Ćw. 25. Kolektor słoneczny - dodatek
Słońce stanowi dla nas z
ródło nieograniczonej ilości energii. Prostą metodą
wykorzystania tych zasobów jest konwersja promieniowania słonecznego na ciepło.
Ze względu na dystans, dzielący nasza planetę od Słońca, możliwe jest wykorzystanie tylko
niewielkiej części mocy promieniowania, które dociera do Ziemi. Fakt ten oraz czynniki
geograficzne i wpływ atmosfery sprawiają, iż w realiach Polskich, możemy notować
promieniowanie słoneczne na poziomie ok. 800W/m2 (maksymalnie nawet do ok. 1000W).
Oczywiście najlepsze warunki panują latem, w bezchmurne dni. Zachmurzenie powoduje
rozproszenie promieniowania i znacznie redukuje jego natężenie, nawet do wartości poniżej
100W/m2. Położenie geograficzne wpływa także na długość dnia, a co za tym idzie czas,
w jakim w ciągu doby możemy efektywnie wykorzystywać nasze kolektory. Warto
wspomnieć, iż najwyższą sprawność pracy urządzenia osiągniemy, kiedy zapewnimy
odpowiedni kąt padania promieni słonecznych  jest to 90�.
Kolektory słoneczne znajdują zastosowanie przede wszystkim w układach
wspomagania i samodzielnego przygotowania ciepłej wody użytkowej. Rzadziej
współpracują z niskotemperaturowymi systemami ogrzewania. Spotykane są także aplikacje,
pozwalające m.in. na utrzymanie pożądanej, minimalnej temperatury wody w basenach.
System kolektorów w połączeniu ze zbiornikiem, wyposażonym w dwie wężownice
(tzw. zbiornik  biwalentny ) gwarantuje znaczne oszczędności energii na przygotowanie
c.w.u. W czasie efektywnej pracy kolektora słonecznego, zbiornik c.w.u. jest zasilany jedynie
przez to urządzenie, a podstawowa jednostka grzewcza (np. kocioł c.o.) nie jest
wykorzystywana.
W okresie letnim, efektywność pracy systemu opartego na kolektorach wzrasta tak
bardzo, iż zagospodarowanie zmagazynowanej ilości energii promieniowania słonecznego
może urastać wręcz do rangi problemu.
Ogólna klasyfikacja kolektorów słonecznych może opierać się na różnorodnych
kryteriach. W praktyce, w typowych aplikacjach, związanych z przygotowaniem ciepłej wody
użytkowej i niskotemperaturowymi systemami ogrzewania, wyróżnia się kolektory płaskie
(wśród nich spotykane są rozwiązania cieczowe, gazowe i dwufazowe), płaskie  próżniowe
oraz rurowo  próżniowe, często nazywane po prostu kolektorami próżniowymi. Podejmując
kwestię klasyfikacji różnych kolektorów bardziej szczegółowo, możemy oprzeć się na
poniższych metodach podziału, ze względu na:
�� Czynnik przewodzący ciepło  cieczowe i powietrzne:
- cieczowe: płaskie, próżniowe, magazynujące, elastyczne
- płaskie: płaskie, o powierzchni rozwiniętej, porowate, nadciśnieniowe (foliowe)
Ćw. 25. Kolektor słoneczny - dodatek
�� Drogę przepływu powietrza:
- kolektory z przepływem ciepła pod absorberem,
- kolektory z przepływem ciepła nad absorberem,
- kolektory z przepływem ciepła nad i pod absorberem;
Kolektory płaskie (Rys. 1.)
W porównaniu do kolektorów rurowo  próżniowych, są to urządzenia o budowie
prostszej. Szczegóły techniczne różnią się w zależności od producenta. Rurki miedziane
połączone są z absorberem za pomocą spoin. Istnieje kilka sposobów ułożenia rurek pod
absorberem. Najpopularniejszy nosi nazwę  harfy  w tym przypadku kilkanaście rurek
biegnie równolegle. Inne stosowane rozwiązanie to meandra. W tym przypadku rozkład
temperatur na powierzchni absorbera jest bardziej równomierny.
Absorber, pokryty omówioną wcześniej powłoką selektywną, może być zaopatrzony
dodatkowo w warstwę przeciwodbiciową. Dobrej jakości szkło antyrefleksyjne powinno
charakteryzować się odbiciem promieniowania słonecznego rzędu kilku procent. Szyba
pryzmatyczna, dodatkowo zwiększa wydajność konwersji energii, a ponadto wpływa
pozytywnie na estetykę urządzenia. Oczywiście zewnętrzna szyba zawsze stanowi barierę
zabezpieczającą.
Za nadanie wymaganych własności mechanicznych odpowiada również obudowa,
wykonana przeważnie z aluminium. Kolektory płaskie charakteryzują się zwartą konstrukcją,
w postaci prostokątnych płyt.
Rys. 1. Kolektor cieczowy płaski
Ćw. 25. Kolektor słoneczny - dodatek
Kolektory rurowe  próżniowe
Forma geometryczna tego typu kolektorów ma ścisły związek z zastosowaną techniką
izolacji termicznej. Barierę przeciwdziałającą utracie ciepła jest tu próżnia (właściwie
wykorzystanie podciśnienia wewnątrz rury). Rurowy kształt poszczególnych modułów,
wchodzących w skład kolektora wynika z faktu, iż właśnie taka postać ułatwia zachowanie
szczelności, a więc odpowiedniego podciśnienia wewnątrz rur.
Tuby próżniowe zbudowane są z dwóch szklanych rur, wsuniętych centrycznie w
siebie (Rys.2., Rys.3.). Wewnętrzną rurę, przez która przepływa medium, pokrywa się
warstwą absorpcyjną
Stosuje się też rozwiązanie, polegające na umieszczeniu dopiero w wewnętrznej rurze rurek z
medium. Zapewnia to jeszcze lepszą izolacje, ale technologicznie jest bardziej
skomplikowane. Zewnętrzna osłona musi być odporna na czynniki mechaniczne.
Zaletą kolektorów rurowo  próżniowych jest fakt, iż w przypadku wielu produktów,
możliwe jest obracanie rurek kolektora, co znacznie ułatwia ich optymalne ustawienie
względem Słońca. Nowoczesne kolektory rurowe, dzięki zastosowaniu nowej konstrukcji
rurki cieplnej (ang. Heat pipe) o stałej średnicy wewnętrznej, mogą być położone nawet
bezpośrednio na płaskim dachu, lub zamocowane na pionowej elewacji budynku.
Rys. 2. Kolektor cieczowo  próżniowy.
Ćw. 25. Kolektor słoneczny - dodatek
Rys. 3. Kolektor cieczowo  próżniowy  cd.
Zdefiniowanie bilansu energii dla absorbera kolektora (Rys. 4.) jest podstawą
do prowadzenia dalszych obliczeń, związanych z podstawowymi parametrami pracy
urządzenia.
Rys. 4. Bilans energii dla absorbera.