Kolektory słoneczne jest to instalacja, jakiej zadaniem jest pozyskiwanie… energii słonecznej. Taką energię mają następnie zamienić one na ciepło, służące np. do ogrzania wody czy też poszczególnych pomieszczeń w domu. W jaki sposób zbudowane są kolektory słoneczne oraz jakie są dokładnie ich zasady działania? Dowiesz się z poniższego artykułu!

Czym dokładnie są kolektory słoneczne i jak są zbudowane?

Kolektory słoneczne to inaczej solary – specjalne urządzenia, jakie przechwytują energię ze słońca i zamieniają ją na ciepło, służące do ogrzewania. Ogrzewać dzięki instalacji można np. wodę, oczywiście do użytkowych celów (jak do kąpieli). Jak wiadomo, energia elektryczna jest dość droga, więc dążymy do tego, by w jakiś sposób ją zastąpić – a już zwłaszcza w domach jednorodzinnych. Taką alternatywą są właśnie kolektory słoneczne!

Najbardziej popularnymi są kolektory cieczowe bądź płaskie. Kolektor słoneczny jest po prostu układem rurek lub wykonanych z profili kanałów, jakie są zamocowane na metalowej płycie. Pokryta jest ona dodatkowo powłoką selektywną, a całość zamknięta w specjalnej obudowie – dzięki niej strata ciepła jest ograniczona, a kolektor osłonięty przed warunkami atmosferycznymi. Obudowa nie utrudnia przenikania słonecznych promieni do środka.

Jak dokładnie wygląda nagrzewanie się kolektora? Otóż, w cienkich rurkach płynie ciecz (roztwór glikolu), jaka jest ogrzewana przez słońce – a dokładniej mówiąc nagrzewana jest płyta, więc przez to nagrzewają się również przylegające do niej rurki. Sprawność kolektora słonecznego zależy głównie od jakości materiałów czy też samego wykonania – od tego zależy również ilość energii, jaką kolektor będzie w stanie dostarczyć do domu. Jeżeli urządzenie będzie nieco gorszej jakości, to zdoła jedynie dostarczyć do domu gorącą wodę – oczywiście jedynie, gdy pogoda będzie słoneczna. Przyjrzyjmy się teraz bliżej poszczególnym elementom kolektorów słonecznych.

Pochłaniacz ciepła zwany absorberem

Absorber jest niczym innym, jak płytą, która jest pokryta na zewnątrz substancją z dużym współczynnikiem pochłaniania promieniowania UV – jednak już zawierająca niewielki współczynnik jego emisji. Najczęściej spotyka się wariant płyty metalowy bądź z tworzywa sztucznego w czarnym kolorze. Oczywiście, absorber taki będzie najtańszy, jednak generuje dość spore straty cieplne spowodowane promieniowaniem słonecznym. Zatem warto przyjrzeć się kolektorom  wyższej półki, jakich powłoka produkowana jest np. z czarnego niklu, chromu, miedzi bądź tlenku tytanu.

Rola płynu i rurek w kolektorze

Płyn jest roztworem glikolu, jaki ogrzewany jest ciepłem absorbera – przepływa on przez rurki, jakie są do absorbera przymocowane na całej długości, dzięki czemu mogą skutecznie przyjmować ciepło. Rurki wykonuje się najczęściej z miedzi (bo dobrze przewodzi ciepło), co czyni je odpornymi na korozję oraz wahania temperatury. Niestety, miedź jest droga – zatem zaczęto ją zastępować… aluminium.

Jakie zadanie spełnia obudowa kolektora?

Najczęściej spotyka się dziś obudowy aluminiowe, które są od spodu i od boków izolowane wełną mineralną. Wielkość strat ciepła zależeć będzie głównie od grubości izolacji, a także jej szczelności. Ważne więc, żeby obudowa była szczelna – inaczej ciepło może uciekać, a w dodatku mogą do kolektora przedostać się zanieczyszczenia, co zmniejszy jego efektywność. Ściana górna jest przezroczysta, ponieważ musi w jakiś sposób przepuszczać promienie UV – zazwyczaj robi się ją ze szkła hartowanego, choć nazywa się je solarnym. Co cechuje takie szkło? Otóż, jest przepuszczalne i dobrze izolujące.

Można się jednak spotkać również z kolektorami o szybach pryzmatycznych, jakie… rozpraszają światło. Wówczas wydajność takich kolektorów jest znacznie większa, bo promienie nie padają tylko i wyłącznie pod kątem prostym!

Jakie jeszcze mamy kolektory?

Oczywiście, najbardziej popularne są kolektory płaskie – i to o nich mówimy cały czas. Jednak, na rynku dostępne są również inne rodzaje kolektorów. Mamy więc:

  • kolektory rurowe próżniowe – stosowane rzadziej od płaskich. Absorber w tych kolektorach nagrzewa się szybo, ponieważ ciepło nie jest tracone na podgrzewanie znajdującego się wokół niego powietrza. Rurowe kolektory mogą mieć rury podwójne albo pojedyncze.
  • kolektory z rurką cieplną – rurka zamknięta jest z obu stron i wypełniona parującym płynem (ok. 25 st. C). Płyn ten podgrzewa słońce, który zaczyna odparowywać w dolnej części i „frunie” do kondensatora. Zostaje omyty glikolem z instalacji solarnej, więc para się chłodzi i tym sposobem skrapla, spływając. Następnie, cykl się powtarza. Zatem kolektory z rurką cieplną wykorzystują parowanie i skraplanie (przemianę fazową), w celu zwiększenia efektywności!
  • kolektory ze zwierciadłem – w nich promienie słoneczne padają na absorber nie tylko z wierzchu, ale też… od sporu. Wówczas temperatura cieczy przekraczać może nawet… 10 st. C!

W jaki sposób ułożyć kolektory słoneczne?

Przyjmuje się, że każdy jest w stanie zużyć dziennie ok. 50 l ciepłej wody. Zatem, aby podgrzać taką ilość wody, potrzebny będzie kolektor słoneczny z absorberem 1 m2. W rozmieszczeniu kolektorów trzeba wziąć pod uwagę nie tylko ilość domowników, ale i usytuowanie względem światła i ewentualnego zacienienia (gdy np. cień na dach rzucają drzewa).  Najlepiej, gdy kolektory zamontowane będą w południową stronę i zostaną pochylone pod kątem 40 stopni. Tam, gdzie je zamocujesz, nie powinien pojawiać się cień. Jeżeli jednak nie możesz spełnić jakiegoś z warunków, zdecyduj się na większe kolektory.

Kolektory słoneczne – ile musisz ich zamontować?

Zazwyczaj pojedynczy kolektor ma powierzchnię ok. 2 m2. Jeżeli masz więc dom jednorodzinny, przydadzą się przynajmniej dwa, a najlepiej od trzech do czterech kolektorów. Pamiętaj przy tym, aby każdy miał pojemny zasobnik na wodę, jaka podgrzewana jest energią słoneczną – musi być ona ok. 2 razy większa niż dzienne zużycie ciepłej wody, jakie przewidujesz (a więc pojemność do 200 l i więcej). Odpowiednio dla rodzin, najlepsze wielkości zbiorników w kolektorach na wodę to:

  • 200 l – rodzina dwuosobowa
  • 250 l – rodzina trzyosobowa
  • 300 l – rodzina czteroosobowa
  • 500 l – gdy domownicy chcą kąpać się w dużej wannie

Pamiętaj, że polskie warunki nie sprzyjają raczej korzystaniu z kolektorów w celu zasilenia ogrzewania domu. Korzysta się z nich w naszym kraju wyłącznie po to, by ogrzać wodę użytkową, jaka płynie w kranach. Oczywiście, możesz spróbować zasilać centralne ogrzewanie i cały dom kolektorami słonecznymi, jednak to już będzie… naprawdę spory wydatek!