Kolektor słoneczny jest najważniejszym produktem jaki należy wybrać planując montaż instalacji słonecznej.

Przy tej okazji większość przyszłych użytkowników zastanawia się, czy wybór droższego kolektora próżniowego zostanie zrekompensowany wyższym uzyskiem słonecznym? Może lepiej zainwestować w większą powierzchnię tańszych kolektorów płaskich? W końcu, który typ kolektora jest lepszy, trwalszy, bardziej niezawodny i łatwiejszy w serwisie? Niestety na te pytania nie ma prostej i jednoznacznej odpowiedzi. Wybór między kolektorem płaskim a próżniowym rurowym powinien być uzależniony głównie od przeznaczenia i warunków pracy danej instalacji. Aby prawidłowo dokonać świadomego wyboru, w pierwszej kolejności należy zrozumieć najważniejsze różnice dzielące te dwa typy urządzeń.

 Zobacz także:

Kolektory słoneczne płaskie (z płaskim absorberem)

Jest to najczęściej stosowany typ kolektora, który schematycznie został przedstawiony na rysunku 1. W kolektorze płaskim promieniowanie słonecznie po przejściu przez przeźroczyste pokrycie (najczęściej hartowaną szybę) dociera do absorbera i zamieniane jest na ciepło. W ten sposób zgromadzona energia przekazywana jest do cieczy solarnej przepływającej przez rurki połączone trwale z płytą absorbera. W celu redukcji strat energii pod rurkami oraz na bokach kolektora znajduje się izolacja termiczna, jak również folia odbijająca promieniowanie cieplne.

Schemat kolektora płaskiego

Rys. 1. Schemat kolektora płaskiego, źródło: Viessmann

Kolektory słoneczne próżniowe rurowe (z absorberem w postaci rur próżniowych)
Podstawowym elementem kolektora próżniowego jest szklana rura o podwójnej ściance, zazwyczaj wykonana ze szkła borowo-krzemowego. Ścianki rur są połączone a powietrze znajdujące się między nimi jest wypompowywane w celu stworzenia próżni, która stanowi doskonałą izolację cieplną. Absorber w kolektorze próżniowym zazwyczaj nanoszony jest na zewnętrzną powierzchnię wewnętrznej ścianki szklanej rury. Z kolei do wewnętrznej powierzchni rury przymocowywana jest metalowa (aluminiowa lub miedziana) blacha, której zadaniem jest odebranie energii cieplnej z absorbera i przekazanie jej do ciepłowodu wypełnionego płynem niskowrzącym. Pod wpływem energii słonecznej płyn w parowniku zaczyna wrzeć i kieruje się ku górze, następnie w kondensatorze skrapla się i oddaje energię cieplną cieczy chłodzącej, którą stanowi płyn solarny. Ten typ kolektora, z uwagi na zastosowanie dwufazowej wymiany ciepła, określa się jako heat pipe („gorąca rurka” czy „ciepłowód”). Jest to obecnie najpopularniejszy rodzaj kolektora próżniowego rurowego na polskim rynku.

Schemat kolektora próżniowego

Rys. 2. Przekrój przez kolektor próżniowy rurowy typu heat pipe, źródło: Viessmann

 

Cały artykuł – GLOBEnergia 1/2010

kolektory słoneczne zestaw artykułów

Trzecim rodzajem kolektora próżniowego rurowego, jaki można spotkać na polskim rynku jest heat pipe z listkiem absorbera umieszczonym wewnątrz pojedynczej, przeźroczystej rury próżniowej. Często ten typ kolektora oznaczany jest skrótem SHCMV (patrz słownik). W tym przypadku energia cieplna zgromadzona na absorberze przekazywana jest bezpośrednio do ciepłowodu, który razem z absorberem znajduje się wewnątrz próżniowej rury. Takie rozwiązanie do minimum ogranicza straty ciepła, a kolektory tego typu charakteryzują się dużymi uzyskami słonecznymi, pracując bardzo efektywnie także w niskich temperaturach otoczenia. Niestety konstrukcja ta nie jest pozbawiana wad.

 

Schemat kolektora typu heat pipe

Rys.3. Schemat budowy oraz zasada działania kolektora próżniowego rurowego typu heat pipe. źródło: Eco-Schubert

Różnice w budowie poszczególnych typów kolektorów
Różnice w budowie poszczególnych typów kolektorów mają zasadniczy wpływ na sprawność oraz uzysk energii. W celu porównania poszczególnych urządzeń, należy odwołać się do parametrów wyznaczanych laboratoryjnie. Podczas testów kolektora wyznaczany jest szereg parametrów. Dla użytkownika szczególne znaczenia mają: sprawność optyczna oraz wskaźniki przenikania ciepła k1, k2. Jednym z często popełnianych błędów jest opieranie się w porównaniach wyłącznie na sprawności optycznej. Wielu użytkowników zapomina, że na rzeczywistą sprawność, a co za tym idzie uzysk energii z kolektora, duży wpływ ma także rodzaj zastosowanej izolacji, czyli wspomniane wskaźniki k1 oraz k2 (im niższe tym mniejsze straty ciepła).

Oprócz wyraźnych różnic w parametrach cieplnych, kolektory płaskie oraz próżniowe różnią się także parametrami hydraulicznymi. Wymiana ciepła w kolektorach próżniowych jest zazwyczaj dwufazowa (wszystkie rodzaje heat pipe), pozwala to na uzyskanie wysokich temperatur przy niskich oporach przepływu. W przypadku kolektorów płaskich, gdzie wymiana jest jednofazowa, opory przepływu są znacznie wyższe, a uzyskane temperatury niższe.

Który kolektor wybrać?
Różnice w budowie kolektorów próżniowych i płaskich są dość znaczne, co za tym idzie – ich przeznaczenie jest odmienne. Kolektory próżniowe, z uwagi na swoje zalety, które zostały opisane wcześniej, doskonale nadają się do pracy w niskich temperaturach i przy małym natężeniu promieniowania. Praktyka pokazuje, że dobre próżniówki mogą być do 30% bardziej wydajne w okresie zimowym od kolektorów płaskich. Z kolei wysoka sprawność optyczna kolektorów z płaskim absorberem przekłada się na wyższe uzyski w okresie letnim. Różnice te sprawiają, że sumarycznie w okresie całego roku kolektory płaskie są zazwyczaj zaledwie o 10% mniej wydajne od próżniowych. Wszystko zależy jednak od przeznaczenia instalacji i okresów jej pracy. W szczególnych przypadkach różnice w uzysku słonecznym przy poszczególnych typach kolektorów mogą być znaczne.

Ze względu na swoje zalety kolektory płaskie polecane są we wszelkiego rodzaju instalacjach sezonowych pracujących w okresie letnim. Doskonale spisują się w instalacjach podgrzewających wodę w basenach, instalacjach do podgrzewania ciepłej wody w domach jednorodzinnych, na kampingach czy w letnich schroniskach. Z kolei kolektory próżniowe są praktycznie niezastąpione w instalacjach projektowanych do wspomagania centralnego ogrzewania czy instalacjach CWU przy zakładanym wysokim pokryciu solarnym. Musimy też mieć na uwadze, że kolektory płaskie są znacznie tańsze w przeliczeniu na m² od próżniowych. Niższa cena sprawia, że ten typ kolektorów jest częściej wybierany i ma obecnie ok 90% polskiego rynku. Nie jest jednak prawdą, że kolektory płaskie nadają się do każdej instalacji, a braki w niskiej sprawności zimą można nadrobić zwiększając powierzchnię. Przy średnich wartościach natężenia promieniowania słonecznego w grudniu czy styczniu, które mieszczą się w przedziale 50–100 W/m² kolektor płaski będzie w stanie podgrzać wodę do znacznie niższej temperatury niż kolektor próżniowy.

Jak porównać powierzchnię kolektorów?
W kolektorach mamy do czynienia w wieloma różnymi powierzchniami: netto, brutto absorbera, apertury. Jeżeli w przypadku kolektorów płaskich, biorąc te same powierzchnie (np. absorbera) porównanie jest stosunkowo proste. To w przypadku porównania dwóch typów kolektorów trzeba być już bardzo ostrożnym. Nie zaleca się porównywania kolektorów próżniowych po powierzchni absorbera, gdyż takie porównanie często nie będzie obiektywne. W tym typie kolektora absorber zazwyczaj napylany jest na wewnętrznej ścianie szklanej rury. Walcowaty kształt absorbera sprawia, że nie jest on równomiernie oświetlany. Często zdarza się, że promieniowanie słoneczne jest dodatkowo odbijane za kolektorem i skupiane na absorberze. Różnorodność w budowie kolektorów próżniowych sprawia, że jedynym bezpiecznym sposobem porównywania wielkości tych kolektorów jest opieranie się na powierzchni apertury, która dla każdego kolektora (płaskiego czy próżniowego) powinna zostać wyznaczona i odpowiada powierzchni efektywnej. (…)

Bogdan Szymański

Cały artykuł – GLOBEnergia 1/2010

kolektory słoneczne zestaw artykułów