Wybór odpowiedniego kolektora jest bardzo istotny dla poprawnego funkcjonowania słonecznego systemu grzewczego. Dziś przedstawiamy rodzaje kolektorów, ich konstrukcje oraz funkcjonalności.
Głównym zadaniem kolektorów słonecznych jest zbieranie promieniowania słonecznego i przekazywanie ich do systemu grzewczego. Kolektory składają się przede wszystkim z pokrywy i absorbera. To właśnie w nim zachodzi przemiana promieniowania w energię cieplną. Możemy wyróżnić trzy główne typy kolektorów słonecznych: płaskie, próżniowe rurowe oraz próżniowe płaskie.
Kolektory płaskie
Współczesne słoneczne kolektory płaskie zbudowane są z szyby stanowiącej pokrycie, absorbera w postaci przewodzącej ciepło blachy połączonej z systemem rurek przepływowych oraz z izolacji cieplnej. Pokrycie, czyli szyba solarna zbiera krótkie fale promieniowania słonecznego (światło widoczne), które są przekazywane do absorbera przekształcającego je w fale długie (ciepło).
Jedną z najważniejszych części kolektora jest absorber. Zbudowany jest on z blachy (z miedzi lub aluminium) oraz systemu kanałów przepływowych. W nowoczesnych kolektorach stosuje się również powłokę selektywną, której zadaniem jest zapobieganie nadmiernej emisji ciepła z nagrzanej blachy absorbera (czyli strat ciepła). Taką powłokę nakłada się galwanicznie, naparowuje w próżni lub wytwarza wykorzystując technikę rozpylania jonowego. Właśnie takie rozwiązanie gwarantuje minimalne straty ciepła.
Powłoki selektywne są bardzo wrażliwymi częściami absorberów. Niekorzystnie wpływa na nie wilgoć, wykraplanie się pary wodnej, tlenku azotu czy dwutlenku siarki. Właśnie dlatego należy szczególnie uważnie je montować, uniemożliwiając kontakt z otoczeniem.
Do budowy absorbera wykorzystuje się elementy miedziane lub aluminiowe. Miedź ma wysoką przewodność cieplną, a dodatkowo można ją w pełni poddać recyklingowi. Aluminium nieco słabiej przewodzi ciepło, ale zastosowanie odpowiedniej powłoki selektywnej umożliwia osiągnięcie parametrów podobnych do tych, jakie wykazują elementy miedziane.
W budowie absorbera bardzo istoty jest również sposób ułożenia rurek przepływowych. To on decyduje o zakwalifikowaniu kolektora do konkretnego typu. Kanały te mogą być ukształtowane w postaci harfy, meandra, harfy dzielonej, a także tzw. roll-bond czy z przepływem powierzchniowym. Absorber oraz szyba solarna są chronione przed wpływami warunków atmosferycznych specjalną obudową. To właśnie ona decyduje, czy mamy do czynienia z kolektorem płaskim ramowym czy wannowym. Kolektory mają również izolację, która ogranicza straty ciepła.
Ważną rolę odgrywa szyba wykonana ze szkła hartowanego o niskiej zawartości żelaza, dzięki czemu zapewnia wysoką przepuszczalność świetlną. Hartowanie szkła to gwarancja bezpieczeństwa – w razie stłuczenia rozpada się ona na wiele drobnych elementów. Szyba solarna musi zapewniać promieniowaniu słonecznemu bezproblemowe dotarcie do absorbera, dlatego wykonuje się ją ze szkła o wyjątkowej czystości składu chemicznego.
Kolektory próżniowe rurowe
Rurowe kolektory zbudowane są z jedno- lub dwuściennych rur szklanych. Między tymi rurami występuje próżnia, a ich końce łączone są w wysokiej temperaturze – są „zalane szkłem”.
Szklane rury wykorzystywane w kolektorach próżniowych rurowych mają ścianki grubości 1,6 do 2 mm, a ich średnice mają standardowo 37, 47, 58 i 70 mm. Na zewnętrzną ich powierzchnię nanoszona jest w warunkach próżniowych powłoka, która absorbuje promieniowanie słoneczne.
Na rynku dostępne są dwa typy kolektorów próżniowych rurowych – z przepływem bezpośrednim oraz z rurkami grzewczymi (heat pipe).
W kolektorach z bezpośrednim przepływem ciepło przepływa przez absorber wewnątrz rur, a w tych typu heat pipe transport ciepła z absorbera do powłok grzewczych odbywa się w obwodzie zamkniętym.
W kolektorach heat pipe może występować mokre bądź suche połączenie rur z obwodem solarnym. W mokrym połączeniu skraplacz rury grzewczej zanurzony jest w cieczy roboczej. W tych z połączeniem suchym skraplacz ma kontakt jedynie z elementem pośrednim, a ten jest zanurzony w medium roboczym.
Płaskie kolektory próżniowe
Kolektory próżniowe płaskie wykorzystują w swoich mechanizmach działania konwekcję następującą po wprowadzeniu podciśnienie do ich wnętrza. Dzięki temu zmniejszają się straty ciepła.
Dodatkowo pozostałości powietrza zastępuje się w nich gazem szlachetnym, dzięki czemu poprawia się parametry grzewcze. W tym typie kolektora bardzo istotne jest regularne kontrolowanie podciśnienia.
Kolektor to pierwszy element solarnego systemu grzewczego. W kolejnej części naszego poradnika przybliżymy kwestię montażu pełnego zestawu solarnego.
