Komentowany: 29 razy
Średnia ocen: 3.67/5



Kolektory słoneczne cieczowe

Kolektory cieczowe są to urządzenia zamieniające energię słoneczną na ciepło, w których czynnikiem roboczym jest ciecz. Kolektor cieczowy – płaski zbudowany jest w formie prostopadłościennej skrzynki. Składa się z następujących elementów: absorbera i orurowania, izolacji, obudowy  oraz przegrody przeźroczystej.

Po przeczytaniu tego artykułu możesz:

  1. Zamontować kolektory cieczowe płaskie
  2. Zamontować kolektory słoneczne próżniowe

Absorber wykonany jest z metalu, który pokryty jest odpowiednią powłoką mającą na celu absorpcję energii słonecznej. Może ona być nieselektywna - dobrze absorbująca ciepło, ale i dużo go emitująca,i selektywna - dobrze absorbująca ciepło lecz zdecydowanie ograniczająca jego emisję. Dobry absorber charakteryzuje się wysoko - wzmocnioną warstwą pochłaniającą. Oprócz powłoki selektywnej (występującej najczęściej w kolektorach cieczowych i zdecydowanie rzadziej w kolektorach powietrznych), stosuje się także powłoki niepełno - selektywne: lakier słoneczny, zwany też solarnym i w przeszłości nieselektywne – czarna farba. Zaletą lakieru jest duża trwałość i niska cena, wadą – brak pełnej selektywności.

Pierwszą, już niemal historyczną, powłoką selektywną jest czarny chrom, który charakteryzuje się nie tylko dużą trwałością, ale i doskonałymi właściwościami pochłaniającymi. Aspekt ekologiczny spowodował, iż została zastąpiona tzw. powłokami ekologicznymi, które bazują na tlenkach tytanu, np. Sunselect, Tinox, tlenkach azotu AlOx oraz na ceramicznych związkach metalicznych – Bluetec. W przypadku kolektora płaskiego płyta absorbera wykonana jest najczęściej z miedzi. Zdecydowanie rzadziej z aluminium (gorszy współczynnik przewodzenia, tańszy materiał). Ciepło pochłonięte w płycie absorbera jest przekazywane do rurek umieszczonych pod spodem, w którym znajduje się ciecz robocza.

Absorber  może być orurowany w postaci meandra (serpentyny) lub w postaci harfy (2 kanałów zbiorczych i równolegle umieszczonych rurek), na całej powierzchni kolektora. W momencie wykorzystania serpentyny uproszczony jest nie tylko sposób wykonania absorbera, ale i zapewniona jest 100% szczelność. Wadami są natomiast zwiększone opory przepływu czynnika oraz nierównomierność pracy absorbera. Z kolei wykorzystanie 2 kanałów zbiorczych charakteryzuje się większą efektywnością wykorzystania energii słonecznej. Na bazie tych dwóch systemów powstały rozwiązania mające na celu zwiększenie czasu przebywania cieczy roboczej w kolektorze poprzez wydłużenie obiegu hydraulicznego (np. przerwania obiegu w registrze górnym lub też zastosowanie tzw. podwójnej wężownicy).

Przy łączeniu absorbera z rurami, przez które przepływa czynnik grzewczy, istotne jest zapewnienie dobrego kontaktu. W tym celu stosuje się różne sposoby jego zwiększenia poprzez spłaszczanie rurek albo zawijanie płaszczyzny blachy wokół rurek. Celem łączenia blachy absorbera z orurowaniem wykorzystywało się lutowanie, które jest korzystne cenowo oraz ma dobry współczynnik przewodzenia ciepła. Przy wzroście temperatury sprawności kolektorów dochodzi się do granicy wytrzymałości łącza, dlatego przechodzi się do spawania ultradźwiękowe lub laserem. Spawanie ultradźwiękowe stawać się będzie nowym standardem łączenia absorbera z orurowaniem. Z kolei łączenie plazmowe jest najtrwalsze ze względu na wchodzenie głębokie w strukturę blachy i rurki.

Przegroda przeźroczysta najczęsciej jest ze szkła o niskiej zawartości tlenków żelaza, czyli tzw. szkło solarne (słoneczne), choć zdarzają się konstrukcje z tworzyw sztucznych odpornych na działanie promieniowania ultrafioletowego. Stosowane szkło jest z zakresu od 3 do 5 mm grubości. Najczęściej spotykana obecnie grubość to 4mm. W Polsce spotyka się krycie jednoszybowe. W celu zmniejszenia strat energii (z powodu odbicia od osłony), stosowane są specjalne pokrycia przeciwodbiciowe. Przezroczysta czołowa pokrywa kolektora ma za zadanie ograniczenie emisji ciepła do otoczenia, przy jednocześnie wysokiej przepuszczalności promieniowania słonecznego (zapewnia to szkło niskożelazowe). Przykrycie jednocześnie chroni absorber przed działaniem deszczu, wiatru, kurzu oraz mechanicznych obciążeń.

Absorber oraz powłoka przezroczysta mają decydujące znaczenie w osiąganiu przez kolektor dużych sprawności przetwarzania energii promieniowania słonecznego na ciepło. Jako izolację stosuje się wełnę mineralną lub poliuretan, który umieszcza się na spodniej stronie kolektora oraz na jego bokach. Materiały izolacyjne powinny być odporne na długotrwałe działanie nagrzanego absorbera. Jedną z nowości jest zastosowanie izolacji próżniowej dla kolektorów płaskich przez jednego z producentów. Kolektor taki izoluje się na miejscu, wykorzystując specjalną pompę przeponową. Całość umieszcza się w obudowie kolektora, która pełni funkcję nośną oraz zapewnia jego szczelność przed stratami ciepła i dostępem wilgoci. Dobra obudowa powinna zapewniać stabilność kolektora (brak „pływania”), oraz niewielką jego wagę. Obudowy wykonuje się z metalu, drewna, tworzyw sztucznych. Jednak najbardziej popularne są obudowy wykonane z metalu, choć pojawiają się też z włókna szklanego. Mogą być one w postaci zarówno  ramowej,  jak i wannowej. Istotną sprawą, wpływającą na efektywność pracy kolektora, jest kwestia jego uszczelnienia przy jednoczesnej sprawnej wentylacji. Nie ma szczelnych kolektorów płaskich. Zawsze dostanie się do nich wilgoć, która przy braku otworów wentylacyjnych pozostaje w kolektorze, przyczyniając się do degradacji materiałów składowych i postępującego obniżania sprawności kolektora. Wentylacja zapewniona jest poprzez odpowiednio umieszczone otwory w obudowie kolektora. Występujące na rynku kolektory płaskie charakteryzują się całym spektrum wielkości od małych dachowych wielkości 1m2 (imitujących velux'y) poprzez najczęściej występujące, o historycznej już wielkości ok. 2m2, aż po kilku metrowe „połączonych szeregowo pojedynczych” kolektorów. Podane wymiary są wymiarami brutto (zewnętrznymi) nie mającymi bezpośredniego przełożenia na uzysk energii z kolektora. Wielkością mającą wpływ na ilość uzyskanej energii jest powierzchnia absorbera, a w jeszcze większym stopniu tzw. powierzchnia apertury – powierzchnia netto - określająca „okno” przez które przedostaje się promieniowanie do wnętrza kolektora. Ciężar kolektorów uzależniony jest ściśle od zastosowanych materiałów tj. grubości szkła, rodzaju obudowy, wielkości orurowania, wielkości i waha się od ok. 40 kg  do nieco ponad 50 kg (dla tzw. standardowych kolektorów).

Reasumując, warto pokusić się o próbę porównania kolektorów płaskich z próżniowymi. Różnica między tymi dwoma rodzajami związana jest z  temperaturą, będącą w stanie ogrzać czynnik roboczy. Nie ma to praktycznie znaczenia w miesiącach letnich – kiedy mamy dostępną duża ilość energii słonecznej, zaś ma duże znaczenie w miesiącach chłodnych.

Przedstawiony rysunek pokazuje zwiększony uzysk energii z kolektora próżniowego w miesiącach zimowych. Dostępność energii w tym okresie jest bardzo ograniczona, co przekłada się również na jej ograniczoną jej ilość w wielkości bezwzględnej. Kolektory próżniowe posiadają niższy współczynnik strat cieplnych, jednak przy małych pokładach energii słonecznej (w miesiącach chłodnych) ich dobre parametry cieplne są mało przydatne.

Kolektory bez przykrycia – absorbery – dostarczają ciepła o niższych temperaturach niż kolektory (mniejsza efektywność pozyskiwania ciepła, wyższe straty ciepła), charakteryzują się prostszą budową (brak przykrycia szklanego, często brak izolacji) i niższą ceną. Absorbery polecane są szczególnie do sezonowego podgrzewania basenu. Wykonane są często w postaci tworzywowych czarnych mat (np. EPDM), przez które przepływa bezpośrednio woda basenowa (brak wymiennika ciepła). Rozwiązanie takie jest wystarczające dla basenów otwartych wykorzystywanych w okresie lata. Pozwala ono na podgrzanie wody o kilka stopni.

 

Absorber tworzywowy

Data publikacji: 8 maj 2012

Zaloguj się lub zarejestruj aby komentować.
X
Podaj swój adres e-mail.
Podaj hasło przypisane do Twojego adresu e-mail.
Loading