3. Energija sunca i toplinski kolektori


Energija sunca i toplinski kolektori

 

28

Toplinski kolektori

Pod toplinskim korištenjem sunčeva zračenja podrazumijeva se direktna primjena za zagrijavanje objekata, grijanje vode ili u novije vrijeme korištenje u rashladnim uređajima. Toplinska primjena se dijeli još na pasivnu i aktivnu. Sunčeva energija danas se komercijalno najviše koristi u toplovodnim sunčanim sustavima i to za pripremu potrošne tople vode, te u manjem obimu za grijanje prostora i zagrijavanje bazenske vode. Najvažniji element sunčanih toplovodnih sustava predstavljaju sunčevi kolektori.

Oni prikupljaju sunčevu energiju i predaju je radnom mediju koji struji u zatvorenom krugu između kolektora i spremnika tople vode, te kojoj preko izmjenjivača predaje prikupljenu toplinsku energiju. Efikasnost prikupljanja sunčeve energije za kolektore je stoga od presudnog utjecaja na efikasnost rada cijelog sustava.

U sunčanim toplovodnim sustavima danas se najviše koriste pločasti kolektori, a u novije vrijeme sve više i vakuumski. Prvi je komercijalni pločasti kolektor patentiran u Kaliforniji 1909. godine, a masovnija proizvodnja bilježi se tijekom naftne krize 70-tih godina prošlog stoljeća.

Od tada su pločasti kolektori znatno unaprijeđeni, što se posebice odnosi na njihovu toplinsku efikasnost kao i pouzdanost u radu i trajnost. To je sve dovelo do znatnoga povećanja broja instaliranih kolektora tijekom 1990-tih i, posljedično, znatnog snižavanja cijena. Taj se trend i danas nastavlja.

30

Osnovni dijelovi kolektora su:

  • apsorberska ploča
  • cijevni registar
  • pokrovno staklo
  • izolacija
  • kućište

Apsorberska je ploča premazana posebnim premazom koji apsorbira sunčevo zračenje. Tako prikupljena toplina dalje se provodi kroz materijal apsorberske ploče (debljine cca 0,3-0,5 mm) prema cijevnom registru i na kraju predaje radnom fluidu koji protječe kroz cijevni registar. Cijevi su pričvršćene za apsorber lemljenjem, laserskim ili ultrazvučnim zavarivanjem i ponekad lijepljenjem. Najviše se koriste tzv. selektivni premazi apsorbera koje karakterizira visoki koeficijent apsorpcije za kratkovalno sunčevo zračenje (a = 0,9- 0,96) i niski koeficijent apsorpcije, tj. Emisije za dugovalno IC zračenje (a = ε = 0,06-0,2) koje predstavlja toplinske gubitke kolektora. Takva svojstva osiguravaju istovremeno značajnu apsorpciju sunčevog zračenja i bitno smanjenje toplinskih gubitaka zagrijane ploče apsorbera dugovalnim zračenjem u odnosu na premaze koji nisu selektivni (poput npr. obične crne boje).

Danas su vakuumski kolektori, poslije pločastih, najviše korišteni tip kolektora. Razvijeni su kako bi se smanjili konvektivni gubici s apsorbera na okolinu, što je učinjeno na način da je iz prostora između apsorbera i stakla izvučen zrak. Kod standardne konstrukcije pločastih kolektora tako nastali vakuum bi doveo do pucanja pokrovnog stakla, pa se kod vakuumskih kolektora apsorber smješta u vakuumirane staklene cijevi (koje zbog kružnog oblika stjenke imaju pri istom vakuumu znatno manja naprezanja u materijalu).

Korištenje energije Sunca preko toplinskih kolektora malo je složenije od pasivnih rješenja, ali zato sigurno najisplativije. Rješenja mogu biti sa i bez aktivnih komponenti te mogu koristiti zrak ili vodu kao radni medij. Dalje se mogu razlikovati po temperaturi koju postiže radni medij, tako imamo: nisko, srednje i visoko temperaturne primjene. Najjednostavnija nisko temperaturna rješenja se koriste za grijanje bazena ili industrijskih objekata. Izvode se sa cijevima bez pokrova ili sa fasadama koje imaju zračne prolaze. Najbolji su za temperature do 10 oC iznad okolišne.

31

Nešto složeniji srednje temperaturni kolektori imaju pokrov od stakla te posebne premaze koji pospješuju apsorpciju uz minimalnu emisiju. Koriste se za grijanje objekata i tople vode. Najbolji stupanj djelovanja imaju za temperature medija do 50 oC iznad okolišne.

34

Slika 18.: Srednjetemperaturni solarni kolektor

Visoko temperaturni kolektori su najsloženiji jer zahtijevaju vakumirane staklene cijevi i dobru izolaciju. Prednost im je što omogućavaju postizanje temperatura iznad 50 oC, a u posebnim izvedbama i preko 100 oC. Slika 19 prikazuje presjek vakumirane cijevi visoko temperaturnog kolektora.

33

Slika 19.: Presjek cijevi visokotemperaturnog kolektora

32

Slika 20.: Aktivna izvedba solarnog kolektora

Efikasnost kolektora predstavlja omjer dobivene topline i dozračene energije Sunca. Često se efikasnost kolektora prikazuje u funkciji omjera razlike temperature medija i okolnog zraka prema iznosu ozračenosti.

PONOVIMO!

Zagrijavanje pomoću sunca

  • Za zagrijavanje koristimo sunčev kolektor, kojega je najbolje postaviti na krov.
  • Kroz kolektor prolazi voda koju sunce zagrijava.
  • Tako zagrijana voda čuva se u posebnom spremniku, a potom se koristi za pranje ruku, posuđa, kupanje ili čak i za zagrijavanje prostorija.

35

Dijagram: Uzročno – posljedične veze toplinskih sustava