Panoul solar se referă la un panou proiectat pentru a absorbi razele soarelui ca sursă de energie pentru a genera energie electrică sau termică.
Panourile solare se pot împărți în două categorii importante:

1. panouri solare fotovoltaice, care transformă energia luminoasă din razele soarelui direct în energie electrică.
2. panouri solare termice, (captator solar, colector solar) care captează energia solară și o transformă în energie termică.

1. Un panou solar fotovoltaic, spre deosebire de un panou solar termic, transformă energia luminoasă din razele solare direct în energie electrică. Componentele principale ale panoului solar reprezintă celulele solare. Celula solara absoarbe o parte din particulele de lumina (fotoni) ce cad pe aceasta. Atunci cand un foton este absorbit, celula solară eliberează un electron din materialul acesteia. Celula va produce electricitate ce poate fi folosită instantaneu sau înmagazinată în acumulatori. Materialele din care sunt fabricate celulele solare sunt semiconductoare si au durata de viata de cel putin 20 de ani. Randamentul panourilor solare scade în timp. Ritmul de scădere al randamentului este garantat de fiecare producător de panouri solare fotovoltaice.

2. Panoul solar termic  se poate descrie prin conversia luminii solare în energie termică pentru încălzirea apei, cu ajutorul unui colector solar termic. Pentru a încălzi apa cu ajutorul energiei solare, un colector, adesea fixat pe un acoperiș cu fața înspre soare, încălzește un fluid care este sub presiune în sistem presurizat, sau condus prin convecție naturală în sistem nepresurizat. Sistemele de încălzire solară a apei cuprind diverse tehnologii care sunt utilizate din ce în ce mai mult în întreaga lume. Mai multe citiți la secțiunea “tipuri de panouri solare termice”.

Panourile solare termice se pot clasifica după modul în care transferă energia termică:
Sistemele de încălzire a apei, care utilizează colectoarele solare pentru a capta energia soarelui pot fi clasificate fie ca sisteme directe sau indirecte, prin modul în care transferă căldura pentru utilizarea finală:

• În sistemul de circulare direct apa circulă prin tot sistemul, de la rețea la colector, la rezervor iar în final e folosită ca apă caldă menajeră (ACM).
• Sistemul indirect, diferă de sistemul anterior prin faptul că utilizează un schimbător de căldură care facilitează încălzirea indirectă a apei din rezervor.

Panourile solare termice de pe piața românească sunt cunoscute în special după trei categorii:
Sisteme presurizate, care sunt sisteme închise,sisteme presurizat compacte, care lucrează prin presiunea retelei de apă  și sisteme nepresurizate, ele funcționând prin convecție naturală.
Există mai multe tipuri de sisteme presurizate de încălzire a apei solare:

1. Panoul solar plan, mai multe citiți la secțiunea “Ce este un panou solar PLAN?”
2. Panourile solare cu tuburi vidate pe flux direct “U- PIPE” mai multe citiți la secțiunea“Ce este un panou solar U-PIPE?”
3. Panourile solare cu tuburi vidate cu “HEAT PIPE” mai multe citiți la secțiunea “Ce este un panou solar cu HEAT-PIPE?”

Tuburile vidate sunt tuburi din sticlă cu pereți dubli între care e vid. Cel din exterior este fabricat dintr-o sticlă transparentă specială de duritate mare, iar peretele din interior este tratat cu un material absorbant de lumină și caldură.

Dacă spațiul vidat dintre pereții tubului se deteriorează sau dispare, atunci partea de jos a tuburilor de culoare argintie tratate cu bariu, devine albă.  Tuburile vidate din panourile solare sunt ușor de înlocuit, în cazul unei defecțiuni sau deteriorări se înlocuiește doar un singur tub, fără demontarea intregului panou solar.

Tuburile fiind izolate cu un spațiu vidat, pot fi folosite și la temperaturi mai scăzute sub zero grade, foarte avantajos în anotimpurile reci, doar în cazul panourilor solare presurizate care conțin glicol. Datorita materialului din care sunt fabricate, respectiv mărimii si formei, tuburile vidate rezistă la ploile cu gheață de până la 25-30 mm.

Panourile solare nepresurizate cu tuburi vidate fac parte din categoria sistemelor directe pentru prepararea apei calde menajere. Sunt sisteme complete care folosesc tuburi vidate simple pentru producerea de apă caldă menajeră. Aceste panouri solare se montează, de obicei, pe acoperișul casei și funcționează pe principiul termosifonului:

• tuburile conțin apă, care este încălzită de soare, căldura rezultată ridicându-se în boiler.

Panourile solare nepresurizate sunt recomandate în zonele unde temperaturile rareori scad sub punctul de îngheț.  Aceste încălzitoare solare pentru apă sunt o soluție simplă , foarte ieftină și sigură pentru a obține energie termică de la soare .

Panourile solare nepresurizate cu tuburi vidate fac parte din categoria sistemelor directe pentru prepararea apei calde menajere. Sunt sisteme complete care folosesc tuburi vidate simple pentru producerea de apă caldă menajeră. Aceste panouri solare se montează, de obicei, pe acoperișul casei și funcționează pe principiul termosifonului:

• tuburile conțin apă, care este încălzită de soare, căldura rezultată ridicându-se în boiler.

Panourile solare nepresurizate sunt recomandate în zonele unde temperaturile rareori scad sub punctul de îngheț.  Aceste încălzitoare solare pentru apă sunt o soluție simplă , foarte ieftină și sigură pentru a obține energie termică de la soare .

Componentele panoului solar nepresurizat sunt:

• Vas flotor;
• Boiler;
• Ttuburi vidate din sticlă;
• Rezistență electrică (în unele cazuri);

Modul de funcționare:

Apa rece cu presiunea de la rețea urcă în vasul flotor. Vasul flotor blochează presiunea rețelei, asemănător plutitorului din bazinul WC, după care coboară în cădere liberă în boiler și din boiler în tuburi. Apa încălzită în continuare va coborî prin cădere liberă spre utilizarea finală din locuință. În cele mai multe cazuri presiunea fiind foarte mică se folosește o pompă pentru ridicarea acesteia. Este important ca presiunea apei calde să fie egala cu presiunea apei reci pentru ca amestecul sa fie cât mai omogen.

Avantajele panoului solar nepresurizat:

• costul relativ scăzut;
• eficiență termică datorită încăzirii apei direct de la soare, fără pierderi colaterale;
• durata de viață îndelungată a tuburilor vidate;
• eiciență termică chiar și cu cer înnorat;

Dezavantajele panoului solar nepresurizat:

• Necesită suport rezistent datorită greutății boilerului umplut cu apă;
• Utilizarea doar pe timpul verii, datorită pericolului de îngheț;
• Golirea dificilă  a sistemului se face în multe cazuri direct de la boiler;
• Componente mecanice ușor deteriorabile, greu accesibile în cazul montajului pe acoperiș;
• Dacă se sparge un tub, panoul nu se poate utiliza pana la înlocuirea acestuia;

Panoul solar plan, este un schimbător de căldură care transformă energia solară radiantă de la soare în energie termică, folosind bine cunoscutul efect de seră. Pe piața românească se comercializează în general panouri solare plane care transferă energia în mod indirect.

Panoul colectează, (captează) energia solară, și utilizează această energie pentru încălzirea apei calde menajere (ACM) și încălzire, sau poate fi folosit chiar și pentru a încălzi piscine în aer liber. Pentru cele mai multe aplicații comerciale și rezidențiale, panoul solar plan are avantajul design-ului simplu, și instalarea relativ ușoară.

Mod de construcție:

Un panou solar plan este prevăzut cu o placă absorbantă, de obicei, o foaie de cupru sau aluminiu, deoarece acestea sunt ambele bune conductoare de căldură, care sunt vopsite în negru pentru a absorbi radiația solară cu eficiență maximă. Această suprafață absorbantă  conține mai multe țevi de cupru paralele, care sunt rulate pe lungime de-a lungul plăcii și conțin fluidul de pentru transferul de căldură. Aceste conducte de cupru sunt lipite de suprafața absorbantă pentru a asigura un contact maxim. Țevile și placa de absorbție sunt închise într-o cutie, cu o foaie transparentă deasupra, fie din sticlă sau din material plastic pentru a proteja placa absorbantă și pentru a crea un spațiu izolant.

Spațiul dintre placa absorbantă și panoul transparent împiedică pierderea căldurii conform efectului de seră. Pe măsură ce placa absorbantă se încălzește, se produce transferul căldurii fluidului din interiorul colectorului dar în același timp  se produce și o pierdere căldură prin parțile laterale și inferioare. Pentru a minimaliza această pierdere de căldură, partea inferioară și părțile laterale sunt izolate cu polistiren  sau folie de aluminiu.

Datorită formei plane eficacitatea lor este limitată, deoarece acestea pot funcționa la eficiență maximă atunci când soarele este direct deasupra, la amiază. În alte momente ale zilei, razele soarelui ating colectorul plan în unghiuri diferite, reducând astfel eficiența acestuia.

Avantajele panoului solar plan:

• Ușuință în montaj;
• Nu conține componente deteriorabile;
• Nu necesită golirea pe timpul iernii;
• Posibilitatea conectării mai multor panouri pentru eficiențe mai mari în cazul aportului la încălzire sau încălzirea piscinelor;
• Durată îndelungată de viață
• Se poate utiliza cu sistemul DrainBack;

Dezavantajele panoului solar plan:

• Eficiența mai redusă datorită formei plane;
• Panoul nefiind demontabil îngreunează transportul și manipularea;

.

Panourile solare cu tuburi vidate pe flux direct “U- PIPE” sunt diferite de cele anterioare, prin faptul că au două conducte (pipe) care trec prin centrul tubului. Pe piața românească se comercializează în general panouri solare “U-pipe” care transferă energia în mod indirect.

Mod de construcție:

În fiecare tub vidat, din panoul solar, există o țeavă de forma”U” cu flux direct, care este conectată la conducta distribuitoare din colector. În tubul de sticlă se află o folie subțire de aluminiu care absoarbe caldura. Această folie încălzită cedează căldura absorbită conductei “U-pipe”, care umplută cu glicol transmite imediat căldura absorbită în partea superioară a colectorului, de unde se trasferă mai departe spre un boiler. Această configurație particulară este similară în funcțiune cu cea  a  colectoarelor plane, cu excepția vidului furnizat de tubul exterior.
Având în vedere că fluidul de transfer termic curge prin fiecare tub, panourile cu tuburi vidate “U-pipe” nu sunt flexibile la manipulare.
Unii profesioniști din industria solară sunt de părere că panourile cu flux direct sunt mai eficiente deoarece la curgerea directă, nu există un schimb de căldură între fluide.

Avantajele panoului solar de tip U-Pipe:

• Nu necesită golirea pe timpul iernii;
• Eficiență termică datorată pe de o parte că nu există un schimb de căldură între fluide;
• Nu conține componente deteriorabile;
• Durată îndelungată de viață;

Dezavantajele panoului solar de tip U-Pipe:

• Manipularea și depozitarea dificilă datorită volumului mare ocupat;
• Montaj greoi datorită construcției;
• Necesită o cantitate mare de glicol;
• Costul mai ridicat față de alte sisteme de panouri presurizate;

După modul în care transferă energia termică panourile solare cu tuburi vidate cu “HEAT PIPE”  fac parte din categoria sistemelor indirecte.

Mod de construcție:

Panourile solare cu “HEAT PIPE” încorporează tuburi rotunde, care sunt perpendiculare pe razele soarelui pentru cea mai mare parte a zilei.  Colectoarele solare cu “HEAT PIPE” conțin o conductă (o pipă), realizată din cupru, care preia căldura de la o placă absorbantă pentru a crește eficiența la temperaturi scăzute. Conducta din cupru în interiorul tubului vidat conține o cantitate mică de alcool sub presiune plus niște aditivi suplimentari pentru a preveni coroziunea sau oxidarea. Acest vid permite lichidului să se evapore la temperaturi mult mai scăzute, decât în mod normal la presiunea atmosferică.

Când lumina solară sub formă de radiație încălzește suprafața plăcii absorbante din interiorul tubului de sticlă vidat, lichidul din interiorul conductei “HEAT PIPE” se transformă rapid în vapori fierbinți  care fiind mai ușori, urcă la porțiunea superioară. Partea superioară a conductei “HEAT PIPE” , este conectată la un schimbător de căldură din cupru numit “colector”. Când vaporii fierbinți ajung în partea superioară a conductei, energia termică a vaporilor este transferată fluidului, apă sau glicol, care curge prin colectorul de legătură. Pe măsură ce vaporii fierbinți pierd energie și se răcesc, condensează într-un lichid care coboară pe conductă, care apoi urmează să fie reîncălzit și astfel procesul se ia de la capăt.

Colectoarele cu tuburi vidate trebuie montate în așa fel încât să aibă un unghi minim de înclinare (circa 30 °), pentru ca lichidul intern al conductei să se scurgă pentru a reveni la baza tubului. Avantajul principal al sistemului cu “HEAT PIPE” este că între tuburi și colector e o conexiune “uscată”, instalarea fiind ușoară. De asemenea, în cazul în care un tub vidat se sparge, se poate schimba fără golirea sau demontarea întregului sistem. Această flexibilitate face ca sistemul  “HEAT PIPE” cu tuburi vidate să fie ideal pentru orice nevoi.

Modularitatea lui permite o instalare ușoară și capacitatea de a se extinde cu ușurință, prin adăugarea a mai multor colectoare, ceea ce face posibilă utilizarea panoului pentru încălzirea piscinelor sau pentru un aport la sistemul de încălzire din locuință. Tuburi vidate “HEAT PIPE” nu sunt umplute cu cantități mari de apă sau glicol, astfel eliminându-se încărcările care pot cauza probleme structurale.

Avantajele panoului solar “HEAT PIPE”:

• Ușor de manipulat și montat;
• Eficiență ridicată datorită formei tuburilor;
• Posibilitatea conectării mai multor panouri pentru utilizări diverse;
• Durata de viață îndelungată a tuburilor vidate;
• Eficiență termică chiar și cu cer înnorat;
• Nu conține componente deteriorabile;
• Nu necesită golirea pe timpul iernii;
• Spargerea unui tub vidat nu influențează buna funcționare a sistemului;

Dezavantajele panoului solar “HEAT PIPE”:

• O mică pierdere de energie datorită schimburilor de căldură din sistem;

Sistemul solar de tip DrainBack este un sistem proiectat astfel încât să permită drenarea gravitaţională a agentului termic din circuitul solar, într-un rezervor special, amplasat într-un loc ferit de îngheţ. Scopul realizării unui astfel de sistem este protecţia instalaţiei solare de supraîncălzire şi de îngheţ, în cazul nefuncţionării pompei de circulaţie. Sistemul DrainBack are rolul de a asigura transmiterea energiei termice în colectorul solar numai atunci, când este nevoie. Dacă este prea cald, sau prea frig, sau dacă este pană de curent, atunci agentul termic din colector se scurge gravitațional în rezervorul DrainBack şi de aici revine în sistem în funcție de necesitate.

Acest sistem este recomandat în special în instalații cu panouri plane

Componentele de bază ale unui sistem DrainBack sunt:

• Un rezervor de stocare, unde se păstrează apa încălzită pentru utilizarea finală în locuință. Acest rezervor poate fi și un rezervor de apă caldă menajeră sau în cazul unui sistem pentru piscină, piscina in sine.
• Unul sau mai multe colectoare solare.
• Pompă de recirculare a lichidului termic.