Biblioteka
Kolektory płaskie i próżniowe

Kolektory płaskie i próżniowe

Dodano: poniedziałek, 25 października 2010 10:32

Zastanawiając się nad wyborem kolektorów słonecznych, musimy przede wszystkim określić swoje oczekiwania. Czy instalacja ma podgrzewać wodę tylko w sezonie letnim czy przez cały rok? A może rozważamy też jej wykorzystanie także do dogrzewania budynku?

Spis treści
» Kolektory płaskie
» Rurowe kolektory próżniowe
» Ciepło z kolektora
» Ważne parametry kolektorów
» Podsumowanie
   »Pokaż wszystko

Zasada działania każdego kolektora słonecznego jest taka sama: docierające do niego promieniowanie słoneczne jest zamieniane na ciepło, które następnie jest kierowane do instalacji domowej, gdzie służy do przygotowania ciepłej wody użytkowej, rzadziej - do ogrzewania pomieszczeń. Rynek jest obecnie zdominowany przez dwa typy kolektorów - płaskie i próżniowe.

Kolektory płaskie

Rys. 1 Budowa kolektora płaskiego

Promieniowanie słoneczne pochłaniane jest w nich przez płaską metalową płytę nazywaną absorberem, która nagrzewa się i przekazuje ciepło do wypełnionych roztworem glikolu rurek stykających się ze jej spodem. Ogrzany płyn płynie przewodami do wymiennika ciepła umieszczonego w zasobniku ciepłej wody, po czym ochłodzony powraca do kolektora.

Obudowa kolektora słonecznego musi go chronić przed uszkodzeniami, dlatego od góry przykrywa go tafla szkła odpornego na grad. Obudowa zapobiega też ucieczce ciepła z kolektora do otoczenia, dlatego jest izolowana termicznie - najczęściej wełną mineralną. Sama płyta absorbera jest pokryta specjalną powłoką, która bardzo skutecznie pochłania promieniowanie słoneczne, lecz sama wypromieniowuje niewiele ciepła.

Rurowe kolektory próżniowe

Rys. 2 Budowa rury kolektora próżniowego z tzw. ciepłowodem

Składają się z wielu szklanych rur, wewnątrz których znajduje się element absorbujący promienie słoneczne. W rurach panuje próżnia, która jest niemal doskonałym izolatorem, zatem straty pozyskanego przez absorber ciepła są znikome.

Absorberem może być:

  • metalowa blaszka;
  • druga szklana rurka z naniesionymi na zewnętrzne ścianki związkami metali, które poprawiają absorpcję promieniowania słonecznego;

Ciepło absorber przekazuje albo umieszczonej wewnątrz szklanej rury rurce z glikolem, albo tzw. ciepłowodowi (heat pipe), musi ono dalej trafić do instalacji. W tym celu poszczególne rury łączy łączy "szyną zbiorczą" (np. rurką, przez którą przepływa roztwór glikolu). Połączenia elementów muszą zapewniać z jednej strony efektywne przekazywanie tego ciepła, a równocześnie - nie mogą powodować nadmiernych jego strat do otoczenia. Spełnienie tych warunków jest trudne.

Rurowe kolektory próżniowe mogą dość skutecznie wykorzystywać także promieniowanie padające na rury z boku, a dodatkowo często wyposaża się je w zwierciadła paraboliczne skupiające światło na absorberze.

Ciepło z kolektora

W tradycyjnej instalacji grzewczej dysponujemy pewną ilością paliwa, dzięki któremu możemy podgrzać określoną ilość wody do żądanej temperatury, choć jeśli paliwa jest mało, to i wody podgrzejemy niewiele.

Instalacja solarna działa jednak inaczej. Zamiast paliwa wykorzystujemy promieniowane słoneczne, którego intensywność jest od nas w zasadzie niezależna i zmienia się wraz z porą roku. Na miesiące letnie, od maja do końca sierpnia, przypada ok. 60% energii docierającej do nas ze słońca, a od listopada do lutego jest to zaledwie ok. 10%. W związku z tym kolektor - ani próżniowy, ani płaski - nie jest w stanie pokryć zimą zapotrzebowania na c.w.u., a tym bardziej nie nadaje się na główne źródło ciepła dla domu, bo zimą potrzebujemy go przecież najwięcej.

Możliwości wykorzystania kolektora słonecznego zależą też w dużym stopniu od jego strat ciepła, które są tym większe im mniej skuteczna jest jego izolacja. Rzecz w tym, że kolektor o słabej izolacji pochłonie co prawda pewną ilość promieniowania słonecznego nawet gdy temperatura otoczenia jest bardzo niska (czym chętnie pochwali się sprzedawca), ale ten zysk energii będzie miał tylko teoretyczne znaczenie, bo powstałe ciepło i tak ucieknie do otoczenia. W praktyce potrzebna jest przynajmniej kilku-, czy kilkunastostopniowa różnica temperatury pomiędzy wodą w zasobniku a płynem solarnym z kolektora. Zdecydowanie lepszą izolacyjność oferują kolektory próżniowe, dlatego są wydajniejsze w niskiej temperaturze.

W grudniu czy styczniu, gdy temperatura spada poniżej zera (choćby tylko do -2°C) płyn z kolektora płaskiego będzie miał np. temperaturę zaledwie 10°C, czyli tyle co zimna woda wodociągowa. Jego ciepła więc nie wykorzystamy.

W takich warunkach kolektor próżniowy pozwoli zaś uzyskać temperaturę ok. 20°C, może więc wstępnie podgrzać wodę. Do żądanej temperatury dogrzeje ją następnie konwencjonalne źródło ciepła (kocioł, grzałka elektryczna itp.). Uwaga! Zwiększenie powierzchni kolektorów będzie w tej sytuacji niemal bezowocne - woda w zasobniku i tak nie osiągnie wyższej temperatury niż płyn ogrzany przez kolektor.

Zastosowanie próżni jako izolacji pozwala zminimalizować straty ciepła do otoczenia (Hartman)

Efektywność działania kolektorów w różnych miesiącach można nieco poprawić, dobierając odpowiednio ich kąt nachylenia do poziomu:

do 30° - jeśli zależy nam na wykorzystaniu kolektorów głównie latem, bo np. podgrzewamy wówczas wodę w basenie albo prowadzimy pensjonat i gości mamy niemal wyłącznie latem. Lepszym wyborem będą wówczas kolektory płaskie;

ok. 50° to najczęstsze rozwiązanie, dobre gdy kolektory podgrzewają c.w.u dla kilku osób. Zapewnia zwiększenie uzysku energii wiosną i jesienią, zimą zaś i tak możliwości kolektorów są bardo słabe, natomiast latem mamy raczej nadmiar ciepła do wykorzystania. Kolektory próżniowe będą w tej sytuacji nieco bardziej wydajne;

80°-90° - gdy mimo wszystko zależy nam na zwiększeniu zysków z kolektora zimą. Taka instalacja będzie musiała być zdecydowanie większa niż typowa, co zrównoważy wpływ niekorzystnego ustawienia w sezonie letnim. W tym przypadku uzasadnione jest stosowanie tylko kolektorów próżniowych.