Rodzaje kolektorów słonecznych

Sposób konwersji promieniowania słonecznego na energię może przebiegać na wiele sposobów. W przyrodzie część energii zazwyczaj jest pochłaniana a cześć rozpraszana - generując między innymi barwy. Pochłaniana energią może zostać zamieniona na ciepło lub przetworzona w jeszcze inny sposób na energię – np. w procesie fotosyntezy. Różnorodność w zamianie promieniowania słonecznego na ciepło ma też miejsce w przypadku kolektorów słonecznych. Poniżej przedstawiamy opis kilku wybranych rozwiązań spośród ogromnej grupy możliwości.

Kolektory słoneczne płaskie

Kolektory płaskie składają się z płaskiego absorbera (ze specjalną warstwą absorpcyjną), wlutowanej lub wspawanej w niego rurki, obudowy, izolacji, szyby solarnej i przyłączy hydraulicznych. Zasada działania tej koncepcji polega na rozwinięciu i udoskonaleniu idei ogrzewania wody w beczce. Absorber z warstwą selektywną jest zaizolowany termicznie i osłonięty szybą solarną. W chwili kiedy pada na niego światło absorber pochłania fale świetlną, uniemożliwia ucieczkę fali na zewnątrz a następnie i zamienia ją na ciepło - dlatego też emisja promieniowania nie przekracza 5%. Co ważne! Absorber to nie jest zwykła czarna farba! Czarna farba posiada kilkadziesiecioprocentowy współczynnik emisji - dlatego kolektory wykonane w zaciszu domu niemal zawsze mają dużo gorsze parametry od wykonanych w oparciu o przemysłowe absorbery selektywne. Ponieważ absorber jest zabezpieczony przed utratą ciepła izolacją termiczna i szybą solarną ciepło nie ma łatwej drogi ucieczki z kolektora słonecznego i temperatura absorbera rośnie. Energia jest transportowana na drodze przewodzenia cieplnego i ogrzewa glikol w rurkach. Jeśli temperatura glikolu przekroczy o kilka stopni temperaturę w zbiorniku wodnym to zostanie uruchomiona pompa która przepompuje gorący glikol w kierunku wężownicy zbiornika.

Kolektory słoneczne próżniowe rurowe Heat-pipe

Kolektory próżniowe rurowe posiadają dużo bardziej skomplikowaną budowę. Składają się one z podwójnej szklanej rury próżniowej, absorbera napylonego na rurę szklaną (lub znajdującego się wewnątrz szklanej rury w postaci paska absorbera), rurki z cieczą wrzącą w niskiej temperaturze – tzw. rurka cieplna (z ang. heat pipe) połączoną z absorberem aluminiową blachą, kolektora zbiorczego, izolacji, obudowy ze stelażem i przyłączy hydraulicznych. Padające na rurę szklaną promieniowanie przenika szkło z niewielką stratą energii i pada na absorber. Na absorberze następuje pochłonięcie fali świetlnej i zamiana na ciepło. Próżnia jest doskonałym izolatorem dla ciepła przez co energia nie może się  wydostać z rury. Następuje ogrzanie wnętrza rury i za pośrednictwem aluminiowej blachy nagrzanie cieczy w rurce cieplnej. Ciecz zawarta w rurce cieplnej zaczyna parować unosi się w kierunku obszaru kolektora zbiorczego. W kolektorze zbiorczym rurka cieplna jest zanurzona za pośrednictwem tulejki uszczelniającej w glikolu. Gdy glikol jest chłodniejszy niż opary cieczy która wyparowała wewnątrz rurki cieplnej następuje oddawanie ciepła w kierunku glikolu i skraplanie cieczy wewnątrz rurki cieplnej. Jeśli ogrzewany w ten sposób glikol przekroczy o kilka stopni temperaturę w zbiorniku wodnym sterownik uruchomi pompę która przepompuje glikol w kierunku wężownicy zbiornika.

Kolektory słoneczne próżniowe z przepływem wewnętrznym.

W stosunku do kolektorów typu Heat – pipe czynnik roboczy nie jest odseparowany od obszaru absorpcji. Specjalna konstrukcja obszaru zbiorczego oraz rury szklanej umożliwia wpłynięcie glikolu do wnętrza rury. Stosuje się w tym rozwiązaniu konstrukcję U- rurki lub rura w rurze.

W przypadku U-rurki zimna ciecz spływa na dno rury szklanej od zacienionej strony kolektora a następnie od strony nasłonecznionej powraca do obszaru zbiorczego odbierając energię od nagrzanej warstwy absorpcyjnej rury próżniowej.

W przypadku konstrukcji rura w rurze glikol wpływa do wnętrza rury szklanej centralną rurką, dopływa nią do dna rury szklanej a następnie powraca do obszaru zbiorczego odbierając ciepło od absorbera.

We wszystkich kolektorach słonecznych próżniowych rurowych możliwe jest zastosowanie zwierciadeł skupiających energię słońca jednak należy rozważyć dobrze taka decyzję ponieważ czas optymalnej pracy zwierciadeł jest stosunkowo krótki a tworzą one dodatkowe problemy podczas eksploatacji gotowej już instalacji.

Kolektory słoneczne płaski próżniowe

Rozwiązanie to łączy w sobie zalety konstrukcji płaskich – trwałość z zaletami konstrukcji próżniowych rurowych – doskonała izolacja i sprawność w chłodne dni. Kolektory płaskie próżniowe w swojej budowie nie posiadają żadnych materiałów izolacyjnych. Wewnątrz kolektora słonecznego płaskiego próżniowego znajduje się próżnia która pełni rolę izolacji cieplnej – brak gazów które mogłyby przewodzić ciepło w kierunku obudowy skutecznie hamuje ucieczkę ciepła. Kolektory tego typu posiadają dodatkowo odczyt próżni i w sytuacji gdyby z jakichkolwiek powodów jej poziom spadł istnieje możliwość ponownego odpompowania układu w celu minimalizacji strat.