Základnou súčasťou každého solárneho systému je kolektor. Jeho princíp spočíva v tom, že slnečné žiarenie dopadajúce na absorbér sa mení na teplo, ktoré sa vďaka dokonalému zaizolovaniu kolektora akumuluje a odovzdáva ho teplonosnej kvapaline (nemrznúca zmes) prúdiacej v nerezovom absorbéri kolektora. Naakumulovaná energia sa prostredníctvom tejto nemrznúcej zmesi odovzdáva zohrievanej úžitkovej vode vo výmenníku. Umožňuje celoročnú prevádzku a vďaka uzavretému cyklu nedochádza k jej styku s úžitkovou vodou. Elektrické vyhrievacie teleso, príp. iný zdroj tepla (kotol) môže dohrievať vodu počas zamračených dní. Elektronické ovládanie zabezpečuje automatickú prevádzku, vypína a zapína obehové čerpadlo. Expanzná nádrž udržuje rovnomerný tlak a vyrovnáva zmeny objemu kvapaliny.Tepelné solárne systémy sa najčastejšie využívajú na tieto účely:
Kolektory s integrovaným zásobníkom patria medzi najjednoduchšie typy slnečných
kolektorov. Dostali označenie zásobníkový typ (thermosifón), pretože
kolektor je súčasne absorbérom i zásobníkom teplej vody. Používajú sa
na ohrev, prípadne na predohrev vody, keďže znižuje náklady na energiu
v domácnosti. V porovnaní s inými kolektormi sa vyznačujú tým, že
nemajú žiadne pohyblivéčasti, nepotrebujú takmer žiadnu údržbu a majú
nulové prevádzkové náklady. Pozostávajú z čiernej nádrže naplnenej
vodou umiestnenej do tepelno-izolačného boxu nad absorbérom. Nevýhodou
v porovnaní s inými je, že musia byť chránené pred mrazom a ich
využiteľnosť v zimnom období je nulová.
Ploché kolektory - na
ohrev vody a v rastúcej miere i na účely podpory vykurovania sa
využívajú v prevažnej miere ploché kolektory. Plochý kolektor sa skladá
z plášťa kolektora (väčšinou v podobe hliníkovej vane), absorbéra,
tepelne odolnej izolácie s hrúbkou 40 - 70 mm z minerálnej vlny a
priehľadného krytu. Absorbér býva vyrobený z medeného alebo hliníkového
plechu so solárnym lakom alebo selekčnou povrchovou vrstvou, vďaka
ktorej takmer úplne premieňa slnečné žiarenie na teplo. Používané sklo
je chudobné na železo a odolné voči krupobitiu. Slnečné žiarenie
prechádza krycím sklom a dopadá na absorbér,v ktorom dochádza k premene
energie žiarenia na tepelnú energiu teplonosnej kvapaliny.
Vákuové
trubicové kolektory je možné rozdeliť na kolektory s priamym prúdením a
kolektory pracujúce podľa princípu tepelnej trubice. Pri kolektoroch s
priamym prúdením preteká teplonosné médium od rozdeľovača ku koncu
rúry, odoberá teplo absorbéra, ktorý sa nachádza vo vákuu a tečie opäť
do zberača. Prednosťou kolektorov s priamym prúdením je, že nie je
potrebný ani minimálny sklon kolektorov. V prípade kolektorov
pracujúcich na princípe tepelnej trubice sa v rúre nachádza kvapalina,
väčšinou alkohol, ktorá sa odparuje pri nízkej teplote. Táto para stúpa
v rúre až na horný koniec, na ktorom je umiestnený malý výmenník tepla.
Na tomto výmenníku tepla (kondenzátore) para kondenzuje a odovzdáva
svoje teplo nepriamo teplonosnému médiu. Odtekajúca kvapalina sa opäť
zohrieva, vyparuje a kolobeh začína od začiatku. Aby tento kolobeh
fungoval, kolektor musí mať sklon minimálne 30°. Veľkou prednosťou
tohto systému je, že kolektor je vlastnou konštrukciou bezpečný proti
prehriatiu, pretože po úplnom vyparení kvapaliny – teda keď sa
neuskutočňuje odber tepla – sa kolobeh zastaví.
ov oblasti technologického prevedenia vákuových kolektorov v podobe
vákuových plochých kolektorov patrí Slovensku. THERMO/SOLAR Žiar s.r.o.
ako prvý a zatiaľ jediný výrobca plochých kolektorov na svete využíva
výhody vákuovej izolácie. To zaručuje ich mimoriadne dlhú životnosť,
ktorá je dvojnásobkom životnosti kolektorov s nevákuovou izoláciou.
Priemerný ročný energetický zisk je približne o 20 až 30 % vyšší ako u
porovnateľného nevákuového plochého kolektora. Nevýhodou vákuových
kolektorov je pomer medzi cenou a výkonom. Vďaka vákuu dosahujú vyššiu
účinnosť a vyššie teploty, na druhej strane sú náročnejšie na výrobu a
udržanie vákua, a teda aj drahšie. Keďže na jednotku plochy, ktorú
zaberajú na streche s nimi nemožno pri ohreve pitnej vody získať vyššie
ročné tepelné výnosy oproti kvalitným plochým kolektorom, vákuové
kolektory nachádzajú využitie najmä v technologických procesoch s
potrebou teplej vody nad 60°C. V niektorých prípadoch sa ekonomicky
uplatnia v oblasti ešte vyšších teplôt.Slnečné žiarenie dopadajúce na kolektory pri absorbovaní ohrieva vodu v kolektore. Studená voda je tlačená na ohrev do kolektorov, kde ju absorbované slnečné žiarenie ohrieva a putuje ďalej do zásobnej nádrže s výmenníkom tepla. Ohriata voda je následne používaná ako teplá úžitková voda na oplach laboratórneho skla, alebo sa využíva aj na ohrev vzduchu v miestnosti prostredníctvom radiátorov. „Mozgom“ celého systému je riadiaca jednotka DX4102.S, ktorá na základe podnetov zo snímačov riadi celú činnosť čerpadla a zabezpečuje tak efektívny ohrev vody v kolektoroch. Riadiaca jednotka je vybavená datalogerom, ktorý spracováva a posiela hodnoty do počítača cez univerzálny sériový port.
Zostava inštalovaného tepelného systému na Ústave bezpečnostného a environmentálneho inžinierstva MTF STU:
4 kusy vákuových kolektorov TS400V s celkovou plochou kolektorov 8m2, podstavová konštrukcia pre upevnenie panelovVákuové kolektory poskytujú výhodu pre získavanie tepla aj v chladnejších mesiacoch z dôvodu nižších strát tepla do okolia. Priemerný ročný energetický zisk kolektorov H400 V je približne o 20 až 30% vyšší v porovnaní s nevákuovým plochým kolektorom. Náš solárny tepelný systém je volený tak, aby reprezentoval najlepšie a najefektívnejšie riešenie tepelného predohrevu vody v našich podmienkach, preto sú inštalované kolektory vákuové a sú nasmerované smerom na južnú stranu so sklonom 45°voči zemi pre optimálny zisk tepelnej energie počas celého roka.
Schéma systému umiestneného v laboratóriu:
