Innym rozwiązaniem jest zastosowanie wypełnienia przestrzeni między absorberem a obudową materiałem porowatym, tzw. kolektor z rozwiniętym absorberem.

Materiałem wypełniającym mogą być metalowe wióry pomalowane na czarno – matowe. Sprawność tak „rozwiniętego” absorbera może być nawet dwukrotnie większa niż kolektora płaskiego.
Absorber tego typu charakteryzuje się znacznie większymi oporami przepływu powietrza.

Zupełnie inną koncepcją działania charakteryzuje się kolejna konstrukcja absorbera – tzw. absorber perforowany. Posiada on na swej powierzchni dużą liczbą niewielkich dziurek, przez które zasysane jest powietrze. Takie rozwiązanie zapewnia dobry kontakt powietrza z absorberem oraz podnosi jego sprawność.

Kolejnym elementem kolektora jest obudowa, która pełni „funkcję nośną”, oraz zapewnia szczelność kolektora przed stratami ciepła i dostępem wilgoci. Obudowy wykonuje się z metalu, drewna, tworzyw sztucznych. Najbardziej popularne są obudowy wykonane z metalu, choć pojawiają się też z plastiku. Izolacja termiczna wykonana jest najczęściej z wełny mineralnej bądź szklanej, ale również styropianu.

W celu zmniejszenia strat energii przez konwekcję ciepła z powierzchni absorbera stosuje się przykrycia przeźroczyste. Przykrycie chroni absorber przed działaniem deszczu, wiatru, kurzu, jak też mechanicznych obciążeń. Do tego celu nadaje się szkło i tworzywo sztuczne.

Konstrukcje

Wyróżnia się cztery (główne) rozwiązania konstrukcyjne kolektorów powietrznych:

• przepływem powietrza pod absorberem (1),
• z przepływem powietrza nad absorberem (2),
• z przepływem powietrza nad i pod absorberem (3),
• z przepływem powietrza przez absorber (4).

Pierwsza z wymienionych jest to prosta konstrukcja wykorzystywana w suszarkach rolniczych. Występują konstrukcje bez pokrycia, jak też z pokryciem przeźroczystym.
Z kolei drugie rozwiązanie to jedna z najprostszych konstrukcji kolektora w postaci pokrycia dachowego przykrytego szkłem. Pracuje efektywniej niż kolektor opisany powyżej.

W trzeciej konstrukcji dzięki omywaniu absorbera przez powietrze z dwóch stron, powierzchnia kontaktu powietrza z absorberem zwiększa się dwukrotnie, przez co wzrasta znacznie sprawność kolektora.

W czwartym z wymienionych rozwiązań kolektory powodują ograniczenie strat ciepła przez przenikanie i promieniowanie, a jednocześnie system jest prostszy, a przez to tańszy. Zwiększa się jednak wpływ działania wiatru. Powietrze zasysane jest przez dużą ilość (około 10 tys. na 1 m2 kolektora) małych otworów. Cechą wspólną rozwiązań oferowanych przez różnych producentów jest przepływ przez perforowaną powierzchnią, który jest rozwiązany w różny sposób.

Jeszcze inny typ kolektora został opracowany w latach osiemdziesiątych. Jest to kolektor z rozwiniętym absorberem (porowaty). Charakteryzuje się on znacznie zwiększoną powierzchnią, a tym samym sprawnością wykorzystania energii promieniowania słonecznego. Kolektor tego typu charakteryzował się jednak dużymi stratami ciśnienia. Duża masa kolektora powodowała też opóźnioną reakcję, jak też większe straty ciepła. Nie doczekał się on szerszego zastosowania.

Instalacje

Instalacje kolektora słonecznego powietrznego mogą posiadać prostszą budowę w porównaniu do instalacji kolektora cieczowego. W przypadku bezpośredniego wykorzystania podgrzanego powietrza (w kolektorze) nie wymaga się zastosowania wymiennika ciepła, a powietrze kierowane jest bezpośrednio do wykorzystania.

Kolektory słoneczne powietrzne mogą pracować w układach otwartych, jak też częściej spotykanych – zamkniętych. W układzie zamkniętym powietrze przetłaczane jest od kolektora, do odbiornika gdzie ciepło jest oddawane, a następnie doprowadzane jest powtórnie do kolektora.
W układach tych temperatura powietrza wchodzącego do kolektora może być wyższa od temperatury otoczenia. Układ otwarty wykorzystuje powietrze zewnętrzne. W układzie otwartym pracuje najczęściej kolektor z absorberem perforowanym.

Sprawą problematyczną, w przypadku kolektorów słonecznych powietrznych, jest ewentualna konieczność gromadzenia ciepła. Proste rozwiązania, w postaci złoża kamiennego, sprawiają spore problemy wykonawcze (brak łatwo dostępnych wytycznych), jak i eksploatacyjne (problemy z higieną powietrza opuszczającego złoże zwłaszcza po pewnych okresie eksploatacji), zaś wysoce zaawansowane zbiorniki ciepła wykorzystujące przemianę fazową (wyposażone np. w aerożele) są bardzo drogie. Z tych to względów instalacje kolektorów słonecznych powietrznych nie wyposaża się w magazyny ciepła.

Zastosowanie

Kolektory powietrzne stosowane są głównie do suszenia płodów rolnych, wspomagania ogrzewania w budynkach wyposażonych w powietrzny system grzewczy oraz wentylacji wstępnie podgrzanym powietrzem. Sporadycznie spotykane jest równie˝ wykorzystanie kolektorów powietrznych do ogrzewania c.w.u. (stosując wymiennik ciepła: powietrze – woda). W Polsce stosowane są kolektory powietrzne w nieznacznym stopniu, przy czym budowane są przeważnie metodą gospodarską.

Zalety i wady stosowania kolektorów słonecznych powietrznych
Zalety:

• możliwość wykorzystywania energii w okresie największej jej dostępności,
• dostarczanie dużej ilości ciepła niskotemperaturowego,
• wydajność przy tym samym nakładzie finansowym jest lepsza o 8% (od zastosowania kolektorów cieczowych),
• instalacja z kolektorami powietrznymi jest tańsza i prostsza pod względem konstrukcji.

Wady:

• "niestabilność” źródła ciepła (konieczność stosowania dogrzewania w okresach niewystarczających warunków nasłonecznienia),
• bardzo ograniczona możliwość gromadzenia ciepła.

Podsumowanie
Kolektory słoneczne powietrzne, których historia w naszym kraju jest stosunkowo długa – pierwszy kolektor połowa lat sześćdziesiątych - zaczynają przeżywać renesans. Dawniej stosowane: proste – wykonane „po gospodarsku” do podsuszania płodów rolnych (z przepływem pod lub nad absorberem) zastępowane są powoli nowoczesnymi produktami komercyjnymi z przepływem pod i nad absorberem albo przepływem penetracyjnym.

Impulsem do powtórnego zainteresowania tymi urządzeniami było pojawienie się w ostatnich latach tych urządzeń na rynku oraz nowym możliwym kierunkiem zastosowania do podgrzewania i wentylacji budynków.

Symptomy te oraz niższa cena i mniej skomplikowana eksploatacja każą żywić nadzieję na znacznie większą popularność tych urządzeń w najbliższym czasie.

Autor: dr inż. Krystian Kurowski
"Magazyn Instalatora" Gdańsk