Kako rade pločasti solarni kolektori

Uvod

Pločasti solarni kolektori su već rasprostranjeni i u upotrebi su u domaćinstvima za grejanje sanitarne vode ili za zagrevanje prostora gde je temperatura vode koja se želi postići niža. Tehnologija izrade pločastih solarnih kolektora je napredovala, pa tako danas imamo odlične modele pločastih kolektora, ali oni i dalje ne mogu da se porede sa vakuumskim solarnim kolektorima koji su superiorniji. Pročitajte naš post o poredjenju pločastih i vakumskih solarnih kolektora.

Opis pločastog solarnog kolektora

Glavni delovi pločastog kolektora su: apsorber, providni poklopac i izolovano kućište. Apsorber je obično sloj visoko toplotno provodnog metala sa integrisanim ili dodatim kanalima ili cevima. Površina apsorbera je obojena ili presvučena u crno kako bi se maksimizirala apsorbcija Sunčevog zračenja. Providni poklopac pušta sunčevo zračenje unutra na apsorber, ali i izolira prostor iznad apsorbera kako bi sprečio ulazak hladnog vazduha u kućište. Izolovano kućište predstavlja oslonac za kompletan pločasti kolektor i smanjuje toplotne gubitke otpozadi ili sa strane.

Apsorber

Glavni element pločastog solarnog kolektora je apsorbciona ploča. Apsorbciona ploča pokriva kompletnu osnovu kolektora i ispunjava tri funkcije: apsorbuje maksimalne moguće količine sunčevog zračenja, prenosi sakupljenu toplotu na tečnost za transfer toplote i smanjuje toplotne gubitke na minimum.

Apsorbcija

Sunčevo zračenje prolazi kroz providni poklopac i apsorbuje se direktno u apsorberu. Za presvlačenje apsorbera se koriste materijali koji dobro apsorbuju kratko-talasne Sunčeve zrake (vidljivu svetlost). Obično je apsorber ravan, kako bi bolje apsorbovao dolazno zračenje iz svih uglova. Apsorbciona ploča se farba ili presvlači u crno, i standardno apsorber apsorbuje preko 95% Sunčeve radijacije koja dodje do njega.

Prenos toplote

Druga uloga apsorbcione ploče je da prenese sakupljenu toplotu na tečnost za transfer toplote. Ovo se obično radi tako što se sakupljena toplota prenosi na cevi kroz koje protiče tečnost za transfer toplote. Tečnost za transfer toplote može biti tečnost (voda ili voda pomešana sa antifrizom) ili gas (vazduh). Bitna stavka pri dizajnu kolektora je da se obezbedi dovoljna sposobnost za prenos toplote kako razlika izmedju apsorbcione ploče i tečnosti za transfer toplote nebi bila prevelika, u suprotnom toplotni gubitci na apsorbcionoj ploči bi bili preveliki.

Toplotni gubitci

Pošto je temperatura površine apsorbera viša od ambijentalne temperature, površina apsorbera ispušta deo apsorbovane toplote nazad u okruženje. Odabirom materijala od kog se apsorber pravi kao i farbe ili presvlake kojom se presvlači može se uticati na smanjenje toplotnih gubitaka.

Providni poklopac

Apsorber je obično prekriven sa jednim ili više providnih poklopaca kako bi se smanjili toplotni gubitci. Ukoliko nema providnog poklopca, toplota se gubi kao rezultat ne samo duvanja vetra već i prirodnog strujanja toplog vazduha goji se diže gore. Poklopac zarobljava vazduh iznad apsorbera, značajno smanjujući toplotne gubitke. Medjutim gubitci toplote usled prirodnog strujanja toplog vazduha nisu kompletno eliminisani ugradnjom poklopca, pošto se topao vazduh i dalje podiže sa površine apsorbera i kreće se ka poklopcu. Pločasti solarni kolektori bez poklopca se obično koriste za zagrevanje bazena, gde se zahtevaju male temperaturne razlike u odnosu na ambijentalnu temperaturu (obično 10C).

Povećavanjem broja (slojeva) providnih poklopaca, povećava se radna temperatura kolektora. Jedan ili dva pokloca su uobičajena, dok su kolektori sa tri poklopca predvidjeni za rad u ekstremnim klimatskim uslovima. Svaki dodatni poklopac, povećava efikasnost kolektora u radu na visokim temperaturama pošto smanjuje toplotne gubitke ali smanjuje efikasnost pri nižim temperaturama. U radu na nižim temperaturama mnogo su efikasniji vakuumski solarni kolektori.

Kao materijal za providni poklopac najčešće se koristi staklo sa niskim sadržajem gvoždja debljine od 3,2 - 6,4mm. Ovo staklo ima propusnost Sunčevog zračenja preko 90%.

Princip rada

Kroz cevi pločastih kolektora protiče tečnost za transfer toplote (voda ili voda pomešana sa antifrizom). Sunčevo zračenje koje pada na kolektor prolazi kroz providni poklopac kolektora i apsorbuje se na apsorbcionoj ploči. Apsorbciona ploča je spojena sa cevima solarnog kolektora i sakupljenu toplotu prenosi na cevi. Kroz cevi protiče tečnost za transfer toplote koja se zagreva prolazeći kroz solarni kolektor.