Rodzaje kolektorów i ich budowa
W zależności od budowy, rodzaju czynnika pośredniczącego w wymianie ciepła oraz sposobu wymiany ciepła kolektory słoneczne możemy podzielić wg poniższego schematu:
Kolektor płaski składa się:
- Zewnętrznej obudowy wykonanej z aluminium lub tworzywa sztucznego
- Izolacji cieplnej chroniącej absorber od spodu i z boków przed stratami ciepła do otoczenia
- Absorbera wykonanego z blachy miedzianej lub aluminiowej z selektywną powłoką absorbującą promieniowanie słoneczne i zamieniającą je na ciepło np. Tinox, BluTec, SunSelect , Czrny chrom
- Miedzianych lub aluminiowych rur absorbera przylutowanych do płyty absorbera odpowiedzialnych za odbiór ciepła z jej powierzchni. W zależności od konstrukcji rury absorbera mogą mieć formę harfy, harfy dzielonej lub meandryczną.
- Pokrycia przeźroczystego chroniącego kolektor przed zewnętrznymi czynnikami mechanicznymi
Źródło obrazów: Materiały firmy Viessmann
Kolektor próżniowy składa się:
- Izolowanego kolektora zbiorczego w obudowie aluminiowej, do którego przyłączane są poszczególne rury próżniowe. W zależności od konstrukcji kolektory przystosowane są do bezpośredniego przepływu czynnika przez kolektor lub do pośredniego przekazywania ciepła z mufami do przyłączania rur „heat pipe"
- Jednościennych lub dwuściennych szklanych rur próżniowych. W kolektorach z dwuściennymi rurami próżniowymi, próżnia utrzymywana jest w przestrzeni pomiędzy zewnętrzną i wewnętrzną rurą szklaną. W kolektorach z jednościennymi rurami próżniowymi, próżnia utrzymywana jest wewnątrz rury szklanej, która od góry zatkana jest korkiem metalowym z uszczelką. Próżnia pełni rolę izolacji termicznej.
- Absorbera. W kolektorach z dwuściennymi rurami próżniowymi absorber zbudowany jest z 3 warstw napylanych jedna na drugiej na wewnętrznej rurze szklanej . W kolektorach z jednościennymi rurami szklanymi absorber wykonany jest z profili z blachy miedzianej z powłoką selektywną absorbującą promieniowanie słoneczne i zamieniającą je na ciepło np. Tinox, BluTec, SunSelect.
- Aluminiowego profilu przewodzącego - w przypadku kolektorów z dwuściennymi rurami próżniowymi - odpowiedzialnego za odbiór i przekazywanie ciepła z powierzchni absorbera do rurki „heat-pipe" (ciepłowodu) lub „U-rurki" umieszczonej wewnątrz wewnętrznej rury szklanej.
- Rur miedzianych, które w zależności od sposobu przekazywania ciepła czynnikowi roboczemu mogą występować w postaci:
- Rurki „heat-pipe" z płynem niskowrzącym, który odparowuje już w temperaturze około 20°C, i przekazuje ciepło do skraplacza umieszczonego w kolektorze zbiorczym przez który przepływa czynnik roboczy z instalacji solarnej. Czynnik roboczy przepływając przez kolektor omywa skraplacz rurki „heat-pipe" i odbiera z niej ciepło. W wyniku tego płyn niskowrzący ulega skropleniu i spływa na dno rurki „heat-pipe". Po ponownym podgrzaniu płynu następuje jego odparowanie i cykl ten się powtarza.
- Miedzianej „U-rurki", przez którą przepływa czynnik roboczy z instalacji solarnej
- Dwóch współosiowo osadzonych rur miedzianych tzw. połączenie „rura w rurze". Czynnik roboczy wpływa z kolektora zbiorczego do rury próżniowej zewnętrzną rurą miedzianą i powraca do kolektora zbiorczego rurą wewnętrzną.
- Niektóre kolektory próżniowe , aby zwiększyć powierzchnię odbioru ciepła, wyposażone są w lustra płaskie lub skupiające tzw. CPC wykonane z aluminium, umieszczone pod powierzchnią rur próżniowych. Zadaniem lustra jest odbicie promieni słonecznych i skierowanie ich na absorber rur próżniowych w celu zwiększenia powierzchni odbioru ciepła.
Źródło obrazów: Materiały firmy Viessmann i Energo-Term
Kolektory próżniowe z bezpośrednim przepływem
Kolektory próżniowe z pośrednim przekazywaniem ciepła - „heat-pipe"
Kolektor płaski próżniowy składa się:
- Kompaktowej prasowanej wanny
- Ramy aluminiowej dociskającej pokrycie szklane
- Pokrycie przeźroczyste chroniące kolektor przed zewnętrznymi czynnikami mechanicznymi
- Absorbera aluminiowego z warstwą selektywną
- Miedzianych rur absorbera przylutowanych do płyty absorbera odpowiedzialnych za odbiór ciepła z jej powierzchni. Rury najczęściej mają konstrukcję typu meander.
- Izolacji próżniowej, którą uzyskuje się przez wypompowanie powietrza z przestrzeni pomiędzy absorberem a pokryciem szklanym.
Kolektory płaskie i próżniowe - obszar zastosowania
Kolektory próżniowe |
Kolektory płaskie |
Podgrzew c.w.u. |
Podgrzew c.w.u. |
Wspomaganie ogrzewania |
- |
Podgrzew wody basenowej |
Podgrzew wody basenowej |
Kolektory płaskie i próżniowe - porównanie
Kolektory próżniowe |
Kolektory płaskie |
Wyższa wydajność w ciągu całego roku |
Wyższa wydajność w okresie lata |
Mniejsze straty energii dzięki izolacji z próżni |
Większa odporność na uderzenia mechaniczne |
Mniej wrażliwe na odchylenie kolektora od kierunku południowego z uwagi na napylenie absorbera na powierzchni rury (okrągła) |
Możliwość stopienia śniegu z przysypanego kolektora przez odwrócenie obiegu w sterowniku |
Łatwiejszy montaż, każdy element kolektora montowany jest osobno |
Niski koszt |
Łatwa wymiana rur próżniowych bez konieczności spuszczania płynu |
Zastosowanie w instalacjach do podgrzewania c.w.u., ogrzewania wody basenowej |
Zastosowanie w instalacjach do podgrzewania c.w.u., ogrzewania wody basenowej, wspomagania ogrzewania |
|
Rzeczywiste uzyski energii z kolektorów próżniowych i płaskich
Przykładowe rzeczywiste uzyski energii z instalacji solarnych z kolektorami płaskimi i próżniowymi przedstawiają poniższe wykresy. Dane na temat uzysków energii zostały zebrane z instalacji solarnych zamontowanych w siedzibie firmy Energo-Term w Zabierzowie. Zamontowane instalacje solarne pracują na potrzeby c.w.u. Obydwie instalacje pracują niezależnie i podgrzewają identyczne zbiorniki o pojemności 200 l. Poza sezonem grzewczym wytworzony nadmiar ciepła rozładowywany jest również w instalacji grzejnikowej budynku. Instalacja składa się z 2 kolektorów próżniowych Energosol HP-15R o sumarycznej powierzchni czynnej 2,8 m 2 oraz 2 kolektorów płaskich FS-1200A o sumarycznej powierzchni czynnej 3,72 m2.
Koszty podgrzania 200 l wody
Materiały opracowane przez firmę Energo-Term