Jednou z možností využití sluneční energie je její přímá přeměna na energii tepelnou. V našich podmínkách je nejrozšířenější přeměna pomocí plochých kapalinových solárních kolektorů. Stále častější je ale snaha o využití i teplovzdušných kolektorů, ať již pro vytápění, nebo pro ohřev větracího vzduchu.
Stručný výtah z obsahu článku, který vyšel v časopise Energie 21 č. 6/2016.
Myšlenka kombinovat obě technologie pro konstrukci duálního kolektoru pro ohřev dvojice teplonosných látek voda/vzduch vyplynula z potřeby vysokého využití energetických zisků ze slunečního záření v průběhu celého roku a maximalizace doby provozu solární soustavy. Duální kolektor s použitím dvou teplonosných látek vychází v principu ze situace typické pro mírné a chladné klimatické pásmo, kde sluneční záření v letním období je dostatečné pro přípravu teplé vody (50–60 °C), zatímco v zimním období výstupní teploty ze solárních kolektorů zpravidla nedosahují hodnot vyšších než 30 °C, nicméně mohou být dostatečné např. pro ohřev chladného větracího vzduchu.
Současným standardem kapalinových kolektorů jsou ploché kolektory s jednoduchým zasklením solárním sklem v čirém nebo texturovaném provedení a se selektivním povrchem absorbéru na bázi keramicko-kovových vrstev (cermet povrchy). Tepelně vodivý absorbér může být celoplošný (tvořený jedním plechem) nebo dělený do lamel. Absorpční plocha je navařena (ultrazvukově, laserově) nebo nalisována na trubkovém registru, kterým je kapalinou odváděno využitelné teplo.
Teplovzdušný solární kolektor má zpravidla podobnou konstrukci jako kapalinový kolektor. Obvykle se skládá z průhledného krytu, absorbéru slunečního záření, tepelné izolace a rámu. Teplonosná látka neproudí v absorbéru, ale proudí kolem něj, obtéká ho a odnímá z něj teplo. Vzduch jako teplonosná látka ale má v porovnání s vodou zcela odlišné fyzikální vlastnosti, z čehož vyplývají i následující zvláštnosti teplovzdušných kolektorů v porovnání s kapalinovými kolektory.
Z výše uvedeného vyplývá, že hlavní konstrukční rozdíl mezi kapalinovými a teplovzdušnými kolektory spočívá v konstrukci absorbéru. Zatímco pro kapalinové kolektory je důležité, aby absorpční plocha byla kompaktní a tepelně vodivá, u teplovzdušných kolektorů je naproti tomu snaha co nejvíce zvětšit teplosměnnou plochu. Tudíž, pro návrh duálního kolektoru voda/vzduch je nutná optimalizace konstrukce absorbéru.
Na tuzemském trhu nejsou v současné době k dispozici duální solární kolektory, ačkoli v minulosti existovaly dva typy těchto kolektorů. Jedním z nich byl kolektor Mistral DUO od české společnosti Ekosolaris [1], druhým byl kolektor od dánské společnosti SolarVenti ve dvou provedeních SV30 AWX a SV14 AWX [2]. V současné době je vývoj v oblasti duálních kolektorů zaměřen především na optimalizaci konstrukce absorbéru. V článku je uveden stručný přehled vývojových snah, které jsou k dispozici v dostupné literatuře.
Assari [3] provedl analýzu energetického chování duálních solárních kolektorů s různými konstrukcemi vzduchových kanálů. Kapalinovou část tvořil trubkový registr, který se nachází nad absorbérem. Vzduchová část se skládala ze vzduchových kanálů různého tvaru, umístěných pod absorbérem.
Arun a Arun [4] ve své práci popisují principiálně jinou konstrukci duálního kolektoru. Na rozdíl od předchozí konstrukce duálního kolektoru, v tomto kolektoru vzduchový proud se dělí při vstupu do kolektoru na dvě části. Část vzduchu proudí v horní části kolektoru mezi absorbérem a krycím zasklením. Druhá část proudí pórovitou látkou pod absorbérem. Na výstupu z kolektoru se proudy opět spojí. Kapalinovou část tvoří trubkový registr, který se nachází nad absorbérem.
Ma a kol. [5] představili konstrukci duálního kolektoru, kde kapalinovou část tvoří trubkový registr, který se nachází pod absorbérem. Stejné jako u předchozího kolektoru je vzduchový proud rozdělen na dvě části, část vzduchu proudí nad absorbérem a část vzduchu proudí pod ním. Žebra jsou umístěna mezi krycím sklem a absorbérem a pokryta spektrálně selektivním povlakem stejně jako zbytek absorbéru.*
Viacheslav Shemelin, Tomáš Matuška, UCEEB, ČVUT v Praze
Použité zdroje:
[1] Kombinovaný solární kolektor Mistral Duo. Dostupné z: http://www.eis.cz/popisvyr.php3?vcis=17&vuziv=3
[2] SV30 AWX Hybrid. Dostupné z: http://www.solarventi.cz/produkt/sv30-awx-hybrid-13.html
[3] M.R. Assari, H. Basirat Tabrizi, I. Jafari. Experimental and theoretical investigation of dual purpose solar collector. Solar Energy 85 (2011), p. 601-608.
[4] V. Arun, P. Arun. Simulation Studies on Porous Medium Integrated Dual Purpose Solar Collector. International Journal of Renewable Energy Research 3 (2013).
[5] J. Ma, W. Sun, J. Ji, Y. Zhang, A. Zhang, W. Fan. Experimental and theoretical study of the efficiency of a dual-function solar collector. Applied Thermal Engineering 31 (2011) p. 1751-1756.
Obrázky:
Vývoj v oblasti duálních solárních kolektorů zaměřen v současnosti především na optimalizaci konstrukce absorbéru (foto archiv/SolarVenti)
Konstrukce tradičních teplovzdušných kolektorů
Konstrukce zkoumaných kolektorů: bez žeber (nahoře), s rovnými žebry (uprostřed) a se zalomenými žebry (dole)
Konstrukce duálního kolektoru s pórovitou látkou
Znázornění duálního kolektoru s žebry nad absorbérem a oboustranným průtokem vzduchu
