Kolektory słoneczne: rodzaje, planowanie i wydajność

Kolektory słoneczne stanowią rdzeń instalacji solarnej. Jak sama nazwa wskazuje, zbierają one promienie słoneczne. Następnie przekształcają je w ciepło użytkowe, które może być wykorzystane do ogrzewania ciepłej wody użytkowej lub jako wspomaganie centralnego ogrzewania w domu. Pomaga to zaoszczędzić na kosztach energii i przyczynia się do zmniejszenia emisji CO₂ do atmosfery w wyniku spalania paliw kopalnych.

Podstawowa zasada działania i typy

Pomijając kilka specjalnych rozwiązań technicznych, kolektory stosowane głównie w Niemczech to takie, które zawierają krążący w obiegu nośnik ciepła. Czynnik ten składa się z reguły z mieszaniny wody i glikolu niezamarzającego. Czynnik ten znajduje się w rurze. W zależności od sposobu montażu rozróżnia się kolektory rurowe i płaskie. Wspólne dla obu jest jednak to, że absorber przetwarza promieniowanie słoneczne na ciepło. Czynnik przekazujący ciepło odbiera je i odprowadza od kolektora. Proces ten jest taki sam w każdym kolektorze.

Próżniowe kolektory rurowe - zasada działania Heat pipe

W kolektorach rurowych absorber osadzony jest w szklanej rurze, która znajduje się pod ciśnieniem próżniowym (ewakuowana), podobnie jak kolba Thermosa. Próżnia ma bardzo dobre właściwości termoizolacyjne i zapewnia zmniejszenie strat ciepła. Jest to szczególnie korzystne w przypadku wysokich temperatur kolektora, czyli w warunkach pracy typowych dla solarnego wspomagania ogrzewania.

Kolektory płaskie - rury meandrujące

W kolektorach płaskich absorber jest zwykle chroniony przed żywiołami przez obudowę z powlekanej blachy stalowej, aluminium lub stali nierdzewnej oraz przednią pokrywę z niskożelaznego szkła solarnego. Powłoka antyrefleksyjna (AR) na szkle może dodatkowo zmniejszyć odbicie światła. Izolacja termiczna obudowy kolektora zmniejsza straty ciepła.

Właściwe planowanie i montaż

Ze względu na różnorodność konstrukcji, kolektory słoneczne można zainstalować w prawie każdej koncepcji budynku, zarówno w nowym budownictwie, jak i w projektach modernizacyjnych, na budynku lub w jego pobliżu. W zależności od potrzeb można je montować na dachach skośnych, płaskich, na ścianach, a także jako wolnostojące na ziemi. W każdym przypadku kolektor i montaż tworzą jedną statyczną całość. Viessmann oferuje w ramach swojego programu standardowego w pełni sprawdzone pod względem nośności systemy dla wszystkich konwencjonalnych typów dachów i odpowiednie dla wszystkich kolektorów - zapewnia to większą niezawodność i spokój w fazie planowania i montażu.

Charakterystyka wydajności - co jest ważne?

Kluczową wartością, na którą należy zwrócić uwagę przed zakupem instalacji solarnej, jest sprawność kolektorów. Wartość ta reprezentuje część promieniowania słonecznego, która jest przekształcana w użytkową energię cieplną. Wartość ta jest określana zgodnie z normą europejską EN 12975 i można ją znaleźć w kartach katalogowych urządzeń.

Przy obliczaniu sprawności kolektorów słonecznych uwzględnia się również przepływy energii i straty ciepła. Oznacza to, że nie całe światło docierające do powierzchni może być wykorzystane do wytworzenia ciepła (straty optyczne). Ponadto niewielka część ciepła wytworzonego przez kolektory jest również tracona (termiczne straty ciepła).

Ochrona przed przegrzaniem z automatycznym wyłączeniem zależnym od temperatury ThermProtect

Jeśli z kolektora nie jest pobierane ciepło (ponieważ pompa jest w stanie spoczynku, a czynnik grzewczy nie krąży), kolektor nagrzewa się do tzw. temperatury stagnacji. Ryzyko przegrzania rośnie wraz ze wzrostem różnicy temperatur względem otoczenia. Temperatura stagnacji wynosząca 200 i więcej stopni Celsjusza prowadzi do niepożądanych skutków. W takim przypadku następuje gwałtowne odparowanie czynnika solarnego i jego szerokie rozprężenie w obiegu solarnym. Powstałe w ten sposób duże obciążenie termiczne elementów i samego medium przenoszącego ciepło spowoduje wówczas uszkodzenia.