Kolektory słoneczne – zasada ich działania jest prosta. Podstawowym zadaniem każdego kolektora słonecznego jest pobieranie energii z promieniowania słonecznego i przekazywanie jej do instalacji grzewczej. W poniższym artykule poznasz typy na jakie dzielą się kolektory słoneczne, zasadę ich działania oraz budowę.
Kolektory słoneczne – zasada działania
W kolektorach znajduje się absorber, który odpowiada za ogrzanie czynnika grzewczego, który przepływa przez kolektor. Płyn przepływa do zasobnika i oddaje ciepło potrzebne do przygotowania wody użytkowej o odpowiedniej temperaturze. Gdy płyn się ochładza, z powrotem trafia do kolektora. To, z jaką skutecznością będą pochłaniane promienie słoneczne, w dużej mierze zależy od rodzaju absorbera. Jeżeli wybierzesz czarny absorber, znaczna część promieni słonecznych odbije się od niego. Dlatego zasada działania kolektorów słonecznych mających tzw. absorbery selektywne, wykazują się znacznie większą skutecznością, nawet na poziomie 95%.
Budowa kolektora słonecznego – rodzaje
W dziedzinie fotowoltaiki rozróżnia się trzy rodzaje kolektorów słonecznych. Każdy z nich działa na podobnej zasadzie, jednak różnią się od siebie budową.
Kolektory płaskie
Sercem każdego kolektora jest absorber, który pochłania promieniowanie słoneczne. W kolektorach płaskich, absorber jest z aluminiowej lub miedzianej blachy, której powierzchnia pokryta jest specjalną powłoką. Pod absorberem znajdują się przymocowane miedziane rurki z płynem solarnym (roztwór glikolu). Płytę absorbującą zabezpiecza się przeźroczystym pokryciem (tafla ze szkła lub tworzywa sztucznego), które w pełni przepuszcza promieniowanie słoneczne. Całość kolektora płaskiego obudowana jest ramą wykonaną z aluminium bądź tworzywa sztucznego.
Płaskie kolektory słoneczne – zasada działania
- Promienie słoneczne, które padają na kolektor, przechodzą w pełni przez płytę osłaniającą absorber.
- Pod wpływem promieniowania absorber nagrzewa się i przekazuję temperaturę wężownicy (miedziane rurki).
- Płyn znajdujący się w wężownicy przepływa do do zasobnika ciepła, gdzie przekazuje ciepło i zostaje schłodzony.
- Schłodzony płyn (roztwór glikolu) wraca do kolektora.
Kolektory słoneczne posiadają termostat, dzięki któremu powyższy proces odbywa się wyłącznie po przekroczeniu określonej temperatury. Podczas pochmurnych dni lub w ciągu nocy, kolektor nie jest aktywny.
Kolektory rurowe
Ten rodzaj kolektorów słonecznych jest bardziej skomplikowany od kolektorów płaskich. Kolektory rurowe ze względu na budowę dzielą się jeszcze na: „rura w rurze„, U-rurka, „Heat Pipe„, CPC, oraz kolektory rurowe modułowe. W tym artykule opiszemy krótko pierwszy z nich.
Kolektory „rura w rurze” zbudowane są z miedzianej rurki, która posiada dwie warstwy. W środku znajduje się czynnik grzejny, który podobnie jak w kolektorach płaskich, pod wpływem temperatury przepływa do zasobnika ciepła, gdzie zostaje schłodzony. Tę dwuwarstwową rurkę przeważnie umieszcza się w środku próżniowej rury szklanej.
Kolektory hybrydowe
To rozwiązanie jest połączeniem płaskich kolektorów słonecznych z panelami fotowoltaicznymi. Zasada działania takiego kolektora polega na zbieraniu promieniowania słonecznego i przetwarzania go na energię elektryczną. Nadmiar ciepła zbiera kolektor słoneczny, który umieszczony jest pod panelem PV. Takie rozwiązanie jest niezwykle wydajne – schładzane ogniwa fotowoltaiczne wytwarzają więcej energii, natomiast ciepło zebrane przez kolektory wykorzystuje się w budynku. Kolektory hybrydowe pozwalają na szybszy zwrot z inwestycji. Klasyczne panele słoneczne przy ogrzaniu o 1°C zmniejszają swoją efektywność o 0,5%. Oznacza to więc, że przy bardzo gorących dniach z silnym nasłonecznieniem, zwykłe panele słoneczne tracą niemal 40% wydajności.
Co ma wpływ na sprawność kolektorów słonecznych?
To, czy kolektor słoneczny będzie działał w sposób energooszczędny i sprawny, w dużej mierze zależy od jego ustawienia względem słońca. Największą wydajnością odznaczają się urządzenia kierowane na stronę południową. Trzeba również pamiętać o maksymalnym odchyleniu, jakie mogą mieć poszczególne kolektory. Kolektory płaskie można odchylić o zaledwie 15 stopni w kierunku wschodnim lub zachodnim. Jeżeli odchylimy kolektor w znaczny sposób, jego sprawność zmniejszy się, ponieważ większą jego część wyeksponujemy na stronę wschodnią niż południową.
Musimy również pamiętać, że optymalny kąt nachylenia kolektora nie może być stały przez cały rok, ponieważ położenie Słońca zmienia się w ciągu roku. Kolektory, które mają pracować tylko latem, można ustawić pod kątem 30°, całoroczne pod kątem 45°. Oczywiście należy pamiętać, że jeżeli zdecydujesz się na kolektory do zamontowania na połaci dachu, zmiana kąta ich nachylenia nie będzie możliwa, ale między 35° a 50° sprawność kolektora spada w bardzo niewielkim stopniu, dlatego nie musimy martwić się o efektywność jego działania.
Najlepsze miejsce na montaż kolektora, czyli jakie?
Miejsce montażu kolektora słonecznego nie może być w cieniu, ani przez budynki, ani przez drzewa. System można zamontować na dachu, w dachu, jak i można wybrać wersję wolnostojącą. Istnieje także możliwość zamontowania kolektorów na ścianie domu, ale opcja ta jest dostępna tylko dla niektórych rozwiązań systemowych.
Najpopularniejszym miejscem montażu kolektora jest dach. Można tam umieścić każdy typ kolektora, nie tylko w momencie budowy domu, ale także w przypadku, gdy budynek już od dawna stoi. Wystarczy, że dach na dachu zamontujemy specjalne uchwyty, a przewody rurowe wyprowadzimy na zewnątrz. Montaż odbędzie się wtedy w bezproblemowy sposób. Jeżeli chodzi o montaż kolektorów w dachu, to jest on możliwy tylko w przypadku kolektorów płaskich, ale tylko pod warunkiem, że nachylenie dachu wynosi minimum 25 stopni.
Wiecie już, jak działa kolektor słoneczny. W kolejnych artykułach dowiecie się m.in. co to jest fotowoltaika, na czym polega audyt fotowoltaiczny, jakie są rodzaje paneli fotowoltaicznych, dlaczego opłacalność fotowoltaiki wciąż rośnie, czy też czym jest instalacja on-grid i off-grid.