstość nasłonecznienia jest mniejsza. Dzieje się tak dlatego, że absorbują one nie tylko promieniowanie bezpośrednie, ale również rozproszone, co skutkuje dużo wyższą wydajnością. Taki rodzaj kolektora zbudowany jest z ułożonych równolegle rur szklanych, które łączy poprzeczna rura czołowa. W zależności od rodzaju tego kolektora, w środku szklanych rurek znajduje się specjalna miedziana rurka cieplna (tzw. heat-pipe) lub rurka wygięta w kształt litery U (U-rurka), wewnątrz której krąży specjalna substancja. Oddaje ona ciepło zgromadzone w pojedynczej rurze kolektora do systemu. Absorber w tym przypadku zazwyczaj nanoszony jest na zewnętrzną powierzchnię rurki znajdującej się w środku. W kolektorze typu heat-pipe płyn solarny  ogrzewany jest parą uzyskaną przez podgrzanie cieczy znajdującej się w rurce wewnątrz rury kolektora. Ponieważ pracujący wewnątrz rurek płyn nie uzyskuje temperatury wyższej niż temperatura pary kolektor próżniowy heat-pipe nie przegrzewa się. W kolektorze typu U-pipe płyn solarny krąży wewnątrz U-rurki. Każda pojedyncza rurka połączona jest z aluminiowym absorberem, który odbiera ciepło zgromadzone w rurze solarnej i przekazuje je do miedzianej rurki, połączonej na stałe z rurą zbiorczą kolektora.

Do prawidłowego działania instalacji oprócz samych kolektorów niezbędne są także inne elementy. Jednym z nich jest pompa cyrkulacyjna, która wymusza obieg płynu, a tym samym przekaz ciepła w zasobniku instalacji CWU. Poprawne działanie całego systemu jest kontrolowane przez systemy elektroniczne, które sprawdzają podstawowe parametry i dbają o poprawną  pracę całego systemu. Wiele firm oferuje gotowe zestawy solarne, które są kompletem wszystkich wymaganych elementów wraz z montażem.

Ostatnim typem, raczej niewykorzystywanym w budownictwie mieszkalnym, są kolektory skupiające, buduje je układ soczewek i luster, które powodują, że padające promieniowanie jest kierowane do absorbera. W tym przypadku absorber jest jednocześnie wymiennikiem ciepła. Takie rozwiązanie skutkuje osiąganiem wysokiej sprawności przetwarzania energii. Minusem jest jednak konieczność ciągłego prostopadłego ustawienia w stosunku do słońca, przez co układy te muszą być wyposażone w urządzenia nadążne, regulujące ich położenie w ciągu dnia względem słońca.

Previous Article

Jak dobrać odpowiednią powierzchnię kolektorów? Część I

Next Article

Pompa ciepła – nowoczesna forma ogrzewania

Dodaj komentarz