W jaki sposób działają kolektory słoneczne ?
Kolektory słoneczne - zasada działania
Kolektory słoneczne służą do odbioru energii cieplnej promieniowania słonecznego i przekazywania jej poprzez tzw. czynnik grzewczy i wymiennik ciepła znajdujący się w zbiorniku akumulacyjnym do ogrzania wody użytkowej. Kolektory mogą być używane przez cały rok, gdyż nawet, jeżeli podgrzeją wodę tylko o 5°C (np. w styczniu bądź lutym) to i tak ich stosowanie jest opłacalne.
Na rynku istnieją dwa typy kolektorów:
- płaskie- aktywne (z wymuszonym obiegiem grawitacyjnym przeznaczone do całorocznego wspomagania domowych instalacji cieplnych
- rurowo-próżniowe - pasywne – z grawitacyjnym obiegiem przeznaczone do instalacji letniskowych.
Kolektory płaskie zbudowane są z kilku elementów:
- obudowy dobrze zaizolowane termicznie, zapobiegającej utracie energii z kolektora do otoczenia Jako izolację stosuje się głównie wełnę mineralną lub poliuretan.
- systemu rurek stanowiących jeden długi obieg wypełniony czynnikiem solarnym - Absorbera tj. głównego elementu kolektora, wykonanego z metalu dobrze przewodzącego ciepło. Najczęściej jest to miedź lub aluminium. Najlepsze kolektory to takie, które pokryte są galwanicznie warstwą czarnego chromu, który powoduje bardzo dobre pochłanianie ciepła przekazywanego przez słońce ograniczając jednocześnie jego emisję.
- przeźroczystej pokrywy, wykonanej ze szkła o niskiej zawartości tlenków żelaza bądź też z odpowiednio dobranych i zespolonych w podwójną warstwę tworzyw sztucznych
Kolektor poprawnie zamontowany to jedynie element systemu gwarantującego wspomaganie domowych instalacji grzewczych lub c.w.u. Jest to jednak jego najważniejsza część. Do pozostałych elementów takiej instalacji należą:
1) zbiornik na wodę - może to być dowolny, typowy z wymiennikiem ciepła, przez który ogrzany czynnik grzewczy z kolektora będzie przepływając oddawał energię.
Jeżeli kolektor będzie podłączony do zbiornika, który zasadniczo podgrzewany jest przez kocioł CO to oczywiście należy zaopatrzyć się w zbiornik z dwoma wymiennikami ciepła. Jeśli dodatkowo ciepłą wodę użytkową będziemy podgrzewać pompą ciepła, to potrzebujemy zbiornik z trzema wymiennikami.
2) wymiennik ciepła z zbiorniku - spiralna żebrowana rura - najczęściej miedziana, umieszczona w zbiorniku wody. Czynnik grzewczy przepływający przez wymiennik ogrzewa wodę w zbiorniku.
3) pompa cyrkulacyjna – pompa wymusza obieg czynnika chłodniczego przez wymiennik do kolektora. Jest to element niezbędny do prawidłowego funkcjonowania systemu w przypadku, gdy zdecydujemy się na instalację z wymuszonym obiegiem czynnika chłodniczego, a takie właśnie instalacje są najbardziej efektywne.
4) automatyka sterująca – zestaw mikroprocesorów steruje całością instalacji, otrzymuje sygnały z czujników temperatury i odpowiednio steruje pompą cyrkulacyjną.
5) czynnik grzewczy – medium. Czynnikiem przepływającym przez obieg kolektor – wymiennik ciepła w zbiorniku może być woda, ale ze względu na niebezpieczeństwo zamarznięcia jej w układzie podczas na przykład mroźnej zimowej nocy powoduje, że częściej stosowany jest płyn niezamarzający glikol.
6) naczynie wzbiorcze – zbiornik wyrównuje powstawające ciśnienie w układzie.
Typowa instalacja kolektorowa jest układem bardzo podobnym do systemu centralnego ogrzewania, przy czym rolę podgrzewacza spełnia w naszym układzie właśnie kolektor. Czynnik grzewczy jest przepompowywany przez pompę cyrkulacyjną z kolektora do zbiornika, gdzie ciepło jest oddawane w dolnej jego części, powracając następnie z powrotem do kolektora. Pracą pompy steruje układ mikroprocesorowy, który czuwa nad prawidłowym działaniem całej instalacji solarnej. Czujniki temperatury umieszczone w kolektorze i zbiorniku dostarczają cały czas danych o temperaturze. Układ elektroniczny zapobiega odwróceniem zasady działania, gdzie po zajściu słońca ciepło ze zbiornika przekazywane byłoby do zimnego już kolektora. Zawór bezpieczeństwa zabezpiecza układ przed zbyt dużym ciśnieniem spowodowanym np. chwilowym zanikiem prądu.
Podczas pierwszego napełniania instalacji solarnej czynnikiem grzewczym cały układ podlega odpowietrzeniu. Sprawność układu solarnego zależy w dużej mierze od jakości wymiennika ciepła w zbiorniku oraz pojemności samego zbiornika w myśl zasady im większy zbiornik tym większa sprawność układu.
Dane praktyczne:
1. powierzchnia kolektora odpowiadająca zapotrzebowaniu na c.w.u. jednej osoby to 1-1,5 m²
2. 1 m² kolektora jest w stanie ogrzać około 40-60 litrów wody
3. pojemność zbiornika na c.w.u., odpowiadająca zapotrzebowaniu na c.w.u. jednej osoby to 50-100 litrów.
4. kolektory powinny być zamontowane pod kątem 30-60° w kierunku na południe lub południowy zachód.