Kolektory słoneczne

Budowa kolektora słonecznego

Jest to urządzenie 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 kolektorów

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

Kolektory płaskie

a) z absorberem płaskim, b) z absorberem ryflowanym, c) wodny otwarty, d) powietrzny, e) próżniowy, f) z wypełnieniem,

g) powietrzno – wodny, h) z wypełnieniem komórkowym

Kolektory płaskie

Budowa kolektora płaskiego

Typowy kolektor słoneczny składa się z następujących elementów: absorbera (najczęściej blachy miedzianej pokrytej powłoką selektywną), osłony, izolacji (przeważnie wełna mineralna lub pianka poliuretanowa i konstrukcji (obudowy, instalacji, zaworów, króćców pomiarowych i konstrukcji nośnej.

Kolektor płaski cieczowy

Kolektory cieczowe są to urządzenia zamieniające energię słoneczną na ciepło, w których czynnikiem roboczym jest ciecz. Kolektor cieczowy – płaski zbudowany jest w formie prostopadłościennej skrzynki.

Składa się z następujących elementów: absorbera i orurowania, izolacji, obudowy oraz przegrody

przeźroczystej.

Kolektor płaski cieczowy

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.

Kolektor próżniowo-rurowy

Kolektory skupiające

a) paraboliczny, b) rynnowy, c) rurowy z lustrami płaskimi, d) stożkowy, e) paraboliczny rynnowy, f) z soczewkami Fresnela

Kolektory skupiające

Kolektory skupiające

W kolektorach skupiających promienie słoneczne są odbijane w kierunku absorbera, będącego jednocześnie wymiennikiem ciepła.

Skuteczność 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.

Kolektory paraboliczne

Składają się z luster, za pomocą których promieniowanie słoneczne jest skupiane wewnątrz kolektora jak w soczewce i kierowane na rurę z czynnikiem roboczym.

Kształt zwierciadła zwiększa zdolność absorbowania promieniowania rozproszonego przez chmury, a także promieniowania bezpośredniego docierającego do kolektora pod niekorzystnym kątem.

Kolektory paraboliczne

Izolacja transparentna

Izolacja transparentna swoimi właściwościami różni się znacząco od typowych materiałów będących izolacjami cieplnymi, stosowanymi w przegrodach zewnętrznych budynków.

Materiał ten, podobnie jak to jest w przypadku typowych przegród przezroczystych, izoluje cieplnie, a ponadto daje możliwość pozyskiwania ciepła (w niektórych zastosowaniach również światła) pochodzącego z promieniowania słonecznego, przy czym jego właściwości izolacyjne z reguły są znacznie lepsze od typowych przegród przezroczystych (np. zestawów szyb zespolonych), natomiast przepuszczalność światła gorsza.

Izolacja transparentna

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.

Popularne zastosowania

Kolektory słoneczne najpowszechniej wykorzystywane są do:

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

Przykłady kolektorów płaskich

Instalacja solarna

Ciepło uzyskiwane w kolektorach jest przesyłane do zasobnika w którym podgrzewa i gromadzi się wodę użytkową (bojlera). Posiada on co najmniej jedną grzałkę (wężownicę) przez którą przepływa czynnik grzewczy.

Na potrzeby typowej rodziny (3, 4 os.) zazwyczaj wystarcza zbiornik o pojemności 300l.

Ponieważ kolektory nie są w stanie dostatecznie ogrzewać wodę przez cały rok stosuje się bojlery z dodatkowym źródłem ciepła (np. elektryczną grzałką lub wężownicą zasilaną ciepłą wodą z kotła olejowego, węglowego, itp.), tzw zasobniki biwalentne.

Instalacja solarna

Czy to się opłaca?Ilość promieniowania słonecznego przekładającego się

na ciepło możliwe do uzyskania zależy od: lokalizacji, pory roku, pory dnia i oczywiście od pogody.

Ilość energii promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni ziemi w ciągu roku na terenie Polski:

Pokrycie zapotrzebowania na ciepłą wodę użytkową przez instalacje solarną w poszczególnych miesiącach roku

w warunkach polskich.

DZIĘKUJEMY ZA OBEJRZENIE

PREZENTACJIJustyna Ciepiela Daria Wiktor

konsultacje: mgr inż. Stanisław Toton