Solarni kolektorji so ključna komponenta solarnega termalnega sistema. Kot pove že njihovo ime, so zasnovani za zbiranje sončnih žarkov. Njihova glavna funkcija je pretvoriti sončno sevanje v uporabno toploto. Ta toplota se lahko nato uporabi za ogrevanje tople vode ali kot rezervna enota centralnega ogrevanja v hiši. Uporaba solarnih kolektorjev lahko pripomore k zmanjšanju stroškov za energijo in prispeva k zmanjšanju emisij CO₂ v ozračje, saj se zmanjša potreba po izgorevanju fosilnih goriv za ogrevanje.
V Nemčiji se pogosto uporabljajo solarni kolektorji, ki vsebujejo krožeči prenosnik toplote. Ta prenosnik toplote je običajno mešanica vode in glikola, ki preprečuje zmrzovanje. Ta medij kroži v ceveh kolektorja. Glede na način vgradnje razlikujemo med cevnimi in ploščatimi kolektorji. Oba tipa kolektorjev imata skupno točko, in sicer da absorber pretvarja sončno sevanje v toploto. Prenosnik toplote absorbira toploto in jo prenaša od kolektorja. Ta postopek je skupen vsem vrstam solarnih kolektorjev.
Pri cevnih kolektorjih je absorber vstavljen v stekleno cev, ki se nahaja pod vakuumskim pritiskom, podobno kot pri termoski. Vakuum odlikuje odlične toplotnoizolacijske lastnosti, kar zmanjšuje toplotne izgube. Ta lastnost je še posebej koristna pri visokih temperaturah kolektorja, ki so značilne za delovanje sistema solarnega centralnega ogrevanja.
Cevne kolektorje na splošno lahko razvrstimo glede na njihovo zasnovo. Pri vakuumskih cevnih kolektorjih z neposrednim tokom medij za prenos toplote potuje skozi absorpcijske cevi, ki so nameščene v ceveh. Nasprotno pri sistemih s toplotnimi cevmi medij za prenos toplote ne kroži skozi cevi, temveč izhlapeva v bakreni cevi pod absorberjem. Para nato kondenzira v kondenzatorju na vrhu cevi, kjer se energija prenese na medij za prenos toplote v kolektorju. Prednost kolektorjev s toplotnimi cevmi je zanesljiva absorpcija toplote.
Viessmann ponuja naslednje vakuumske cevne kolektorje, ki temeljijo na principu toplotnih cevi:
Pri ploščatih kolektorjih je absorber običajno zaščiten pred vremenskimi vplivi z ohišjem iz prevlečene jeklene pločevine, aluminija ali nerjavnega jekla. Sprednji pokrov je izdelan iz solarnega varnostnega stekla z nizko vsebnostjo železa. Dodatno zmanjšanje odboja dosežemo z antirefleksnim (AR) premazom na steklu. Toplotna izolacija ohišja kolektorja pa zmanjšuje toplotne izgube.
Cev absorberja je speljana v meandru, kar zagotavlja zanesljiv pretok skozi kolektor. Cev absorberja je varjena tudi na ovinkih, kar zagotavlja optimalen prenos toplote vse do robov. Talna plošča je po vsej dolžini povezana z okvirjem kolektorja. Tesnilo plošče je brezšivno in izdelano iz prožnega tesnilnega materiala, odpornega na vremenske vplive in UV-žarke.
Sončne kolektorje je zaradi njihove raznolike zasnove mogoče vgraditi v skoraj vse koncepte stavb, tako pri novogradnjah kot tudi pri projektih posodobitve, in sicer na stavbi ali v njeni bližini. Po potrebi jih je mogoče namestiti na poševne strehe, ravne strehe in stene, pa tudi prosto stoječe na tleh. V vseh primerih kolektor in montaža tvorita enotno statično enoto. Viessmann v okviru svoje standardne ponudbe izdelkov ponuja popolnoma obremenilno preizkušene sisteme za vse običajne vrste streh, ki so primerni za vse kolektorje, kar zagotavlja večjo zanesljivost in mir v fazi načrtovanja in montaže.
Količina energije, ki je na voljo za proizvodnjo toplote, je največja, če sevanje pada na površino kolektorja pod pravim kotom. Na naši geografski širini tega ni mogoče doseči z vodoravno površino. Vendar pa lahko površino kolektorja ustrezno nagnemo. Poleg tega je od usmerjenosti odvisna tudi pravilna uporaba sončne energije. Na severni polobli je idealna usmeritev proti jugu.
Ključna vrednost, ki jo morate upoštevati pred nakupom solarnega termalnega sistema, je učinkovitost kolektorjev. Ta vrednost predstavlja delež sončnega sevanja, ki se pretvori v uporabno toplotno energijo. Ta vrednost je določena v skladu z evropskim standardom EN 12975, najdete pa jo v podatkovnih listih naprav.
Pri izračunu izkoristka sončnih kolektorjev so upoštevani tudi energijski tokovi in toplotne izgube. To pomeni, da vse svetlobe, ki doseže površine, ni mogoče uporabiti za proizvodnjo toplote (optične izgube). Poleg tega se majhen del toplote, ki jo proizvedejo kolektorji, tudi izgubi (toplotne toplotne izgube).
Pretok energije v kolektorju: A obsevanje kolektorja E absorber, ki se segreva s sevanjem
Optične izgube: B odboji na stekleni plošči C absorpcija na stekleni plošči D odboj na absorberju
Toplotne izgube: F toplotna prevodnost materiala kolektorja G toplotno sevanje absorberja H konvekcija
Če se iz kolektorja ne odvaja toplota (ker črpalka miruje in prenosnik toplote ne kroži), se kolektor segreje do tako imenovane temperature mirovanja. Nevarnost pregrevanja se povečuje s povečevanjem temperaturne razlike do okolice. Stagnacijske temperature 200 stopinj Celzija in več povzročajo neželene učinke. V takem primeru solarni medij izhlapeva in se v solarnem krogu hitro in na široko razširi. Posledična velika toplotna obremenitev sestavnih delov in samega medija za prenos toplote bo nato povzročila poškodbe.
Viessmann se temu pojavu upira s posebnim absorpcijskim premazom ThermProtect. Absorber pri tem oddaja vedno več toplote, ko se segreva. S tem se povečajo toplotne izgube kolektorja, obenem pa se temperatura kolektorja le rahlo dvigne, temperatura mirovanja pa ostane bistveno nižja od običajnih vrednosti. Kako točno to deluje?
ThermProtect spremeni kristalno strukturo ploščatih kolektorjev. Pri temperaturi 75 stopinj Celzija se spremenijo tudi optične lastnosti. To pomeni, da se notranje temperature kolektorjev ne morejo dvigniti nad 145 stopinj Celzija. Ko se temperature ponovno znižajo, se kristalna struktura vrne v prvotno stanje.
Nasprotno se pri vakuumskih cevnih kolektorjih za zaščito sistema pred pregrevanjem uporablja načelo toplotnih cevi. Če je sončno sevanje previsoko in se prenos toplote začne zmanjševati, se sproži fazna zaustavitev v odvisnosti od temperature. S tem se prepreči kondenzacija na toplotnem izmenjevalniku. Medij za prenos toplote se ne more več utekočiniti in toplota se ne prenaša več. Prenos toplote se nadaljuje šele, ko se temperatura v solarnem krogu zniža.