ABC kolektorów słonecznych. Nietypowa próżnia

zobacz artykuł w formie pdf  zobacz pdfa zobacz pdfa       

 Czym różnią się poszczególne rozwiązania, jakie są ich zalety i wady? Większość osób, interesujących się techniką solarną, kojarzy kolektory próżniowe z kolektorami wyposażonymi w rury próżniowe, stąd często bierze się określenie tych kolektorów jako rurowych.
Tymczasem na rynku oferowany jest również płaski kolektor próżniowy. Zbudowany jest on jak typowy kolektor płaski, z tym że posiada szczelną obudowę, a w jego wnętrzu wytwarzana jest próżnia. Aby uniknąć zniszczenia szyby solarnej w wyniku działania różnicy ciśnień na jej powierzchnię, trzeba ją podpierać. Wykonuje się to za pośrednictwem specjalnych trzpieni.
Kolektory z rurami próżniowymi posiadają zasadniczo dwa rodzaje rur. Rura dwuścienna „zalana szkłem” typu Sydney zbudowana jest w sposób podobny jak szklane wnętrze termosu. Jeżeli w rurze uzyskano wystarczającą próżnię, a połączenie rur wykonano właściwie, to istnieje duże prawdopodobieństwo, że próżnia będzie zagwarantowana na długi okres czasu. Aby taka rura pracowała właściwie, jej szkło powinno posiadać parametry umożliwiające przedostawanie się promieniowania słonecznego do jej zaokrąglonego wnętrza bez nadmiernego załamania lub odbicia się. Pojedyncza rura z wytworzoną wewnątrz próżnią to rozwiązanie wymagające zastosowania specjalnej technologii połączenia szkła z metalem. W wyniku różnej rozszerzalności cieplnej szkła i metalu dochodziło z upływem czasu do rozszczelniania się rur. Podobno jedna z niemieckich firm poradziła sobie z tym problemem.
Kolektory rurowe, z uwagi na zastosowany sposób działania, podzielić można generalnie na dwie grupy: kolektory z bezpośrednim przepływem oraz kolektory z rurką grzewczą – heat pipe. W kolektorach z bezpośrednim przepływem medium grzewcze przemieszcza się z zimnej rurki zbiorczej kolektora do wnętrza rurki przepływowej. Rurka przepływowa wykonana jest jako rurka prosta lub u-rurka. Jak widać zarówno w przypadku kolektorów próżniowych, jak i z bezpośrednim przepływem, wykorzystywane są oba wyżej wymienione rodzaje rur szklanych. W przypadku kolektorów, których absorber styka się bezpośrednio z rurką przepływową albo rurką kondensacyjną, promieniowanie słoneczne, które dociera do wnętrza rury próżniowej, grzeje absorber, a za jego pośrednictwem rurkę oraz medium grzewcze. W pozostałych rodzajach kolektorów próżniowych, w których zastosowano pośrednie elementy przewodzące ciepło, medium grzewcze zostaje ogrzane z opóźnieniem, albowiem elementy te muszą się nagrzać, aby móc przekazać energię cieplną rurkom, w których płynie ciecz. W przypadku takich kolektorów mówi się o ich późnym starcie.
Kształtowanie się charakterystyki sprawności wybranych kolektorów próżniowych (dane z dostępnych certyfikatów) pokazano na wykresie. Sposób, w jaki formuje się moc szczytowa tych kolektorów odniesiona do ich powierzchni brutto, w stosunku do podstawowego na rynku kolektora płaskiego KS 200 TP, pokazano w tabeli. W warunkach dużego nasłonecznienia kolektory próżniowe osiągają więc moce jednostkowe niższe od kolektorów płaskich, stąd ich zastosowanie w systemach solarnych, do podgrzewu wody użytkowej lub w typowych letnich instalacjach basenowych musi być gruntownie przeanalizowane. W przypadku konieczności uzyskania wysokich temperatur roboczych, na przykład w instalacjach przemysłowych, kolektor próżniowy jest niezastąpiony.
Z powyższego zestawienia wynika, że próżniowe kolektory słoneczne, pracujące z wykorzystaniem systemu heat-pipe (NSC, AP), osiągają nieco gorsze parametry od kolektorów z bezpośrednim przepływem. Generalnie uzasadnia się to małą powierzchnią przekazywania energii cieplnej medium roboczemu (heat-pipe posiada małe wymiary). W tym kontekście ciekawe wydaje się być rozwiązanie, które poza tym, że posiada znacznie zwiększoną powierzchnię czynną heat-pipe, ma jeszcze jedną zaletę. Wewnątrz próżniowej rurki heat-pipe znajduje się medium w postaci cieczy o znacznie większej „żywotności” niż woda, która jest wykorzystywana w standardowych rozwiązaniach heat-pipe. Znany jest fakt, że proces parowania i następnie skraplania wody, odbywający się przecież w niedoskonałej próżni, obarczony jest „stratami”, to znaczy nie może odbywać się w nieskończoność. Im „gorsza próżnia”, tym mniej cykli jest w stanie zrealizować heat-pipe. Badania porównawcze wykonane na nowym medium roboczym i wodzie wykazały, że żywotność nowego medium jest kilkakrotnie większa. Podsumowując: rozwiązań konstrukcyjnych kolektorów jest dużo, każde z nich posiada zalety i wady. Wybierając konkretny kolektor, należy znaleźć ten, który ma sporo zalet, a jednocześnie jest korzystny cenowo.
Jerzy Chodura

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