Záujem o solárne kolektory rastie každý rok, čo môže získať slnečnú energiu a premeniť ju na teplo na ohrev vody alebo dokonca miestností. Objavte možnosti solárnych kolektorov. Vysvetľujeme, aký je ich princíp fungovania a štruktúra.
Solárne kolektory - princíp činnosti a konštrukcie solárnych panelov
Solárne kolektory v rodinných domoch
Slnečné kolektory, tiež nazývané solárne, sú zariadenia, v ktorých sa energia slnečného žiarenia premieňa na teplo, aby zohriala tekutinu, ktorá nimi prechádza. Ohrievanie vody na úžitkové účely (predovšetkým na umývanie) pre potreby jednej rodiny spotrebuje niekoľko tisíc kilowatthodín ročne. Lákavá vyhliadka je možnosť nahradiť drahú elektrinu alebo dokonca lacnejšie plynom alebo olejom voľnou solárnou energiou . Zberatelia preto už pracujú v Poľsku, ktorého celková plocha sa odhaduje na viac ako 300 000. m 2 . Veľká časť z nich sú inštalované v rodinných domoch.
Konštrukcia solárneho kolektora
Najväčší počet plochých a tekutých kolektorov na trhu. Je to systém tenkých rúrok (alebo kanálov vyrobených z profilov) pripevnených k kovovej doske pokrytej tzv. Selektívnym povlakom. Celá časť je uzavretá v skrini, ktorá má obmedziť tepelné straty a chrániť kolektor pred poškodením, pričom nebráni prenikaniu slnečného žiarenia do interiéru. Kvapalina pretekajúca kolektorovými trubicami (obvykle sa používa ťažko mrznúci glykolový roztok) sa zohreje z povrchu doštičky a susedných stien rúrok. Kvalita kolektora závisí od kvality materiálov a presnosti spracovania, a teda aj od množstva energie, ktorú dodáva do zariadenia na danom povrchu. Horšie spotrebiče môžu dodávať teplú vodu iba za slnečného počasia a pod podmienkou, že nie je vonku príliš studená. Dôvodom sú malé možnosti absorpcie slnečného žiarenia pomocou nie príliš sofistikovaného absorbéra a tepelné straty prostredníctvom jednoduchého krytu. Aby ste mohli ťažiť z kolektorov aj v zime, je potrebné použiť drahšie riešenia.
Ploché solárne kolektory (foto Galmet)
Absorbér alebo chladič
Je to doska pokrytá navrchu látkou s vysokým koeficientom absorpcie slnečného žiarenia, ale s nízkym emisným koeficientom tepelného žiarenia. V najjednoduchšom variante je kovová (niekedy plastová) doska absorbéra jednoducho natretá čiernou farbou. Toto riešenie je lacné, ale generuje relatívne veľké tepelné straty žiarením. Zberače vyššej triedy preto používajú povlaky čierneho niklu, čierneho chrómu, čiernej medi alebo oxidu titaničitého známe pod rôznymi obchodnými názvami. To samozrejme vedie k zvýšeniu výrobných nákladov, ale využitie kolektorov je tiež väčšie.
Kvapalina a trubice
Kvapalina (roztok glykolu), ktorý sa má zohriať absorbčným teplom, tečie trubicami. Mali by byť k nemu opatrne pripevnené - po celej dĺžke, ktorú držia, aby účinne prijímali teplo. Najčastejšie sú vyrobené z medi, ktorá ich dobre vedie, a súčasne je to materiál odolný voči veľkým zmenám teploty a korózii. Spôsob, akým sú spojené, je veľmi dôležitý z dôvodu účinnosti výmeny tepla medzi absorbérom a prvkami transportujúcimi zahrievanú kvapalinu. Pretože meď je drahý materiál, bola nahradená hliníkom. Zberače s hliníkovými absorbérmi a hliníkovými profilmi na prepravu tekutín sú oveľa lacnejšie.
Zberateľské bývanie
Kryty kolektorov sú obvykle vyrobené z hliníka. Dno a boky sú obvykle izolované minerálnou vlnou. Množstvo tepelnej straty z kolektora závisí od hrúbky izolácie. Puzdro by malo byť tesné, pretože tiež ovplyvňuje množstvo tepelných strát, okrem toho môžu netesnosti prenikať do netesností, čo spôsobuje zníženie účinnosti absorbéra . Horná stena krytu musí prepúšťať slnečné žiarenie, preto je priehľadná. Zvyčajne ide o tvrdené sklo odolné voči mechanickému poškodeniu - nemalo by sa poškodiť ani pri krupobití. Sklo používané v kolektoroch sa nazýva solárne. Jeho vlastnosti sú dobrý prenos slnečného žiarenia a zároveň dobrá tepelná izolácia. Niektorí zberatelia majú prizmatické svetlo rozptyľujúce sklo. Vďaka tomu, keď slnečné lúče dopadajú na sklo kolektora pod iným uhlom, než je priamy, jeho účinnosť je o niečo vyššia ako pri použití bežného solárneho skla.
Vákuové trubicové kolektory
Oveľa menej používané ako ploché kolektory . Jedná sa o paralelné sklenené rúrky s priemerom 5 - 10 cm pripojené k batériám. Každá z nich má samostatnú trubicu s absorbérom - plochú alebo nanesenú na povrch trubice (lacnejšie, ale menej dokonalé riešenie z dôvodu neexistencie priameho kontaktu medzi absorbérom a trubicou). Podtlak okolo absorbéra poskytuje izoláciu. Nedochádza ku konvekcii (prenos tepla v dôsledku pohybu hmoty), vďaka čomu sú tepelné straty z absorbéra oveľa menšie. Okrem toho sa absorbér zahrieva rýchlejšie, pretože pri ohrievaní vzduchu okolo absorbéra sa nestratí teplo. Zberače rúrok môžu pozostávať z:
- dvojité trubice (trubica v trubici) - vákuum je medzi dvoma vrstvami skla;
-
jednotlivé vákuové trubice.
Tepelné potrubné systémy
Glykolový roztok (ako v plochých kolektoroch) môže pretekať cez sklenenú trubicu pripojenú k absorbéru, ale existujú aj konštrukcie s takzvanou tepelnou rúrkou. Rúrka sa potom uzavrie z oboch strán a naplní sa odparovacou tekutinou pri teplote asi 25 ° C. Kvapalina zahrievaná slnečnými lúčmi na spodku trubice sa odparuje a stúpa ku kondenzátoru na vrchu. Toto je navonok premyté glykolom cirkulujúcim v slnečnej sústave. V dôsledku toho sa kvapalná para v kondenzátore chladí (dodáva teplo glykolu), takže kondenzuje a steká po vnútornej stene tepelnej trubice, kde sa znova odparuje a celý cyklus sa opakuje. Aby to bolo možné, mali by byť kolektory naklonené v uhle asi 20 °. Použitie javu zmeny fázy (odparovanie a kondenzácia) umožňuje zvýšiť účinnosť solárneho kolektora .
Zberateľ so zrkadlom
Niektoré potrubné kolektory majú zrkadlá odrážajúce slnečné lúče, takže dopadajú na absorbér nielen zhora, ale aj zdola. Výsledkom je, že teplota kvapaliny v zariadení môže výrazne prekročiť 100 ° C. V domácich podmienkach to nie je potrebné, a preto sa tento typ zariadenia používa hlavne v priemysle.
Skladovanie tepla
Keďže dopyt po teple v domácnosti je najväčší, keď sú podmienky na prácu kolektorov najhoršie, je potrebné uchovávať prenášanú energiu. Na uskladnenie vody zohriatej teplom zo solárnych kolektorov potrebujete tepelne izolovanú nádrž. Závisí to od množstva vody, ktoré sa akumuluje, či sa všetci členovia domácnosti budú môcť kúpať vo vode zohriatej slnečnou energiou, alebo či bude potrebné ju pravidelne ohrievať iným zdrojom tepla. Nádrž alebo nádrž je, bohužiaľ, nákladný inštalačný prvok - drahšia, väčšia. A čím väčší, tým väčší povrch kolektorov by mal byť taký, aby poskytovali teplo v množstve potrebnom na zahriatie všetkého obsahu na potrebnú teplotu. Mali by ste premýšľať o tom, či vám záleží na maximálnom využití bezplatnej energie a či ste schopní akceptovať vysoké investičné náklady, alebo uprednostňujete lacnejšiu inštaláciu a súhlasíte s tým, že doplníte nedostatok energie z konvenčného zdroja. Ziskovosť týchto riešení sa môže líšiť v závislosti od typu tohto zdroja (lacné palivo alebo drahá elektrina).
Možnosti vákuových kolektorov
Zložitá konštrukcia vákuových kolektorov ich robí drahšími ako ploché. Výmenou za väčšie náklady sa dá očakávať, že v nepriaznivých poveternostných podmienkach (v chladných dňoch, počas oblačného počasia) poskytnú viac tepla ako ploché kolektory. Za pekného počasia by dobre navrhnutá a skonštruovaná inštalácia mala zabezpečiť dostatočné teplo, záleží však na type použitého zariadenia. Nie všetky vákuové kolektory, napríklad dvojtrubkové kolektory, ponúkajú vyššie účinky ako ploché kolektory.
Ako zariadiť zberateľov?
Predpokladá sa, že každý člen domácnosti spotrebuje 50 litrov horúcej vody pri 45 ° C za deň. Na jeho zjednodušenie je možné predpokladať, že na jeho zahrievanie je potrebný solárny kolektor s absorpčnou plochou 1 m 2, ale presnejšie výpočty by sa mali robiť s prihliadnutím na jeho efektívnosť, umiestnenie vzhľadom na svet a zatienenie (napr. Susednými budovami alebo stromami). Optimálne umiestnenie kolektorov je obrátiť sa na juh a nakloniť ich pod uhlom asi 40 °. Tam, kde sú, by nikdy nemal byť tieň. Ak nie je možné splniť ktorúkoľvek z týchto podmienok, musíte nainštalovať kolektory s príslušne väčšou plochou a vypočítať ich podľa pokynov výrobcu.
Koľko zberateľov potrebujete?
Jediný kolektor s plochými doskami má obvykle absorbér s plochou asi 1, 8 až 2 m2. V rodinných domoch sú na ohrievanie vody potrebné dva, tri, niekedy aj štyri takéto kolektory. Kapacita nádrže na solárnu vodu by mala byť jeden a pol až dvakrát väčšia ako očakávaná denná spotreba teplej vody. Solárne akumulačné nádrže majú kapacitu 200 la viac. Najmenší z nich je vhodný pre dvojčlennú rodinu, pre troch ľudí sa odporúča kapacita asi 250 litrov, pre štyri 300 litrov, ale ak sa všetci obyvatelia chcú kúpať vo veľkej vani, je lepšie zvoliť ešte väčšiu - dokonca aj 500 litrov, ak sa nezmierite s vriacou vodou pomocou konvenčného zdroja tepla.