Zájem o solární kolektory každým rokem roste, což může získat sluneční energii a přeměnit ji na teplo pro ohřev vody nebo dokonce místností. Objevte možnosti solárních kolektorů. Vysvětlíme, co je jejich princip fungování a struktura.
Solární kolektory - princip provozu a konstrukce solárních panelů
Solární kolektory v rodinných domech
Sluneční kolektory, také nazývané sluneční, jsou zařízení, ve kterých je energie slunečního záření přeměňována na teplo, aby ohřála tekutinu, která jimi prochází. Ohřev vody pro užitkové účely (především pro mytí) pro potřeby jedné rodiny spotřebuje několik tisíc kilowatthodin ročně. Lákavá vyhlídka je možnost nahradit drahou elektřinu nebo dokonce o něco levnější plynem nebo olejem volnou sluneční energií . Z tohoto důvodu již sběratelé pracují v Polsku, jehož celková plocha se odhaduje na více než 300 000. m 2 . Velká část z nich jsou ty, které jsou instalovány v rodinných domech.
Konstrukce solárního kolektoru
Největší počet plochých a kapalných kolektorů na trhu. Jedná se o systém tenkých trubek (nebo kanálů z profilů) připojených k kovové desce pokryté tzv. Selektivním povlakem. Celek je uzavřen v pouzdře, které má omezit tepelné ztráty a chránit kolektor před poškozením, aniž by bránilo pronikání slunečního záření do interiéru. Kapalina protékající sběrnými trubicemi (obvykle se používá těžce mrznoucího glykolového roztoku) se zahřívá ze sluncem zahřátého povrchu desky a sousedních stěn trubek. Kvalita kolektoru závisí na kvalitě materiálů a přesnosti zpracování, a tedy také na množství energie, kterou dodává do zařízení na daném povrchu. Podřadné spotřebiče mohou dodávat horkou vodu pouze za slunečného počasí a za podmínky, že venku není příliš chladno. To je způsobeno malými možnostmi absorbování slunečního záření pomocí ne sofistikovaného absorbéru a tepelnými ztrátami prostřednictvím jednoduchého pouzdra. Pro využití kolektorů i v zimě je nutné použít dražší řešení.
Ploché solární kolektory (foto Galmet)
Absorbér nebo chladič
Je to deska pokrytá nahoře látkou s vysokým koeficientem absorpce slunečního záření, ale s nízkým koeficientem emisí tepelného záření. V nejjednodušší variantě je kovová (někdy plastová) absorpční deska jednoduše natřena černou barvou. Toto řešení je levné, ale generuje relativně velké tepelné ztráty vyzařováním. Proto sběratelé vyšší kvality používají povlaky z černého niklu, černého chrómu, černé mědi nebo oxidu titaničitého známé pod různými obchodními názvy. To samozřejmě znamená zvýšení výrobních nákladů, ale použití kolektorů je také větší.
Tekutiny a zkumavky
Tekutina (roztok glykolu), který má být zahříván absorpčním teplem, proudí trubkami. Měli by být k němu pečlivě připevněni - po celé délce, kterou k ní drží, aby účinně přijímali teplo. Nejčastěji jsou vyrobeny z mědi, která je dobře vede, a zároveň je materiálem odolným vůči velkým teplotním změnám a korozi. Způsob, jakým jsou spojeny, je velmi důležitý z důvodu účinnosti výměny tepla mezi absorbérem a prvky transportující zahřátou kapalinu. Protože měď je drahý materiál, byla nahrazena hliníkem. Kolektory s hliníkovými absorbéry a hliníkovými profily pro dopravu tekutin jsou mnohem levnější.
Sběratelské bydlení
Skříně kolektorů jsou obvykle vyrobeny z hliníku. Jeho dno a boky jsou obvykle izolovány minerální vlnou. Velikost tepelné ztráty z kolektoru závisí na tloušťce izolace. Pouzdro by mělo být těsné, protože také ovlivňuje množství tepelných ztrát. Kromě toho mohou úniky pronikat netěsnostmi a snižovat účinnost absorbéru . Horní stěna krytu musí umožnit sluneční záření, proto je průhledná. Obvykle se jedná o tvrzené sklo odolné proti mechanickému poškození - nemělo by být poškozeno ani při krupobití. Sklo používané v kolektorech se nazývá sluneční. Jeho vlastnosti jsou dobrý přenos slunečního záření a současně dobrá tepelná izolace. Někteří sběratelé mají prizmatické sklo rozptylující světlo. Díky tomu, když sluneční paprsky dopadají na sklo kolektoru v jiném úhlu, než je přímý úhel, je jeho účinnost o něco vyšší než při použití běžného solárního skla.
Vakuové trubicové kolektory
Mnohem méně používané než ploché kolektory . Jedná se o paralelní skleněné trubky o průměru 5-10 cm připojené k bateriím. Každá z nich má samostatnou trubici s absorbérem - rovnou nebo nanesenou na povrch trubky (levnější, ale méně dokonalé řešení z důvodu neexistence přímého kontaktu mezi absorbérem a trubicí). Vakuum kolem absorbéru poskytuje izolaci. Nedochází ke konvekci (přenos tepla v důsledku pohybu hmoty), díky čemuž jsou tepelné ztráty z absorbéru mnohem menší. Kromě toho se absorbér zahřívá rychleji, protože se neztrácí teplo při ohřevu vzduchu kolem absorbéru. Sběratel potrubí může sestávat z:
- dvojité zkumavky (zkumavka ve zkumavce) - vakuum je mezi dvěma vrstvami skla;
-
jednotlivé vakuové trubice.
Tepelné potrubní systémy
Glykolový roztok (jako v plochých kolektorech) může protékat skleněnou trubicí připojenou k absorbéru, ale existují i konstrukce s tzv. Tepelnou trubkou. Trubice se potom uzavře z obou stran a naplní se odpařovací tekutinou při teplotě asi 25 ° C. Tekutina zahřátá slunečními paprsky ve spodní části trubice se vypařuje a stoupá ke kondenzátoru nahoře. To se navenek promyje glykolem cirkulujícím ve sluneční soustavě. V důsledku toho je kapalná pára v kondenzátoru chlazena (dává teplo glykolu), takže kondenzuje a teče dolů po vnitřní stěně tepelné trubice, kde se znovu odpařuje a celý cyklus se opakuje. Aby to bylo možné, měly by být kolektory nakloněny pod úhlem asi 20 °. Použití jevu fázové změny (odpařování a kondenzace) umožňuje zvýšit účinnost solárního kolektoru .
Sběratel se zrcadlem
Některé sběrače potrubí mají zrcadla odrážející sluneční paprsky, takže dopadají na absorbér nejen shora, ale také zespodu. V důsledku toho může teplota kapaliny v zařízení výrazně přesáhnout 100 ° C. V domácích podmínkách to není nutné, proto se tento typ zařízení používá hlavně v průmyslu.
Akumulace tepla
Protože poptávka po teple v domácnosti je největší, jsou-li podmínky pro práci kolektorů nejhorší, je nutné ukládat přenášenou energii. Pro akumulaci vody ohřáté teplem ze solárních kolektorů potřebujete tepelně izolovanou nádrž. Záleží na množství vody, které se hromadí, zda se všichni členové domácnosti budou moci vykoupat ve vodě ohřáté sluneční energií, nebo zda bude nutné ji pravidelně ohřívat jiným zdrojem tepla. Nádrž nebo nádrž je, bohužel, nákladný instalační prvek - dražší, větší. A čím větší, tím větší by měl být povrch kolektorů, aby mohly poskytovat teplo v množství potřebném pro zahřátí veškerého obsahu na potřebnou teplotu. Měli byste přemýšlet o tom, zda vám záleží na maximálním využití volné energie a zda dokážete přijmout velké investiční náklady, nebo dáváte přednost levnější instalaci a souhlasíte s tím, že doplníte nedostatek energie z konvenčního zdroje. Ziskovost těchto řešení se může lišit v závislosti na typu tohoto zdroje (levné palivo nebo drahá elektřina).
Možnosti vakuových kolektorů
Složitá konstrukce vakuových kolektorů je činí dražšími než ploché. Výměnou za větší náklady lze očekávat, že za nepříznivých povětrnostních podmínek (v chladných dnech, za oblačného počasí) budou poskytovat více tepla než ploché kolektory. Za pěkného počasí by dobře navržená a zkonstruovaná instalace měla poskytovat dostatečné teplo, ale záleží na typu použitého zařízení. Ne všechny vakuové kolektory, například dvou trubkové kolektory, nabízejí vyšší účinky než ploché kolektory.
Jak zařídit sběratele?
Předpokládá se, že každý člen domácnosti spotřebuje 50 litrů horké vody při 45 ° C denně. Pro zjednodušení je možné předpokládat, že pro jeho zahřívání je zapotřebí solární kolektor s absorpční plochou 1 m 2, ale přesnější výpočty by měly být provedeny s ohledem na jeho účinnost, umístění vzhledem ke světu a zastínění (např. Sousedními budovami nebo stromy). Optimální umístění kolektorů je obrátit se na jih a naklonit je v úhlu asi 40 °. Tam, kde jsou, by nikdy neměl být stín. Pokud některá z těchto podmínek nemůže být splněna, musíte nainstalovat kolektory s odpovídající větší povrchovou plochou a vypočítat je podle pokynů výrobce.
Kolik sběratelů potřebujete?
Jediný plochý deskový kolektor má obvykle absorbér o ploše asi 1, 8-2 m2. V rodinných domech jsou pro ohřev vody potřebné dva, tři, někdy i čtyři takové kolektory. Objem nádrže na solární ohřev vody by měl být jeden a půl až dvakrát větší, než je očekávaná denní spotřeba horké vody. Solární akumulační nádrže mají kapacitu 200 l a více. Nejmenší jsou vhodné pro dvě rodiny, pro tři osoby se doporučuje kapacita asi 250 litrů, pro čtyři 300 litrů, ale pokud se všichni obyvatelé chtějí koupat ve velké vaně, je lepší zvolit ještě větší - dokonce 500 litrů, pokud se nesladíte s vroucí vodou konvenčním zdrojem tepla.