Duben 20, 2016

Slnečné kolektory

Slnečné kolektory

Čo sú solárne kolektory:

Solárne kolektory pracujú na princípe premeny slnečnej energie na teplo, ktoré odovzdajú teplonosnej kvapaline a túto tepelnú energiu je možné ďalej využiť. Oproti ostatným obnoviteľným zdrojom dokáže dodávať energiu takmer zadarmo, bez ďalších výrazných prevádzkových nákladov.

Schéma princípu:

Solárne systémy

Solárne systémy

Orientácia kolektora

Ideálne je natočenie smerom na juh alebo juhozápad, aby sa využila najväčšia intenzita slnečného žiarenia.

Sklon kolektora

Ideálne je aby slnko dopadalo na plochu absorbéru kolmo. V lete je slnko nad obzorom vyššie ako v zime. V lete by mal byť sklon kolektora 30°od vodorovnej plochy, v zime okolo 60°. Ako kompromis sa volí sklon v rozmedzí 35-45°.

Z čoho sa skladá solárny systém:

Z čoho sa skladá solárny systém

Z čoho sa skladá solárny systém

1 – slnečné kolektory
2 – zásobník s výmenníkom tepla
3 – expanzná nádrž
4 – obehové čerpadlo
5 – regulácia
6 – záložný zdroj (kotol)

 

Ako to funguje:

Slnečné žiarenie dopadajúce na absorbér kolektora sa mení na teplo, ktoré sa akumuluje a odovzdáva teplonosnej kvapaline prúdiacej v nerezovom absorbéri kolektora. Naakumulovaná energia je prostredníctvom teplonosného média pomocou obehového čerpadla odovzdávaná zohrievanej vode vo výmenníku. Expanzná nádrž udržiava rovnomerný tlak a vyrovnáva zmeny objemu kvapaliny. Automatickú prevádzku zabezpečuje elektronické ovládanie, ktoré vypína a zapína obehové čerpadlo. Počas zamračených dní dohrieva vodu elektrické vyhrievacie teleso, kotol alebo iný zdroj tepla.

    • Slnečné kolektory ploché

Majú výbornú izoláciu zadnej strany kolektora tepelnoizolačnou vlnou, ktorá je uložená v pevnom tele kolektora (vaňa). Predná strana má slabšiu izoláciu – tepelné prestupy znížujú výkonnosť počas chladných dní. Sú vhodné na prípravu ohriatej pitnej vody (OPV), ohrev vody v bazénoch a podporu vykurovania.
Vzhľadom k svojej konštrukcii sú lacnejšie ako trubicové vákuové kolektory, ale ich účinnosť je oproti trubicovým kolektorom nižšia, hlavne pri nízkych teplotách a zníženej intenzite slnečného žiarenia.

Základné prvky plochého kolektora:

Základné prvky plochého kolektora:

Základné prvky plochého kolektora

1 – plášť kolektora
2 – tepelná izolácia z minerálnej vlny
3 – zberné medené potrubie teplonosnej kvapaliny
4 – absorbér vyrobený z medeného alebo hliníkového plechu
5 – sklenený kryt znižuje straty tepla a zároveň umožňuje prestup slnečného žiarenia

Absorbér – je vyrobený z hlinikového alebo medeného plechu, k jeho zadnej strane sú pripajkované alebo nalisované medené trubice. Jeho povrch je upravený tak aby pohlcoval čo najviac slnečného žiarenia. Získané teplo sa odvádza nemrznúcou kvapalinou cirkulujúcej v trubiciach.
Skriňa – kovová vaňa pre uloženie obsorbéru a ďalších prvkov. Musí byť dostatočne robustná, pretože slúži k uchyteniu kolektora na strechu alebo stenu budovy a chráni jeho prvky pred nepriaznivými vplyvmi.
Izolácia – obmedzuje tepelné straty a bráni úniku tepla z kolektora. Najčastejšie sa používa z minerálnej vlny alebo polyuretanu. Musí odolať teplotám okolo 200°C a nesmie prijať z okolitého prostredia vlhkosť.
Krycie sklo – svetlo ním ľahko prenikne a v absorbéri sa mení na teplo. Vo vnútri kolektora vzniká skleníková jav, pri ktorom sa zvyšuje teplota prúdiacej kvapaliny. Používa sa špeciálne bezpečnostné sklo s veľkou priepustnosťou a dlhou životnosťou.

    • Slnečné vákuové kolektory trubicové

Pracujú aj v čase bez priameho slnečného svitu, aj v zimnom období sú schopné absorbovať žiarenie. Pri rovnakej absorpčnej ploche majú 2x vyšší výkon ako ploché kolektory.
Sú odolné voči znečisteniu vďaka svojmu valcovitému tvaru a ich osadeniu od seba , čo umožňuje všetkým nečistotám ako sneh, lístie prah atď. prepadnúť medzi trubice pod kolektor. Odolne sú aj proti poveternostným podmienkam. Plochý kolektor musí odolávať celou plochou vetru, ale trubicový umožňuje prienik vetra cez kolektor.

Rozdeliť ich môžeme na:

  • Kolektory s priamym prúdením teplonosného média od rozdeľovača ku koncu rúrky
  • Kolektory pracujúce na princípe tepelnej trubice „Heat Pipe“ kde v rúrke absorbéra je kvapalina, ktorá sa odparuje pri nízkej teplote. Táto para stúpa v trubici až na horný koniec, na ktorom je umiestnený malý výmenník tepla. Tu para kondenzuje a odovzdáva svoje skupenské teplo nepriamo teplonosnému médiu. Nevyhnutnou podmienkou pre funkčnosť takéhoto typu kolektora je sklon minimálne 30°.

Základné prvky vákuového trubicového kolektora:

Vákuové trubicové kolektory

Vákuové trubicové kolektory

1 – sklenená trubica s vákuom
2 – tepelná trubica „Heat Pipe“
3 – absorbér
4 – výmenník tepla (kondenzátor)
5 – zberná medená rúrka teplonosnej kvapaliny
6 – tepelná izolácia

Využitie solárnych kolektorov:

Príprava teplej vody

Dôležitou zásadou pri dimenzovaní solárneho zariadenia pre prípravu teplej vody je dosiahnutie čo najväčšieho pokrytia spotreby mimo obdobia vykurovania, aby v tomto období na jej ohrev nemuselo byť využívané iné energetické médium. Preto je potrebné stanoviť spotrebu teplej vody za deň, prípadne aj priebeh spotreby, ak je to možné. Reálne je možné pokryť 40 – 60 % ročnej potreby ohrevu teplej vody.

Podpora vykurovania budov

Solárnym zariadením sa nedá zabezpečiť 100% pokrytie energetických potrieb rodinného domu na jeho vykurovanie. Potrebná plocha kolektorov je však aj tak podstatne väčšia ako iba pri príprave teplej vody. Takto získané teplo môže pokryť približne 15 až 30 % ročnej potreby dobre izolovaného objektu vybaveného nízkoteplotným vykurovacím systémom. Solárne systémy na podporu vykurovania sa dimenzujú na základe konkrétnych tepelných strát objektu a vykurovanej plochy, presne pre konkrétnu stavbu. Obvykle ich plocha predstavuje 15 – 25 % vykurovanej plochy.

Ohrev vody v bazénoch

Priamy ohrev bazénovej vody – jednoduchý systém, pri ktorom sú slnečné kolektory priamo napojené na okruh filtračného zariadenia. V zimnom období sa voda z kolektorového okruhu zvyčajne vypúšťa, preto sú kolektory pre tento typ ohrevu bez zadnej tepelnej izolácie.
Nepriamy ohrev bazénovej vody – dvojokruhový systém. Kolektorový okruh je uzavretý a teplo získané zo slnečných kolektorov je odovzdávané bazénovej vode prostredníctvom výmenníka tepla.

Príklady realizácie

Realizácia: Sedlová strecha

Realizácia: Sedlová strecha

Realizácia: Sedlová strecha

Realizácia: Rovná strecha

Realizácia: Rovná strecha

Realizácia: Rovná strecha

Realizácia: Atypické uloženie

Realizácia: Atypické uloženie

Realizácia: Atypické uloženie