Kolektor słoneczny

Kolektor słoneczny - urządzenie wykorzystywane do zamiany energii słonecznej na energię cieplną za pomocą nośnika ciepła. Jako absorwent wykorzystuje się łatwo dostępną wodę o dużej pojemności cieplnej, powietrze cechujące się małym ciężarem właściwym czy glikol, który nie zamarza (K. Neupauer, J. Magiera 2009, s. 58; W. Lewandowski 2007, s. 206).

TL;DR

Kolektor słoneczny to urządzenie, które zamienia energię słoneczną na energię cieplną. Składa się z absorbera, osłony, izolacji i konstrukcji. Kolektory słoneczne dzielą się na te do podgrzewania wody i powietrza. Nowe typy kolektorów wykorzystują innowacyjne sposoby przemieszczania energii. Istnieją także aktywne metody wykorzystania energii słonecznej. W Polsce nasłonecznienie wynosi średnio 1600 h/a, a okres letni stanowi 80% rocznej sumy nasłonecznienia.

Budowa kolektora słonecznego

Standardowy kolektor słoneczny zbudowany jest z (W. Lewandowski 2007, s. 198-201):

• absorbera - wykonanego z blachy miedzianej lub aluminiowej, powleczonego czarną matową farbą. W celu zwiększenia poziomu pobieranej energii należy pokryć go powłokami selektywnymi, zminimalizować konwekcyjne utraty ciepła za pomocą przezroczystej osłony czy wykorzystać system luster płaskich do skupienia promieniowania.
• osłony - powinny charakteryzować się wysoką wytrzymałością na działanie czynników mechanicznych takich jak wiatr, śnieg, grad czy piasek, stanowiąc twardy i odporny na naciski element kolektora słonecznego. Powinny być one również przezroczyste.
• izolacji - powinna posiadać określoną grubość, aby zapobiec nadmiernej utracie ciepła. Jako izolacja wykorzystywane są polistyren porowaty, poliuretan spieniony, wełna mineralna, ebonit porowaty czy korek.
• konstrukcji (obudowy, instalacji, zaworów, króćców pomiarowych i konstrukcji nośnej)

Wymiary kolektorów słonecznych

W przeglądzie kolektorów słonecznych można wyróżnić trzy podstawowe wymiary (P. Radzajewska, M. Żukowski 2016, s. 9):

• powierzchnia brutto - zewnętrzna powierzchnia kolektora
• powierzchnia absorbenta - powierzchnia elementu przekształcającego energię słoneczną na energię cieplną
• powierzchnia apertury - maksymalna powierzchnia, która odbiera promieniowanie słoneczne

Kolektory słoneczne do podgrzewania wody

Kolektory słoneczne do podgrzewania wody dzielimy na (G. Wiśniewski i in. 2008, s. 30):

• płaskie
• bez osłony
• próżniowe
• próżniowe rurowe
• skupiające
• o ognisku liniowym
• paraboliczne rynnowe
• o ognisku punktowym
• paraboidalne
• zespolone paraboliczne skupiające (CPC)
• wielościankowe
• Fresnela
• nadążane za słońcem
• żaluzjowe

Kolektory słoneczne do podgrzewania powietrza

Kolektory słoneczne do podgrzewania powietrza dzielimy na (G. Wiśniewski i in. 2008, s. 35-36):

• ze względu na kształt i postać absorbera:
  • płaskie
  • profilowane
  • porowate z tworzyw gąbczastych
  • z płyt porowatych
  • gładkie
  • z wiórów metalowych
• ze względu na liczbę przesłon:
  • płaskie odkryte
  • płaskie zakryte
• ze względu na usytuowanie kanału przepływu powietrza:
  • z przepływem powietrza nad absorbentem
  • z przepływem powietrza pod absorbentem
  • z przepływem powietrza pod i nad absorbentem
• ze względu na istnienie izolacji termicznej:
  • kolektory z izolacją
  • kolektory bez izolacji

Nowe typy kolektorów słonecznych

W klasycznych modelach za transport energii cieplnej z powierzchni absorbenta odpowiedzialne są woda, powietrze i glikol. Nowe kolektory słoneczne wykorzystują innowacyjne sposoby przemieszczania się energii. Zaliczają się do nich (W. Lewandowski 2007, s. 206-208):

• Kolektory z czynnikiem dwufazowym
• Kolektory absorpcyjne
• Kolektory z warstwą lub warstwami załamującymi promieniowanie
• Kolektory specjalne (kolektory z przezroczystym złożem pochłaniającym, kolektory dwuczynnikowe, kolektory elastyczne, kolektory próżniowe, kolektory rurkowe, kolektory z wypełnieniem komórkowym, kolektory magazynujące)

Aktywne metody wykorzystania energii słonecznej

Energia słoneczna jest pobierana i przekształcana w inne typy energii (cieplną, elektryczną, mechaniczną) za pomocą przeznaczonych do tego urządzeń. Systemy te można podzielić ze względu na temperaturę czynników oraz funkcję, jaką pełnią w przepływie energii na (W. Lewandowski 2007, s. 191):

• niskotemperaturowe (kolektory i stawy słoneczne)
• wysokotemperaturowe (farmy i elektrownie słoneczne)
• wspomagające (magazyny energii, pompy ciepła, diody cieplne i inne)

Zasoby energii słonecznej w Polsce

W projektowaniu i implementacji instalacji służącej do przekształcania energii słonecznej i cieplną przy użyciu paneli słonecznych należy wziąć pod uwagę (W. Lewandowski 2007, s. 196):

• sprawność kolektora
• roczne wartości nasłonecznienia (insolacji)
• średnioroczne sumy promieniowania słonecznego (usłonecznienie)

Zasoby energii słonecznej w Polsce

Nasłonecznienie (napromieniowanie) to suma energii promieniowania słonecznego, przypadająca na jednostkę powierzchni płaskiej. Przeciętnie nasłonecznienie w Polsce wynosi 1600 h/a. Szacunkowo 80% jego rocznej sumy stanowi okres letni (kwiecień-wrzesień), kiedy działanie światła słonecznego wydłuża się nawet do 16 h/dzień (W. Lewandowski 2007, s. 196).

Kolektor słoneczny — artykuły polecane

Barka — Kompletacja — Jednostka miary — Odnawialne źródła energii — Czujnik — Podatność transportowa — Oczyszczalnia ścieków — Metale ziem rzadkich — Wykres Molliera

Bibliografia

• Lewandowski W. (2007), Proekologiczne odnawialne źródła energii, WNT, Warszawa
• Magiera N., Neupauer K. (2009), Analiza sprawności kolektorów słonecznych różnych typów, Czasopismo techniczne, nr 4
• Majewski J. (2011), Doświadczalne badania przydatności powietrznych kolektorów słonecznych do wspomagania procesów suszarniczych, Acta Energetica, nr 3
• Radzajewska P., Żukowski M. (2016), Optymalny rozstaw kolektorów słonecznych, Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja, nr 1
• Wiśniewski G. (red.) (2008), Kolektory słoneczne. Energia słoneczna w mieszkalnictwie, hotelarstwie i drobnym przemyśle, Wydawnictwo Medium, Warszawa

Autor: Oliwia Wilk