Aurinkokeräin

Aurinkokeräin on laite, joka muuntaa auringon säteilyä teknisesti käyttökelpoiseksi lämmöksi.
Tyypillisissä omakotitaloasennuksissa aurinkokeräin osa muuta lämmitysjärjestelmää, jossa sen tehtävänä on sitoa absorboimalla auringon säteilyn energiaa johonkin keräimessä kiertävään väliaineeseen. Tällä väliaineella lämmitetään lämminvesivaraajaa, johon lämpö varastoituu. Varaajasta lämpöä otetaan käyttöön tarpeen mukaan tilojen lämmitykseen tai käyttöveden lämmitykseen.
Aurinkolämmitysjärjestelmän käyttökustannukset ovat alhaiset, eikä sen käyttö aiheuta päästöjä. Ympäristövaikutukset painottuvat järjestelmän rakentamiseen ja pumppujen kuluttamaan sähköön.
Esimerkiksi Suomessa tarvitaan yleensä myös muita lämmönlähteitä. Tyypillisillä järjestelmillä voidaan kattaa käyttöveden lämmitys kesäkuukausina, jolloin muuta käyttöveden lämmitystä ei juuri tarvita. Auringon säteilyn ollessa vähäistä sydäntalvella ei tyypillinen järjestelmä tuota merkittävästi lämpöä.
Aurinkolämmitysjärjestelmä.
Aurinkokeräimessä tasomaisen suojapinnan alla on musta absorbaattoripinta, joka lämpenee auringon säteilyn vaikutuksesta. Keräimen sisällä kiertää lämmönsiirtoneste, vesi-glykoli-seos, joka lämpiää. Lämmennyt neste johdetaan lämmönvaihtimen läpi, jolloin neste luovuttaa lämpöenergiaa vesivaraajaan. Varaajassa olevaa lämmitettyä vettä käytetään talon lämmitykseen ja lämpimän käyttöveden lämmitykseen.
On olemassa myös peileillä lämpösäteilyä keskittäviä keräimiä, mutta pientalouksille näitä ei ole markkinoilla.
Suomessa yhden neliömetrin aurinkokeräimellä saadaan tuotettua 250–400 kWh energiaa vuodessa. Tyypillinen pientalon käyttövettä lämmittävä aurinkolämmitysjärjestelmä koostuu 5–10 neliömetrin keräinalasta, lämmönvaihtimesta, ohjausyksiköstä ja 300 litran vesivaraajasta. Pientalon tiloja lämmittävässä järjestelmässä keräinala on 10–20 neliömetriä. Järjestelmän käyttöikä on noin 20–30 vuotta.
Varsinaisten erillisten aurinkokeräinjärjestelmien lisäksi auringon lämpöä otetaan talteen myös rakenteellisen ratkaisuin, kuten kasvihuonerakenteella. Kesän aurinkoenergiaa voidaan tehostetusti varastoida maapohjaan, kellariin tai rossipohjaan.
Keräintyypit.
Tasokeräin.
Tasokeräimessä keruuputkisto, joka on yleensä kupariputkea, on asennettu vaakatasoon. Jokaiseen keräinputkeen on liitetty absorptiopinnan kasvattamiseksi sivulevyt. Levyt ja putket on pinnoitettu selektiivisellä absortiopinnoitteella, joka imee lämpöenergian, mutta ei luovuta sitä ulospäin. Keräinputkisto on sijoitettu eristettyyn koteloon, ja aurinkoon päin oleva taso on rakennettu vähärautaisesta ja usein strukturoidusta tai erikoispinnoitetusta lasista. Tällainen lasi läpäisee lämpösäteilyn huomattavasti paremmin kuin normaali lasi. Tasokeräimillä päästään noin 35–75 prosentin hyötysuhteeseen, ja niiden stagnaatiolämpötila (virtaukseton ja häviötön lämpötila) on 170–180 °C. Kallistuskulman ollessa 45 astetta on vuotuisen lämmöntuoton ero noin viisi prosenttia, mikäli keräimen suunta vaihtuu lounaan ja etelän välillä. Tasokeräin voidaan sijoittaa myös loivalle katolle, koska se vapautuu lumipeitteestä aikaisin alkaen näin tuottaa energiaa.
Tyhjiöputkikeräin.
Tyhjiöputkikeräimissä lämmönkeruuputkisto on sijoitettu eristeenä toimivan tyhjiöksi imetyn lasiputkilon sisälle. Tällöin tyhjiöputki toimii kuten läpinäkyvä termospullo. Tyhjiöputki on myös sisäpinnaltaan pinnoitettu selektiivisellä pinnoitteella kuten tasokeräinkin. Valmistajasta riippuen tyhjiöputkien takana voi olla heijastuspinta, jolla aurinkoenergiaa kerätään myös putken takapinnalta. Tyhjiöputkirakenne tehostaa aurinkoenergian hyödyntämistä, koska rakenne ei ole riippuvainen säteilyn tulosuunnasta, kuten tasokeräimet. Samaten voidaan hyödyntää myös hajasäteilyä, eli lämpöä saadaan talteen myös pilvisellä säällä. Tyhjiöputkikeräimillä päästään 35–85 prosentin hyötysuhteeseen ja stagnaatiolämpötila on 230–250 °C.
Keskittävä keräin.
Keskittävissä keräimissä aurinkoenergia keskitetään parabolisen heijastuspeilin tai linssin avulla yhteen fokusointipisteeseen, johon kohdistuu tuolloin voimakas säteilyenergia. Keskittävillä keräimillä päästään yli 1 000 °C:n lämpötiloihin, mutta ne täytyy suunnata hyvin tarkasti juuri aurinkoa kohti. Keskittäviä keräimiä ei ole kaupallisesti hyödynnetty lämmön tuotantoon.
Kuumailmakeräin.
Kuumailmakeräimet ovat aurinkokeräimiä, joissa käytetään lämmönsiirtoaineena nesteen sijasta ilmaa.