Kolektory słoneczne

Kolektory słoneczne

Współczesne technologie grzewcze stawiają na energooszczędne rozwiązania w kierunku zmniejszania kosztów za energię cieplną. Każdy stawiany obiekt budowlany pod tym względem ma być jak najtańszy w eksploatacji. Na oszczędności energetyczne w budynku składają się dwa główne czynniki, a mianowicie materiały, z których jest on zbudowany oraz zastosowane źródła wytwarzania i rozprowadzania energii.
Od paru lat w naszym kraju popularne są odnawialne źródła energii. Moda na szeroko rozumianą ekologię sprzyja tworzeniu małych elektrowni wiatrowych przy gospodarstwach domowych, pomp ciepła, wykorzystaniu źródeł geotermalnych, a także w ostatnim czasie al

Jak działa kolektor słoneczny ?

Zadaniem kolektora słonecznego jest pobieranie energii z promieniowania bezpośredniego, rozproszonego i odbitego, a następnie przekazywanie go do instalacji grzewczej.
Działanie kolektora jest następujące:
1. Słońce ogrzewa umieszczony w kolektorze absorber, który pochłania promieniowanie słoneczne i zamienia je w ciepło. Skuteczność pochłaniania zależy od rodzaju absorbera. Zwykły, czarny absorber dużą część promieniowania odbija. Skuteczniejszy jest tzw. absorber selektywny – pochłania on 95% padającego na niego promieniowania.
2. Od absorbera ogrzewa się czynnik grzewczy (może to być woda lub płyn niezamarzający), który przepływa przez kolektor.
3. Ogrzany płyn przepływa do zasobnika.
4. Tam oddaje ciepło ogrzewanej wodzie użytkowej, znajdującej się w zasobniku, i ochłodzony wpływa z powrotem do kolektora.

Kolektory płaskie i próżniowe

Kolektory płaskie- są popularne ze względu na trwałość a także niższą cenę w porównaniu do próżniowych. Działanie tego typu kolektorów sprowadza się do absorbowania promieni słonecznych przez ciemną powłokę, zwaną absorberem. Do jej spodniej części przyłączone są miedziane albo aluminiowe kanały przepływowe dla płynu grzewczego. Poprzez wężownice w zbiorniku, glikol ( jako płyn grzewczy)oddaje ciepło podgrzewając wodę. Absorber wykonany jest z blachy miedzianej lub aluminiowej, pokrytej warstwą absorbującą. Od niego zależy głównie trwałość i sprawność kolektora. Pod absorber znajduje się izolacja z wełny mineralnej, a od góry kolektor przykryty jest szybą solarną, odporną na warunki atmosferyczne.
Kolektory próżniowe- charakteryzują się większą sprawnością w porównaniu do kolektorów płaskich. Składają się z zestawu rur szklanych, w których panuje próżnia. Każda rura wyposażona jest w następujące elementy:
– wyprofilowana blacha, która jest współosiowa do szklanej rury;
– absorber, który jest wykonany z ciemnych tlenków metali, pokrywający blachę;
– miedzianych przewodów rurowych, przez które płynie czynnik grzewczy ( glikol);
Kolejnym elementem kolektora jest izolowana skrzynia zbiorcza z przewodami zasilania i odbioru, transportującymi czynnik do instalacji. Całość jest zamknięta w obudowie, chroniącej urządzenie przed działaniem czynników zewnętrznych. Niektóre modele kolektorów próżniowych wyposażone są w lustra paraboliczne, które skupiają promienie słoneczne tak, aby trafiał na rurę absorbera.
Konstrukcja obiegu solarnego
Zadaniem obiegu solarnego jest doprowadzenie ciepła z kolektorów do zasobnika, w którym będzie ono magazynowane.

Obieg solarny składa się z kolektorów, przewodów rurowych, solarnego zestawu pompowego, urządzeń zapewniających bezpieczeństwo działania instalacji i zasobnikowego wymiennika ciepła.

Największy wpływ na sprawność instalacji mają przewody rurowe i zasobnikowy wymiennik ciepła.
• Przewody rurowe. Długość rur między zasobnikiem a kolektorem powinna być możliwie jak najkrótsza – wtedy straty ciepła przy przepływie ogrzanego czynnika z kolektora do zasobnika będą najmniejsze. Wszystkie rury trzeba odpowiednio zaizolować (tu jest źródło dużych strat ciepła), elementy gumowe, np. uszczelki, przepony, mające styczność z czynnikiem roboczym przepływającym w instalacji muszą być wykonane z materiałów nie wchodzących w reakcję chemiczną z tym czynnikiem.
• Zasobnikowy wymiennik ciepła. Kolektor dostarcza ciepło najczęściej wtedy, gdy go nie potrzebujemy, czyli w ciągu dnia. A ciepłą wodę zużywamy zazwyczaj po południu i wieczorem. Aby więc energię wyprodukowaną w ciągu dnia można było wykorzystać wieczorem, trzeba zgromadzić ją w zasobniku solarnym.
Najbardziej rozpowszechnione są zasobniki dwusystemowe biwalentne. Znajdują się w nich dwa wymienniki ciepła. Dolnym przepływa czynnik roboczy z obiegu solarnego, górnym – woda ogrzana w kotle.

Zazwyczaj wykorzystuje się zasobniki o pojemności pokrywającej zapotrzebowanie na ciepłą wodę na jeden do trzech dni, w czasie, których solary nie grzeją.
Im większa jest pojemność zasobnika, tym dłużej będziemy korzystać ze zgromadzonej energii w pochmurne dni.
Zamiast zasobnika z podwójną wężownicą można zastosować prostsze rozwiązanie, czyli zasobnik z pojedynczą wężownicą i grzałką elektryczną. W wężownicy krąży płyn z obiegu solarnego, a dogrzewanie wody jest zapewnione dzięki grzałce. Jest to rozwiązanie droższe eksploatacyjnie niż wymiennik z podwójną wężownicą, ale jest wygodne, zwłaszcza gdy budynek ogrzewamy za pomocą kotła na paliwo stałe.

Gdzie zamontować kolektory słoneczne

Miejsce montażu nie może być zacienione przez drzewa lub budynek. Usytuowanie względem obiektu może być różne: na dachu, w dachu i jako wolno stojące. Możliwy jest także montaż na ścianie budynku, ale dotyczy to tylko niektórych typów kolektorów.
Najbardziej rozpowszechnione jest montowanie kolektorów na dachu. W ten sposób można zainstalować każdy typ kolektora, nie tylko w trakcie, ale także po wybudowaniu budynku. Wystarczy podczas pokrywania dachu zamontować uchwyty dachowe i wyprowadzić na zewnątrz przewody rurowe, do których podłączone będą kolektory.
Na efektywność jego pracy wpływa ustawienie go względem stron świata ( najlepiej południowa). Nie bez znaczenia jest również kąt padania promieni słonecznych. Najlepsze efekty uzyskuje się gdy promienie słoneczne padają prostopadle na płytę kolektora.
Położenie Słońca zmienia się w ciągu roku, także optymalny kąt nachylenia kolektora nie jest stały: w lecie wynosi 30°, a zimą – 60°. Kolektory, które mają pracować tylko latem, można ustawić pod kątem 30°, całoroczne pod kątem 45°. Zmiana nachylenia kolektora zamontowanego na połaci dachu nie jest możliwa, ale między 35° a 50° sprawność kolektora spada w bardzo niewielkim stopniu.

Jak można wykorzystać kolektory słoneczne

Najczęściej stosowane są do podgrzania ciepłej wody użytkowej (c.w.u.). Jednak kolektory słoneczne z powodzeniem mogą być zainstalowane w instalacjach CO, jako źródła wspomagające tradycyjne ogrzewanie budynku. Innym ich zastosowaniem jest również podgrzewanie wody w basenie w ośrodkach sportu.
Generalnie urządzenia te mogą być eksploatowane przez 30 lat, co prawda po 20 latach eksploatacji ich sprawność spada do 80 %.