BACHUS

KOLEKTORY SŁONECZNE

CIEPŁO ZA DARMO
instalacje solarne

 

Kolektory próżniowe – wady i zalety

   

Coraz większe zainteresowanie kolektorami słonecznymi doprowadziło do zainteresowania również kolektorami próżniowymi, ponieważ badania sprawności kolektorów próżniowych potwierdziły ich większą sprawność w stosunku do płaskich, ale w ślad za tym zaczęły powstawać mity o osiągach tych kolektorów. Oczywiście, że dobrze wykonane kolektory próżniowe mają większą sprawność niż płaskie, ale duża część zlewających nasz rynek kolektorów próżniowych nie spełnia podstawowych wymogów pomimo tego iż sama zasada działania kolektorów próżniowych jest świetna.

 

Te, które opisujemy to kolektory produkcji chińskiej zalewające ostatnio nasz rynek, pod względem wizualnym niewiele się różniące od wyrobów wiodących firm (pomimo tego, że te również znaczącą część produkcji wykonują w Chinach) - jednak cała tajemnica tkwi wewnątrz rury kolektora. Postaramy się Państwu bliżej zaprezentować budowę i zasadę ich działania oraz jak je rozpoznawać.

W związku z małą wiedzą na temat działania kolektorów słonecznych wielu potencjalnych klientów napotyka na trudność w dokonaniu prawidłowej ich oceny i właściwej analizy opłacalności dokonywanego wyboru. Brak wiedzy technicznej oraz niekoniecznie prawdziwe obiegowe opinie narażają klientów na niepotrzebne nadmierne wydatki, nie przynoszące oczekiwanych efektów.. Przede wszystkim przy wyborze należy zwrócić uwagę na: wewnętrzną budowę, ilość rur próżniowych i ich średnicę. Są kolektory, które posiadają pięć rur i te to chyba zabawki, a są też takie co maja dziesięć rur i są kolektory które posiadają ponad dwadzieścia. Są kolektory, gdzie średnica zewnętrzna rury wynosi 47 mm i te ze względu na małe powierzchnie i długości mają małe osiągi energetyczne, a są kolektory o średnicy rur 72 mm, te zaś ze względu na gabaryty mają największe uzyski energetyczne.

W kolektorze płaskim obliczenie powierzchni apertury (powierzchni czynnej absorbera, na której wytwarzane jest ciepło) jest proste: szerokość razy wysokość absorbera. W kolektorze próżniowym istnieje istna „wolna amerykanka” przy obliczaniu powierzchni. Nierzetelne podawanie powierzchni (na ogół zawyżanie) powierzchni apertury prowadzi do błędnego obliczenia ilości kolektorów w instalacji solarnej w stosunku do zapotrzebowania na ciepło. Dla przykładu prześledźmy kolektor składający się z 15 rur o średnicy 58 mm i o długości 1800mm bez lustra.  Do obliczeń przyjmujemy średnicę wewnętrznej rury na której napylony jest absorber, która ma średnicę 47mm.

0,047mX3,14X1,8mX15szt=3,98m2

Wydawać by się mogło dużo, ale ponieważ pod rurę promienie nie docierają oraz na skraju pólkola rury ogrzewają ją najsłabiej, dla tego musimy tę wartość uśrednić dzieląc ją przez 3 co daje nam powierzchnie 1,33m2

Wiele firm sprzedających kolektory do obliczeń  przyjmuje  jednak średnicę 58 mm, a ponieważ warstwa absorpcyjna napylona jest na wewnętrznej   rurze, której średnica wynosi 47mm to właśnie tę wartość powinni wziąć do obliczeń . Wiele firm do obliczeń przyjmuje obwód rury, a przecież promienie padają co najwyżej na jej połowę wystawioną na słońce, druga połowa – przeciwna do słońca jest przecież zacieniona. Inaczej wygląda problem wyliczenia powierzchni gdy kolektor posiada pod rurami lustro, paraboliczne lub płaskie. Zastosowanie lustra jak by się mogło wydawać nie spowoduje nam oświetlenia rury od spodu w takim samym stopniu jak oświetlenie bezpośrednie dla tego przyjęcie powierzchni absorbcyjnej wynikające z obwodu rury jest dużym błędem. Wynika to z faktu, że promienie padają na lustro szczeliną między rurami i to też nie zawsze. Im większy kąt padania tym szczelina jest coraz mniejsza aż do momentu gdy jeda rura przesłania drugą (wschód, zachód ). Dla naszego kolektora powierzchnię trzeba powiększyć średnio o ok.0,5m2 i nasz kolektor z lustrem będzie miał już powierzchnie absorbcyjną 1,88m2..

Wiele nierzetelnych firm sugeruje powierzchnie zabudowy kolektora jako powierzchnie apertury co prowadzi do kuriozalnych wyników

Następną fikcyjną liczbą to sprawność kolektora. Wiele firm podaje ten parametr na poziomie  95% i jest to parametr prawdziwy ale dla powłoki absorbcyjnej a nie dla całego kolektora  Ponieważ przekazanie ciepła z powłoki do czynnika to długa droga o czym poniżej.

Obecnie na polskim rynku najbardziej popularne są trzy typy kolektorów pod względem rozwiązań konstrukcyjnych:

  1. z gorącą rurką tak zwane „heat pipe” („gorąca rurka” czy "ciepłowód )"- rura miedziana umieszczona w środku rury próżniowej w której znajduje się czynnik o niskiej temperaturze wrzenia), z dwufazową wymianą ciepła i z absorberem naniesionym na zewnętrzną ściankę wewnętrznej, podwójnej rury „termosu”
  2. o przepływie przez U rurkę z absorberem naniesionym na zewnętrzną ściankę wewnętrznej podwójnej rury
  3. heat pipe”  z listkiem absorbera umieszczonym wewnątrz pojedynczej, przezroczystej rury próżniowej.

 

 W płaskim kolektorze przepływ ciepła z absorbera do czynnika grzewczego jest stosunkowo prosty - rury z czynnikiem przymocowane są bezpośrednio do absorbera, gdzie w bezpośredni sposób ciepło przekazywane jest do czynnika grzewczego.

 

W pierwszym typie kolektorów próżniowych droga ciepła z rury do glikolu jest skomplikowana: ciepło wytwarza się na zewnętrznej ściance wewnętrznej rury, a więc na szklanej rurze. Ciepło musi więc w jakiś sposób być przekazywane do parownika „gorącej rurki”. Przekazanie tego ciepła w większości kolektorów następuje poprzez kontakt wyprofilowanych kawałków taśmy aluminiowej między szkłem a rurą parownika. Niestaranne dopasowanie blachy do ścianek rury powoduje zły kontakt ze szkłem, przez co przewodzenie ciepła między szkłem a rurą parownika jest kiepskie, gdyż ciepło przekazywane być musi poprzez powietrze znajdujące się wokół blachy (rys.1).

rys1                                                                rys.2

Efektywne przekazanie ciepła następuje tylko w miejscach styku blachy ze szkłem, gdyż powietrze zawarte pomiędzy nimi izoluje je.  Następnie z taśmy aluminiowej ciepło wędruje do parownika, gdzie znowu powstaje problem styku taśmy aluminiowej z rurą parownika. Na skutek ogrzania rury parownika zawarty w niej ciekły czynnik paruje, jednocześnie zużywająć część ciepła na przemianę fazową i skraplając się w skraplaczu ogrzewa go do znacznej temperatury. Sam skraplacz umieszczony jest na końcu parownika w formie charakterystycznego zgrubienia rury i jest on wetknięty w magistralę zbiorczą kolektora (rys 2). Tu ciepło przekazywane jest znów przez kontakt na styku skraplacza z magistralą zbiorczą

rys3                                                               rys4

Podobnie jak poprzednio wyprofilowana taśma aluminiowa „gubi” znaczną część ciepła na styku rura szklana - taśma aluminiowa i taśma aluminiowa - rura miedziana. W modelu przedstawionym na zdjęciu (rys3) jak widać, blachy są już bardziej starannie wyprofilowane, jednak  część „u rurki” nie jest opasana przez taśmę aluminiową, przez co transport ciepła odbywa się tylko górną rurką (rys 4). Aczkolwiek ciepło przekazywane jest z taśmy aluminiowej poprzez „U” rurkę do czynnika grzewczego to powierzchnia, którą jest ono przekazywane jest o wiele większa niż w kolektorze wcześniej rozpatrywanym. Sprawność tego typu kolektora jest już większa. Należy w tym miejscu wyraźnie zaznaczyć, że kolektory z "u rurką nie są kolektorami o bezpośrednim przepływie typu  "direct flow"

Niebagatelny wpływ na uzysk energetyczny kolektora ma również kąt pochylenia, wszak w okresach zimowych jest on bardzo niekorzystny. Jeżeli podczas pięknej słonecznej pogody natężenie promieniowania wynosi: ok. 1000 W/m 2, to podczas pełnego zachmurzenia wartość ta wynosi 100-200 W/m 2. Wynika to z tego, że promieniowanie podczerwone pochłaniane jest przez warstwę chmur, a stanowi ono lwią część energii słonecznej. Ponieważ do kolektora dochodzi tylko światło widzialne i ono jest „przetwarzane” na ciepło, ilość ciepła wytwarzanego przez kolektor jest niewielka. Jednocześnie oddawanie ciepła do atmosfery, czyli straty kolektora zależą tylko od jego izolacyjności. I w tym przypadku, kolektor próżniowy jest lepszy od płaskiego – izolację kolektora próżniowego tworzy właśnie próżnia. Niestety, sposób odbioru ciepła z kolektora próżniowego do instalacji właściwie niweluje tę przewagę zwłaszcza, że te minimalne ilości ciepła właściwie pochłaniane są przez wymienione powyżej kolejne etapy jego przekazywania.

Duże znaczenie ma również temperatura stagnacji rury próżniowej, a zależy ona od materiału, z jakiego wykonana jest warstwa absorpcyjna napylona na szkło. Najprościej ujmując najniższe temperatury stagnacji osiągają rury na podwarstwie aluminiowej, osiągając temperaturę ok. 210oC zaś największe na podwarstwie miedzianej ponad 300oC. Różnice w ich budowie można poznać po barwie wnętrza termosu: srebrzyste są pokryte aluminium, czerwonawe - miedzią.

     Opisywane kolektory próżniowe mają  wspólną wadę konstrukcyjną a mianowicie system połączeń kolektorów w baterie. Rzadko kiedy stosuje się jeden kolektor, a prawie zawsze zachodzi konieczność połączenia kolektorów w baterie składające się 2, 3, 4 do 5 sztuk. Układ połączeń jest tak rozwiązany, że z jednej strony podłączamy rurę z zimnym glikolem a drugiej odbieramy już ogrzany. Jeżeli podłączymy w szereg więcej rur to występuje taka sytuacja, że już podgrzany glikol z poprzedniej rury jest ogrzewany przez następną.

 

 

rys5 

Na rys 5 zaznaczono kolorami rozkład temperatury w magistrali zbiorczej takiego zestawu. To kaskadowe (szeregowe) połączenie skutkuje spadkiem sprawności każdej następnej rury kolektora i niepotrzebnego przegrzania ostatnich rur w baterii, przez co sprawność ich jest minimalna.

Tą wadę konstrukcujną możemy poznać po tym, że kolektor po jednej stronie posiada  wlot a po drugiej wylot z magistrali zbiorczej   

Trzeci typ kolektora próżniowego jest jakby połączeniem kolektora płaskiego i próżniowego.

 

rys. 6

 Ciepło wytwarzane jest na płaskim listku absorbera, do którego przymocowana jest bezpośrednio  rurka działająca na zasadzie przemiany fazowej ( heat pipe )  (rys 6).  Tak wykonane rury próżniowe w dużym stopniu eliminują wady przekazywania ciepła jednak są to heat pipe

 

Firma „BACHUS” jako wieloletni producent kolektorów płaskich wprowadziła do produkcji wysokoenergetyczne kolektory próżniowe typu "direct flow". Bazując na doświadczeniach produkcji i montażu kolektorów płaskich nasi inżynierowie stworzyli wyjątkową konstrukcję kolektora próżniowego. W kolektorze próżniowym, w którym pod wpływem promieniowania rozgrzewana jest wewnętrzna rura, umieszczono specjalnie wyprofilowany tubus, który jest galwanicznie scalony z miedzianą rurką przez którą czynnik grzewczy pompowany jest na dno rury próżniowej. Tak dobrana konstrukcja ( rys. 7 ) pozwala nam przekazać ciepło z wysoko energetycznej warstwy absorpcyjnej bezpośrednio do czynnika grzewczego nie powodując praktycznie żadnych strat cieplnych. Po przez to unikalne wykonanie absorbera nasi konstruktorzy wyeliminowali wszystkie wady przestarzałej konstrukcji kolektora typu heat pipe podnosząc w znacznym stopniu jego sprawność. Sprawność kolektora typu "direct flow" w stosunku do  'heat pipe" wynosi ok. 30% więcej. Rury próżniowe zastosowane w kolektorze wykonane są ze szkła borosilikatowego odpornego na uszkodzenia mechaniczne / grad / gdzie zastosowano pięciowarstwową warstwę absorpcyjną na bazie czystej metalicznej miedzi.   Magistralę zbiorczą stanowią dwie rury: do jednej podłączona jest instalacja zasilająca kolektory czynnikiem grzewczym z drugiej odbieramy ogrzany czynnik grzewczy tak jak w kolektorze płaskim, przez co można połączyć kolektory w szereg i wszystkie rury zestawu będą pracowały z tą samą sprawnością ( rys 8 ). 

 

 

 

 

                                                                                                    rys 7

1 rurka doprowadzająca zimny czynnik

2 rurka odprowadzająca ogrzany czynnik

3 zewnętrzna część rury próżniowej

4 przestrzeń próżni

5 wewnętrzna część rury próżniowej

6 przestrzeń powrotu ogrzanego czynnika

7 wypełnienie rury próżniowej

 

 

                                                                rys 8                                                             

 

Zastosowanie takiej metody przepływu spowodowało ułatwiony montaż kolektorów przez instalatorów.  Podczas słonecznej pogody rury magistral zbiorczych do których podłącza się instalacje pozostają ledwo ciepłe i nie parzą podczas podłączania. Zjawisko to występuje dla tego, że kolektory są montowane w stanie suchym i nie ma czynnika który przekazał by ciepło do magistral zbiorczych

Kolektory sprzedawane są w stanie zmontowanym, bo wiemy, jak trudno jest montować zestaw na skośnym dachu, balansując z poszczególnymi rurami, a niestety olbrzymia większość kolektorów próżniowych sprzedawana jest  klientom w częściach, które trzeba składać dopiero na miejscu.

 

 

Copyright © Sitename.com. All rights reserved. Design by Stylish Website Templates
Zdjęcia, wykresy, rysunki chronione ustawą o prawie autorskim i prawach pokrewnych DU nr 24/94 poz 83 z dnia 4 II 1994.
Właścicielem jest firma BACHUS