Jesteś tutaj - Technika Grzewcza --> Kolektory słoneczne
1. Zestawy solarne - inwestycja w przyszłość.
Stosowanie układów solarnych w Polsce jest nie tylko opłacalne ale i sensowne. Biorąc pod uwagę stopień nasłonecznienia, Polska nie ustępuje krajom, w których stosowanie „solarów” jest mocno rozpowszechnione (Austria, Niemcy). Ilość energii słonecznej dla danego kraju jest ściśle powiązana z liczbą godzin słonecznych w ciągu roku. Dla Polski liczba ta wynosi (w zależności od regionu) od 1300 do 1700 godzin na rok. Stosowanie zestawów solarnych niesie zatem wiele wymiernych korzyści. Do głównych z nich można zaliczyć:
- roczna oszczędność do 60% kosztów wykorzystywanych na podgrzewanie ciepłej wody użytkowej;
- okres zwrotu kosztów inwestycyjnych wynoszący od 5-7 lat;
- atrakcyjna cena - w odróżnieniu od nieustannie rosnących cen innych źródeł energii cieplnej (węgiel, gaz, olej opałowy, itp.), ceny zestawów solarnych nie rosną;
- ograniczenie ilości zanieczyszczenia środowiska o dwutlenek węgla, związki siarki i czad.
2. Zasada działania i budowa kolektora słonecznego.
W teorii praca kolektora słonecznego oparta jest na zjawisku absorpcji promieniowania. Proces ten opisany jest poniżej:
Ciało, które wystawione zostaje na działanie promieniowania słonecznego ulega nagrzaniu, gdyż pobiera energię pomieniowania Eα. Równocześnie poprzez własne promieniowanie Eε przekazuje ono energię do otoczenia wraz z przewodnictwem cieplnym Eλ oraz konwekcją Eh (patrz: rysunek poniżej). Niniejsze zjawisko przedstawia istotę działania kolektora słonecznego jako urządzenia służącego do absorbowania energii promieniowania słonecznego i przetwarzania jej na ciepło użyteczne. Im niższa będzie suma strat (Eε + Eh + Eλ) tym więcej energii zaabsorbuje układ Eα i tym większy będzie uzysk energetyczny danego kolektora.
RYSUNEK PRZEDSTAWIAJĄCY ZJAWISKO ABSORPCJI PROMIENIOWANIA
W praktyce praca zestawu solarnego przedstawia się następująco:
Na kolektor umieszczony w polu działania promieni słonecznych padają promienie cieplne, które pochłaniane są przez absorber a następnie dzięki dużej przewodności cieplnej energia zgromadzona w absorberze zostaje przekazana do czynnika roboczego (glikol). Czynnik roboczy krąży w obiegu zamkniętym pomiędzy kolektorem a wymiennikiem w zasobniku i przekazuje energie zgromadzoną w kolektorze do zasobnika wody użytkowej. Cykl ten nadzoruje różnicowy regulator solarny (urządzenie, które porównuje temperaturę glikolu na kolektorze solarnym oraz w zasobniku ciepłej wody). Jeżeli różnica temperatur jest wystarczająco duża następuje uruchomienie pompy obiegowej i dochodzi do wymiany ciepła pomiędzy układem solarnym a zasobnikiem.
Kolektory słoneczne mogą występować w dwóch odmianach:
a) Kolektor płaski
Głównym elementem składowym kolektora płaskiego jest absorber mający postać płyty metalowej (Cu lub Al) pokrytej tzw. powłoką selektywną. Nowoczesne powłoki selektywne charakteryzują się wysoką wartością współczynnika absorpcji α, wachającego się od 0,9 do 0,95, oraz niską wartością współczynnika emisji ε (około 0,05). Takie wartości zapewniają dużą wartość energii zaabsorbowanej i minimalne straty na energii wypromieniowanej. Bezpośrednio z absorberem połączone są rury (łączenie odbywa się metodą lutowania lub zgrzewania), przez które przepływa czynnik grzewczy. Obudowę kolektora płaskiego stanowi konstrukcja w postaci ramy, która od spodu zamknięta jest dennicą bądź też jednorodną wanną. Obudowa ta jest jednocześnie elementem nośnym. Aby spełniać swoją funkcję w najbardziej optymalny sposób, ww. obudowa winna odznaczać się odpowiednim stopniem sztywności, wytrzymałością, szczelnością i odpornością na działanie wszelkiego rodzaju czynników atmosferycznych. W związku z powyższym obudowa kolektora słonecznego płaskiego wykonywana jest najczęściej ze stali nierdzewnej, aluminium lub tworzyw kompozytowych.
Osłonę ze strony przedniej stanowi szyba najczęściej wykonana ze specjalnego szkła solarnego, które charakteryzuje się dużą przepuszczalnością promieniowania i odpornością na wstrząsy i uderzenia. Pomiędzy absorberem a szybą dodatkowo znajduje się warstwa powietrza, która funkcjonuje jako izolator cieplny minimalizujący straty ciepła przez przewodzenie i konwekcję.
b) Kolektor próżniowy
Kolektor próżniony zbudowany jest z połączonego zestawu rur szklanych (taki układ znany jest również pod nazwą "wysoka próżnia"). We wnętrze każdej z rur próżniowych wbudowany jest absorber z rurką, w której czynnik roboczy ulega nagrzewaniu poprzez przejmowanie ciepła od absorbera. Z uwagi na fakt, iż czynnik grzewczy przepływa bezpośrednio przez rury, kolektor próżniowy może być montowany nie tylko na dachach ze spadkiem, ale również na dachach płaskich bez wsporników oraz na fasadach. .
Kolektory próżniowe mogą występować w dwóch postaciach:
przepływowa - w tak skonstruowanym kolektorze czynnik roboczy przepływa bezpośrednio przez rury kolektora i odbiera ciepło z absorbera,
"heatpipe" - specjalna odmiana kolektora próżniowego, w której czynnik roboczy nie przepływa bezpośrednio przez rury, ale ulega procesowi parowania pod wpływem promieniowania. Następnie czynnik roboczy oddaje ciepło w specjalnym wymienniku czynnikowi grzewczemu. Podczas tego pocesu wymiana ciepła odbywa się "na sucho", a straty ciepła są znikome.
SCHEMAT TYPOWEJ INSTALACJI SOLARNEJ
3. Jak należy ustawić kolektor słoneczny.
Stopień nachylenia kolektora słonecznego określamy w przybliżeniu za pomocą równania: α = φ ± 15°, gdzie φ jest wyznacznikiem szerokości geograficznej. Szerokość geograficzna dla Polski wynosi 49° - 55°. Na podstawie powyższego wzoru można wyliczyć, że kąt nachylenia dla obszaru Polski winien wynosić 34° - 70°. Zaleca się również aby kierunek ustawienia panelu kolektora był skierowany na południe. Jakkolwiek dopuszczalne jest lekkie odchylenie kolektora w kierunku południowo-zachodnim, gdyż w tym kierunku występuje duże nasłonecznie oraz wysoka temperatura w godzinach popołudniowych. W żadnym wypadku nie należy ustawiać kolektora w kierunku północnym.
PRAWIDŁOWE UKIERUNKOWANIE KOLEKTORA SŁONECZNEGO
4. Zestawy solarne.
Systemy solarne (zwane czasem instalacjami) to kompletne zestawy urządzeń realizujące określone funkcje energetyczne. Składają się z podstawowych modułów, których parametry dobierane są w zależności od przeznaczenia, sposobu integracji z siecią cieplną i wielkości systemu.
Gotowe zestawy solarne (jak i pojedyncze kolektory słoneczne) można dobrać i zakupić w naszym branżowym sklepie internetowym www.kotly.com.