Kolektory płaskie

Zasada działania

Promienie słoneczne, padając na kolektory płaskie, nagrzewają do bardzo wysokich temperatur, płaski absorber wykonany z metalu bardzo dobrze przewodzącego ciepło. Absorber pokryty jest ciemną warstwą tlenków metali, która ma za zadanie jak najlepiej pochłonąć padające promienie słoneczne. Z absorberem połączony jest system rurek miedzianych, przez które przepływa czynnik grzewczy. W naszym rejonie geograficznym jest to czynnik niezamarzający – glikol, który odbiera ciepło od absorbera.  Gorący czynnik transportowany jest instalacją do np. zasobnika wody użytkowej, gdzie następuje oddanie ciepła i ochłodzony już glikol wraca do kolektora zamykając obieg.

Budowa

Pokrycie

Pokrycie najczęściej wykonywane jest ze szkła hartowanego lub specjalnego, czasem z tworzyw sztucznych, które są odporne na działanie promieni słonecznych lub tworzyw akrylowych np. plexi. Warstwa ta powinna cechować się odpowiednią wytrzymałością, odporną na działanie wiatru, gradu oraz innych warunków atmosferycznych. Oprócz tego pokrycie powinno być twarde, łatwo zmywalne oraz odporne na osiadanie kurzu (nie powinno wytwarzać się pole elektrostatyczne). Dodatkowo, mocując kolektor do ramy musimy pamiętać o kompensacji wydłużeń, które powstają w przedziale temperatur -25 ÷ +150°C.

Właściwości materiałów stosowanych do wykonywania pokryć kolektorów słonecznych

Właściwości	Rodzaj materiału
	plexi	poliwęglany	poliestry zbrojone wł. szklanym	szkło budowlane
Współczynnik przepuszczalności	89-92	82-89	77-90	86-93
Grubość w mm	3,2	3,2	1	3
Współczynnik załamania	1,48-1,5	1,59	1,5-1,6	1,5
Gęstość, g/cm3	1,17-1,2	1,2	1,3-1,5	2,5
Współczynnik rozszerzalności liniowej	5-9	6,6	3-4	0,8-0,95
Nasiąkliwość po 24 h	0,3÷0,4	0,15	0,12÷0,16	–
Współczynnik przewodności cieplnej λ	0,2-0,25	0,2	0,21	1,15
Ciepło właściwe	1,46	1,26	1,05	0,84
Trwała odporność cieplna	60-93	104-132	93	250

Współczynnik przepuszczalności promieniowania słonecznego, %, dla niektórych, materiałów stosowanych na pokrycie kolektorów (wg badań Uniwersytetu w Grazu)

Materiał	Grubość w mm	Barwa przełomu materiału	Kąt padania promieni słonecznych
			90	75	60	45	30	15
Szkło budowlane	5-6	Zielona	80	80	80	77	72	41
Szkło zbrojone	5-6	Ciemnozielona	67	67	65	62	56	39
Plexi	3	–	90	90	90	85	83	53
Szkło budowlane	2	Zielona	86	87	85	82	79	52
Szkło budowlane	3	Zielono oliwkowa	93	91	92	86	84	55
Szkło budowlane	4	Zielono oliwkowa	87	87	87	86	80	48
Szkło Antisol E	5-6		54	53	53	49	45	25
Szkło Antisol N	–		22	22	22	22	21	11

Absorbery

Jest to jeden z najważniejszych elementów kolektora słonecznego, który powinien być odporny na działanie promieniowania słonecznego i wysokich temperatur. Wykonane są zwykle ze stali, miedzi, aluminium lub tworzyw sztucznych. Najczęściej stosowanym materiałem jest aluminium, które ma stosunkowo niską cenę i dobre właściwości cieplne. Dodatkowo jest odporne na korozję i można je uszlachetnić chemicznie.

Pod względem konstrukcyjnym rozróżnia się dwa typy płyt pochła­niających:

• wykonywane z blachy, do której przymocowana jest wężownica, przez którą przepływa czynnik roboczy,
• złożone z dwóch tłoczonych blach, między nimi powstaje układ kanałów, przez który prze­pływa czynnik roboczy

Płyty pochłaniające od strony tylnej i ewentualnie bocznych powinny być zabezpieczone przed korozją. Natomiast czołowa strona płyty pokryta jest warstwą pochłaniającą. Warstwa ta ma bardzo istotny wpływ na uzyskaną moc cieplną i sprawność pochłaniania energii.

Najważniejszą cechą powłoki kolektora jest  selektywność. Współczynnik pochłaniania promieniowania w zakresie fal krótkich do 1,5 μm powinien być możliwie duży, a współczynnik emisji powinien być możliwie mały w zakresie fal o długości powyżej 1,5 μm.

Właściwości niektórych powłok

Materiał	Współczynnik pochłaniania α	Współczynnik emisjiε	Selektywność
Aluminium polerowane	0,38	0,027	14
Aluminium utlenione 0,024 mm	0,43	0,765	0,55
Aluminium utlenione (KMnC>4)	0,3	0,35	2.3
Aluminium pokryte CuO	0,85	0,11	7,7
Beton	0,9	0,6	1,5
Chrom	0,35	0,41	0,85
Cu — czarne (miedź czerniona przez działanie NaOH + NaClO2)	0,93	0,11	8,5
Czerń chromowa	0,98	0,14	7,0
Ebanol na miedzi kolorowany na czarno (głównie CuO)	0,9	0,16	5,6
Farby czarne 3M	0,9?	0,89	1,1
— czarna Parsonsa	0,9g	0,98	1,0
— szaroczarna	0,87	0,87	1,0
— biała akrylowa	0,9	0,26	3,5
— biała TiOg (tytanowa)	0,19	0,94	0,2
— biała ZnO (cynkowa)	0,92	0,12	7,7
Miedź polerowana	0,036	0,35	0,1
Nikiel	0,1	0,4	0,25
Nikiel czarny zawierający tlenki i siarczki	0,92	0,11	8,4
Sadza na bazie akrylu jako środka wiążącego	0,83	0,94	0,88
Tlenki magnezu	0,86	0,14	4,8
Żelazo	0,11	0,44	0,25

Izolacja cieplna

Każdy materiał izolujący powinien charakteryzować się małym współczynnikiem prze­wodności cieplnej, odpornością na temperaturę oraz działanie czynników atmosferycznych, duża odpornością mechaniczną i co najważniejsze powinien ograniczać starty ciepła. Najczęściej stosowanym rodzajem izolacji w kolektorze słonecznym jest sztywna pianka poliuretanowa oraz spieniony polistyren. Ich grubość powinna być tak dobrana, aby strumień ciepłą przenikający przez tylną ściankę był dla kolektorów eksploatowanych przez cały rok nie większy od 1 W/m², natomiast dla kolektorów wykorzystywanych tylko w lecie — od 5 W/m².

źródło:
1) www.poradnik.sunage.pl
2) www.instsani.pl