Minimum kosztów, maksimum zysków. Jak dobrać kolektor do potrzeb i do rodzaju instalacji


Latem, zwłaszcza w słoneczne i upalne dni, pomysł wykorzystania darmowej energii słonecznej do ograniczenia wydatków na energię wydaje się bardziej realny niż kiedy indziej. Zanim jednak podejmie się jakieś decyzje, trzeba dobrze ocenić koszty inwestycji i potencjalne zyski.

Pieniądze wydane dzisiaj na solarny system grzewczy mogą nas zabezpieczyć przed skutkami systematycznego wzrostu cen gazu, oleju czy energii elektrycznej oraz przed możliwymi skokami tych cen. W wielu krajach europejskich zauważono już te korzyści. Tam rynek kolektorów słonecznych funkcjonuje całkiem nieźle.

Kolektory na świecie
W 2003 r. powierzchnia wszystkich kolektorów zainstalowanych w 35 krajach świata wynosiła 132 mln m², a ich moc cieplna – 92,7 GW, w tym moc kolektorów płaskich i tubowych próżniowych do podgrzewania wody i ogrzewania – 69,5 GW, a kolektorów elastycznych do ogrzewania wody w basenach kąpielowych – 22 GW. Reszta – 1,2 GW – to kolektory powietrzne do suszenia płodów rolnych i do powietrznych systemów grzewczych.
Najwięcej kolektorów cieczowych płaskich i tubowych zainstalowano na Cyprze, w Izraelu, w Grecji i na Barbadosie: odpowiednio 59, 52, 21 i 18 MW na 100 000 mieszkańców. W dalszej kolejności są Turcja, Japonia, Australia, Niemcy i Dania z nieco gorszymi wynikami – między 9 a 4 MW na 100 000 mieszkańców.

Po prostu wymiennik

Kolektory słoneczne to po prostu wymienniki ciepła służące do zamiany elektromagnetycznej energii promieniowania słonecznego na ciepło. Można ich używać do ogrzewania wody i pomieszczeń, ale też do produkcji elektryczności czy realizacji procesów chemicznych.
Czynnikiem roboczym w kolektorze może być ciecz lub powietrze, stąd podział kolektorów na wodne i powietrzne. W budownictwie wykorzystuje się jedynie kolektory niskotemperaturowe, ale są jeszcze średnio- i wysokotemperaturowe.
Najważniejszym elementem kolektora jest absorber, czyli płyta pokryta od strony czołowej cienką warstwą niklu, czarnej miedzi lub innego związku chemicznego o dużym współczynniku pochłaniania promieniowania słonecznego, ale o małym współczynniku emisji promieniowania cieplnego (stąd nazwa absorbera – selektywny). Do absorbera są przyspawane, przylutowane lub „dociśnięte” rurki, które tworzą kanały przepływowe dla czynnika roboczego.

Płaski cieczowy kolektor promieniowania słonecznego

Jest prostym i efektywnym urządzeniem do konwersji termicznej energii promieniowania słonecznego stosowanym w przypadkach, gdy temperatura czynnika roboczego może być niższa niż 100°C. Takie kolektory są od wielu lat wykorzystywane do ogrzewania wody użytkowej, a ostatnio coraz częściej również do ogrzewania pomieszczeń, rybnych stawów hodowlanych oraz basenów kąpielowych.


Inaczej są wykonane kanały przepływowe w absorberach typu „sandwich”. Powstają one w wyniku wtłaczania czynnika roboczego między dwa arkusze blachy zgrzane termicznie na krawędziach i w odpowiednich miejscach.
Kanały przepływowe są ze sobą połączone, tworząc układ przepływowy o różnych konfiguracjach.

Ułożenie kanałów przepływowych w absorberze

Absorber z kanałami pionowymi o takich samych oporach przepływu dla każdego kanału jest najbardziej przydatny do wszelkich możliwych zastosowań (układy z cyrkulacją naturalną lub z pompą cyrkulacyjną). Kolektory z jednym kanałem przepływowym przy tym samym znamionowym strumieniu masy przepływającego czynnika umożliwiają uzyskanie przepływu turbulentnego – korzystnego z punktu widzenia wymiany ciepła – i mają nieznacznie większą sprawność energetyczną, ale również znacznie większe opory przypływu w porównaniu z kolektorami wielokanałowymi. Opory przepływu należy uwzględnić przy łączeniu pojedynczych kolektorów w baterie i doborze pompy cyrkulacyjnej.


Część przepływowa kolektora jest umieszczona w obudowie izolowanej cieplnie od spodu i z boku materiałem o małym współczynniku przewodzenia ciepła (na przykład wełną mineralną lub pianką poliuretanową).
Od góry kolektor jest przekryty przezroczystą przegrodą z szyby lub izolacji transparentnej. Między nią a powierzchnią absorbera jest szczelina powietrzna lub próżniowa. Jej zadaniem jest minimalizacja strat ciepła przez konwekcję od powierzchni absorbera.
W obudowie kolektora znajdują się otwory wentylacyjne zabezpieczające przekrycie i absorber przed zaparowaniem.

Nie tylko płaskie

Oprócz najpopularniejszych – płaskich – są też inne rodzaje kolektorów, na przykład próżniowe, z rurami cieplnymi i elastyczne.
Kolektory próżniowe, których absorber jest umieszczony w próżniowej rurze lub w próżniowej prostopadłościennej obudowie, mają najniższe straty cieplne. Ich efektywność energetyczna jest wyższa niż płaskich, zwłaszcza gdy temperatura na zewnątrz jest niska (różnica między temperaturą czynnika roboczego a otoczeniem jest duża). Najlepiej nadają się do współpracy z konwencjonalnymi systemami ogrzewania. Mają jednak niekorzystne właściwości optyczne.
Kolektory z rurami cieplnymi to urządzenia bardziej wyrafinowane. Energia promieniowania słonecznego jest odbierana z absorbera w czasie odparowywania czynnika umieszczonego w pojedynczych rurach ciepła. Czynnik roboczy po kondensacji poza absorberem spływa grawitacyjnie z powrotem do części rury ciepła umieszczonej w obrębie absorbera. Rura ciepła umożliwia przekazywanie strumienia ciepła o dużej gęstości nawet wtedy, gdy różnica temperatury jest niewielka. Kolektory próżniowe z rurami ciepła mogą być wydajne energetycznie w instalacjach ogrzewania pomieszczeń.
Kolektory elastyczne – najprostsze wśród cieczowych niskotemperaturowych – mają absorbery z tworzyw sztucznych. Czasem są to nawet same absorbery składające się z mat lub rur z tworzywa sztucznego, bez szklanego przekrycia i izolacji termicznej. Ten rodzaj kolektorów jest przydatny zwłaszcza do ogrzewania basenów kąpielowych.
W Polsce wiele firm produkuje lub oferuje importowane kolektory i całe systemy solarne. Producenci stale dążą do polepszenia właściwości tych urządzeń (przykładowe charakterystyki termiczne wybranych płaskich kolektorów cieczowych różnych firm).

Chatakterystki termiczne kolektorów

Zaprezentowane kolektory płaskie różnią się wyraźnie wielkością strat cieplnych (różne kąty pochylenia linii sprawności). Różnice są niewielkie jedynie dla małych wartości temperatury zredukowanej charakterystycznych dla warunków pracy kolektora podgrzewającego wodę, na przykład w basenie kąpielowym. W tym przypadku strumień wody przepływający przez kolektor jest duży, ale wymaga ona podgrzania zaledwie o kilka stopni. Wartość temperatury zredukowanej jest zatem niewielka, a sprawność duża. Czynnikami decydującymi o wyborze któregoś z zaprezentowanych kolektorów właśnie do podgrzewania wody w basenie powinny więc być cena i trwałość, a nie sprawność.

W typowych warunkach eksploatacji instalacji słonecznych w naszym kraju zyski energetyczne nie zależą w istotny sposób od rodzaju zastosowanych kolektorów. Równie duże znaczenie jak sprawność cieplna kolektora mają więc jego trwałość i estetyka wykonania.
Mimo to bardzo ważne jest prawidłowe dobranie kolektora do funkcji, jaką ma pełnić (podgrzewanie wody lub/i ogrzewanie), i rodzaju instalacji, w której ma być zainstalowany (praca całoroczna lub sezonowa, wielkość zbiornika akumulującego ciepło, charakterystyka odbioru ciepłej wody użytkowej, rodzaj i elementy konwencjonalnego systemu grzewczego).

Promieniowanie słoneczne w Polsce

Możliwość wykorzystania energii słonecznej oraz opłacalny okres eksploatacji instalacji słonecznych zależą od warunków klimatycznych. Wielkość promieniowania słonecznego
docierającego przez atmosferę do powierzchni Ziemi jest określana przez następujące wskaźniki:
- gęstość strumienia całkowitego promieniowania słonecznego lub w skrócie – promieniowanie słoneczne całkowite [W/m²], czyli sumę promieniowania bezpośredniego (dochodzącego z widocznej tarczy słonecznej) i rozproszonego;
- napromieniowanie [J/m²], czyli energię padającą na jednostkę powierzchni w ciągu określonego czasu (godziny, dnia, miesiąca, roku);
- nasłonecznienie [h], czyli liczbę godzin z bezpośrednio widoczną operacją słoneczną.
Jako normę dla Polski można przyjąć:
- wartość napromieniowania całkowitego w ciągu roku – 3600 MJ/m² ± 10%;
- średnie roczne napromieniowanie powierzchni poziomej obszaru Polski:
– 3832 MJ/m² – w Kołobrzegu,
– 3480 MJ/m² – w Warszawie,
– 3558 MJ/m² – w Zakopanem.
Zdecydowana większość rocznego nasłonecznienia (około 80%) przypada na sześć miesięcy od kwietnia do września. Dlatego do czasu opanowania technologii długoterminowego (sezonowego) magazynowania energii praktyczne wykorzystanie energii promieniowania będzie w Polsce efektywne jedynie przez sześć miesięcy – od kwietnia do września.
W całkowitym promieniowaniu słonecznym na obszarze Polski duży udział ma promieniowanie rozproszone. Średnio w skali roku blisko 50% energii dociera do powierzchni ziemi w postaci promieniowania rozproszonego. Udział ten jest większy zimą, sięga wtedy 77%.
Kolektory słoneczne ustawia się pod pewnym kątem do płaszczyzny poziomej, zależnym od czasu eksploatacji systemu słonecznego. Kolektor słoneczny powinien być skierowany na południe, wówczas jego azymut – czyli odchylenie od lokalnego południka mierzone względem kierunku południowego – wynosi 0, przy dopuszczalnym odchyleniu do kilkunastu stopni w kierunku zachodnim lub wschodnim.

Promieniowanie słoneczne w Warszawie

Można przyjąć, że średnie napromieniowanie miesięczne dla Warszawy jest reprezentatywne dla całego kraju.


Napromieniowanie powierzchni

Zależy ono od kąta pochylenia powierzchni względem poziomu i pory roku. Pionowe ustawienie odbiornika energii promieniowania słonecznego (na przykład umieszczenie go na ścianie domu) w dużym stopniu zmniejsza jego zysk energetyczny w okresie letnim. Promieniowanie odbite od podłoża stanowi tu już istotny składnik całkowitego napromieniowania. Natomiast zimą do powierzchni pionowej dociera praktycznie taka sama ilość energii słonecznej jak do powierzchni pochylonej pod kątem 45°. Kolektory płaskie absorbujące zarówno promieniowanie bezpośrednie, jak i rozproszone (również odbite) lepiej się nadają do zastosowania w polskich warunkach klimatycznych.
Parametrem linii jest okres użytkowania kolektorów: cały rok, 8 miesięcy (od marca do października włącznie), 6 miesięcy (IV-IX) i 4 miesiące letnie (V-VIII). Kąt optymalny zwiększa się wraz ze zwiększonym okresem użytkowania instalacji. Jest najmniejszy dla kolektorów wykorzystywanych latem. Ze względów praktycznych (zmywanie powierzchni kolektora wodą deszczową) zalecane jest przyjmowanie większych o kilka (kilkanaście) stopni kątów pochylenia kolektorów.


Instalacja słoneczna i jej zyski energetyczne

W słonecznych systemach przygotowania ciepłej wody użytkowej najczęściej są wykorzystywane zespoły lub pojedyncze moduły płaskich kolektorów słonecznych. W instalacjach termosyfonowych woda podgrzana energią słoneczną dopływa do górnej części zbiornika, natomiast chłodniejsza woda z jego dolnej części wskutek konwekcji naturalnej napływa do kolektora, tworząc obieg zamknięty. Instalacje takie mogą być wykorzystywane w domach letniskowych i w innych letnich obiektach rekreacyjnych. Ich wadą jest konieczność umieszczenia zbiornika akumulacyjnego minimum 30 cm powyżej górnej krawędzi kolektora słonecznego oraz oczywiście konieczność usunięcia wody zimą i w okresie przymrozków.

W systemach aktywnych zbiornik może być dowolnie zlokalizowany, bo przepływ czynnika roboczego wymuszają pompy cyrkulacyjne. W układach bezpośrednich nie ma wymienników ciepła, w pośrednich są i oddzielają obieg kolektorowy od obiegu wody użytkowej. Dzięki temu w obiegu kolektora można zastosować niezamarzający czynnik roboczy i instalacja może być użyteczna również wtedy, gdy temperatura otoczenia jest ujemna. Instalacje niezamarzającym czynnikiem roboczym w polskich warunkach klimatycznych mogą działać jako całoroczne.


Jak dobrać?

Głównym zadaniem w projektowaniu instalacji słonecznej do podgrzewania wody użytkowej jest dobór powierzchni kolektorów słonecznych w zależności od liczby osób i przypadającego na osobę zużycia ciepłej wody użytkowej oraz od ilości energii docierającej w danym rejonie do kolektora. Przyjmuje się, że instalacja słoneczna powinna pokryć 60-70% rocznego zapotrzebowania na ciepłą wodę użytkową (latem – nawet 90-100%).
Dokładne określenie potrzebnej powierzchni kolektorów wymaga przeprowadzenia obliczeń. Najdokładniejsze są symulacje numeryczne uwzględniające warunki klimatyczne i pełne charakterystyki elementów instalacji.
Wśród stosowanych powszechnie przybliżonych metod projektowania instalacji słonecznych warto wymienić metodę F-CHART. Pozwala ona na szacunkową ocenę stopnia pokrycia potrzeb cieplnych przez energię słoneczną w dłuższym okresie.
Dobierając wielkość kolektorów, można bazować na pewnych przyjętych standardach, na przykład 1,5 m² powierzchni kolektora na osobę, co często sugerują producenci. W standardowej instalacji takie założenia są poprawne.
Z 1 m² powierzchni typowego płaskiego kolektora można uzyskać 350-400 kWh energii rocznie. Kraje Europy Południowej są klimatycznie uprzywilejowane. W pozostałych uzyskuje się podobne wartości – 300-400 kWh rocznie z 1 m² kolektora słonecznego.

Podłączenie do istniejącej instalacji grzewczej

Instalacja słoneczna do podgrzewania ciepłej wody użytkowej nie może być jedyną o tej funkcji w domu. Nawet latem może się bowiem zdarzyć kilka następujących po sobie pochmurnych dni, w czasie których zapotrzebowanie na ciepło nie będzie mogło być pokryte przez instalację słoneczną, także taką, która jest wyposażona w kilkudniowy zasobnik akumulacyjny. Dlatego należy go połączyć również z konwencjonalnym systemem grzewczym.

Trzeba przy tym zwrócić uwagę na położenie króćców wlotowych i wylotowych:
- wlot wody dopływającej z kolektora powinien się znajdować w pobliżu
górnej krawędzi zbiornika. Jeśli jednak w zbiorniku jest wspomagający układ dogrzewania wody, na przykład grzałka elektryczna, wlot musi być zawsze umieszczony poniżej grzałki;
- króciec poboru ciepłej wody ze zbiornika musi być zawsze usytuowany powyżej wlotu wody dopływającej z kolektora. Jest to szczególnie ważne w instalacjach bezciśnieniowych i zapobiega przerwaniu obiegu wody przez kolektory, co mogłoby doprowadzić do ich zniszczenia;
- odpływ wody ze zbiornika do kolektora, jak również króciec uzupełniający zimną wodą ubytki wody w zbiorniku, powinny być zlokalizowane możliwie blisko dna zbiornika.
W kotłowniach o małej mocy współpracujących z małymi instalacjami kolektorów słonecznych nie jest konieczna komunikacja między układami automatyki obu tych układów.

Lepiej, ale drożej

Coraz więcej firm sprzedających i instalujących systemy słoneczne oferuje rozwiązania wielofunkcyjne, czyli instalacje spełniające kilka funkcji grzewczych, w tym przede wszystkim centralne ogrzewanie i przygotowanie ciepłej wody użytkowej.
W związku z coraz powszechniejszym stosowaniem niskotemperaturowych systemów grzewczych (ogrzewanie podłogowe, ścienne) szanse na efektywne wykorzystanie systemów słonecznych do ogrzewania pomieszczeń są coraz większe, zwłaszcza że ze względu na poziom temperatury lepiej nadają się one do instalacji grzewczych (czynnik roboczy w obiegu grzewczym może mieć temperaturę około 40°C) niż do podgrzewania wody użytkowej (tu wymagana jest temperatura co najmniej 45°C). Jednak wykorzystanie systemu słonecznego do ogrzewania pomieszczeń – oczywiście jako uzupełniającego konwencjonalny system grzewczy – wymaga kolektorów o znacznie większej powierzchni (od kilkunastu do kilkudziesięciu metrów kwadratowych) i bardziej skomplikowanej instalacji niż w przypadku przygotowania ciepłej wody. W konsekwencji potrzebne są więc znacznie większe nakłady inwestycyjne.

Czy to się opłaca?

Podstawową ocenę efektywności ekonomicznej każdej inwestycji, w tym również zakupu słonecznej instalacji podgrzewania ciepłej wody użytkowej, można przeprowadzić, opierając się na prostym okresie zwrotu nakładów. Jest to czas potrzebny do odzyskania początkowych nakładów poniesionych na realizację inwestycji dzięki oszczędności energii elektrycznej lub paliwa konwencjonalnego.
Koszt paliwa konwencjonalnego do podgrzewania ciepłej wody użytkowej w ciągu całego roku można obliczyć w następujący sposób:

K=[(Z·L·ΔT·cp·N):(h·W)]·C
gdzie:
K – koszt paliwa [zł/rok]
Z – zużycie ciepłej wody użytkowej [kg//osobę/dzień]
L – liczba osób
ΔT – różnica temperatur wody ciepłej i zimnej [K]
cp – ciepło właściwe wody [kJ/(kg·K)]
N – liczba dni w roku
C – cena energii ze źródeł konwencjonalnych [zł/kg]
h – sprawność urządzenia konwencjonalnego do podgrzewania wody użytkowej
W – wartość opałowa paliwa konwencjonalnego [J/kg].
W przypadku wykorzystania bezpośrednio energii elektrycznej do podgrzewania wody (ogrzewanie oporowe) wyliczenie kosztów będzie następujące:

K=[(Z·L·ΔT·cp·N):h]·C= {60[kg]·4·(50-10)[K]·4,19[kJ/kg·K]·365}:0,98·{C[zł/kWh]:360}

Przykład

Roczny koszt energii elektrycznej do podgrzewania wody użytkowej obliczony na podstawie cen z dwóch zakładów energetycznych wynosi:
- 1385 zł (0,3331 zł/kWh – grupa taryfowa G11
dla gospodarstw domowych, Vattenfall (dawne GZE);
- 1765 zł (0,4244 zł/kWh – grupa taryfowa G11 dla gospodarstw domowych, Zamojska Korporacja Energetyczna SA).
Przy założeniu, że system słoneczny pokrywa 65% rocznego zapotrzebowania (2649 kWh), koszty zaoszczędzonej energii elektrycznej wynoszą odpowiednio 900 i 1147 zł.
Czas zwrotu inwestycji jest ilorazem kosztów inwestycyjnych i kosztów zaoszczędzonego paliwa. W przypadku inwestycji o wartości na przykład 8500 zł wyniesie odpowiednio:
- 8500 : 900 = 9 lat,
- 8500 : 1147 = 7 lat.
W zależności od dostawcy systemu koszt inwestycji może się dość mocno wahać.
Zależność okresu zwrotu nakładów od kosztów systemu w granicach 5500-10 000 zł zilustrowano na rysunku.


Podobne obliczenia można wykonać dla instalacji solarnej współpracującej z konwencjonalnym systemem podgrzewania wody użytkowej zasilanym gazem. Koszt gazu potrzebnego do podgrzania wody (przy cenie gazu 1,13 zł/m³) można obliczyć w następujący sposób:

K=[(Z·L·ΔT·cp·N):(h··W)]·C={60[kg]·4·(50-10)[K]·4,19[kJ/kg·K]·365}:0,98·34400[kJ/m³]{C[zł/kWh]:360}

Zatem koszt zaoszczędzonego gazu – przy założeniu, że instalacja słoneczna pokryje 65% zapotrzebowania – wyniesie 392 zł na rok, a okres zwrotu systemu słonecznego:
8500 zł : 392 zł/rok = 22 lata.
Instalacje słoneczne powinny być zaprojektowane z uwzględnieniem indywidualnych potrzeb użytkownika. Wykorzystanie istniejącego zbiornika lub innych elementów może znacznie ograniczyć koszty instalacji słonecznej i zwiększyć opłacalność inwestycji. Można też przypuszczać, że wciąż rosnące ceny tradycyjnych nośników energii będą stale zwiększać atrakcyjność ekonomiczną instalacji słonecznych.

Dla wnikliwych - charakterystyki cieplne kolektorów

Energia słoneczna promieniowania padającego na kolektor jest zamieniana na ciepło pobierane przez przepływający przez kolektor czynnik roboczy. W określonych warunkach napromieniowania i temperatury otoczenia efektywność działania kolektora słonecznego zależy od jego konstrukcji, materiałów, z jakich został wykonany, oraz od warunków jego eksploatacji (natężenia przepływu czynnika roboczego i jego temperatury wlotowej, temperatury otoczenia). Miarą tej efektywności jest sprawność cieplna kolektora będąca ilorazem ciepła użytecznego odebranego przez przepływającą przez kolektor wodę (lub inny czynnik roboczy) i energii promieniowania słonecznego docierającego do jego zewnętrznej powierzchni. Można ją obliczyć, posługując się następującym równaniem (Hottela--Whilliera-Blissa):

h=a1- b1·[(tf-to):G]

gdzie:
[(tf-to):G]– to tak zwana temperaturazredukowana (t*)
tf=(tfi+tfo):2 – średnia temperatura czynnika w kolektorze
tfi – temperatura wody wlotowej do kolektora [°C]
tfo – temperatura wody wylotowej z kolektora [°C]
to – temperatura otoczenia [°C]
G – gęstość strumienia energii promieniowania słonecznego docierającego do frontowej powierzchni kolektora [W/m²]
a1, b1 – stałe współczynniki zależne od konstrukcji kolektora i właściwości materiałów.
Powyższe równanie lub dokładniejsze od niego:

h=a2-b2·[(tf-to):G]-c2·[(tf-to):G]2

to tak zwane bezwymiarowe charakterystyki eksploatacyjne kolektora i w formie wykresów lub w postaci współczynników równań powinny być udostępnione użytkownikowi przez producenta lub sprzedawcę.

Ogrzewanie wody w basenach.

Do ogrzewania wody w basenach kąpielowych są często wykorzystywane kolektory z absorberami z tworzyw sztucznych o jeszcze większej sprawności optycznej niż badane, ponieważ nie są w ogóle przeszklone. Lepiej absorbują energię promieniowania słonecznego, a tracą jej niewiele mimo dużego współczynnika strat cieplnych, ponieważ temperatura absorbera jest niska. Są przy tym tańsze od klasycznych płaskich kolektorów z pojedynczą szybą, a tym bardziej od próżniowych.

Przygotowanie ciepłej wody użytkowej.

W układach solarnych do przygotowania ciepłej wody użytkowej, pracujących przez cały rok, sytuacja jest inna. Wiosną, jesienią lub zimą przy korzystnych warunkach nasłonecznienia i bardzo niskiej temperaturze powietrza (duże wartości temperatury zredukowanej) straty cieplne do otoczenia mogą być znaczne, zwłaszcza gdy współczynniki strat cieplnych są duże (pochylenie linii sprawności jest największe). Kolektory płaskie o dużym nachyleniu krzywej sprawności (charakterystyka III) nie powinny
być instalowane w takich układach. Natomiast próżniowe przy małych stratach cieplnych (małe nachylenie krzywej sprawności) mają mniejszą sprawność, a zazwyczaj są bardzo drogie.
Kolektory stosowane wyłącznie latem mogą mieć większe wartości współczynnika b1, a więc wykazywać większe straty ciepła do otoczenia. Natomiast te, w których straty do otoczenia maksymalnie się ogranicza (na przykład próżniowe), są najdroższe, ale za to mogą być stosowane w systemach grzewczych, również przy niskiej temperaturze zewnętrznej. Jeśli jednak chce się je zainstalować, trzeba szczególnie starannie przeprowadzić analizę techniczno-ekonomiczną.
Umieszczenie absorbera w próżniowej rurze ma zmniejszyć straty ciepła z kolektora. W obiegowych opiniach kolektory próżniowe są przedstawiane jako urządzenia o osiągach znacznie przewyższających efekty uzyskiwane przez kolektory płaskie. Producenci podają jednak na ogół ich parametry jedynie dla promieniowania padającego normalnie do płaszczyzny kolektora. Tymczasem w typowych warunkach eksploatacyjnych kąt padania jest zmienny, a więc osiągi kolektora mogą bardzo odbiegać od oczekiwanych. Kolektory próżniowe rurowe mają – w porównaniu z płaskimi – znacznie mniejszy współczyn-
nik strat ciepła do otoczenia, ale równocześnie niekorzystne charakterystyki transmisyjności promieniowania słonecznego przez cylindryczne osłony szklane. Dlatego
w pewnych zakresach padania promieniowania słonecznego ich absorbery mogą pochłaniać znacznie mniej energii słonecznej niż absorbery kolektorów płaskich pracujących w tych samych warunkach.


W warunkach klimatycznych takich jak na przykład w Szwecji w systemach do podgrzewania wody użytkowej i ogrzewania kolektory tubowe próżniowe nie są tak wydajne jak wysokoefektywne kolektory płaskie. Prawdą jest, że próżniowe mogą dostarczyć więcej ciepła niż płaskie, gdy gęstość promieniowania słonecznego jest mała, jednak temperatura, w jakiej rozważany system pracuje późną jesienią i wczesną wiosną, jest niska, a więc straty ciepła kolektorów płaskich są też niewielkie. Natomiast przewaga wyższej sprawności cieplnej kolektorów próżniowych w okresie letnim nie ma dużego znaczenia, bo instalacja słoneczna i tak produkuje wtedy energię w nadmiarze. Badania wskazują, że w rozważanych systemach roczna wydajność cieplna kolektorów próżniowych jest od 46 do 62% wyższa w porównaniu z płaskimi, ale to nie rekompensuje ich nieporównywalnie wyższej ceny. Ważne są też względy praktyczne, na przykład to, że na kolektorach próżniowych z powodu ich niższej temperatury dłużej niż na płaskich utrzymuje się warstwa śniegu.
Charakterystyka cieplna kolektora słonecznego uzupełniona informacją o cenie stanowi kryterium jego doboru. Nie należy jednak zapominać o tym, że w typowych warunkach eksploatacji instalacji słonecznych w naszym kraju zyski energetyczne instalacji nie zależą istotnie od rodzaju zastosowanych kolektorów.

Popularne posty z tego bloga

Drewniany balkon

Niemcy. Własny dom w Unii

Jak zrobić .Czapka kominowa.