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.

Fot. Viessmann Vitosol 200-T - próżniowy kolektor rurowy

Rurowe kolektory próżniowe

Powłoka absorbująca w kolektorach rurowych ma najczęściej postać wąskiego paska z przylutowaną od spodu rurką miedzianą, biegnącego wewnątrz rury. Niektórzy producenci stosują również powlekanie wewnętrznej powierzchni rury w powłokę absorbującą. Rury próżniowe są mocowane szeregowo w izolowanej szynie zbiorczej, w której biegną rurki miedziane zbiorcze.

Kolektory płaskie

Kolektor płaski jest zbudowany jako konstrukcja monoblokowa, zazwyczaj nierozbieralna. Składa się z obudowy nośnej mocującej wszystkie elementy, wykonanej w całości z profili aluminiowych albo aluminiowo-cynkowej blachy dennej, ramy profilowej z aluminium oraz – w zależności od producenta – profilu uszczelniającego bądź spełniającego tą samą funkcję kątownika ozdobnego. Zazwyczaj elementy metalowe są dodatkowo malowane proszkowo (lub anodowane) na ciemne kolory, aby zminimalizować straty ciepła przez obudowę i poprawić wygląd zewnętrzny.

Fot. Kolektor płaski Junkers - montaż na dachu

Do pozostałych elementów instalacji solarnej 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.

System solarnego wspomagania grzania c.w.u. z wykorzystaniem modułu ISM1 oraz automatyki kotła gazowego

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.

Co warto wiedzieć

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.