Сонячні колектори складають основу сонячної теплової системи. Як випливає з назви, вони збирають сонячні промені. Потім вони перетворюють їх у корисне тепло, яке можна використовувати для нагрівання гарячої води або як резервне джерело центрального опалення в будинку. Це допомагає заощаджувати на витратах на електроенергію та сприяє зменшенню викидів CO₂ в атмосферу через спалювання викопного палива.
За винятком кількох спеціальних технічних рішень, у Німеччині найчастіше використовуються колектори, які містять циркулюючий теплоносій. Це середовище, як правило, складається з суміші води та гліколевого антифризу. Теплоносій знаходиться в трубці. Залежно від способу встановлення розрізняють трубчасті та плоскі колектори. Спільним для них є те, що абсорбер перетворює сонячне випромінювання в тепло. Теплоносій поглинає тепло і відводить його від колектора. Цей процес відбувається однаково в кожному колекторі.
У трубчастих колекторах абсорбент поміщається в скляну трубку, яка знаходиться під тиском вакууму (вакуумується), подібно до колби-термоса. Вакуум має дуже хороші теплоізоляційні властивості і забезпечує зниження тепловтрат. Це особливо корисно у випадку високих температур колектора, тобто саме тих умов експлуатації, які є типовими для сонячних систем центрального опалення.
Загалом, трубчасті колектори можна розрізняти за конструкцією: у вакуумних трубчастих колекторах з прямотоком теплоносій циркулює по трубках-абсорберах, які розташовані всередині труб. У системах з тепловими трубами теплоносій не циркулює по трубах. Замість цього теплоносій (зазвичай вода) випаровується в мідній трубі під абсорбером. Пара конденсується у влучно названому конденсаторі на верхньому кінці труб - саме тут енергія передається теплоносію в колекторі. Перевагою теплових трубчастих колекторів є надійне поглинання тепла.
Viessmann пропонує наступні вакуумні трубчасті колектори, засновані на принципі теплових труб:
Vitosol 300-TM
Vitosol 200-TM
У плоских колекторах абсорбер зазвичай захищений від впливу навколишнього середовища корпусом з листової сталі з покриттям, алюмінію або нержавіючої сталі та передньою кришкою з низькозалізистого сонцезахисного скла. Антиблікове (AR) покриття на склі може додатково зменшити віддзеркалення. Теплоізоляція корпусу колектора зменшує тепловтрати.
Труба абсорбера прокладена у вигляді меандру, що забезпечує надійну схему проходження потоку через колектор. Труба абсорбера також зварена на вигинах, що забезпечує оптимальну тепловіддачу аж до країв. Підлогова панель з'єднана по всьому периметру з рамою колектора. Ущільнення панелі безшовне і виготовлене з гнучкого, стійкого до атмосферних впливів та ультрафіолетового випромінювання ущільнювального матеріалу.
Viessmann пропонує наступні продукти:
Завдяки різноманітності конструкцій сонячні колектори можуть бути встановлені практично в будь-якій концепції будівлі, як в новобудовах, так і в проектах модернізації, як на самій будівлі, так і поруч з нею. Вони можуть бути встановлені на скатних дахах, пласких дахах і на стінах, а також, за необхідності, окремо на землі. У всіх випадках колектор і кріплення утворюють єдиний статичний блок. Компанія Viessmann пропонує в рамках свого стандартного асортименту продукції повністю випробувані під навантаженням системи для всіх традиційних типів дахів, які підходять для всіх колекторів, що гарантує підвищену надійність і спокій на етапах проектування та монтажу.
Кількість енергії, доступної для генерації тепла, є найбільшою, коли випромінювання падає на поверхню колектора під прямим кутом. На нашій широті цього неможливо досягти за допомогою горизонтальної поверхні. Однак поверхня колектора може бути нахилена відповідним чином. Крім того, орієнтація також визначає правильне використання сонячної енергії. У північній півкулі ідеальною є орієнтація на південь.
Ключовим показником, який необхідно враховувати перед покупкою сонячної теплової системи, є ефективність колекторів. Ця величина являє собою частку сонячного випромінювання, яка перетворюється в корисну теплову енергію. Ця величина визначається відповідно до європейського стандарту EN 12975, і ви можете знайти її в технічній документації до приладів.
При розрахунку ефективності сонячних теплових колекторів також враховуються потоки енергії та теплові втрати. Це означає, що не все світло, яке потрапляє на поверхню, може бути використане для вироблення тепла (оптичні втрати). Крім того, невелика частина тепла, виробленого колекторами, також втрачається (теплові втрати).
Потоки енергії в колекторі: A Випромінювання на колекторі E Поглинач нагрівається від випромінювання
Оптичні втрати: B Відбиття на склі C Поглинання на склі D Відбиття на абсорбері
Теплові втрати: F Теплопровідність матеріалу колектора G Теплове випромінювання абсорбера H Конвекція
Якщо з колектора не відбирається тепло (насос не працює і теплоносій не циркулює), колектор нагрівається до так званої температури стагнації. Ризик перегріву зростає зі збільшенням різниці температур з навколишнім середовищем. Температура стагнації 200 градусів за Цельсієм і вище призводить до небажаних наслідків. В такому випадку сонячне середовище буде випаровуватися і швидко і широко розширюватися в сонячному контурі. Високе теплове навантаження на компоненти і сам теплоносій, що виникає в результаті, призведе до їх пошкодження.
Viessmann протидіє цьому явищу за допомогою спеціального покриття абсорбера - ThermProtect. У процесі нагрівання абсорбер випромінює все більше і більше тепла. Це збільшує тепловтрати колектора, в той же час температура колектора підвищується лише незначно, а температура застою залишається значно нижчою за звичайні значення. Як саме це працює?
ThermProtect змінює кристалічну структуру плоских колекторів. Оптичні властивості також змінюються при температурі 75 градусів Цельсія. Це означає, що внутрішня температура колекторів не може піднятися вище 145 градусів за Цельсієм. Коли температура знову падає, кристалічна структура повертається до початкового стану.
І навпаки, у вакуумних трубчастих колекторах принцип теплової труби використовується для захисту системи від перегріву. Якщо сонячне випромінювання занадто високе і тепловіддача починає зменшуватися, спрацьовує поетапне температурно-залежне відключення. Це блокує конденсацію на теплообміннику. Теплоносій більше не може зріджуватися, і тепло більше не передається. Теплообмін відновлюється лише тоді, коли температура всередині геліоконтуру знизиться.