Kolektory słoneczne – budowa i zasady działania

Zasady działania kolektorów słonecznych są bardzo proste.  Chodzi przecież o to, by energie słoneczną wykorzystać do ogrzania wody użytkowej. Poniżej przedstawiamy schemat działania solarów (solary Lublin).

Schemat zasady działania kolektorów słonecznych
Zadaniem kolektora słonecznego (1) jest konwersja energii promieniowania słonecznego w energię cieplną. Energia cieplna przekazywana jest następnie za pomocą płynu solarnego (glikolu) w celu dalszego jej wykorzystania (3), np. do przygotowania c.w.u., wspomagania c.o. czy podgrzania wody w basenie. Transport płynu solarnego  może się odbyć dzięki stacji pompowej (2). Sterownik (6) uruchamia pompę, wówczas gdy temperatura płynu solarnego w kolektorze (4) jest wyższa niż temperatura wody w zbiorniku (5). Wymiennik wężownicowy (7), który znajduje się wewnątrz zbiornika umożliwia oddanie energii cieplnej wodzie użytkowej.
Podstawowym elementem konstrukcyjnym kolektora słonecznego jest absorber. Absorber to płyta pochłaniająca promieniowanie słoneczne. Musi być ona dobrze izolowany cieplnie od otoczenia, aby ogrzany absorber nie oddawał ciepła do otoczenia (rys. 3). W Buderus Kurier, nr 28, grudzień 2009 możemy przzeczytać na ten temat: „Parametrem technicznym, który określa jakość absorbera jest jego selektywność, przedstawiana jako iloraz absorpcji do emisji (α/ε). Cechy, którymi powinien charakteryzować się absorber, to m.in. wysoki współczynnik absorpcji α (dla promieniowania słonecznego o długości fali λ < 2 μm – promieniowanie nadfi oletowe) i niski współczynnik emisji ε (dla promieniowania o długości fali λ > 2 μm – promieniowanie podczerwone), a także odporności na działanie wysokich temperatur. I tak dla absorbera odkrytego nieselektywnego maksymalna temperatura pracy wynosi +70°C, dla absorbera zakrytego nieselektywnego +110°C, zaś dla absorbera zakrytego selektywnego +200°C. Przekroczenie wyżej wymienionych temperatur w przypadku awarii instalacji odbierającej ciepło powoduje uplastycznienie (degradację) materiału absorbera i tym samym uszkodzenie powłoki, co często skutkuje zaparowaniem przesłony przezroczystej (szyba solarna) cząsteczkami rozpuszczającej się farby. Z uwagi na to, należy projektować instalacje solarne w taki sposób, aby nie doprowadzić do stanu stagnacji kolektorów”.

Rysunek poglądowy absorbera

oczywiście trzeba pamiętać, że izolacja musi być wykonana z materiału,. który nie będzie przewodził ciepła. Jednak jak czytamy w cytowanym Kurierze „Większą trudność stanowi zastosowanie dobrej i jednocześnie przezroczystej dla promieni słonecznych izolacji termicznej od strony frontowej absorbera – od strony słonecznej (rys. 3). W celu prawidłowego doboru pokrycia absorbera niezbędne jest uwzględnienie zarówno właściwości promieniowania słonecznego, jak i wymiany ciepła z otoczeniem, która zachodzi na drodze konwekcji, przewodzenia i promieniowania termicznego w zakresie fal podczerwonych. Jednocześnie pokrycie to powinno charakteryzować się wysoką przepuszczalnością promieniowania słonecznego (transmisją), odpornością na promieniowanie nadfioletowe (promieniowanie UV) oraz trwałością i wytrzymałością, zapewniając przyjęcie obciążeń od wiatru, deszczu, gradu czy nacisku wywołanego przez śnieg. Ponadto, powinno umożliwiać kompensację wydłużeń spowodowanych zmianami temperatury w przedziale od -25°C do +150°C, a także zapewniać hermetyczność kolektora w celu ograniczenia strat ciepła i przeciwdziałać osiadaniu kurzu na powierzchni absorbera.”