Płaskie kolektory słoneczne, mnogość rozwiązań. Grzewcze meandry.

Typowym, najszerzej spotykanym na rynku kolektorem płaskim jest kolektor z czterema króćcami z absorberem w postaci prostej harfy. Połączenie blachy absorbera z rurkami przepływowymi wykonywane jest różnymi technikami. Najpopularniejsze obecnie metody to lutowanie, zagniatanie, zgrzewanie ultradźwiękami oraz łączenie z wykorzystaniem promienia lasera. Metody, które powodują naruszenie struktury blachy absorbera, która najczęściej jest miedziana, prowadzić mogą w przypadku zastosowania kolektorów w strefie większego zasolenia do szybszego starzenia się obszaru połączenia blachy z rurkami, a co za tym idzie, do spadku sprawności kolektora. Zdarza się to zwłaszcza w kolektorach hybrydowych, gdzie przez kolektor przepływa znaczny strumień słonego powietrza. W tradycyjnych kolektorach wpływ ten jest mniejszy, albowiem kontakt ze słonym powietrzem zachodzi podczas wentylowania, to jest nieco wolniejszego ruchu powietrza przez wnętrze kolektora.

Łączenie i kompensacja
Kolektory łączone są między sobą za pośrednictwem różnego rodzaju złączek. Podstawowymi rozwiązaniami są śrubunek oraz złączka zaciskowa.
Stosowanie pakułów (hanfu) do uszczelniania połączenia gwintowego jest niedopuszczalne. O wiele bardziej nadają się do tego celu uszczelnienia metalowe. Pakuły w wyniku działania wysokich temperatur szybko się starzeją i rozsypują.

Ale bywają też stosowane rozwiązania bardziej skomplikowane, zwłaszcza jeżeli producent chciał zadbać o kompensację wydłużeń rur zbiorczych kolektorów, które w sposób naturalny występują w kolektorach słonecznych. Wydłużenia te mogą prowadzić np. do wymuszenia przemieszczeń kolektorów umieszczonych na wspólnej konstrukcji nośnej. A to z kolei do poluzowania lub nadmiernych obciążeń elementów mocujących kolektory do ramy. W przypadku, gdy producent decyduje się na zastosowanie kompensacji we wnętrzu kolektora, wykonuje to zwykle, osadzając kompensator na odcinku rury zbiorczej albo też w sposób specyficzny wykonując rury doprowadzające ciecz do rurek absorbera (wykonuje pętlę kompensującą wydłużenia). Najłatwiejszym sposobem uniknięcia stosowania kompensatorów wydaje się jednak zastosowanie kolektorów z króćcami wyprowadzonymi do góry. Takie rozwiązanie pozwala również na umieszczenie kolektorów bezpośrednio obok siebie bez odstępu montażowego. Jeżeli kolektory opatrzone są znakiem jakości SolarKeymark, oznacza to, przy założeniu, że sprzedawca jest uczciwy i nie nadużywa tego znaku, że kolektory spełniają wszelkie wymogi opisane w normach i w trakcie ich eksploatacji nie powinny zachodzić zjawiska niepożądane, jak długotrwałe zaparowanie, wydzielanie się substancji niedozwolonych, pęknięcie szyby w trakcie gradobicia lub podczas nagłej zmiany temperatury itd. Nie należy jednak zapominać, że nawet te kolektory mogą pracować niewłaściwie, jeżeli nie zostaną w sposób właściwy zamontowane, a zestaw solarny, którego kolektory są głównym elementem, nie będzie wyposażony we wszystkie urządzenia zapewniające (zabezpieczające) prawidłową pracę systemu solarnego.

Rama lub wanna Korpus podstawowy kolektorów płaskich wykonywany jest w formie ramy lub wanny. Rama z kolei jest składana z elementów lub gięta z jednego profilu w celu uniknięcia strat ciepła w miejscach łączenia fragmentów profilu. Wanna z uwagi na fakt, że wykonana jest jako jednolity element, wady tej nie posiada. Na fot. X pokazano dwa rozwiązania narożnika ramy giętej dwóch różnych producentów. Ponieważ profil jest gięty z jednego elementu, w narożu występują naprężenia, które mogą w prosty sposób się „uwolnić”, jeśli dojdzie do uderzenia w narożnik. Może to nastąpić w trakcie transportu, ale również w trakcie prac monterskich na dachu. Producent, którego rozwiązanie pokazano po prawej stronie, zadbał o ochronę narożnika i wprowadził dodatkowy element zabezpieczający, chroniący narożnik przed uderzeniami. Porównując pojemności wodne kolektorów z harfą, trzeba zwrócić uwagę, że identyczna pojemność kolektorów nie oznacza wcale, że kolektory te osiągać będą identyczne wydajności. Zwłaszcza w sytuacji, gdy zmiana pojemności nastąpiła w wyniku „zaoszczędzenia ilości rur przepływowych” poprzez zwiększenie ich średnicy. 10 rur przepływowych o długości 2 m i wymiarze 8 x 0,5 mm posiada pojemność wodną 0,76 l, 8 rur przepływowych o długości 2 m i wymiarze 10 x 1 mm ma pojemność 0,8 l. Jeśli kolektory te posiadają identyczne rury zbiorcze, pojemność kolektorów będzie prawie taka sama, czy jednak osiągną one identyczne wydajności w przypadku tej samej lokalizacji? Z pewnością nie, albowiem harfa drugiego kolektora będzie „rozrzedzona”, a zgromadzone przez blachę absorbera ciepło, po pierwsze, oddawane będzie przez grubszą ściankę rury, a po drugie, jednostkowa powierzchnia przekazywania energii się zmieni.

Harfa absorbera musi być dostosowana (zoptymalizowana) do strefy geograficznej, w której kolektor będzie zastosowany, kupując kolektor turecki czy włoski trzeba się dobrze zastanowić. W celu zwiększenia sprawności kolektorów ze zwykłą harfą wprowadzony został na rynek kolektor z tak zwaną harfą dzieloną lub podwójną. Zaletą tego kolektora jest bardziej równomierny przepływ medium roboczego przez rurki absorbera, dzięki wymuszeniu przepływu. Kolektor ten posiada dwa króćce, co upraszcza konstrukcję, a ilość otworów i tym samym strat ciepła się zmniejsza. Zmniejsza się ilość połączeń kolektorów, a co za tym idzie, ilość potencjalnych źródeł przecieków. W przypadku zadbania o wewnętrzną kompensację wydłużeń stosowanie dodatkowych kompensatorów jest zbędne. Sprzedawcy tego kolektora niechętnie jednak wspominają, że kolektor ten należy do grupy tak zwanych trudno opróżniających się (trudno jest go opróżnić bez zastosowania dodatkowych środków). Jeżeli przemilczają ten fakt i nie proponują zastosowania urządzeń zabezpieczających przed stagnacją, to zdarzają się problemy. Jednocześnie, analizując konstrukcję tego kolektora, można się w nim doszukać dwóch kolektorów, z których pierwszy jest typowym kolektorem z harfą, do której medium doprowadzane jest od góry, a druga część tego kolektora to kolektor z harfą, do której ciecz doprowadzana jest od dołu. W efekcie w kolektorze powstają dwie strefy cieplne, po lewej medium o coraz wyższej temperaturze (ciecz płynie przez rurki i stopniowo się podgrzewa) przemieszcza się w dół kolektora, po prawej stronie zaś sytuacja jest odwrotna, różnica polega również na tym, że ciecz jest już wstępnie podgrzana przez lewą stronę kolektora. Powstają więc w jednym kolektorze dwa strumienie cieplne o różnej temperaturze, może to w znacznym stopniu przeszkadzać w prawidłowej wentylacji tego kolektora, a co za tym idzie, prowadzić do zaparowań. Zapobiec temu można poprzez prawidłowe usytuowanie i ukształtowanie wymaganej ilości otworów wentylacyjnych. W kolektorach tych występują również większe opory przepływu, co uniemożliwia połączenie większej ich ilości w szereg. Kolektory płaskie mogą mieć również inny układ absorbera (np. meander). Rozwiązanie z meandrem pozwala na uzyskanie znacznego przyrostu temperatury medium roboczego w trakcie przejścia przez kolektor. Jest to związane z dużą drogą transportu medium na odcinku pomiędzy wejściem i wyjściem z meandra. Kilka wariantów rozwiązań kolektorów z meandrem pokazano na rysunku poniżej. Pośród tych kolektorów znajdują się kolektory, które łatwo się opróżniają (dół) lub trudno (góra). Z uwagi na występujące opory przepływu nie można łączyć dużej ilości tych kolektorów w szereg. W przypadku wszystkich kolektorów bardzo ważnym elementem jest sposób pomiaru temperatury. Generalnie stosowane są dwa podstawowe rozwiązania pokazane na fot. X a i b. W przypadku bezpośredniego pomiaru temperatury na absorberze (fot. Xa) czujnik temperatury wprowadzany jest do tulei zanurzeniowej, która bezpośrednio przymocowana jest do rurki absorbera kolektora. Czujnik mierzy więc temperaturę medium roboczego znajdującego się w rurkach absorbera. W przypadku umieszczenia czujnika temperatury w tulei zanurzeniowej umieszczonej w rurze zbiorczej kolektora czujnik mierzy temperaturę medium znajdującego się w tej rurze, a więc niepoddanemu bezpośredniemu grzaniu energią słoneczną. W takim przypadku temperatura wskazywana przez czujnik jest niższa od temperatury medium znajdującego się w rurkach przepływowych absorbera. Z pomiarów wykonywanych przez producentów kolektorów wynika, że różnica ta wynosić może nawet 30 K. W efekcie pompa zestawu solarnego wyposażonego w kolektor z czujnikiem umieszczonym w rurze zbiorczej zaczyna działać później od pompy zestawu z kolektorem, który posiada czujnik na absorberze. Oznacza to stratę wydajności instalacji solarnej. Ale dodatkowy problem może się pojawić w takiej instalacji, gdy na regulatorze solarnym ustawiona jest wysoka różnica temperatur załączania pompy solarnej. Jeżeli poprzedniego dnia kolektory w wyniku niedostatecznego promieniowania słonecznego nie grzały, to automatycznie ciepłą wodę użytkową przygotował kocioł. Temperatura w zasobniku rano może więc wynosić np. 50oC, a pompa systemu ruszy w momencie, gdy regulator otrzyma sygnał, że temperatura na kolektorze jest wyższa o zadaną różnicę temperatur, a więc np. przy 70oC (jeśli instalator lub użytkownik ustawił 20 K jako różnicę temperatur). Problem w tym, że z kolektorów w kierunku zasobnika zejdzie temperatura o 30 K wyższa, a do kolektora wprowadzona zostanie ciecz z rurociągu o temperaturze znacznie niższej niż 100oC. Gorący kolektor zostanie gwałtownie wychłodzony… W kolektorach o słabej wentylacji prowadzi to nieuchronnie do pojawienia się skroplin. Trzeba jeszcze pamiętać o tym, że problemy mogą się spotęgować, jeśli instalator pomylił zasilanie z powrotem albo w niewłaściwym miejscu umieścił czujniki temperatury (na kolektorze oraz w zasobniku).

Szyba Skoro o szybie kolektora mowa, to na ten element kolektora trzeba również zwrócić uwagę. Nagłe wychłodzenie kolektora, a więc szok termiczny, który występuje jak w przypadku omawianym wyżej albo po prostu w wyniku znacznej różnicy temperatur pomiędzy wnętrzem kolektora a otoczeniem, może w niesprzyjających warunkach lub w przypadku szyby o słabych parametrach doprowadzić do jej pęknięcia. Jeżeli jest to szyba solarna, to powinna się „rozsypać” jak na załączonym zdjęciu. Nie może bowiem stanowić zagrożenia dla użytkownika lub otoczenia. Jednocześnie trzeba pamiętać o tym, że szyba może posiadać wadę ukrytą i producent kolektora nie jest w stanie takiej wady w trakcie składania kolektora wychwycić. Szyby stosowane przez producentów są szybami ze szkła bezbarwnego lub pryzmatycznego. Aby porównać takie szyby, należy sięgnąć do ich certyfikatów. Szyby pryzmatyczne, wbrew opiniom, nie muszą posiadać gorszych parametrów od szyb bezbarwnych. A ich podstawową zaletą wykorzystywaną przez niektórych producentów jest fakt, że nie widać wnętrza kolektora. Ukryć wówczas można widok jak poniżej. Innymi elementami odgrywającymi rolę są materiały użyte do produkcji kolektora, jak kleje przeznaczone do klejenia szyby solarnej oraz kątowników maskujących, materiały na uszczelki szyby oraz króćców. W wyniku zastosowania niewłaściwych materiałów dochodzi do przyspieszonego starzenia się tych elementów i w następstwie do usterek. Wykruszenie się kleju lub uszczelki może prowadzić do przedostania się wilgoci do wnętrza kolektora lub oddzielenia listew maskujących od korpusu kolektora.

Kleje i izolacja Kleje i uszczelki muszą być odporne ma działanie czynników atmosferycznych, promieniowania ultrafioletowego oraz wysokich temperatur. W każdym kolektorze słonecznym znajduje się izolacja termiczna. Nie powinna ona odgazowywać w trakcie użytkowania kolektora. Poniżej pokazano, jak objawia się takie odgazowanie w kolektorze słonecznym podczas próby ekspozycji na działanie promieniowania słonecznego. Dobrego producenta kolektorów słonecznych rozpoznać można również po tym, że dba o właściwą izolację cieplną króćców. Przykład poniżej: W kolejnym artykule omówione zostaną rozwiązania kolektorów próżniowych.
Jerzy Chodura
Zobacz artykuł w wersji pdf pdf pdf pdf

Prenumerata Magazynu Instalatora

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij