Güneş enerjisi sistemleri için kolektörler – modeller, farklılıklar, avantajlar ve dezavantajlar

Güneş kolektörleri bir güneş enerjisi sisteminin en önemli unsurudur. Güneş enerjisi kolektörlerde tutulur ve suyu ısıtmak ve ev kullanımı için serbest bırakmak için kullanılabilir hale getirilir. Güneş kolektörleri, her ikisinin de avantaj ve dezavantajları olan iki farklı modele ayrılır. Kollektörler ayrıca farklı verimlilik değerlerine ve fiyat kategorilerine sahiptir, bu da onları farklılaştırır.

Güneş kolektörleri – güneş sisteminin kalbi

Kollektör olmadan bir güneş sistemi güneş enerjisini kullanılabilir ısıya dönüştüremez. Bu nedenle kolektör, yenilenebilir enerjinin evde kullanılmasını mümkün kılan güneş enerjisi sisteminin kalbidir. Güneş enerjisi sistemleri ve maliyetleri hakkında daha fazla bilgi edinmek ister misiniz? Güneş sistemi hesaplayıcımız ile bireysel güneş sisteminizin maliyetini hesaplayın! Peki farklı kolektör modelleri nelerdir ve benim güneş sistemim için hangisi doğru?

Düz plakalı kolektör – kanıtlanmış model

Düz plakalı kolektörler, güneş enerjisinden yararlanmak için kullanılan ilk kolektörlerdir. Bu nedenle günümüzde hala en yaygın modeldir ve %70 gibi gurur verici bir pazar payına sahiptir. Ünleri muhtemelen bununla tamamen bağlantısız değildir, çünkü düz plakalı kolektörler çok ucuz, güvenilir olarak kabul edilir ve hepsinden önemlisi, yıllar içinde kendini kesinlikle kanıtlamış bir teknoloji sunarlar.

Düz plakalı kolektörün yapısı – emici, gövde ve ısı transfer sıvısı

Düz plakalı bir kolektörün iki basit bileşeni vardır. Bir muhafaza ve muhafazanın içinde yer alan karartılmış bir metal levha. Koyu renkli kaplama gelen güneş radyasyonunun iyi bir şekilde emilmesini sağladığı için bu metal levhaya emici de denir. Soğurucu ayrıca gelen güneş enerjisini verimli bir şekilde ısıya dönüştürür. Isının taşınması için, ısı transfer sıvısının aktığı borular absorberin arkası boyunca uzanır. Bu, kolektöre soğuk akar ve onu sıcak bırakır. Kollektörü hava gibi dış koşullardan korumak için güvenlik camı ile kaplanmıştır. Bu cam çok sağlam ve aynı zamanda son derece şeffaftır, böylece mümkün olduğunca az radyasyon yansır. Bu, mümkün olduğunca çok güneş enerjisinin ısıya dönüştürülmek üzere emiciye ulaşmasını sağlar. Konutun ısı üretimine de etkili bir şekilde katkıda bulunmasını sağlamak için, özellikle iyi yalıtılmıştır ve bu nedenle neredeyse hiç ısı enerjisi kaybetmez. Böylece güneş sisteminin verimliliği artar.

Düz plakalı kolektörlerdeki farklılıklar – yapı, şekil ve borulama

Düz plakalı kolektörler tek bir modelde birleştirilse bile, yine de farklılıklar vardır. Farklı düz plakalı kolektörler, gövde malzemesi, boruların farklı bağlantıları ve diğer özellikler bakımından farklılık gösterir. Uygulamaya bağlı olarak, farklı tasarımların avantajları ve dezavantajları vardır.

• Emicininşekli – Emici farklı malzemelerden yapılabilir. Çelik, paslanmaz çelik veya alüminyum levhalardan yapılmış emiciler vardır. Bunlar, örneğin punta kaynağı veya rulo yapıştırma gibi çeşitli şekillerde birleştirilebilir. Sıvının iletildiği bakır borularda da farklılıklar vardır. Preslenebildikleri gibi lehimlenebilirler de.
• Emicininkaplanması – Em ici tabaka son yıllarda gelişmeye devam etmiştir. Sonuçta, katman güneş enerjisinin mümkün olduğunca çoğunu emebilmelidir. Günümüz teknolojisi, özellikle yüksek derecede emilime sahip son derece seçici katmanlar sağlamaktadır. Ayrıca uzun dalga termal radyasyon yayma özelliği düşüktür.
• Isı transfer tüplerinin döşenmesi – Tüpler, yan yana paralel olarak uzandıkları ve üstten ve alttan bağlandıkları bir tüp kaydı şeklinde döşenebilir veya tek parça halinde yılan gibi anlamına gelen bir menderes şeklinde döşenebilir.
• Muhafazamalzemesi – Muhafazanın malzemesi de modele bağlı olarak değişebilir. En yaygın olanları alüminyum, paslanmaz çelik ve aynı zamanda plastiktir. Ahşap bile bir güneş kolektörü için muhafaza olarak bir seçenek olabilir.

Tüp kollektör – daha iyi ısı yalıtımı daha yüksek verimlilik sağlar

Tüp kollektör, düz plaka kollektörden sonra gelmiştir ve ona bir alternatiftir. Farklı teknoloji ve daha az pazar payına rağmen, bu modelin de avantajları vardır.

Tüp kollektörün yapısı – vakum, ısı borusu ve cam tüpler

Tüp kollektör modeli, düz plakalı kollektörden belirli bir açıdan, yani yalıtım açısından farklıdır. Düz plakalı kolektörün sadece gövdesi yalıtılırken, tüp kolektörün her bir emicisi özel bir şekilde yalıtılır. Vakum özellikle iyi ısı yalıtım özelliklerine sahip olduğundan ve ne konveksiyon ne de ısı iletimi yoluyla kayıplara izin vermediğinden, soğurucu boşaltılmış bir cam tüp içine yerleştirilmiştir. Birkaç tüp birlikte bir kollektöre bağlanır ve daha sonra bir tüp kollektörü oluşturur. Bu yalıtım yöntemi düz plakalı bir kolektörden çok daha etkili olduğundan, daha az enerji kaybedildiği için buradaki verimlilik önemli ölçüde daha yüksektir. Teknolojisi nedeniyle bu modele vakum tüplü kolektör de denir.

Farklı tüp kolektör tasarımları – ısı borusu, CPC ve doğrudan akış

Tüp kolektör modelleri de kendi içinde farklı tasarımlara ayrılır. Bunlardan biri doğrudan akışlı ve doğrudan akışlı olmayan tüp kolektörlerdir – bunlara ısı boruları da denir. Diğer bir form ise CPC – vakum tüplü kolektörlerdir.

• Doğrudan akışlı borulu kolektörler – Bu tasarımda, ısı transfer sıvısı doğrudan bakır borulardan cam borulara akar. Burada ısıtılır ve çıkarken kolektördeki diğer tüplerle birleşir. Daha sonra güneş enerjisi devresi üzerinden ısı eşanjörüne taşınırlar. Arızalı bir vakum durumunda, tüplerden birini diğerlerinden bağımsız olarak değiştirmek zor değildir.
• Isı borusu(doğrudan akış değil) – Isı borusu, ısı transferi için bir ısı borusunun (kafa borusu) su veya alkol gibi kolayca buharlaşan bir sıvı içeren cam tüpten geçtiği termodinamik bir işlem kullanır. Isıtıldığında bu sıvı buharlaşarak cam tüplerin baş kısmına yükselir ve burada buharın yoğunlaşmasıyla ısı, başlığın dışından geçen ısı transfer sıvısına aktarılır. Sıvının geri kalanı tüplerin dibine geri akar ve oda sıcaklığına ulaşıldığında işlem tekrarlanır. Bu, tüplerde negatif bir basınç – vakum – olduğu için sıvının yoğunlaşmasına neden olmak için yeterlidir.
• CPC tahliye borulu kolektör – Bu tasarım, doğrudan akış borulu kolektörlerin bir varyasyonudur. Burada da bakır borular cam boruların içinden geçmektedir, ancak özelliği iki cam borunun eş merkezli olarak düzenlenmiş olması ve parabolik bir aynanın önünde yer almasıdır. Emici kaplama cam tüplerin iç kısmına uygulanır. Parabolik ayna, özellikle düşük ışınımlarda kolektörün daha da verimli olmasına yardımcı olur. Bu nedenle verim nispeten daha yüksektir ve kolektör daha etkili çalışır.

Isı transfer akışkanı – dikkat edilmesi gerekenler

Isı transfer sıvısı ısıyı depolar ve solar devre boyunca solar depolama tankına taşır. Isı daha sonra akışkandan serbest bırakılır ve musluk veya ısıtma suyunu ısıtmak için kullanılır. Soğutulan sıvı daha sonra geri akar ve yolculuğuna yeniden başlar. Ancak ortaya çıkan soru, ısı transfer sıvısı olarak neyin uygun olduğudur. Burada cevap nispeten basittir, çünkü normal su zaten bu görev için mükemmel bir şekilde uygundur. Ancak, özellikle soğuk aylarda kollektör veya emici boruda onarılamaz hasara neden olabilecek donma riski olduğundan, su bir antifriz ile karıştırılmalıdır. Ancak ısı transfer sıvısının da yüksek sıcaklıklara dayanabilmesi gerekir. Özellikle CPC vakum tüplü kolektörlerde 350 °C’ye varan sıcaklıklar oluşabilir. Viskozitenin antifriz ve bu kadar yüksek sıcaklıklar nedeniyle zarar görmemesini ve dolayısıyla ısı kapasitesinin azalmamasını sağlamak için genellikle %40 propilen glikol ve %60 su karışım oranı hedeflenir. Bu karışım sadece -25°C’ye kadar soğuğa dayanmakla kalmaz, aynı zamanda yüksek sıcaklıklar için de uygundur. Isı transfer sıvısını satın alırken, yüksek sıcaklık kararlılığına, iyi korozyon korumasına, mümkün olan en düşük viskoziteye, yüksek çevresel uyumluluğa ve yüksek ısı kapasitesine özellikle dikkat edin.