Serwis System
Eugeniusz Słowik Sp.K.

ul. Elektronowa 8A
94-103 Łódź

tel. 42 689 90 80

Budowa płaskiego kolektora słonecznego

Zadaniem kolektora słonecznego jest pozyskiwanie Energii Promieniowania Słonecznego i wytwarzanie ciepła, które może być wykorzystane np. dla podgrzewania ciepłej wody użytkowej, wspomagania ogrzewania budynku czy też podgrzewu wody basenowej. W warunkach naszego klimatu, zastosowanie mają głównie kolektory typu absorbującego, a nie skupiającego. Niezależnie od tego, czy jest to kolektor płaski, czy próżniowy, absorber pokrywany jest warstwą pochłaniającą promieniowanie zarówno bezpośrednie, jak i rozproszone.

Warunki pracy kolektora słonecznego stawiają przed nim wysokie wymagania wytrzymałościowe. Jest on bowiem narażony zarówno na wysokie wewnętrzne temperatury robocze, szczególnie w stanach stagnacji (braku odbioru ciepła), jak i niskie – ujemne temperatury zewnętrzne. Dodatkowo, warunki pracy kolektora słonecznego mogą ulegać gwałtownym zmianom, dlatego też norma EN 12975-2 określająca wymagania jakościowe dla kolektora słonecznego, przewiduje ich badanie pod kątem wytrzymałości na szoki termiczne wewnętrzne oraz zewnętrzne.

kolektory poziome i pionowe Vaillant

Rysunek 1. Kolektory słoneczne mogą być wykonywane w wersji do montażu w pozycji pionowej, jak i poziomej. Różnica polega na odpowiednim ułożeniu orurowania absorbera, aby zapewnić jego odpowietrzanie.

Na rynku europejskim, zdecydowanie najczęściej zastosowanie znajdują kolektory płaskie. Średnia dla udziału rynkowego kolektora próżniowego w krajach grupy EU27 i Szwajcarii, wyniosła w 2011 roku jedynie 9,9% (dane estif.org). Popularność kolektorów płaskich na rynku urządzeń energetyki słonecznej, wynika z ich korzystnych parametrów wydajności cieplnej w odniesieniu do kosztów inwestycji. Wprawdzie niektóre rodzaje kolektorów próżniowych mogą zaoferować w porównaniu do kolektorów płaskich, wyższe uzyski ciepła w skali roku, ale ich zastosowanie wiąże się z podwyższonymi kosztami inwestycji. Wówczas okres zwrotu kosztów inwestycji może ulec wydłużeniu, co zmniejsza jej atrakcyjność pod względem czysto ekonomicznym.

Budowa płaskiego kolektora słonecznego – podstawowe elementy…

Kolektor płaski serii auroTHERM VFK 145 wykonywany jest w dwóch wariantach: VFK 145 V (do montażu pionowego) lub VFK 145 H (do montażu poziomego). Różnicą w ich przypadku jest budowa orurowania meandrowego absorbera, które w każdym typie kolektora posiada poziomy układ przewodów dla zapewnienia jego właściwej pracy.

auroTHERM konstrukcja meandrowa absorbera

Rysunek 2. Kolektory płaskie serii auroTHERM VFK posiadają meandrową konstrukcję absorbera.

Obudowa kolektora słonecznego

Stanowi osłonę wnętrza kolektora słonecznego, chroniąc go przed utratą ciepła z absorbera do otoczenia oraz przed wpływem zewnętrznych czynników pogodowych. Musi odznaczać się wysoką wytrzymałością mechaniczną i sztywnością, aby nawet przy naciskach (np. zalegający śnieg) nie dopuszczać do wnikania wilgoci do wnętrza. Druga istotna cecha to odporność na korozję, a także zapewnienie odpowiedniej wentylacji wnętrza, dla usuwania wilgoci, która jest pochłaniana i oddawana następnie przez izolację cieplną. Zaparowanie szyby jest jedynie chwilowym stanem roboczym kolektora, które ustępuje szybko po rozpoczęciu przez niego pracy.

Absorber kolektora słonecznego

Pokrycie absorbera musi odznaczać się selektywnością, a więc jak najwyższym współczynnikiem absorbcji promieniowania słonecznego i jednocześnie jak najniższą emisją cieplną. Warstwa absorbcyjna musi także być odporna na starzenie się, czyli utratę swoich właściwości pod wpływem wieloletniej eksploatacji. Materiał absorbera musi się odznaczać wysoką przewodnością cieplną, dla skutecznego równomiernego oddawania ciepła do przepływającego przez orurowanie czynnika grzewczego (glikolu).

Kolektor płaski auroTHERM przekrój

Rysunek 3. Przekrój kolektora płaskiego serii auroTHERM VFK.

Izolacja cieplna kolektora słonecznego

Od jej skuteczności zależy w znacznej mierze sprawność pracy kolektora słonecznego, szczególnie przy niskich temperaturach zewnętrznych. Izolacja cieplna musi być nie tylko odporna na działanie wysokich temperatur roboczych występujących wewnątrz kolektora, ale także musi zachować swoje właściwości w całym okresie eksploatacji. Nie mogą się z niej wydzielać więc różne zanieczyszczenia np. ze stosowanych środków klejących, które mogły by osadzać się na absorberze czy też szybie kolektora.

Szyba kolektora słonecznego

Jeden z najbardziej newralgicznych elementów kolektora słonecznego, który odpowiada i za efekty pracy, i za ochronę przed niekorzystnym wpływem warunków zewnętrznych. Szkło musi się cechować jak najwyższą przepuszczalnością promieniowania słonecznego do wnętrza obudowy kolektora. W tym celu w jego składzie znajdują się zmniejszone ilości tlenków żelaza. Przepuszczalność promieniowania słonecznego może sięgać 91÷92%, a w przypadku szkła z powłoką antyrefleksyjną, nawet 96 i więcej procent. Szkło jest także hartowane, aby zapewnić wysoką odporność mechaniczną na naciski i uderzenia. W przypadku gradobicia szkło powinno zapewnić ochronę kolektora, testy jakościowe przewidują badanie szyby na wytrzymałość przy uderzeniach kulką stalową o masie 150 g i średnicy 31 mm (maksymalnie z 2 metrów w teście).

Potwierdzenie jakości kolektora słonecznego

Kolektory oferowane na rynku europejskim, w większości krajów, w tym także w Polsce, muszą spełniać określone wymagania jakościowe, aby podlegać programom dofinansowania inwestycji (w Polsce np. „program dopłat 45%” ze środków NFOŚiGW).

Norma EN 12975-1 „Słoneczne systemy grzewcze i ich elementy — Kolektory słoneczne — Część 1: Wymagania ogólne” oraz EN 12975-2 „Słoneczne systemy grzewcze i ich elementy — Kolektory słoneczne — Część 2: Metody badań”, określają wymagania i sposób badania kolektorów słonecznych. Rygorystyczne testy mają na celu sprawdzenie wytrzymałości kolektora m.in. na długotrwałe występowanie wysokich temperatur zewnętrznych, na niskie temperatury, na działanie deszczu, śniegu, wiatru, a także nacisków i uderzeń mechanicznych. Nadawany kolektorowi certyfikat Solar Keymark stanowi dla inwestora potwierdzenie jakości kolektora, a wgląd w ogólne wyniki badań możliwy jest na stronie solarkeymark.org.