Solární termální kolektor
Solární kolektor (běžně označovaný solární panel) je zařízení, které přeměňuje sluneční záření, dopadající na zemský povrch, na jiný druh energie, pro lidstvo lépe využitelný.
Solární kolektory existují ve dvou základních typech:
- Fototermický kolektor přeměňuje sluneční záření na tepelnou energii. Sluneční záření dopadá na absorbér kolektoru, který je spojen s trubkovým rozvodem kolektoru. Přenos energie je zajištěn prostřednictvím teplonosné kapaliny, která proudí mezi kolektorem a výměníkem tepla umístěném ve spotřebiči tepla, což je nejčastěji akumulační nádoba, zásobník teplé vody či bazén. Tyto kolektory jsou většinou umístěny na střeše rodinných domů, bytových domů, ale také na administrativních a průmyslových objektech.
- Fotovoltaický kolektor/panel vyrábí ze sluneční energie energii elektrickou.
Typy fototermických solárních kolektorů
[editovat | editovat zdroj]V současnosti jsou nejrozšířenější dva typy fototermických solárních kolektorů – ploché, deskové kolektory a trubicové, vakuové kolektory. Ty se liší jak svou konstrukcí, ale také vlastnostmi.
Plochý/deskový kolektor
[editovat | editovat zdroj]Plochý/deskový kolektor základem kolektoru je absorpční plocha. Moderní, výkonný kolektor má tuto plochu opatřenou selektivní vrstvou. Druhořadý kolektor má absorpční plochu natřenou černou barvou. Rozdíl mezi oběma provedeními je v tom, že černá barva velice dobře přijímá tepelné záření – absorpce, ale stejně ochotně tepelné záření vydává – emisivita. U selektivní vrstvy je příjem tepelného záření podobný jako u černého tělesa – zde není výrazného rozdílu. Přijatou energii ale selektivní vrstva v sobě uzavře, a nepustí ji ven. Zde je oproti černému tělesu podstatný rozdíl. Proto stagnační teplota u kvalitního plochého kolektoru překračuje hodnotu 200 °C, a u vakuového kolektoru je to ještě vyšší hodnota. Selektivní vrstva se na absorpční plochu nanáší elektrochemicky ve vakuu. Dle typu kolektoru je absorpční plocha tepelně izolována od svého okolí pro zamezení tepelných ztrát.
Trubicový, vakuový kolektor
[editovat | editovat zdroj]Trubicový, vakuový kolektor je kolektor založený na vakuovaných skleněných trubicích, do kterého je umístěn měděný absorbér s absorpční vrstvou.
Absorbér zachycuje sluneční záření a přeměňuje ho na teplo. Vyvakuované trubice potom zajišťují tepelnou izolaci od vnějšího prostředí (a samozřejmě také fyzickou ochranu před poškozením). To umožňuje, aby trubicový, vakuový kolektor fungoval efektivně bez ohledu na okolní teploty.
Jeho princip je zhruba následující: Sluneční záření dopadá přes vyvakuovanou trubici na povrch absorbéru, čímž se vytváří teplo; teplo se přes výměník předá pracovní, nemrznoucí kapalině, která neustále obíhá mezi kolektorem a zásobníkem na teplou vodu; přes výměník opětovně předá teplo, tentokrát mezi pracovní kapalinou a vodou; tím dojde k ohřátí vody v zásobníku teplé užitkové vody.
Tvar vakuového kolektoru – trubice – je dán konstrukčně technologickými možnostmi výroby. Kruhový (a poměrně malý) předmět – trubice, vzdoruje totiž okolnímu tlaku podstatně lépe, než rovná, celistvá plocha deskového kolektoru. Jen pro představu, plochý deskový kolektor 1 x 2m, který by byl zhotoven ve vakuovém provedení, by musel odolávat síle, způsobené atmosférickým tlakem 200 000N, to je cca 20tun. (Přibližný výpočet – pro obecnou představu, konstrukční prvky, dokonalost vakua a atmosférická výška nejsou uvažovány.)
Porovnání a výhody různých typů kolektorů
[editovat | editovat zdroj]| Plochý kolektor | Trubicový, vakuový kolektor | |
| Účinnost v létě | Účinnost v letních měsících je u plochého kolektoru a trubicového, vakuového kolektoru přibližně stejná. Oba typy kolektorů tak dokážou připravit teplou užitkovou vodu zhruba stejně dobře. | |
| Účinnost v zimě | Plochý kolektor v zimních měsících v podstatě leží a nic nedělá kvůli počasí a délce dne (době oslunění). | Trubicový, vakuový kolektor dosahuje v zimě stejné účinnosti jako v létě Fungování je pouze omezeno přírodními faktory, jako je častější sychravé počasí, kratší dny a nížeji položené slunce. |
| Kolektor a námraza | Námraza na absorpční ploše kompletně zabraňuje fungování plochého kolektoru, a to kvůli zastínění absorpční plochy.
Přesto námraza poměrně brzo rozmrzne kvůli tepelným ztrátám na rozehřáté skleněné ploše kolektoru. |
Námraza obvykle nebrání fungování trubicového, vakuového kolektoru, a to díky kruhovému tvaru a rozestupům mezi trubicemi a schopnosti přijímat difuzní světlo.
Avšak námraza se může na povrchu trubic držet déle, protože vnější sklo trubic je izolováno vakuem, a tedy není ohříváno ztrátovým teplem. |
| Plocha / výkon | Plochý kolektor má jednolitou, vrstvu absorbéru, takže jeho absorpční plocha je větší a souvislá. Avšak větší velikost nutně neznamená větší výkon. Ten se odvíjí od parametrů konkrétního kolektoru. | Trubicový, vakuový kolektor je tvořen jednotlivými trubicemi, takže jeho absorpční plocha je menší a nespojitá. Avšak menší absorpční plocha nutně neznamená menší výkon. Ten se odvíjí od parametrů konkrétního kolektoru. |
| Odolnost před poškozením | Mezi běžné poruchy plochých kolektorů patří např. degradace vrstvy absorbéru nebo pokles tlaku nemrznoucí kapaliny. Ojediněle dochází k fyzickému poškození, např. vlivem velkého krupobití. V takovém případě už obvykle nestačí jen oprava konkrétních součástek, ale je nutné vyměnit celý kolektor. | Mezi běžné poruchy trubicových, vakuových kolektorů patří např. pokles tlaku nemrznoucí kapaliny. Ojediněle může dojít k fyzickému poškození, např. v důsledku silného krupobití. Nicméně všechny tyto problémy lze snadno vyřešit jen dílčími opravami, aniž by bylo třeba vyměňovat celý kolektor. |
| Cena | Plochý kolektor bývá zpravidla o trochu levnější, kvůli snadnější výrobě a levnějším komponentům. | Trubicový, vakuový kolektor bývá zpravidla o trochu dražší, kvůli náročnější výrobě, dražším komponentům a propracovanější technologii. |
Využití
[editovat | editovat zdroj]Fototermické sluneční kolektory se nejčastěji využívají pro ohřev teplé užitkové vody v menších, středně velkých a větších domácnostech i v bytových domech. Poměrně často se lze ještě setkat s kolektory na ohřev vody v bazénu u rodinného domu, anebo k přitápění / podpoře vytápění v nízkoenergetických, pasivních domech a u nízkoteplotních otopných systémů (podlahové topení, stěnové vytápění a stropní vytápění). Ojediněle pak nacházejí solární kolektory uplatnění i v průmyslu.
