Vrste sončnih kolektorjev

Obstajajo različne vrste sončnih kolektorjev, vendar so vsi namenjeni zbiranju toplotne energije sončnih žarkov iz vidnega in bližnjega infrardečega spektra. Segrevajo prenosnik toplote in se uporabljajo za ogrevanje, oskrbo s toplo vodo in prezračevanje stavb za različne namene.

Ploščati kolektorji

Struktura ploščatih sončnih kolektorjev vključuje:

• Absorber je element, ki absorbira sončno svetlobo in je kombiniran s strukturo, ki prevaja toploto. Je najbolj visokotehnološki del sistema. Za večjo zmogljivost je selektivno ponikljan, poškropljen s titanovim oksidom ali črno pobarvan.
• Toplotnoizolacijski premaz se uporablja za obdelavo spodnje strani sončne plošče. Najpogosteje je izdelan iz poliizocianurata, togega polimernega termoreaktivnega materiala z zaprtimi celicami.
• Prozorna plast je narejena iz polikarbonatnih plošč ali kaljenega stekla z majhno količino železa.
• Cevi za prenos toplote iz etilenskega polimera z zamreženimi molekulami (zamrežen polietilen) ali bakra.

Osnovno načelo delovanja ploskih kolektorjev je izkoriščanje učinka tople grede. Steklo omogoča vstop sončnih žarkov v konstrukcijo in shranjevanje sončne energije, ki se nato s pomočjo drugih delov (običajno iz aluminija ali bakra) prenese na toplotni prenosnik (vodo ali nezamrzujočo raztopino). Heliopaneli te vrste so obdelani tudi s silikonsko tesnilno maso, s čimer se doseže popolna zrakotesnost.

Učinkovitost ogrevanja prenosnika toplote je odvisna od količine sončne svetlobe, ki doseže kolektor. Večja kot je količina energije, ki se prenese na medij za prenos toplote, večji je izkoristek naprave. Povečamo jo lahko tudi z uporabo specializiranih optičnih prevlek, ki ne dopuščajo uhajanja toplote.

Učinkovitost solarnega panela je opredeljena s proizvodnjo segrete tekočine na 1 kvadratni meter površine. Ravne različice lahko hladilno tekočino segrejejo do 200 ºC.

Vakuumski kolektorji

Pri tej vrsti kolektorja je sončni absorpcijski element od okolja ločen z vakuumskim prostorom. S tem so toplotne izgube skoraj v celoti odpravljene. Uporaba selektivnega premaza pa močno zmanjša izgube energije zaradi sevanja.

Fotografija sončnega kolektorja vakuumskega tipa kaže, da so akumulatorji toplote cevke, izdelane po načelu termosa. Deli so vstavljeni drug v drugega, v vrzeli med njimi pa se ustvari vakuum. Zaradi ozke valjaste oblike naprav žarki padajo pod kotom 90º glede na os, kar povečuje količino prejete energije na enoto površine tudi zvečer in zjutraj.

Cevni sistemi lahko učinkovito zbirajo energijo iz razpršenega sončnega sevanja, saj v tem primeru delujejo kot ploščati modeli z možnostjo obračanja, da sledijo soncu. Uporaba reflektorjev lahko tudi znatno poveča delovni prostor vakuumskega kolektorja.

Zaradi skoraj ničelne porabe odpadne energije je vakuumski kolektor nepogrešljiv pri uporabi v mrzlem vremenu in ima prednost pred ploščatimi sončnimi kolektorji že pri temperaturah pod 15 ºC.

Vakuumski kolektor z neposrednim prenosom toplote na tekočino

Cevne strukture v vakuumskem razdelilniku z neposrednim prenosom toplote tekočine so nameščene pod posebnim kotom. Povezane so z zalogovnikom, iz katerega voda teče neposredno v cevi, kjer se segreje in nato vrne nazaj. Odsotnost drugih elementov je pomembna prednost naprave. Ta vrsta zbiralnika lahko deluje tudi brez zalogovnika.

Vakuumski kolektor z neposrednim prenosom toplote tekočine in vgrajenim izmenjevalnikom toplote

Kolektorji te vrste so na splošno zasnovani enako kot naprave z neposrednim prenosom toplote na tekočino, vendar imajo učinkovit toplotni izmenjevalnik, ki je priključen iz notranjosti rezervoarja. To vrsto naprave je mogoče vgraditi v sistem za oskrbo z vodo pod tlakom.

Za uporabo opreme pri nizkih temperaturah (do -10 ºC) se v vodni ogrevalni krog nalije raztopina, ki ne zamrzuje. V kolektorju se ne tvorijo usedline, saj voda teče izključno znotraj bakrenega toplotnega izmenjevalnika, njena mera pa je nespremenjena.

Vakuumski kolektorji s toplotnimi cevmi

Za proizvodnjo dragih modelov vakuumskih kolektorjev se uporabljajo bakrene termalne cevi, ki so zaprte in napolnjene z lahko vrelo raztopino. Mehanizem njihovega delovanja je, da segreta tekočina pri izhlapevanju prevzema energijo in jo prenaša v toplotni nosilec ter na vrhu kondenzira. Kondenzat nato teče nazaj navzdol in postopek se ponovi.

Toplota se prenaša prek bakrenega tulca sprejemnika. Grelni krog kolektorja je fizično ločen od cevi, zato poslabšanje enega ali več delov ne vpliva na njegovo delovanje.

Zamenjava elementov ne zahteva popolne odstranitve nezamrzujoče raztopine iz tokokroga toplotnega izmenjevalnika. Kolektor s toplotnimi cevmi je dovolj produktiven pri zmrzali do -35 ºC (pri steklenih modelih s toplotnimi cevmi) ali -50 ºC (izdelki s kovinskimi toplotnimi cevmi).

Sončni kolektorji s koncentratorji

Koncentratorski sončni kolektorji so opremljeni s parabolocilindričnimi reflektorji, ki so nameščeni neposredno pod deli, ki absorbirajo sončno sevanje. S tem postopkom je mogoče doseči povečanje delovne temperature hladila do 120-250 ºC in več (če se vzporedno uporabljajo naprave za sledenje svetlobnim virom).

Zračni kolektorji

Glavna značilnost zračnih sončnih kolektorjev je njihova sposobnost ogrevanja zračne mase. Običajno so te naprave vrste preprostih ploščatih sončnih kolektorjev. Za svoje delovanje ne potrebujejo toplotnega izmenjevalnika, saj zrak ne zamrzne.

Zrak vstopa skozi absorber prisilno ali naravno. Ne prevaja toplote tako dobro kot tekoča hladilna sredstva, zato se z uporabo ventilatorjev za izboljšanje prenosa toplote in povečanje nastanka vrtincev v atmosferski masi poveča učinkovitost naprave.

Zračni sončni kolektorji imajo nezahtevno strukturo in visoko odpornost na napake, njihovo delovanje pa je enostavno nadzorovati. Če se upoštevajo pravila delovanja, lahko pravilno delujejo več kot 15-20 let, ne da bi jih bilo treba popravljati in vzdrževati.

Vrste sončnih kolektorjev je mogoče vgraditi v strehe ali stene stavb. Pogosto služijo kot primarni ali dodatni sistem ogrevanja in prezračevanja v stavbah, kjer je dostop do drugih virov energije otežen ali onemogočen.