Interes za solarne kolektore raste svake godine koji mogu dobiti solarnu energiju i pretvoriti je u toplinu za zagrijavanje vode ili čak soba. Otkrijte mogućnosti solarnih kolektora. Objašnjavamo koji su njihov princip rada i struktura.
Solarni kolektori - princip rada i konstrukcije solarnih panela
Solarni kolektori u obiteljskim kućama
Solarni kolektori, koji se nazivaju i solarni, uređaji su u kojima se energija sunčevog zračenja pretvara u toplinu za zagrijavanje tekućine koja teče kroz njih. Grijanje vode za komunalne svrhe (prvenstveno za pranje) za potrebe jedne obitelji troši nekoliko tisuća kilovat sati godišnje. Mogućnost zamjene skupe struje ili čak nešto jeftinije plinom ili uljem besplatnom solarnom energijom je primamljiva perspektiva. Zato kolekcionari već rade u Poljskoj, čija se ukupna površina procjenjuje na preko 300 000. m 2 . Veliki dio njih su oni instalirani u obiteljskim kućama.
Izgradnja solarnog kolektora
Najveći broj ravnih i tekućih sakupljača na tržištu. To je sustav tankih cijevi (ili kanala izrađenih od profila) pričvršćenih na metalnu ploču prekrivenu takozvanim selektivnim premazom. Cjelina je zatvorena u kućištu koje treba ograničiti gubitak topline i zaštititi kolektor od oštećenja, a pritom ne ometati prodor sunčevog zračenja u unutrašnjost. Tekućina koja protječe kroz cijevi sakupljača (obično se koristi otopina glikola koja se teško smrzava) zagrijava se od površine grijane na suncu ploče i susjednih zidova cijevi. Kvaliteta kolektora ovisi o kvaliteti materijala i preciznosti izrade, a time i o količini energije kojom se isporučuje za instalaciju na određenoj površini. Inferiorni uređaji mogu dovoditi vruću vodu samo po sunčanom vremenu i pod uvjetom da vani nije jako hladno. To je zbog malih mogućnosti apsorbiranja sunčevog zračenja ne baš sofisticiranim apsorberom i toplinskih gubitaka kroz jednostavno kućište. Da biste imali koristi od kolektora i zimi, potrebno je koristiti skuplja rješenja.
Ravni solarni kolektori (foto Galmet)
Apsorber ili hladnjak
To je ploča na vrhu prekrivena tvarima s visokim koeficijentom apsorpcije sunčevog zračenja, ali s malim koeficijentom emisije toplinskog zračenja. U najjednostavnijoj varijanti metalna (ponekad plastična) apsorpciona ploča jednostavno je obojana crnom bojom. Ovo rješenje je jeftino, ali stvara relativno velike gubitke topline radijacijom. Stoga se skupljači višeg razreda koriste prevlake od crnog nikla, crnog kroma, crnog bakra ili titanijevog oksida poznate pod različitim trgovačkim imenima. To, naravno, povlači za sobom troškove proizvodnje, ali veća je i upotreba kolektora.
Tekućina i cijevi
Tekućina (otopina glikola) koju zagrijava apsorpcijska toplina teče kroz cijevi. Treba ih pažljivo pričvrstiti - duž cijele duljine da ga se pridržavaju kako bi učinkovito primali toplinu. Najčešće su izrađeni od bakra, koji ih dobro provodi, a istodobno je materijal otporan na velike temperaturne promjene i koroziju. Način njihovog spajanja vrlo je važan zbog učinkovitosti izmjene topline između apsorbera i elemenata koji prevoze grijanu tekućinu. Budući da je bakar skupi materijal, zamijenio ga je aluminij. Kolektori s aluminijskim apsorberima i aluminijskim profilima za transport tekućine mnogo su jeftiniji.
Kućište kolektora
Kućišta kolektora obično su izrađena od aluminija. Dno i bočne stranice obično su izolirane mineralnom vunom. Količina gubitka topline iz kolektora ovisi o debljini izolacije. Kućište bi trebalo biti čvrsto, jer utječe i na količinu gubitka topline, osim toga, curenja mogu prodrijeti do propuštanja što uzrokuje smanjenje učinkovitosti apsorbera . Gornji zid kućišta mora pustiti sunčevo zračenje, stoga je proziran. Obično je to staklo od kaljenog stakla otporno na mehanička oštećenja - ne smije se oštetiti ni za vrijeme tuče. Staklo koje se koristi u kolektorima naziva se solarnim. Njegove karakteristike su dobar prijenos sunčevog zračenja i istodobno dobra toplinska izolacija. Neki kolekcionari imaju prizmatično staklo - difuznu svjetlost. Zahvaljujući tome, kada sunčeve zrake padaju na staklo kolektora pod kutom koji nije ravno pravcu, njegov učinak je nešto veći nego kod korištenja običnog solarnog stakla.
Vakuumski sakupljači cijevi
Puno manje korišteni od ravnih kolektora . To su paralelne staklene cijevi promjera 5-10 cm spojene na baterije. Svaka ima zasebnu cijev s apsorberom - ravnom ili nanesenom na površinu cijevi (jeftinije, ali manje savršeno rješenje zbog nedostatka izravnog kontakta apsorbera i cijevi). Vakuum oko apsorbera osigurava izolaciju. Ne postoji konvekcija (transport topline koja nastaje uslijed gibanja materije), zahvaljujući kojoj su toplinski gubici apsorbera mnogo manji. Uz to se apsorber brže zagrijava, jer se ne gubi toplina radi zagrijavanja zraka oko apsorbera. Cijevni kolektori mogu se sastojati od:
- dvostruke cijevi (cijev u cijevi) - vakuum je između dva sloja stakla;
-
pojedinačne vakuumske cijevi.
Sustavi toplinske cijevi
Otopina glikola (kao u ravnim kolektorima) može teći kroz staklenu cijev pričvršćenu na apsorber, ali postoje i konstrukcije s takozvanom toplinskom cijevi. Zatim se cijev zatvori s obje strane i napuni tekućinom za isparavanje na temperaturi od oko 25 ° C. Tekućina zagrijana sunčevim zrakama na dnu cijevi isparava i diže se do kondenzatora na vrhu. Ovo se izvana ispere glikolom koji kruži solarnim sustavom. Kao rezultat, tekuća para u kondenzatoru se hladi (daje toplinu glikolu), pa se ona kondenzira i teče niz unutarnju stijenku toplinske cijevi, gdje ponovo isparava i cijeli se ciklus ponavlja. Da bi to bilo moguće, sakupljače treba nagnuti pod kutom od oko 20 °. Upotreba fenomena promjene faza (isparavanje i kondenzacija) omogućuje povećanje učinkovitosti solarnog kolektora .
Kolekcionar s ogledalom
Neki cijevni kolektori imaju ogledala koja odražavaju sunčeve zrake tako da padaju na apsorber ne samo odozgo, već i odozdo. Kao rezultat, temperatura tekućine u instalaciji može značajno prelaziti 100 ° C. U kućnim uvjetima to nije potrebno, zbog čega se ova vrsta uređaja uglavnom koristi u industriji.
Spremanje topline
Budući da je potražnja za toplinom u kući najveća kada su uvjeti za rad kolektora najgori, potrebno je pohraniti energiju koju prenose. Za skladištenje vode grijane toplinom iz solarnih kolektora potreban vam je termički izoliran spremnik. Količina vode koju akumulira ovisi o tome hoće li se svi članovi kućanstva moći kupati u vodi zagrijanoj solarnom energijom ili će je trebati redovito grijati s drugim izvorom topline. Spremnik ili rezervoar su, nažalost, skuplji instalacijski element - što je skuplje, to je veće. I što je veća, to je veća površina kolektora tako da oni mogu osigurati toplinu u količini potrebnoj da se sav njezin sadržaj zagrije na potrebnu temperaturu. Trebali biste razmisliti da li vam je stalo do maksimalne upotrebe besplatne energije i da li možete prihvatiti velike troškove ulaganja ili preferirate jeftiniju instalaciju i pristajete na nadoknadu nedostatka energije iz konvencionalnog izvora. Ovisno o vrsti ovog izvora (jeftino gorivo ili skupa električna energija), profitabilnost ovih rješenja može varirati.
Mogućnosti vakuumskih kolektora
Komplicirana konstrukcija vakuumskih kolektora čini ih skupljima od ravnih. U zamjenu za veći trošak, može se očekivati da će u nepovoljnim vremenskim uvjetima (u hladnim danima, za vrijeme oblačnog vremena) osigurati više topline od ravnih kolektora. Za lijepog vremena, dobro osmišljena i izgrađena instalacija trebala bi osigurati dovoljno topline, ali to ovisi o vrsti korištene opreme. Nisu svi vakuumski kolektori, na primjer dvocijevni kolektori, nude veće učinke od ravnih kolektora.
Kako organizirati kolektore?
Pretpostavlja se da svaki član kućanstva dnevno konzumira 50 litara tople vode na 45 ° C. Da bismo ga pojednostavili, može se pretpostaviti da je za njegovo grijanje potreban solarni kolektor s površinom apsorptora od 1 m 2, ali treba napraviti točnije izračune uzimajući u obzir njegovu učinkovitost, položaj u odnosu na svijet i zasjenjenje (npr. Susjedne zgrade ili drveće). Optimalno mjesto sakupljača je okrenuti prema jugu i naginjati ih pod kutom od oko 40 °. Nikada ne bi trebalo biti sjene tamo gdje su. Ako bilo koji od ovih uvjeta ne može biti ispunjen, morate instalirati kolektore s odgovarajuće većom površinom, izračunavajući ih prema uputama proizvođača.
Koliko kolektora trebate?
Pojedini ravni sakupljači ploča obično imaju apsorber s površinom od oko 1, 8-2 m 2 . U obiteljskim kućama za grijanje vode potrebna su dva, tri, ponekad i četiri takva kolektora. Kapacitet spremnika zagrijane na solarni pogon trebao bi biti jedan i pol do dva puta veći od očekivane dnevne potrošnje tople vode. Solarni spremnici imaju kapacitet od 200 l i više. Najmanji su pogodni za obitelj od dvije osobe, za tri osobe preporučuje se kapacitet od oko 250 litara, za četiri 300 litara, no ako se svi stanovnici žele okupati u velikoj kadi, bolje je odabrati još veću - čak 500 litara, osim ako se ne pomirite s kipućom vodom konvencionalnim izvorom topline.