Kolektory słoneczne - fakty i mity

Wystarczy jeden rzut oka na wyniki z badań, aby wiedzieć jaką moc i wydajność kolektorów kupujemy.

Jeśli w jakimkolwiek momencie czytania niniejszego artykułu zechcesz dowiedzieć się jeszcze więcej na temat kolektorów słonecznych, zadzwoń do przedstawiciela firmy Openergy z Piotrkowa Tryb.
– 503 666 985 (www.otwartaenergia.pl).

Zanim przejdziemy do faktów i mitów na temat kolektorów, chciałbym zaznaczyć, że zanim zacząłem interesować się tematem, byłem zwolennikiem kolektorów próżniowych, ponieważ przekonywały mnie działające na wyobraźnię slogany. Kiedy jednak zacząłem dogłębnie badać temat i nauczyłem się czytać certyfikaty, stałem się zagorzałym i 100% zwolennikiem kolektorów płaskich i na instalację takich właśnie zdecydowałem się również u siebie. Wiedzą na temat faktów, a nie mitów, dzielę się z Wami poniżej.

Porównamy ze sobą dwa kolektory – płaski TS300 oraz próżniowy SB-1800. Zanim jednak zdecydujesz się na któryś typ kolektora, przeczytaj poniższy tekst, aby wybrać rozwiązanie, do którego jesteś naprawdę przekonany.

Podstawowe informacje – kolektor płaski TS300 i próżniowy SB-1800

Porównanie wydajności – kolektor płaski TS300 i próżniowy SB-1800

Mit 1: Kolektory próżniowe to nowość, płaskie są przestarzałe.
To często powtarzany mit, który ma potwierdzić, że kolektory próżniowe to dzieło najnowocześniejszej technologii. Niestety Ci, którzy wypowiadają to twierdzenie są w ogromnym błędzie i na pewno wielu z nich zdziwiłoby się, gdyby dowiedzieli się, że już na początku lat osiemdziesiątych, a dokładnie w 1983 roku P. Abmrosetti oraz J. Keller stworzyli podstawy badań wydajności kolektorów słonecznych, w których opisywali sposób badania kolektorów płaskich oraz … próżniowych. Na podstawie ich pracy do dziś przeprowadzane są testy do certyfikatów SolarKeymark.

Mit obalony – zarówno kolektory płaskie, jak i kolektory próżniowe istnieją od bardzo dawna.

Mit 2: Kolektory próżniowe są bardziej wydajne niż płaskie
Działanie kolektorów słonecznych porównać można do zbiorów w rolnictwie. Jeśli jakieś pole jest na ziemi, która ma wydajność 5 ton / 1 ha, to z 1 hektara tego pola uzyskamy 5 ton zbiorów. Jeśli inne pole leży na ziemi o wydajności 2,5 tony / 1 ha, to, żeby zebrać z tego pola 5 ton zbiorów, musimy obsiać dwa razy większą powierzchnię, czyli musimy mieć 2 ha pola.

Sprawność kolektora jest dokładnie takim samym wskaźnikiem, jak wydajność ziemi i mówi nam, ile energii słonecznej przetworzy kolektor z 1m2 swojej powierzchni. Jeśli przy nasłonecznieniu 1000 W/m2, z 1m2 kolektora uzyskamy 800 W energii, to jego sprawność wynosi 80%. Dobre kolektory płaskie przetwarzają ponad 80% energii. Kolektory próżniowe zazwyczaj 48-65%. Wartości te są zawsze dostępne w wynikach badań z certyfikatów Solar Keymark.

Aby jeszcze bardziej zrozumieć to porównanie, zobaczmy wydajności typowych instalacji - do ogrzania 300 litrów wody zazwyczaj proponuje się 3 kolektory płaskie lub 36 rur próżniowych. Wszystkie wartości z rysunków są zawarte w wynikach badań z certyfikatu Solar Keymark.

Łatwo więc policzyć, że system z kolektorami próżniowymi, aby osiągnął wydajność 3 kolektorów płaskich TS300, powinien mieć powierzchnię 4332 W / 570 W/m2 = 7,6 m2, co w przeliczeniu daje ponad 60 rur! Analogia do wydajności pola uprawnego jest więc idealna – jeśli bowiem kolektor próżniowy jest mniej wydajny z 1m2, to żeby wytworzył taką samą ilość energii co kolektor płaski, należy zastosować odpowiednią większą jego powierzchnię, co jednak przysporzy problemów opisanych w micie 6.

Niska wydajność kolektora próżniowego jest całkowicie logiczna. Powierzchnia grzewcza kolektora płaskiego jest jednolita – to cała płyta, około 2 m2, ogrzewająca bezpośrednio płyn solarny, a w kolektorze próżniowym każda rura o niewielkiej powierzchni ogrzewa się osobno i następnie przekazuje ciepło do rury zbiorczej z płynem solarnym. Droga energii w kolektorze próżniowym jest więc dłuższa niż w kolektorze płaskim. Kolektor płaski to: słońce > płyn solarny > woda użytkowa, natomiast kolektor próżniowy to: słońce > rurka heat pipe > płyn solarny > woda użytkowa. Każdy kolejny mostek to straty energii, a jak widzimy, w kolektorze próżniowym energia musi pokonać o jeden krok więcej. Co więcej, słońce musi przebić się przez dwie warstwy szkła na rurze próżniowej, za każdym razem rozpraszając swoją energię.

Mit obalony - jeśli usłyszysz, że 1 kolektor próżniowy ma lepszą wydajność niż 1 kolektor płaski, to od razu zapytaj – a ile rur i jaka powierzchnia kolektora próżniowego?

Jeśli w jakimkolwiek momencie czytania niniejszego artykułu zechcesz dowiedzieć się jeszcze więcej na temat kolektorów słonecznych, zadzwoń do przedstawiciela firmy Openergy z Piotrkowa Tryb.
– 503 666 985 (www.otwartaenergia.pl).

Mit 3: Kolektory próżniowe świetnie działają zimą**
Należy tu wziąć pod uwagę kilka kwestii:
1. sprawność kolektora
2. współczynniki strat ciepła
3. ilość energii docierającej do ziemi zimą

O sprawności pisałem więcej w micie 2: „Jeśli przy nasłonecznieniu 1000 W/m2, z 1m2 kolektora uzyskamy 800 W energii, to jego sprawność wynosi 80%. Dobre kolektory płaskie przetwarzają ponad 80% energii. Kolektory próżniowe zazwyczaj 48-65%. Wartości te są zawsze dostępne w wynikach badań z certyfikatów Solar Keymark.”

Współczynniki strat ciepła (liniowe i nieliniowe) mówią, w jakim tempie kolektory będą tracić na sprawności (a więc na mocy) w przypadku różnicy temperatur pomiędzy kolektorem a otoczeniem. Wzór na obliczenie sprawności przy danej różnicy temperatur wygląda następująco:

Łatwo sprawdzić, że kolektor próżniowy, pomimo iż jego straty ciepła są mniejsze, nie nadąża za wydajnością kolektora płaskiego. Dopiero przy różnicy temperatur sięgającej aż 100 °C zaczyna wytwarzać więcej energii z 1m2 swojej powierzchni. Niestety, nie mieszkamy na Arktyce, więc raczej nie spotkamy się z taką sytuacją. Jest jednak rozwiązanie tego problemu. Jeśli ktoś zdecyduje się na kolektory próżniowe, powinien pomyśleć nad zwiększeniem ich powierzchni (patrz mit 2). Aby przewyższyć uzyski kolektorów płaskich, powinien zwiększyć około dwukrotnie powierzchnię kolektorów próżniowych. Wtedy działać będą one lepiej niż kolektory płaskie. Niestety koszt będzie o niebo większy, a taka instalacja przysporzyć może innych kłopotów, związanych z przegrzewaniem kolektorów w słoneczne dni (problem wysokiej temperatury stagnacji- patrz mit 6).

A teraz ostatnia kwestia w tym micie, która właściwie powoduje, że wcześniejsze rozważanie stają się niepotrzebne. Chodzi o ilość energii docierającej do powierzchni kolektorów w zależności od pogody. W piękny, bezchmurny i słoneczny dzień słońce może dostarczyć na ziemię ponad 1000 watów energii na 1 m2 powierzchni. Jeśli niebo nieznacznie się zachmurzy, energii słonecznej dotrze do ziemi mniej. Będzie to ok. 500 W/m2. Jeśli jednak słońce zostanie całkowicie zasłonięte przez grubą warstwę chmur, do ziemi dotrze nawet pięciokrotnie mniej energii – mniej nawet niż 200 W/m2.
Zakładając, że różnica temperatur pomiędzy otoczeniem a kolektorem zimą wynosi ok. 50 °C, można łatwo policzyć, ile energii dostarczy 1m2 kolektora w takich warunkach:
- kolektor płaski TS300: 60% (sprawność przy różnicy 50 °C) x energia wejściowa 200W/m2 = 120 W/m2
- kolektor próżniowy SB-1800: sprawność 48% x energia wejściowa 200W/m2 = 97 W/m2
Żeby osiągnąć taki stopień podgrzania wody, jak w słoneczny dzień, potrzebowalibyśmy dużo więcej kolektorów, niezależnie od ich typu. Dlatego, jeśli spotkasz się kiedyś z twierdzeniem, że jakiś kolektor słoneczny działa bardzo dobrze nawet w bardzo pochmurny, zimowy dzień, pamiętaj o tym, że jeśli nie ma energii wejściowej, to nawet najlepsze urządzenie nie jest w stanie wytworzyć odpowiedniej energii wyjściowej. Mówiąc kolokwialnie – nie wyjmiesz z worka więcej, niż do niego włożysz.

No i jest jeszcze sprawa śniegu i szronu na kolektorach (więcej w micie 4 i 5). Śnieg na kolektorach próżniowych oznacza koniec ich działania aż do roztopów (chyba, że ktoś chce wejść na dach i odśnieżyć je ręcznie). Kolektor płaski można odśnieżyć z kotłowni, dzięki odwróceniu obiegu płynu solarnego i ogrzaniu kolektorów ciepłem z kotłowni. Ponieważ kolektory próżniowe są lepiej izolowane, szron schodzi z nich znacznie dłużej niż z kolektorów płaskich, co oznacza, że startują nawet kilka godzin później niż kolektory płaskie. Jakie mamy w naszym kraju zimy każdy wie, więc powyższe sprawy koniecznie trzeba wziąć pod uwagę.

Mit obalony – przy pochmurnej, zimowej pogodzie kolektory próżniowe nie będą działać, chyba że zwielokrotnimy ich powierzchnię. Przy słonecznej pogodzie 1m2 kolektorów próżniowych, pomimo lepszej izolacji, wytworzy dużo mniej energii niż kolektory płaskie.

Jeśli w jakimkolwiek momencie czytania niniejszego artykułu zechcesz dowiedzieć się jeszcze więcej na temat kolektorów słonecznych, zadzwoń do przedstawiciela firmy Openergy z Piotrkowa Tryb.
– 503 666 985 (www.otwartaenergia.pl).

Mit 4: Kolektory próżniowe można wychłodzić latem lub roztopić z nich śnieg zimą
Zanim ktoś wypowie teorię o możliwości schładzania kolektora próżniowego latem lub ogrzewania go z kotłowni zimą, powinien się zastanowić, gdzie tu logika? Z jednej strony próżnia ma izolować kolektor, a z drugiej strony pozwala na to, żeby ciepło wydostawało się na zewnątrz? Myślę, że nie ma potrzeby więcej rozpisywać się na temat tego mitu – obalony.

Mit 5: Śnieg nie trzyma się na kolektorach próżniowych
Istnieje pogląd, że śnieg przelatuje pomiędzy rurami próżniowymi, zostawiając je odsłonięte. Pogląd ten niestety nijak ma się do naszych zim. Dokładnie wiemy, ile śniegu zalega na naszych ulicach, podwórkach i dachach i co jest on w stanie przykryć. Średnia grubość pokrywy śnieżnej w województwie łódzkim może przekraczać ponad 20 cm (źródło: http://www.old.acta-agrophysica.org/artykuly/acta_agrophysica/ActaAgr_0_2012_19_3_501.pdf). Rury próżniowe niestety nie są wyjątkiem i zostaną przykryte przez śnieg jak wszystko inne. No i nie ma w przypadku kolektorów próżniowych możliwości odwrócenia obiegu ciepła i rozpuszczenia śniegu ciepłem z kotłowni (patrz mit 4), co można zrobić w kolektorze płaskim.
A co do przelatywania śniegu pomiędzy rurami, najlepiej zobaczyć to na własne oczy:

źródło: http://esanok.pl/wp-content/uploads/SOL.jpg
Mit obalony – tylko ręczne usuwanie śniegu może pomóc.

Mit 6: Kolektory próżniowe nie przegrzewają się
Przegrzewanie może dotyczyć zarówno kolektorów płaskich, jak i próżniowych, ale kolektory próżniowe, przez swoją izolację są na to bardziej narażone. Na szczęście jest to bardzo łatwe do sprawdzenia - wystarczy jeden rzut oka na wyniki badań z certyfikatu Solar Keymark i wiemy wszystko. Jeśli temperatura stagnacji przekracza 200 stopni, to powinniśmy się poważnie zastanowić nad zakupem takiego kolektora, ponieważ może on powodować problemy z przegrzewaniem. Nie powinniśmy się również godzić na rozwiązania połowiczne typu: żaluzje nad kolektorami, zrzut ciepłej wody do kanalizacji w przypadku możliwości przegrzania kolektorów, czy w końcu zrzut ciepła latem do instalacji CO.
Kolektory płaskie mają jednak ogromną przewagę. Nawet jeśli zdecydujemy się na takie z wysoką temperaturą stagnacji, zawsze możemy je schłodzić oddając ciepło z wody do atmosfery. W kolektorach próżniowych jest to niemożliwe (patrz mit 4).

Temperatura stagnacji kolektora płaskiego TS300 = 196 °C, kolektora próżniowego SB-1800 = 215 °C

Mit obalony – przegrzewanie jest niezależne od typu kolektora. Zawsze należy sprawdzić temperaturę stagnacji konkretnego kolektora, który chcemy kupić.

Jeśli w jakimkolwiek momencie czytania niniejszego artykułu zechcesz dowiedzieć się jeszcze więcej na temat kolektorów słonecznych, zadzwoń do przedstawiciela firmy Openergy z Piotrkowa Tryb.
– 503 666 985 (www.otwartaenergia.pl).

Mit 7: Jeśli dojdzie do potłuczenia szkła w kolektorze, to w próżniowym wymieniamy tylko potłuczone rury, a w płaskim cały kolektor
To prawda, ale należy pamiętać, że grubość szkła w rurze próżniowej to 1,5-2 mm, a szyba w kolektorach płaskich ma 3,2 – 4 mm. Zachęcam do obejrzenia testu, w którym kolejno kilka samochodów wjeżdża na kolektor płaski TS300 (link: https://www.youtube.com/watch?v=BxhWh_-RTn4). Szyba tego kolektora płaskiego ma 4mm grubości i zbudowana jest z hartowanego szkła. Swoją droga czekam na podobny test kolektorów próżniowych.

Mit 8: Ponieważ kolektor próżniowy jest okrągły, działa dłużej niż kolektor płaski
Słońce na okrągłej rurze operuje wcześniej i kończy operować później, ale jak wcześniej zauważyliśmy, sprawność do przetworzenia energii przez kolektor próżniowy jest mniejsza. Czy lepiej zatem mieć kolektory o małej wydajności, działające kilka minut dłużej rano i wieczorem, kiedy energii słonecznej jest mniej, czy mieć wysoką wydajność przez najlepsze energetycznie godziny dnia? Nie chodzi o to, żeby system chodził długo, ale o to, żeby szybko nagrzał wodę i w jak najmniejszym stopniu korzystał z prądu napędzającego pompkę solarną. Kolektor płaski wystartuje troszkę później, ale z ogromną mocą. Dodatkowo, nowoczesne kolektory płaskie posiadają szkło pryzmatyczne, które załamuje promienie słoneczne i do minimum skraca czas startu.
Kolektor płaski TS300 działa z prawie pełną mocą nawet przy nachyleniu słońca sięgającym 60O, co potwierdzają wyniki badań z certyfikatu Solar Keymark.

Mit 9: Ponieważ kolektor próżniowy jest okrągły, nagrzewa się również od dachu
Tutaj znów musimy wrócić do mitu 4. Skoro próżnia ma izolować kolektor, jak może on nagrzewać się od ciepłego powietrza? Jest to bardziej prawdopodobne przy kolektorach płaskich, chociaż i one są dobrze zaizolowane od spodu. A poza tym, ile ciepła może dawać zacieniony przez kolektory dach?

Mit obalony – jeśli coś izoluje, to izoluje wszystko, a nie wybrane zjawiska.

Jeśli jesteś zdecydowany na zakup instalacji solarnej, polecam skontaktować się z piotrkowską firmą Openergy. Możesz u nich zamówić każdy typ kolektora, ale przede wszystkim wysokowydajny kolektor płaski TS300. Załatwiają oni wszystko w domu Klienta, pomagają uzyskać 45% dotacji z NFOŚiGW.
Kontakt do przedstawiciela Openergy: 503 666 985 (www.otwartaenergia.pl).