Budowa kolektora słonecznego: absorber i kluczowe elementy

Jeśli zastanawiasz się, jak kolektor słoneczny zamienia energię słońca w praktyczne ciepło, to klucz leży w jego konstrukcji. Serce urządzenia stanowi absorber, który pochłania promieniowanie słoneczne i przekazuje je do glikolu. Dowiesz się, z jakich materiałów buduje się ten element, jak działają powłoki selektywne i dlaczego obudowa z przykryciem szklanym jest tak istotna. Omówimy też orurowanie oraz różnice między kolektorami płaskimi a rurowymi próżniowymi, byś zrozumiał całą budowę krok po kroku.

• Absorber w kolektorze słonecznym
• Materiały absorbenta: miedź i aluminium
• Powłoki selektywne na absorberze
• Orurowanie z nośnikiem ciepła glikol
• Obudowa i izolacja kolektora
• Przykrycie szklane w konstrukcji
• Budowa kolektorów płaskich i rurowych
• Pytania i odpowiedzi: Budowa kolektora słonecznego

Absorber w kolektorze słonecznym

Absorber to podstawa każdego kolektora słonecznego, odpowiedzialna za wychwytywanie promieniowania słonecznego. Powierzchnia ta zamienia energię świetlną w ciepło, które następnie oddaje nośnikowi ciepła. W kolektorach słonecznych absorber musi wytrzymywać skrajne warunki – od mrozu po wysokie temperatury robocze. Jego efektywność decyduje o ogólnej sprawności instalacji. Bez wysokiej jakości absorbenta cały system traci sens.

Konstrukcja absorbenta obejmuje zazwyczaj płaską płytę z rurkami, przez które krąży glikol. Promieniowanie pada na czarną powierzchnię, nagrzewając metal. Ciepło przewodzone jest do płynu, unikając strat. W kolektorach słonecznych absorber pokrywa większość pola czynnego. To on absorbuje nawet do 95 procent padającego światła.

W praktyce absorber integruje się z całym układem orurowania. Glikol, mieszanka wody i glikolu etylenowego, zabiera ciepło efektywnie. Proces ten powtarza się cyklicznie, zapewniając stały dopływ energii. Kolektory słoneczne z solidnym absorberem służą dekady. Kluczowa jest tu odporność na korozję i zmęczenie termiczne.

Zobacz także: Jak Zbudować Kolektor Powietrzny w 2025 – Poradnik DIY

Materiały absorbenta: miedź i aluminium

Miedź dominuje w absorberach ze względu na wyjątkową przewodność cieplną. Ten metal szybko przekazuje ciepło z powierzchni do glikolu w rurkach. Kolektory słoneczne z miedzianym absorberem osiągają wyższą sprawność w zmiennych warunkach pogodowych. Miedź jest też odporna na korozję, co przedłuża żywotność. Jej gęstość zapewnia stabilność konstrukcji.

Aluminium zyskuje popularność dzięki niższej wadze i cenie. Przewodność cieplna jest nieco niższa, ale wystarczająca dla większości instalacji. W kolektorach słonecznych aluminiowy absorber sprawdza się w lekkich konstrukcjach dachowych. Łatwość obróbki pozwala na precyzyjne spawanie rurek. Minusem bywa większa skłonność do utleniania bez ochrony.

Porównując oba materiały, miedź wygrywa w ekstremalnych warunkach, aluminium – w budżetowych rozwiązaniach. Oto tabela kluczowych parametrów:

Powłoki selektywne na absorberze

Powłoki selektywne na absorberze to technologia podnosząca absorpcję promieniowania słonecznego do 90–95 procent. Niska emisja podczerwieni, zaledwie 5–10 procent, minimalizuje straty ciepła. W kolektorach słonecznych taka warstwa działa jak filtr – wpuszcza światło, blokuje ucieczkę energii. Materiały bazują na tlenkach tytanu i krzemu, naniesionych próżniowo.

Proces nakładania powłoki obejmuje trawienie i pasywację powierzchni. Cienka warstwa, zaledwie mikrometry, zmienia właściwości optyczne metalu. Kolektory słoneczne z selektywnymi powłokami pracują efektywniej zimą. Emisja niska zapobiega nocnej utracie ciepła. Trwałość takiej powłoki przekracza 20 lat.

Bez powłoki absorber odbijałoby zbyt dużo promieniowania. Selektywne warstwy dostosowane są do spektrum słonecznego. W efekcie glikol nagrzewa się szybciej. To klucz do wysokiej sprawności w kolektorach płaskich i rurowych.

Orurowanie z nośnikiem ciepła glikol

Orurowanie w kolektorze słonecznym to sieć rurek łączących absorber z glikolem. Nośnik ciepła, roztwór glikolu etylenowego z wodą, krąży pod ciśnieniem. Pochłania ciepło z powierzchni absorbenta i transportuje je do zbiornika. W kolektorach słonecznych rurki miedziane lub aluminiowe zapewniają minimalne opory przepływu. Glikol chroni przed zamarzaniem.

Konstrukcja orurowania obejmuje spawane połączenia lub laserowe zgrzewy. W kolektorach płaskich rurki meandrują po absorberze. Glikol o stężeniu 35–40 procent optymalizuje transfer ciepła. Pompa cyrkulacyjna wspomaga ruch płynu. To zapewnia równomierne nagrzewanie.

W rurowych kolektorach próżniowych orurowanie biegnie wewnątrz szklanych rur. Glikol kontaktuje się z absorberem punktowo. Taka budowa redukuje straty konwekcyjne. Nośnik ciepła musi być bezwęglanowy, by uniknąć osadów.

Obudowa i izolacja kolektora

Obudowa kolektora słonecznego chroni wnętrze przed warunkami zewnętrznymi. Rama aluminiowa lub stalowa zapewnia sztywność. Izolacja termiczna z pianki poliuretanowej lub wełny mineralnej blokuje straty od spodu i boków. W kolektorach słonecznych obudowa minimalizuje konwekcję powietrza. Uszczelki gumowe zapobiegają wnikaniu wilgoci.

Izolacja tylna o grubości 40–50 mm redukuje straty o 20 procent. Boki obudowy izoluje się cieńszą warstwą. Wentylacja zapobiega kondensacji. Solidna obudowa wytrzymuje wiatr i град.

W kolektorach rurowych obudowa jest lżejsza, bez płaskiego dna. Izolacja skupia się na głowicach. To pozwala na kompaktową instalację.

Przykrycie szklane w konstrukcji

Przykrycie szklane to przezroczysta bariera nad absorberem. Szkło hartowane o grubości 3–4 mm przepuszcza 90 procent promieniowania słonecznego. Antyrefleksyjna powłoka redukuje odbicia. W kolektorach słonecznych szkło chroni przed gradem i śniegiem. Hermetyczne uszczelnienie zapobiega parowaniu.

Podwójne szkło w zaawansowanych modelach poprawia izolację. Powietrze między taflami działa jak poduszka termiczna. Transmisja światła spada minimalnie. Czyszczenie powierzchni jest proste.

W rurowych kolektorach szkło borokrzemowe tworzy próżnię. Brak konwekcji podnosi sprawność nocą. Przykrycie musi znosić próżnię bez pęknięć.

Budowa kolektorów płaskich i rurowych

Kolektory płaskie mają prostą konstrukcję: absorber pod szkłem, orurowanie meandryczne. Obudowa aluminiowa z izolacją. Sprawność szczytowa 70–80 procent latem. Nadają się do dużych instalacji. Glikol krąży równomiernie.

Rurowe próżniowe składają się z modułów szklanych rur z absorberem wewnątrz. Próżnia izoluje termicznie. Orurowanie w głowicach łączy rury. Sprawność wyższa zimą, do 60 procent. Mniej wrażliwe na kąt nachylenia.

Oto porównanie w formie wykresu:

Pytania i odpowiedzi: Budowa kolektora słonecznego

• Czym jest absorber w kolektorze słonecznym i jaka jest jego rola?

  Absorber jest podstawowym elementem każdego kolektora słonecznego, odpowiedzialnym za pochłanianie promieniowania słonecznego. Pochłonięte promieniowanie zamieniane jest w ciepło, które przekazywane jest do czynnika grzewczego, takiego jak glikol, krążącego w instalacji solarnej.

• Z jakich materiałów zbudowany jest absorber?

  Absorber zbudowany jest najczęściej z miedzi lub aluminium. Materiały te zapewniają wysoką przewodność cieplną i odporność na trudne warunki pracy, w tym niskie ujemne i wysokie temperatury robocze.

• Co to jest warstwa selektywna na powierzchni absorbenta?

  Powierzchnia absorbenta pokrywana jest specjalną warstwą selektywną, charakteryzującą się wysoką absorpcją promieniowania słonecznego (90-95%) i niską emisją promieniowania podczerwonego (5-10%). Może być wykonana na bazie tlenków tytanu i krzemu.

• Jakie są główne komponenty kolektora słonecznego?

  Główne komponenty to absorber, orurowanie z nośnikiem ciepła (np. glikolem), obudowa izolacyjna oraz przykrycie szklane. Kolektory płaskie i rurowe próżniowe zbudowane są według podobnej zasady konstrukcyjnej, z naciskiem na wysoką sprawność i trwałość.