SŁOŃCE: Kolektory słoneczne
Polski rynek kolektorów słonecznych rozwija się dynamicznie, nie tylko dzięki ich dofinansowaniu, ale również, dzięki promocji oraz nowym rozwiązaniom. Teraźniejszy klient nie patrzy tylko na cenę, ale również na pozycje firmy na rynku, a przede wszystkim na efektywność kolektora. Z uwagi na to, że są to wciąż najpopularniejsze urządzenia instalowane w domach, Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej postanowił zwiększyć o 150 mln zł środki przeznaczone na dotacje kolektorowe. Tym samym, pomimo wcześniejszych oporów, przedłużył możliwość jej pozyskania do 2015 r. Wobec ostatniej szansy dawanej przez NFOŚ, może warto jeszcze raz przeanalizować decyzję o ich zakupie?
Działanie kolektora
Energia słoneczna, którą wykorzystują kolektory najczęściej używana jest do podgrzewania wody, lub wspomagania ogrzewania budynków. Zasada działania jest niezwykle prosta.
Słońce ogrzewa absorber umieszczony w kolektorze. Absorber pochłania promieniowanie słoneczne przekształcając je w ciepło. Jego rodzaj wpływa bezpośrednio na skuteczność pochłaniania energii słonecznej.
Od absorbera ogrzewa się czynnik grzewczy, który przepływa przez kolektor. Ogrzany płyn przepływa do zasobnika, gdzie oddaje ciepło wodzie użytkowej i ochłodzony wpływa z powrotem do kolektora.
W związku z tym, mamy do czynienia z kilkoma konstrukcjami kolektorów, których głównym celem jest ograniczenie strat energii, wynikających z konwersji promieniowania słonecznego na ciepło.
Rodzaje kolektorów słonecznych
– płaskie: cieczowe, gazowe, dwufazowe,
– płaskie próżniowe,
– próżniowo-rurowe (nazywane też próżniowymi, w których rolę izolacji spełniają próżniowe rury),
– skupiające (prawie zawsze cieczowe),
– specjalne (np. okno termiczne, izolacja transparentna).
Z wymienionych powyżej typów, najczęściej stosowanymi są kolektory płaskie i próżniowe, dlatego właśnie te zostaną omówione.
Kolektory płaskie cieczowe
Kolektor płaski składa się z:
Pokrywa- wykonana z grubego i odpornego na uszkodzenia szkła. Chroni absorber przed stratami ciepła do atmosfery tworząc efekt szklarniowy.
Absorber – to płyta wewnątrz kolektora, do której przymocowane są rurki miedziane. Przez nie przepływa ciecz (płyn solarny) ogrzewając się. Absorber wykonany jest z metalu dobrze
przewodzącego ciepło, najczęściej miedzi lub aluminium pokrytego substancjami absorbującymi promieniowanie słoneczne. Ważnym parametrem przy wyborze kolektora jest współczynnik pochłaniania i emisji, który określa wydajność absorbera. Znane są materiały o dużych współczynnikach pochłaniania α rzędu 0,9 i małych współczynnikach emisji ε rzędu 0,1. Dla materiałów takich jak: czarne tlenki niklu, chromu, miedzi wyrażenie α/ε osiąga wartość 8 – 32. Dzięki tym materiałom, tworzy się tzw. selektywne powłoki absorberów, dzięki którym temperatura absorbera może osiągać nawet 150 – 200 ºC.
Izolacja i obudowa – wykonana najczęściej z wełny mineralnej lub poliuretanu, chroniącej przed stratami cieplnymi. Całość zamknięta jest w obudowie wykonanej z aluminium lub rzadziej z włókien węglowych. Na dole obudowy znajdują się otwory umożliwiające wydostanie się skroplonej w kolektorze wody.
W kolektorach płaskich największe straty powodowane są ruchami powietrza, wywołanymi różnicą temperatur (konwekcja), ponieważ obudowa kolektora płaskiego musi być wentylowana. Ogrzane powietrze w kolektorze przemieszcza się i ucieka, przez co całkowite straty w kolektorach płaskich wynoszą 30%.
Kolektor płaski próżniowy
To ulepszone rozwiązanie kolektorów płaskich wykorzystujące izolację próżniową stosowaną w kolektorach rurowych. Powietrze znajdujące się w obudowie kolektora zostało wypompowane, przez co ich sprawność jest wyższa. Również inny sposób połączenia absorbera z rurkami wpływa na wydajniejszą pracę. W kolektorach tego typu, spawanie zostało zastąpione systemem zaciskowym, dzięki któremu powierzchnia styku tych elementów wzrosła do 70%.
Kolektor rurowy próżniowy
Kolektory tego typu składają się z dwóch szklanych rur umieszczonych jedna w drugiej. Między nimi znajduje się próżnia stanowiąca doskonałą izolację. Dodatkowo w tylnej części rury znajduje się lustro, które pomaga korzystać z promieniowania padającego nawet pod dużym kątem. Biorąc pod uwagę przepływ czynnika grzewczego, wśród kolektorów rurowych możemy wyróżnić dwa typy:
Heat pipe
W rurze próżniowej umieszczona jest rurka cieplna (heat pipe) wypełniona cieczą, która jest w stanie przekazywać ciepło już przy temp 15 C, z wrze w 23 C. Wrząca ciecz unosi się ku górze, gdzie skrapla się i oddaje ciepło krążącemu czynnikowi. Dobra izolacja sprawia, że kolektor jest w stanie funkcjonować nawet w mroźne, ale słoneczne dni. Podwójne szkło sprawia jednak, że mniej promieni słonecznych dociera do wnętrza rurki,przez co ich całoroczna sprawność kształtuje się na poziomie 80 %.
Istnieje jednak rozwiązanie wykorzystujące pojedynczą rurę próżniową, w której umieszczony jest płaski absorber z powłoką selektywną. Do absorbera przymocowana jest rurka (heat pipe), podobnie jak w kolektorach płaskich. Dzięki takiej konstrukcji daje on znacznie szersze możliwości montażu, ponieważ rury można dowolnie ustawiać względem słońca. Badania przeprowadzane przez firmy produkujące kolektory pokazują, że dzięki takiemu rozwiązaniu uzyskują one nawet 30% więcej energii.
Direct flow
W tym systemie, wewnątrz rury próżniowej umieszczono jeszcze jedną szklana rurkę (1), przez którą na dno rury pompowany jest czynnik grzewczy (5). Płyn wraca po gorącej, wewnętrznej stronie rury próżniowej omywając ją (7). Dzięki temu ciepło absorbera przekazywane jest bezpośrednio na czynnik, przez co w znacznym stopniu ograniczono straty. Sprawność kolektorów tego typu jest o 30 % większa w porównaniu z technologią heat pipe.
