Biblioteka
Kolektory słoneczne - działanie i rodzaje

Kolektory słoneczne - działanie i rodzaje

Dodano: czwartek, 21 października 2010 09:35

Energia ze źródeł konwencjonalnych jest i będzie coraz droższa, a zanieczyszczenia powstające podczas jej wytwarzania szkodzą środowisku. Jednym ze sposobów na te problemy są kolektory słoneczne - najczystsze źródło energii.

Poszukując informacji o kolektorach, trafimy zapewne na dyskusje o opłacalności takiej inwestycji. Jedne głosy je zachwalają, inne będą przekonywać, że nie warto. Według producentów zakup instalacji jest opłacalny, jeśli pokryje ona 40-50% zapotrzebowania na ciepłą wodę. W praktyce oznacza to zwykle zakup 2-3 kolektorów dla czteroosobowej rodziny.

Kolektory słoneczne opłaca się instalować w domach ogrzewanych wyłącznie prądem, a także w domach ogrzewanych olejem opałowym lub gazem płynnym. W domach ogrzewanych paliwem stałym uwalnia latem od kłopotliwego palenia w piecu tylko po to, by podgrzać ciepłą wodę, bo w ciepłe, słoneczne dni kolektory mogą pokryć nawet 100% zapotrzebowania na c.w.u. Kolektory warto kupić do domu, w którym zamieszka liczna rodzina często korzystająca z kąpieli z hydromasażem. Opłacalne jest też podgrzewanie kolektorem słonecznym wody w basenie.

Schemat instalacji solarnej

O kolektorach słonecznych warto pomyśleć już na etapie wyboru projektu domu, bo niektóre z ich rodzajów można zamontować w połaci dachowej, rezygnując z części poszycia, a zamiast zwykłego zasobnika ciepłej wody kupić od razu specjalny, współpracujący z kolektorami. Można też kolektory zamontować w domu już istniejącym - najlepiej przy okazji modernizacji, np. wymiany starego kotła na paliwo stałe lub zmiany ogrzewania na elektryczne.

Można też zainstalować je w domu nowo wybudowanym, w którym rachunki za ciepłą wodę są tak wysokie, że zaczniemy szukać sposobu na ich zmniejszenie.

W każdej sytuacji koszty instalacji kolektorów i przystosowania ich do urządzeń grzewczych będą inne: najniższe wtedy, gdy kolektory zainstalujemy w trakcie budowy domu, najwyższe - gdy trzeba będzie wymieniać całą instalację grzewczą.

Jak działają?

Przekrój kolektora płaskiego

Kolektory słoneczne są częścią instalacji składającej się m.in z zasobnika solarnego, przewodów rurowych, zestawu pompowego oraz zaworu bezpieczeństwa. Instalacja taka, zwana systemem solarnym, zazwyczaj współpracuje z kotłem, ponieważ w Polsce nasłonecznienie można wykorzystać jedynie do wspomagania podgrzewania c.w.u., i to głównie latem. W okresach zachmurzenia, gdy system nie może zapewnić ciepłej wody, włącza się kocioł zintegrowany z systemem solarnym.

Działanie typowego systemu solarnego zintegrowanego z kotłem kondesacyjnym na gaz obrazuje schemat na str. 102.

Rodzaje kolektorów

Schemat kolektora z parabolicznym zwierciadłem CPC

Płaskie niepróżniowe. Kolektor taki to płyta stalowa, miedziana lub aluminiowa pokryta absorberem, czyli czarnym chromem, czarnym niklem, czarną miedzią lub tlenkiem tytanu, które pochłaniają promieniowanie słoneczne. W najprostszej i najtańszej wersji płyta pokryta jest czarnym lakierem, ale wtedy sprawność kolektora jest nieco mniejsza, ponieważ większe są straty ciepła przez promieniowanie. Od spodu do płyty przylegają cienkie rurki, którymi płynie rozcieńczony czynnik roboczy - glikol.

Dla ochrony kolektora przed deszczem, gradem czy śniegiem płyta pokryta jest od zewnątrz szybą ze szkła hartowanego, teflonu lub przezroczystego tworzywa.

Przekrój rury kolektora próżniowego z rurkami cieplnymi

Rama kolektora wykonana jest z włókna szklanego lub aluminium, tylna ściana zaś - z blachy stalowej z powłoką aluminiowo-cynkową. Między tylną ścianą a rurkami jest izolacja cieplna z wełny mineralnej lub pianki poliuretanowej. Izolacja zapewnia wyższą sprawność działania kolektora, ponieważ redukuje oddawanie ciepła na zewnątrz.

Płaskie próżniowe. W tych kolektorach wokół absorbera, czyli między szybą a tylną ścianką, wytworzona jest próżnia (w poprzednich jest powietrze). Są dzięki temu wydajniejsze niż płaskie niepróżniowe, ponieważ mniejsze są w nich straty ciepła. Ponadto ich elementy wolniej korodują, bo w ich wnętrzu nie wytwarza się para wodna. Kolektory te są jednak droższe od niepróżniowych.

Przekrój rury kolektora próżniowego z bezpośrednim przepływem czynnika roboczego

Rurowe z bezpośrednim przepływem czynnika roboczego. Kolektor taki składa się najczęściej z 12 lub 24 szklanych rurek próżniowych umieszczonych koło siebie. Każda rurka ma wewnątrz dwie umieszczone jedna w drugiej rurki metalowe. Rozcieńczony roztwór glikolu wpływa wewnętrzną rurką, w której się ogrzewa i wraca zewnętrzną rurką do instalacji.

Rurowe z rurkami cieplnymi. Określane często jako kolektory heat pipe. Składają się również ze szklanych rurek ułożonych obok siebie. Wewnątrz każdej rurki jest miedziana rurka cieplna z roztworem glikolu o temperaturze parowania ok. 25°C. Para, która wytwarza się w wyniku ogrzania rurki przez promieniowanie słoneczne, zbiera się w kondensatorze rurki cieplnej, umieszczonym na jej końcu, skrapla się w nim i oddaje w ten sposób ciepło do instalacji. Roztwór glikolu, już jako ciecz, spływa po wewnętrznej ściance rurki i cały proces się powtarza. Kolektory słoneczne z rurkami cieplnymi ustawia się pod kątem min. 20°, aby roztwór glikolu mógł w nich sprawnie cyrkulować.

Z parabolicznym zwierciadłem CPC. Kolektor taki zbudowany jest z rurek, w których płynie roztwór glikolu, oraz ze specjalnego zwierciadła, czyli lustra umieszczonego pod rurkami. Dzięki swojemu kształtowi zwierciadło zwiększa absorbcję promieni słonecznych padających pod niekorzystnym kątem, czyli rano i wieczorem.

Zasobnik solarny

Jet to zbiornik, w którym magazynowana jest ciepła woda. Standardowo przyjmuje się, że jego pojemność powinna być 1,5-2 razy większa od dziennego zapotrzebowania na c.w.u, które wynosi 50-80 l wody o temperaturze 60°C na osobę. Dla dwuosobowej rodziny zaleca się zasobnik 200-300 litrowy, dla czteroosobowej - 300-600 litrowy, zważywszy, że kolektory słoneczne podgrzewają wodę tylko w ciągu dnia, więc trzeba jej tyle zgromadzić w zbiorniku, aby domownicy mieli ciepłą zarówno wieczorem, jak i rano.

Jak ustawić solary?

Dla zapewnienia jak najwyższej wydajności kolektorów, należy ustawić je w najkorzystniejszym położeniu, a więc: pod kątem 45° do poziomu, skierowane na południe, a gdy nie jest to możliwe - w kierunku jak najmniej odchylonym od południa, w miejscu, którego nie ocieniają inne budynki, drzewa ani krzewy.

Kolektory słoneczne na dachu czy w ogrodzie?

Wbudowany w dach. Jeśli na instalację solarną zdecydujemy się przed wybudowaniem domu, można wybrać kolektory płaskie (tylko ten rodzaj się do tego nadaje) i wbudować je w dach - pod warunkiem, że kąt jego nachylenia wynosi min. 25°. Miejsca styku kolektorów z pokryciem dachowym powinno się bardzo dokładnie uszczelnić.

Na dachu lub na ziemi. Każdy rodzaj kolektora można zamontować na dachu - zarówno skośnym, jak i płaskim, a także na ziemi w trakcie budowy domu i po jego wybudowaniu.

Na ścianie budynku. Tak usytuowane kolektory są mniej narażone na chłodzące działanie wiatru niż zamontowane na dachu. Mogą też wykorzystać dodatkowe promieniowanie, które odbija się od ziemi i obiektów znajdujących się w pobliżu kolektora.

opr.: Olimpia Wolf
zdjęcie wprowadzające: Junkers