Vakumski kolektor 12 cijevi i 120 l bojler (inox)

Vakumski "heat pipe" kolektor omogućava postizanje visokih temperatura i tijekom zimskih mjeseci.

Solarni toplinski sistemi

Termički solarni uređaji mogu pretvoriti zračenje sunca u toplinu, s kojom se grije sanitarna voda tokom godine, a primjenjuje se i na instalacijama centralnog grijanja u zimskom periodu. Sunčeva energija prolazi kroz prozirnu površinu koja propušta zračenje samo u jednom smjeru te se pretvara u toplinu.

Osnovni dijelovi solarnih sistema su kolektor, spremnik topline s izmjenjivačem topline, solarna stanica s crpkom i regulacijom te razvod s odgovarajućim radnim (solarnim) medijem. Solarni kolektori apsorbiraju sunčevo zračenje i predaju toplinu mediju nositelju topline, za koju najčešće služi obična voda, odnosno njezina smjesa s glikolom ili drugim sredstvima za sprječavanje smrzavanja (u južnim regijama, gdje je opasnost smrzavanja manja, često se instaliraju jednostruki sistemi, u kojima se voda zagrijava direktno u kolektoru). Nositelj topline se pumpa kroz sistem cijevi u spremniku i zagrijava preko izmjenjivača topline vode u spremniku. Ohlađena struja se vodi nazad do kolektora. sistem radi tijekom ljeta učinkovitije jer ovisi od razlike vanjske temperature i temperature u kolektoru. No, apsorberi proizvode zadovoljavajuće čak i u difuznom svijetlu (tijekom zime ili lošeg vremena). U periodima, u kojima solarna toplina nije dovoljna, vodu dodatno zagrijava konvencionalni sistem za grijanje vode do željene temperature. Solarni se sistemi u najvećem broju slučajeva koriste kao osnovni izvori topline (koji ukupno pokrivaju primjerice 60-70% potreba za potrošnom toplom vodom), dok kao dodatni izvori služe plinski, uljni ili električni kotlovi.

2.1. Ravni kolektori

Centralni dio ravnog kolektora je apsorber s tamnom pločom. Apsorber se sastoji od metalnog lima, u koju su utisnute tanke bakrene cijevi. Kroz njih struji tekućina nositelj topline. Ukoliko solarno zračenje pogodi apsorber, pretežno se apsorbira, a djelomično se reflektira. Apsorpcijom nastaje toplina, koja se s lima odvodi u bakrene cijevi. Kolektorska tekućina preuzima toplinu i prenosi je do spremnika. Površina kolektora je pokrivena sa staklenom pločom. Staklo spriječava reflektiranje sunčevih zraka odnosno povećava toplinski učinak. Na stražnjoj strani te na bočnim stranama postavlja se sloj toplinske izolacije na mineralnoj bazi.

Cjenovno su ravni kolektori najpovoljniji, što je razlog da zauzimaju čak više od 80 posto tržišnog udjela u Europi. No, učinkovitost ravnih kolektora je cca 30% manja od vakuumskih cijevnih kolektora. Preporučuje se njihova upotreba za ostvarenje temperature između 20 i 80 stupnjeva.

Ravni kolektori mogu se ugraditi na različite načine, kao ugradnja na krov, integracijom u krov ili slobodnom ugradnjom.

Ako se želi postići temperatura potrošne tople vode od 50°C:

Učinkovitost (ljeto): ~70 posto

Učinkovitost (zima): ~45 posto

Termosifonski solarni sistem (s ravnim kolektorima)

Termosifonski solarni sistem može se kombinirati s ravnim kolektorima i vakuumskim kolektorima. sistem radi na principu sile teže i koristi prirodnu cirkulaciju tekućine uslijed razlike u gustoći hladne i zagrijane vode, te funkcionira bez crpki. Tekućina nositelj topline se zagrijava u kolektoru. Spremnik je postavljen iznad kolektora, gdje zagrijana tekućina zbog manje gustoće pliva iznad hladne tekućine na vrh spremnika i zrači toplinu. Temperatura se smanjuje i tekućina teče natrag u kolektor.

Cijena termosifonskih kolektora je vrlo povoljna, jer crpka i složeni upravljački sklopovi nisu potrebni. Uređaj se preporučuje na ravnim krovovima ili na neizgrađenom gradilištu.

Vakuumski ravni kolektori

Ravni kolektori se mogu i izraditi sa vakuumom u unutrašnjost kolektora. Tako se poveća učinkovitost kolektora, ali i cijena kolektora raste. Preporučuje se njihova upotreba za ostvarenje temperature između 20 i 120 stupnjeva.

Termosifonski solarni sistem (s vakuumskim ravnim kolektorima)

2.2. Vakuumski cijevni kolektori

Vakuumski cijevni kolektori sadrže vakuumirane staklene cijevi povezane iznad metalnog reflektora koji zagrijava solarne apsorbere i tekućinu. Apsorber je integriran u svaku cijev, te se lako može okretati prema položaju sunca, što povećava učinak. Vakuum u cijevima sprječava toplinske gubitke i omogućava im da postignu višu temperaturu od većine ravnih kolektora. Vakuumski cijevni kolektori su kolektori visoke učinkovitosti, ali su skuplji od ravnih kolektora. Dobro rade i u hladnijim uvjetima, ali prednost se gubi u toplijim uvjetima. Zbog spomenute karakteristike, preporučuje se njihova upotreba za ostvarenje visoke temperature između 50 i 120 stupnjeva. Lokacijski, preporuča se njihova upotreba više u zemljama sjeverne i centralne Europe, dok su zbog više cijene manje pogodni za mediteransko područje (npr hrvatska obala i otoci). Uglavnom su prilagođeni za krovne instalacije (ali manje za ugradnju u krov) i idealni su kada se radi o ograničenim površinama. Ako instalacija kolektora u idealan smjer (jugoistok i jugozapad) nije moguća, vakuumski cijevni kolektori su idealni, jer proizvode zadovoljavajuće čak i u difuznom svijetlu.

Ovisno o načinu spajanja cijevi razlikujemo i indirektno prostrujene cijevi - Heat-pipe-vakuumske cijevne kolektore. U vakuumskim grijačim cijevima nalazi se "Heat pipe" - bakrena cijev napunjena s brzo hlapljivom tekućinom. Vakuum između staklene cijevi je isključivo unutar stakla, te je kolektor bolje zaštićen od probijanja zraka. Kao površina apsorbera služi prevlaka na unutarnjoj površini od dvije cijevi.

Kod CPC-vakuumskih cijevnih kolektora, vakuumirana staklena cijev je postavljena u parabolično zrcalo, što poveća učinkovitost kolektora.

Ako se želi postići temperatura od 50°C:

Učinkovitost (ljeto): ~70 posto

Učinkovitost (zima): ~60 posto

Termosifonski solarni sistem s vakuumskim cijevnim kolektorima

Termosifonski solarni sistem može se kombinirati s ravnim kolektorima i vakuumskim kolektorima. sistem radi na principu sile teže i koristi prirodnu cirkulaciju tekućine uslijed razlike u gustoći hladne i zagrijane vode, te funkcionira bez crpki. Tekućina nositelj topline se zagrijava u kolektoru. Spremnik je postavljen iznad kolektora, gdje zagrijana tekućina zbog manje gustoće pliva iznad hladne tekućine na vrh spremnika i zrači toplinu. Temperatura se smanjuje i tekućina teče natrag u kolektor.

Cijena termosifonskih kolektora je vrlo povoljna, jer crpka i složeni upravljački sklopovi nisu potrebni. Uređaj se preporučuje na ravnim krovovima ili na neizgrađenom gradilištu.

2.3. Bazenski apsorberi

Apsorberi se sastoje od plastike otporne na atmosferske utjecaje i UV-zračenje bez kućišta, toplinske izolacije, staklene ploče i spremnika. Optimalno se upotrebljavaju za zagrijavanje vode u vanjskim bazenima i u Srednjoj Europi isključivo u ljetnim mjesecima ubiru dobre prinose. Bazenska voda protječe kroz apsorbere, koji postignu temperature između 20 i 40 stupnjeva.

Ako se želi postići temperatura od 50°C:

Učinkovitost (ljeto): ~20 posto

2.4. Solarni kolektori na zraku

Solarni kolektori sliče ravnim kolektorima, ali oni se baziraju na zraku koji cirkulira kroz kolektore i tako se zagrijava. Taj se zrak kasnije koristi za grijanje zgrada i ventilacijskog zraka. Na direktno sunčevo zračenje može se postići porast temperature zraka do 40 stupnjeva.

2.5. Hibridni solarni sistem

Hibridni solarni sistemi kombiniraju i solarne fotonaponske sisteme i solarne toplinske sisteme, stoga proizvode kombinirano električnu i toplinsku energiju. Moduli su dvoslojni, a na višu razinu su postavljeni fotonaponske ćelije, koje pretvaraju sunčano svijetlo u istosmjernu struju a koju solarni izmjenjivač pretvara u izmjeničnu, sinkroniziranu s naponom i frekvencijom mreže. Ispod se nalazi bakreni lim, koji skuplja infracrveno svijetlo. Toplina se transportira kroz cijevi punjene s vodom do kružnoga toka tople vode. Radi se o relativno novoj tehnici, stoga još nema puno iskustva.