Absorber jest jednym z głównych elementów kolektora słonecznego, który jest odpowiedzialny za stopień fototermicznej konwersji promieniowania słonecznego. Jest to zazwyczaj cienki, jednolity lub wykonany w postaci pasów, arkusz blachy pokryty powłoką o wysokiej zdolność absorbowania promieniowania słonecznego i przytwierdzony do odpowiedniego orurowania, przez które przepływa nośnik ciepła, najczęściej niezamarzający roztwór glikolu propylenowego (do 50%).

Materiał absorbera Materiałem najlepiej nadającym się do budowy absorbera, ze względu na dostępność, właściwości fizyko-chemiczne i odporność na korozję, jest czysta miedź, która posiada jeden z najwyższych współczynników przewodności cieplnej – 394 W/(m*K). Jej stosunkowo wysoka cena sprawia jednak, że materiał ten coraz częściej zastępowany jest tańszym i bardziej dostępnym aluminium (99,75%), którego przewodność cieplna jest co prawda niższa – 229 W/(m*K), jednak zastosowanie odpowiednich parametrów konstrukcyjnych nadal umożliwia równie efektywny odbiór ciepła z warstwy absorpcyjnej. Rzadziej stosowanymi materiałami jest stal węglowa i stal stopowa (nierdzewna). W przypadku kolektorów bez przykrycia, pracujących w niskich temperaturach, stosowane są absorbery wykonane z tworzyw sztucznych. Kolektory tego typu używane są najczęściej do ogrzewania wody basenowej.

Powłoki absorpcyjne Znaczny postęp w dziedzinie powłok absorpcyjnych dokonał się wraz z wprowadzeniem pokryć wysoko selektywnych, czyli takich, które posiadają wysoki stopień absorpcji promieniowania słonecznego i jednocześnie niski stopień emisji cieplnej. Obecne parametry na takim poziomie, jak absorpcja (absorpcyjność) 95% i emisja (emisyjność) 5% oznaczają, że z danej porcji promieniowania, która przedostała się do wnętrza kolektora, 5% zostaje odbite od powierzchni absorbera, a 95% zaabsorbowane. Wraz ze wzrostem temperatury absorbera, w stosunku do temperatury otoczenia,  wrasta emisja, czyli wtórne wypromieniowanie energii w postaci promieniowania podczerwonego, określane mianem emisyjności pokrycia. Wyższe wartości współczynnika absorpcji i niższe wartości współczynnika emisji wpływają na możliwość lepszego odbioru energii promieniowania słonecznego. W przypadku stosowanych pierwotnie, dzisiaj na znacznie mniejszą skalę, tanich powłok lakierniczych bilans ten plasuje się na niskim poziomie do 65%. Trzeba pamiętać, że wartości te charakteryzują sam absorber, nie zaś cały kolektor, który posiada dodatkowo pokrycie przeźroczyste – najczęściej szkło solarne, które chroni absorber, ale i zmniejsza ilość promieniowania słonecznego docierającego do jego powierzchni. Dlatego podawana często przez dostawców wartość absorpcji 95% dotyczy tylko powłoki absorbera i w żadnym wypadku nie stanowi rzeczywistej zdolności absorpcji danego kolektora. Maksymalną zdolność kolektora do absorbowania promieniowania słonecznego określa współczynnik sprawności optycznej odniesiony do powierzchni czynnej (apertury).
Początkowo jedyną metodą nanoszenia powłok absorpcyjnych było malowanie.
Niestety powłoki te charakteryzują się wysoką emisją pomimo ciągłej modyfikacji stosowanych lakierów. Obecnie, jako tania alternatywa, stosowane są w krajach o wysokim promieniowaniu słonecznym, np. w Turcji, Grecji czy też Północnej Afryce. Kolektory z tym pokryciem również trafiają na polski rynek, dlatego jeżeli zależy nam na efektywności kolektora, należy zwracać szczególną uwagę na rodzaj pokrycia absorbera. Wraz z rozwojem techniki słonecznej pojawiły się pokrycia wykonane w technologii obróbki galwanicznej i chemicznej. Z otrzymanych tą drogą pokryć najlepszym i najbardziej rozpowszechnionym jest stosowane szeroko do chwili obecnej pokrycie z czarnego chromu. Obecnie najbardziej rozpowszechnione są powłoki ze związków tytanu TiN + TiO + TiO2 (producent: TiNOX) oraz powłoki ceramiczno-metaliczne (producent: BlueTec, Sunselect) – obydwie nanoszone w podobnym procesie PVD. Proces ten znacznie mniej obciąża środowisko, nie wymaga zużycia wody i stosowania wymagającej technologii oczyszczania ścieków. Powłoki te, mające najczęściej barwę ciemnoniebieską, charakteryzuje wysoka absorpcja i niska emisja, które pozwalają na osiąganie maksymalnej efektywności konwersji energii słonecznej. W tabeli zamieszczono parametry wymienionych powłok absorpcyjnych. Różnorodność stosowanych powłok nasuwa pytanie o dokonanie najwłaściwszego wyboru. Powłoka lakierowana w naszych warunkach klimatycznych nie jest zalecaną ze względu na mniej efektywny odbiór energii słonecznej. Powłoka z czarnego chromu jest pokryciem w pełni selektywnym, nieustępującym w znaczący sposób powłokom niebieskim (blue coating). Spośród innych czarny chrom wyróżnia m.in. najwyższa trwałość, odporność na korozję i niezmienność parametrów w okresie długiego użytkowania. Ważną cechą jest wysoka estetyka i kolor dostosowany do elementów architektury budynku. Jeżeli chcemy zastosować kolektory do systemów wspomagających ogrzewanie budynku, słuszną decyzją będzie zastosowanie kolektora z pokryciem niebieskim. Cały czas należy jednak pamiętać, że wybór pokrycia o najwyższej efektywności odbioru promieniowania słonecznego nie gwarantuje, że kolektor, w którym je zastosowano, będzie działał równie efektywnie.

Konstrukcja absorbera Kolejnym ważnym aspektem budowy kolektora słonecznego jest układ orurowania absorbera oraz sposób przytwierdzenia do niego blachy z powłoką absorpcyjną. Najczęściej stosowanymi układami orurowania są układy kilku równoległych rurek (przeważnie do 10) z dwiema rurkami zbiorczymi (harfa) oraz układ jednej, odpowiednio giętej rurki (meander), przy czym niejednokrotnie spotykane są różne warianty obydwu układów.
W praktyce absorber o budowie harfowej wymaga większych nakładów pracy do jego wykonania, co podnosi nieco cenę kolektora, jednak w zamian za to otrzymujemy szereg istotnych zalet wobec układu meandrowego. Ważnym parametrem, charakteryzującym orurowanie absorbera, jest wielkość oporu hydraulicznego, który – ujmując najprościej – im mniejszy, tym mniej pracy musimy włożyć w przepompowanie czynnika grzewczego przez kolektor lub baterię kolektorów, co w rezultacie ogranicza zużycie energii elektrycznej potrzebnej do napędu pompy obiegowej. Opór hydrauliczny kolektora z absorberem meandrycznym, przy nominalnym przepływie czynnika grzewczego, jest kilka do kilkunastu razy większy niż w przypadku kolektora z absorberem w postaci harfy. Wymusza to stosowanie pompy o odpowiednio większej mocy nie tylko w układach z dużą ilością kolektorów, ale często także w małych układach dla domów jednorodzinnych. Ponadto układ harfowy umożliwia przepływ czynnika wywołany siłami wyporu i jako jedyny może być stosowany w instalacjach bezpompowych (grawitacyjnych). Należy wspomnieć tutaj również o jego zdolności automatycznego opróżniania się z czynnika grzewczego w czasie braku odbioru ciepła lub awarii instalacji, co chroni glikol przed przegrzewaniem się i wydłuża żywotność instalacji.
Często przedstawiane twierdzenia o wyższej sprawności odbioru ciepła z absorbera przy układach meandrowych niestety nie znajdują żadnego rzeczowego potwierdzenia w przypadku prawidłowo wykonanych instalacji, ani także w wynikach badań charakterystyk cieplnych kolektorów wg normy PN-EN 12975. Konstrukcja absorbera może jednak decydować o sprawności odbioru energii słonecznej. Istotne w tym zakresie są takie wielkości jak grubość zastosowanej do wykonania absorbera blachy, odstępy pomiędzy rurami zbierającymi ciepło z jej powierzchni oraz sposoby połączenia obu elementów.
Blacha o większej grubości, mniejsza odległość rur i lepsze połączenie będą sprzyjały szybszemu transferowi ciepła z powierzchni absorbera do ogrzewanego czynnika. Ponieważ poprawie parametrów towarzyszyć będzie wzrost kosztów produkcji, dlatego bardzo ważna jest odpowiednia optymalizacja konstrukcji kolektora. Jednym z istotnych elementów konstrukcyjnych jest właściwe połączenie rur absorbera z płytą absorbera. Dość powszechnie stosowana w naszym kraju jest metoda lutowania miękkiego, która, pomimo dobrej powierzchni styku, wymaga stosowania niemożliwych do usunięcia topników mogących powodować korozję absorbera w czasie jego wieloletniej eksploatacji. Z uwagi na stosowanie lutu miękkiego istnieją ograniczenia temperaturowe pracy tak wykonanego absorbera. Znacznie korzystniejszą metodą jest rozpowszechnione w ciągu ostatnich lat zgrzewanie ultradźwiękowe, które polega na mechanicznym zespoleniu obydwu elementów przy pomocy ultradźwięków. Pomimo znacznie większej wytrzymałości na naprężenia mechaniczne dobrze wykonanego procesu zgrzewania, wadą jest konieczność uszkodzenia warstwy absorpcyjnej na linii łączenia. Wad obydwu tych technologii pozbawiona jest technologia spawania laserowego, która jest nowa na naszym rynku. Spawanie laserowe zapewnia bardzo dobrą powierzchnię styku, bardzo dobrą wytrzymałość mechaniczną oraz pozwala na swobodne łączenie różnych metali, czyli np. aluminiowej płyty absorbera z miedzianym orurowaniem. Jest to technologia o najwyższym poziomie technicznym, jednak również najdroższa z punktu widzenia inwestycyjnego.
Jak widać, na wysokie walory absorbera, a tym samym kolektora, wpływa szereg czynników, z których wiele dla potencjalnego nabywcy jest niemożliwa do rozpoznania. Dlatego aby wyboru kolektora dokonać w sposób świadomy, nieoparty o hasła reklamowe poszczególnych dostawców, należy sięgnąć do wyników badań kolektora wykonanych zgodnie z obowiązującą normą EN 12975 przez uznane jednostki badawcze, najlepiej europejskie. Obecnie najlepszym potwierdzeniem jakości kolektora słonecznego jest uznawany w Polsce i w Europie certyfikat na znak Solar Keymark. Posiadanie takiego certyfikatu w pełni kwalifikuje kolektor słoneczny do 45% dopłat z Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej (NFOŚiGW).

Bartłomiej Kordek
Fot. z archiwum firmy Hewalex.

Rys. Schemat budowy kolektora płaskiego z absorberem harfowym.
Fot. Proces zgrzewania ultradźwiękowego.
Zobacz artykuł w wersji pdf pdfpdf

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