Budowa kolektorów solarnych wodnych

View site in: Bahasa Indonesia, català, čeština, dansk, Deutsch, English, español, hrvatski, italiano, latviešu, lietuvių, Nederlands, Norsk, тоҷикӣ, português, русский, română, slovenščina, српски / srpski, suomi, svenska, Tagalog, Türkçe, Tiếng Việt, العربية, українська, български, Guān huà, Ελληνικά, हिन्दी, 日本語, 한국어

Najnowsza aktualizacja: 17 luty 2017

Wśród kolektorów solarnych wodnych najbardziej rozpowszechnione są **kolektory płaskie płytowe**  oraz **kolektory rurowe próżniowe**.

## Budowa kolektora płytowego płaskiego

Typowy **kolektor solarny płytowy** (rys. 1) składa się z powierzchni pochłaniającej promieniowanie słoneczne zwanej też absorberem (2) zespolonym z rurami (7) lub kanałami do przepływu wody, oszklenia pojedynczego a czasami podwójnego (5) chociaż w zastosowaniach niskotemperaturowych stosuje się też kolektory bez oszklenia, izolacji cieplnej (8), obudowy z uszczelkami (6) oraz przewodów wlotowych i wylotowych.

Powierzchnia pochłaniająca promieniowanie słoneczne pokryta jest czarną matową powłoką, zwykłą farbą lub pokryciem selektywnym zapewniającym lepsze warunki wymiany ciepła. W najprostszym przypadku jest to powierzchnia płaska, ale może być też karbowana.

Przepływająca przez kolektor woda ogrzewa się przez kontakt z ciepłą powierzchnią absorbującą promieniowanie słoneczne.
 Przepływ wody przez kolektor może odbywać się w sposób naturalny (konwekcja naturalna) lub może być wymuszony za pomocą pompy (konwekcja wymuszona).

### Płyty absorbujące

Głównym elementem kolektora solarnego jest płyta absorbująca promieniowanie słoneczne. Płyty absorbujące promieniowanie słoneczne wykonuje się z metalu (blachy), a w zastosowaniach niskotemperaturowych także z tworzywa.

Przykłady rozwiązań konstrukcyjnych absorberów stosowanych w kolektorach wodnych przedstawione są na rys. 2.

Kanały przepływowe czynnika roboczego absorberów są zwykle równoległe do siebie. Mogą mieć postać rurek dołączonych w różny sposób do profilowanej lub płaskiej blachy (rys. 2a,b,c,g) lub stanowić integralną część absorbera (rys. 2d,e,f,h,i,j). W najprostszych rozwiązaniach rurki dołączone mogą być do płaskiej lub profilowanej blachy przez
lutowanie bądź spawanie (rys. 2a,b).
 Rurki moga też być dołączone przez docisk
do profilowanej blachy (rys. 2c). Pomiedzy rurką a ścianki rowka wprowadzić
należy w tym przypadku odpowiednie wypełnienie (masa kontaktowa) w celu zminimalizowania cieplnego oporu kontaktowego.
 Na rysunku 2f przedstawiono przekrój absorbera wytworzonego przez miejscowe nawalcowanie dwóch płaskich blach aluminiowych i roztłaczanie ich.

Absorbery mogą być również wykonane z dwóch profilowanych blach
stalowych połączonych ze soba przez miejscowe nawalcowanie (rys. 2e) lub
zgrzanie (rys. 3h).

Absorbery kolektorów płaskich mogą być złożone z równolegle umieszczonych ożebrowanych wzdłużnie rurek (rys. 2c,d,g).

Na rysunku 2i,j przedstawiono przekroje absorberów wykonanych z tworzyw sztucznych.

### Sposoby przepływu wody przez kolektor

W kolektorach solarnych czynnik roboczy (woda) ogrzewa się przepływając przez kanały absorbera.

Kanały przepływowe czynnika roboczego absorberów są zwykle równoległe do siebie (rys. 5a).

Obok kolektorów, których absorbery wyposażone są w kanaly prostoliniowe
usytuowane równolegle, wytwarzane są rownież kolektory, w których absorbery
wyposażone są w jeden kanał o przebiegu serpentynowym (rys. 6k).

## Budowa kolektora rurowego próżniowego

Na rysunku 7 i 8 przedstawiono schematy kolektorow rurowych próżniowych, których
absorbery znajdują się w próżni, co znacznie zmniejsza straty ciepła do otoczenia. Oznaczenia:

1. Szklana rura próżniowa
2. Obszar próżni
3. Absorber
4. Rurka z czynnikiem roboczym
5. Przewód harmonijkowy (mieszek)
6. Rura cieplna (parownik)
7. Rura cieplna (skraplacz)
8. Warstwa srebra (odbłyśnik)

Absorbery te wykonane są ze stali
nierdzewnej lub miedzi i zaopatrzone w pokrycia selektywne. Do absorbera
przymocowana jest metalowa rurka, przez którą przepływa czynnik roboczy (woda)
przenoszący ciepło. Rurka prowadząca czynnik roboczy moze mieć ksztalt litery
U (rys. 7a) lub może być prosta (rys. 7b). W obu przypadkach rurka
dwukrotnie przechodzi przez szklaną ściankę izolacji próżniowej. Połączenie
metalowej rurki ze szklaną ścianką izolacji powinno zapewniać nie tylko szczelność, ale i wytrzymałość mechaniczną, co stawia określone warunki w odniesieniu do grubości ścianek.

W kolektorach przedstawionych na rysunkach 7c,d rurka z czynnikiem
roboczym tylko raz przechodzi przez szklaną ściankę izolacji próżniowej. Dzieki
temu zapewnienie trwałości i szczelności próżniowej jest w takich kolektorach
łatwiejsze do osiągnięcia niż w kolektorach przedstawionych na rys. 7a,b.

W przedstawionym na rys. 7c schematycznie kolektorze czynnik roboczy przepływa wewnątrz rury próżniowej dwiema współosiowymi rurkami. Czynnik doprowadzany jest do wnętrza kolektora rurką centralną, a powraca kanałem pierścieniowym utworzonym przez rurkę centralną i rurkę zewnętrzną.

Najczęściej spotykanym obecnie typem kolektora próżniowego z absorberem
w próżni jest kolektor przedstawiony na rys. 7d. W kolektorze tym do odbioru ciepła
stosuje się tzw. rurę cieplną, ktora jest urządzeniem stosowanym do transportu ciepła.
W kolektorach słonecznych stosowane są najprostsze, grawitacyjne rury cieplne
(nazywane też termosyfonami).

Wewnątrz rury próżniowej może być umieszczony odbłyśnik paraboliczny skupiający promieniowanie słoneczne na rurze absorbera (rys. 8). Odbłyśnik tego typu może być umieszczony równie dobrze na zewnątrz rury próżniowej.

## Dodatkowe elementy kolektora

### Pokrycia płyt absorbujących

Najbardziej pospolitym pokryciem płyt absorbujących promieniowanie słoneczne jest czarna matowa farba. Ze względów estetycznych czasami stosuje się farby o innym ciemnym kolorze np. fioletowa, brązowa, ... mimo niewielkiego pogorszenia współczynnika absorpcji promieniowania. Są to pokrycia absorbujące promieniowanie słoneczne w sposób nieselektywny. Oznacza to,że współczynnik absorpcji promieniowania słonecznego wynoszący około 95 % jest równy współczynnikowi emisji zwrotnego promieniowania podczerwonego od płyty w kierunku oszklenia, co jest źródłem strat ciepła do otoczenia.

Zmniejszenie tych strat umożliwiają pokrycia absorbujące promieniowanie w sposób selektywny. Zapewniają one zmniejszenie wspóczynnika emisji zwrotnego promieniowania podczerwonego od płyty w kierunku oszklenia do wartości ok. 10 %. Pokrycia selektywne są jednak droższe i z tego powodu rzadko stosowane w zastosowaniach niskotemperaturowych.

### Osłony przezroczyste

Na słony przezroczyste stosuje się często zwykłe szkło okienne o grubości 3 do 4 mm. Współczynnik przepuszczalności promieniowania widzialnego wynosi dla tego szkła 85 do 88 %. Lepszymi własnościami optycznymi niż zwykłe szkło okienne cechuje się tzw. szkło bezbarwne o obniżonej zawartości związków żelaza. Współczynnik przepuszczalności promieniowania widzialnego wynosi dla tego szkła 91 %. Stosuje się też szkło o podwyższonej wytrzymałości mechanicznej, tzw. szkło hartowane.

Osłony przezroczyste mogą być też wykonane z płyty z tworzywa sztucznego. Przykładem mogą być płyty z tworzywa poliestrowego wzmocnionego włóknem szklanym dla których współczynnik przepuszczalności promieniowania widzialnego wynosi 84 do 90 % oraz płyty z polikarbonatu.

Jako osłony przezroczyste, szczególnie w zastosowaniach niskotemperaturowych mogą być też stosowane folie z tworzywa sztucznego. Przykładem może być folia z tworzywa Tedlar (polifluorek winylu) o przepuszczalności 92 % i folia z tworzywa Teflon o jeszcze lepszej przepuszczalności promieniowania widzialnego wynoszącej 96 %.

### Izolacja cieplna

Jako izolację cieplną w kolektorach solarnych powietrznych stosuje się wełnę szklaną lub mineralną, spieniony poliuretan, styropian, itp. Materiały te stosowane są samodzielnie lub w postaci kilku warstw złożonych z kilku materiałów.

Podstawowym problemem jest zabezpieczenie izolacji cieplnej przed zawilgoceniem i przez to utratą własności izalacyjnych. Dlatego należy szczególnie zadbać o szczelność obudowy zewnętrznej kolektora solarnego.

### Obudowa kolektora

Obudowy wykonane są zazwyczaj z blachy stalowej zabezpieczonej przed korozją lub z blachy aluminiowej. Spotyka się też obudowy wykonane z tworzywa sztucznego lub z drewna.

## Zastosowania kolektorów solarnych wodnych

Ogrzana w kolektorach solarnych woda jest następnie używana do potrzeb użytkowych, ogrzewczych lub technologicznych.

Kolektory słoneczne wodne są dość proste w budowie i sprawne. Mogą być używane jako samodzielne źródło ciepła lub mogą wpomagać tradycyjne systemy grzewcze przyczyniając się do oszczędności energii i zmniejszenia emisji dwutlenku węgla.

Typowe zastosowania kolektorów solarnych wodnych to przygotowanie ciepłej wody użytkowej, rzadziej wspomaganie ogrzewania pomieszczeń, ogrzewanie gruntu w szklarni o przedłużonym okresie eksploatacji, podgrzewanie wody w basenach kąpielowych lub podgrzewanie wody do procesów technologicznych.

*Źródło*: W artykule wykorzystano m.in. fragmenty pracy "Fototermiczna konwersja energii słonecznej", Włodzimierz Smolec, PWN, Warszawa 2000.

## Linki wewnętrzne

* Zasada działania kolektorów solarnych wodnych
* Zastosowanie kolektorów solarnych wodnych do podgrzewania wody użytkowej
* Zastosowanie kolektorów solarnych wodnych do ogrzewania gruntu w szklarniach
* Zastosowanie kolektorów solarnych wodnych do ogrzewania wody w basenach
* Zastosowanie kolektorów solarnych wodnych w prysznicach ogrodowych i kempingowych