Kolektory słoneczne zamieniają energię słoneczną na ciepło. W zależności od rodzaju kolektorów możemy je zamontować w każdym dostępnym miejscu, np. na dachu pochylonym lub płaskim, na ścianie budynku lub w ogrodzie. W jakim stopniu wykorzystamy darmowe ciepło słoneczne zależy między innymi od rodzaju i sposobu montażu kolektorów.
Kolektory słoneczne wykorzystujemy do ogrzewania wody użytkowej, wody w basenach i do ogrzewania domu. Niezależnie od przeznaczenia instalacji solarnej, kolektory są zawsze dodatkowym źródłem ciepła, które wspomaga główne, np. kocioł gazowy, olejowy, na paliwo stałe. Najczęściej kolektory wykorzystywane są do ogrzewania wody użytkowej, bo taka instalacja jest stosunkowo niedroga i przynosi wymierne korzyści. Korzyści, które są tym większe im większe jest zużycie wody użytkowej w gospodarstwie domowym i im wyższe będą koszty ogrzewania głównego źródła ciepła, np. prądu elektrycznego, gazu płynnego, oleju opałowego itd.
Niezależnie od budowy i zasady działania kolektory słoneczne możemy podzielić na tzw. płaskie i próżniowe.
Kolektor płaski ma kształt płyty o głębokości ok. 10 cm. W obudowie z aluminium lub tworzywa znajduje się absorber i izolacja cieplna. Od góry, kolektor przykryty jest specjalna szybą o większej przepuszczalności promieni słonecznych od typowej szyby okiennej i o dużej wytrzymałości na uderzenia, np. gradobicie.
Głównym elementem kolektora jest absorber, który wykonany jest z blachy miedzianej lub aluminiowej pokrytej warstwą pochłaniającą (absorbującą) promieniowanie słoneczne. Najczęściej blacha absorbera pokryta jest warstwą czarnego chromu lub na bazie tlenkówtytanu.
Pod blachą absorbera umieszczone są rury miedziane. Przepływający nimi płyn solarny („glikol”), odbiera ciepło z absorbera i transportuje, np. do zbiornika znajdującego się w kotłowni. W zbiorniku ciepło słoneczne ogrzewa wodę użytkową.
Przed utratą ciepła kolektor płaski chroni izolacja z wełny mineralnej i pianki.
Kolektor próżniowy składa się z pojedynczych rur szklanych, w których znajduje się absorber i przewody z czynnikiem odbierającym od niego ciepło. W każdej rurze szklanej panuje próżnia, która najskuteczniej chroni kolektor przed utratą ciepła.
Podobnie jak w kolektorach płaskich, płyn solarny („glikol”) przepływa przez absorber i odbiera zgromadzone w nim ciepło słoneczne.
Inaczej pracują kolektory próżniowe, tzw. heatpipe. W rurach znajduje się czynnik, który ogrzewa się od absorbera i odparowuje (już przy temperaturze 30°C). Następnie para czynnika przepływa do górnej części kolektora gdzie w specjalnym wymienniku przekazuje ciepło „glikolowi”, a ten z kolei transportuje je do zbiornika wody użytkowej.
Dzięki bardzo skutecznej izolacji cieplnej kolektory próżniowe są skuteczniejsze od płaskich. Jeśli porównamy tą samą powierzchnię kolektorów płaskich i próżniowych, te ostatnie dostarczą znacznie więcej ciepła w ciągu roku od płaskich. Ale, dzięki temu, że kolektory próżniowe są efektywniejsze stosuje się ich mniejszą powierzchnię niż płaskich. Na przykład, w instalacji solarnej do ogrzewania wody użytkowej dla rodziny 4-ro osobowej, odpowiednie będą dwa kolektory płaskie o powierzchni ok. 5 m2 lub jeden próżniowy o powierzchni 3 m2. W obu przypadkach uzyski ciepła w ciągu roku będą podobne.
Kolektory płaskie i próżniowe mają zalety i wady. W okresie letnim, przy wysokich temperaturach otoczenia izolacja cieplna kolektora ma mniejsze znaczenie dla jego efektywność. Dzięki większej powierzchni, kolektory płaskie mogą dostarczyć więcej ciepła od próżniowych. Na skutecznej pracy kolektorów w okresie letnim zależy szczególnie użytkownikom kotłów na paliwo stałe. W lecie, dzięki kolektorom nie trzeba uruchamiać kotła lub bardzo rzadko (wygoda), nie trzeba również używać grzałki elektrycznej do ogrzewania wody (oszczędności na kosztach ogrzewania). W pozostałym okresie, przy okazji ogrzewania domu, kocioł tanio ogrzeje również wodę użytkową.
Wiosną i jesienią liczba dni słonecznych jest znacznie mniejsza niż w lecie. Zarówno kolektory płaskie jak i próżniowe działają również w pochmurne dni. Z tym że, tutaj skuteczność próżniowych będzie większa dzięki lepszej izolacji cieplnej kolektora. Należy przy tym pamiętać, że przy pochmurnym niebie słonce dostarcza 50-150 W/m2 energii cieplnej. Mimo że kolektory próżniowe będą lepiej działać w pochmurne dni to i tak uzyskamy z nich stosunkowo mało ciepła, które może wystarczyć jedynie do wstępnego podgrzania wody.
W miesiącach zimowych, przy ujemnych temperaturach, kolektory próżniowe jeszcze lepiej pracują od płaskich. Chociaż bardzo skuteczna izolacja cieplna, która jest ogromną zaleta kolektorów próżniowych, jest jednocześnie ich wadą. Przy ujemnych temperaturach, kolektory płaskie szybciej ulegają odszronieniu. W próżniowych ten proces może trwać nawet do godzin popołudniowych. To samo dotyczy zalegającego śniegu na kolektorach – płaskie szybciej pozbędą się problemu.
Decydując się na wybór odpowiedniego kolektora należy mieć na uwadze przeznaczenie instalacji solarnej oraz sposób i miejsce ich montażu. W wielu przypadkach, do ogrzewania wody użytkowej, w zupełności wystarczą kolektory płaskie. Próżniowe będą lepszym rozwiązaniem jeśli nie możemy optymalnie ustawić kolektorów płaskich oraz, jeśli myślimy dodatkowo o wspomaganiu kolektorami ogrzewania budynku.
Próżniowe mogą być również lepszym rozwiązaniem jeśli mamy mało miejsca do montażu kolektorów płaskich lub nie możemy optymalnie ich ustawić – próżniowe mogą leżeć bezpośrednio na dachu płaskich, mogą zostać „przyklejone” do ściany budynku, jeśli dach nie jest skierowany na południe poszczególne rury kolektora można obracać i dzięki temu ustawić absorber optymalnie w kierunku południowym.
Zobacz również:
