Typy solárních kolektorů

doc. Ing. Tomáš Matuška, Ph.D., ČVUT v Praze, Univerzitní centrum energeticky efektivních budov

Reklama

REKLAMA
Instalace solárních kolektorů VARISOL

Solární tepelný kolektor je zařízení určené k pohlcení slunečního záření a jeho přeměně na tepelnou energii, která je předávána teplonosné látce, protékající kolektorem. Užívání termínu ´panel´ se potlačuje, aby se předešlo nežádoucím záměnám s fotovoltaickými panely.

Typy solárních kolektorů

Solární kolektory, ve kterých je používána kapalina jako teplonosná látka (voda, nemrznoucí směs vody a propylenglykolu), se využívají pro naprostou většinu aplikací v budovách.

Solární vzduchové kolektory jsou v ČR využívány pouze okrajově pro předehřev čerstvého vzduchu pro větrání nebo oběhového vzduchu pro cirkulační vytápění (teplovzdušné, sálavé - hypokaustické).

Solární kapalinové kolektory lze dále rozdělit podle řady hledisek (viz obr. 1). Z uvedeného rozdělení vyplývají konstrukční kombinace, se kterými je možné se v praxi setkat:

Obr. 1 - Rozdělení solárních kolektorů

plochý nekrytý kolektor - zpravidla plastová rohož bez zasklení s vysokými tepelnými ztrátami závislými na venkovních podmínkách, zvláště na rychlosti proudění větru; nekryté kolektory jsou proto určeny hlavně pro sezónní ohřev bazénové vody o nízké teplotní úrovni;

Obr. 2 - Bazénové absorbéry jako rohože z materiálu odolného vůči UV záření
plochý neselektivní kolektor - zasklený deskový kolektor s kovovým absorbérem se spektrálně neselektivním povlakem (např. černým pohltivým nátěrem); neselektivní kolektory mohou být vzhledem ke značným tepelným ztrátám vlivem sálání absorbéru v zimním období využity pouze pro sezónní předehřev vody při nízké teplotní úrovni; na trhu se v současné době příliš nevyskytují;
plochý selektivní kolektor - zasklený deskový kolektor s kovovým absorbérem se spektrálně selektivním povlakem a s tepelnou izolací na boční a zadní straně kolektorové skříně; vzhledem k výrazně sníženým tepelným ztrátám sáláním absorbéru se ploché selektivní kolektory využívají pro solární ohřev vody a vytápění celoročně a tvoří naprostou většinu zasklených kolektorů na trhu;
plochý vakuový kolektor - zasklený deskový kolektor v těsném provedení s kovovým absorbérem se spektrálně selektivním povlakem a tlakem uvnitř kolektoru nižším než atmosférický tlak v okolí kolektoru (absolutní tlak cca 1 až 10 kPa) pro zajištění nízké celkové tepelné ztráty; ploché vakuové kolektory jsou určeny pro celoroční solární ohřev vody a vytápění, případně průmyslové aplikace s provozními teplotami okolo 100 °C;

Obr. 3 - Konstrukce plochého atmosférického a plochého vakuového kolektoru, zdroj: Thermosolar
trubkový jednostěnný vakuový kolektor - kolektor s plochým spektrálně selektivním absorbérem umístěným ve vakuované skleněné trubce (absolutní tlak < 10^-3 Pa); výrazné omezení tepelných ztrát (nízkoemisivní absorbér, vakuová izolace) a vysoký přenos tepla z absorbéru do teplonosné kapaliny svařovaným spojem poskytuje vysokou účinnost kolektoru v celém teplotním rozsahu, kolektor je použitelný pro většinu aplikací, avšak vzhledem k relativně vysoké ceně především pro kombinované soustavy pro vytápění či průmyslové vysokoteplotní aplikace (provozní teploty nad 100 °C);

Obr. 4 - Trubkové jednostěnné vakuových kolektory: s přímo protékaným koncentrickým
potrubím (vlevo), s tepelnou trubicí (vpravo), zdroj: Viessmann
trubkový dvojstěnný (Sydney) vakuový kolektor - kolektor s válcovým spektrálně selektivním absorbérem (absorpční skleněná trubka) umístěným ve vakuované skleněné trubce (absolutní tlak < 10^-3 Pa); vzhledem k problematickému zajištění přenosu tepla z absorpční trubky do teplonosné kapaliny pomocí hliníkové teplosměnné lamely se Sydney kolektory vyznačují obecně nižší účinností při nízkých teplotách (např. oproti plochým kolektorům) a používají se především pro kombinované soustavy pro vytápění či průmyslové vysokoteplotní aplikace (provozní teploty nad 100 °C);

Obr. 5 - Trubkový dvojstěnný vakuový kolektor na bázi Sydney trubek s
teplosměnnou lamelou, zdroj: OPC
soustřeďující (koncentrační) kolektor - obecně kolektor, ve kterém jsou použita zrcadla (reflektory), čočky (refraktory) nebo další optické prvky k usměrnění a soustředění přímého slunečního záření, procházejícího aperturou kolektoru, do ohniska (absorbéru) o výrazně menší ploše než je vlastní plocha apertury. Ploché kolektory vybavené vnějším zrcadlem nebo kolektory s vakuovanými Sydney trubkami opatřené reflektorem jsou rovněž považovány za soustřeďující kolektory. Pro účinné použití koncentračních kolektorů je základní podmínkou dostatek energie přímého slunečního záření během roku.

Obr. 6 - Koncentrační solární kolektory pro aplikace v budovách: trubkový Sydney kolektor s reflektorem
(vlevo), solární kolektor s lineární Fresnellovou čočkou (vpravo)

Nejčastějšími typy kolektorů, se kterými je možné se na trhu v ČR setkat jsou bazénové nekryté absorbéry (40 až 50 tis. m² v roce 2008), ploché atmosférické selektivní kolektory (26,5 tis. m² v roce 2008) a trubkové vakuové kolektory, často také nazývané trubicové (8,5 tis. m² v roce 2008) [1]. Koncentrační kolektory tvoří zatím na českém trhu zanedbatelný podíl.