Partner Strategiczny  www.solarblog.pl www.viessmann.pl Jak wybrać dobry kolektor próżniowy? Czy każdy kolektor próżniowy gwarantuje dobre efekty pracy? Czym różnią się od siebie kolektory próżniowe? Na czym polega wyższość kolektora próżniowego nad płaskim? Czy zawsze kolektor próżniowy jest sprawniejszy od płaskiego?

Czy każdy kolektor próżniowy gwarantuje dobre efekty pracy?

Czym różnią się od siebie kolektory próżniowe?

Na czym polega wyższość kolektora próżniowego nad płaskim?

Czy zawsze kolektor próżniowy jest sprawniejszy od płaskiego?

Próżniowe kolektory słoneczne Kolektory próżniowe stanowią zaawansowane rozwiązanie techniczne wykorzystując próżnię jako izolację cieplną Próżnia ogranicza straty ciepła z wnętrza kolektora, powodowane głównie przez unoszenie (konwekcję) powietrza odbierającego ciepło z absorbera kolektora

Kolektory próżniowe stanowią zaawansowane rozwiązanie techniczne wykorzystując próżnię jako izolację cieplną

Próżnia ogranicza straty ciepła z wnętrza kolektora, powodowane głównie przez unoszenie (konwekcję) powietrza odbierającego ciepło z absorbera kolektora

Straty ciepła w płaskim kolektorze słonecznym Konwekcja Energia użyteczna kolektora Energia użyteczna kolektora Przenikanie ciepła z kolektora Promieniowanie rozproszone Promieniowanie bezpośrednie Wypromieniowanie ciepła z szyby kolektora Wypromieniowanie ciepła z płyty absorbera Odbicia promieni Straty ciepła poprzez konwekcję Wiatr Deszcz Śnieg

Konwekcja w płaskim kolektorze słonecznym Obudowa płaskich kolektorów słonecznych nie jest całkowicie szczelna – wymagając wentylacji dla usuwania wilgoci, jaka jest pochłaniana i oddawana przez izolację cieplną (np. wełnę mineralną) Powietrze znajdujące się w obudowie kolektora płaskiego ogrzewając się od rozgrzanego absorbera unosi się odbierając z niego ciepło – stanowi to stratę ciepła kolektora słonecznego

Obudowa płaskich kolektorów słonecznych nie jest całkowicie szczelna – wymagając wentylacji dla usuwania wilgoci, jaka jest pochłaniana i oddawana przez izolację cieplną (np. wełnę mineralną)

Powietrze znajdujące się w obudowie kolektora płaskiego ogrzewając się od rozgrzanego absorbera unosi się odbierając z niego ciepło – stanowi to stratę ciepła kolektora słonecznego

Straty ciepła w próżniowym kolektorze słonecznym Absorbery w próżniowych kolektorach słonecznych otoczone są próżnią – w rzeczywistości minimalną ilością powietrza (podciśnienie) W dobrej klasy próżniowych kolektorach słonecznych wytwarza się wysokie podciśnienie rzędu: 0,001÷0,002 Pa Dzięki próżni straty ciepła z wnętrza kolektora próżniowego są niższe niż dla kolektorów płaskich

Absorbery w próżniowych kolektorach słonecznych otoczone są próżnią – w rzeczywistości minimalną ilością powietrza (podciśnienie)

W dobrej klasy próżniowych kolektorach słonecznych wytwarza się wysokie podciśnienie rzędu:

0,001÷0,002 Pa

Dzięki próżni straty ciepła z wnętrza kolektora próżniowego są niższe niż dla kolektorów płaskich

Podstawowe rodzaje próżniowych kolektorów słonecznych Rura szklana Absorber Przewody czynnika grzewczego Rura szklana Absorber Przewód czynnika grzewczego Kolektor o popularnej konstrukcji z podwójną rurą szklaną, z próżnią wytworzoną pomiędzy nimi Absorber często w kształcie walca, jeden lub dwa przewody czynnika grzewczego Kolektor o pojedynczej rurze szklanej, z absorberem w formie płaskiej i przewodem czynnika grzewczego, próżnia w całej objętości rury szklanej

Kolektor o popularnej konstrukcji z podwójną rurą szklaną, z próżnią wytworzoną pomiędzy nimi

Absorber często w kształcie walca, jeden lub dwa przewody czynnika grzewczego

Kolektor o pojedynczej rurze szklanej, z absorberem w formie płaskiej i przewodem czynnika grzewczego, próżnia w całej objętości rury szklanej

Kolektory próżniowe o podwójnym przeszkleniu Kolektory z podwójną rurą szklaną pomimo skutecznej izolacji cieplnej posiadają zdecydowanie niższą sprawność pracy od kolektorów próżniowych z pojedynczą rurą szklaną, a nawet od większości kolektorów płaskich Niższa sprawność takich kolektorów wynika z podwójnej bariery (szkła) dla promieni słonecznych, mających dotrzeć do absorbera wytwarzającego użyteczne ciepło

Kolektory z podwójną rurą szklaną pomimo skutecznej izolacji cieplnej posiadają zdecydowanie niższą sprawność pracy od kolektorów próżniowych z pojedynczą rurą szklaną, a nawet od większości kolektorów płaskich

Niższa sprawność takich kolektorów wynika z podwójnej bariery (szkła) dla promieni słonecznych, mających dotrzeć do absorbera wytwarzającego użyteczne ciepło

Kolektory próżniowe o pojedynczym przeszkleniu Kolektory z pojedynczą rurą szklaną zapewniają podobny dostęp promieniowania słonecznego do wnętrza, jak w przypadku kolektorów płaskich Próżnia znajduje się w całej objętości rury szklanej, bezpośrednio eliminując straty ciepła z absorbera

Kolektory z pojedynczą rurą szklaną zapewniają podobny dostęp promieniowania słonecznego do wnętrza, jak w przypadku kolektorów płaskich

Próżnia znajduje się w całej objętości rury szklanej, bezpośrednio eliminując straty ciepła z absorbera

Dostęp promieniowania słonecznego do absorbera w kolektorach próżniowych Podwójne przeszklenie znacząco wpływa na spadek sprawności kolektora słonecznego, wskutek ograniczenia dostępu promieniowania słonecznego do absorbera

Podwójne przeszklenie znacząco wpływa na spadek sprawności kolektora słonecznego, wskutek ograniczenia dostępu promieniowania słonecznego do absorbera

Sens stosowania kolektorów próżniowych ma miejsce wówczas, gdy możliwe jest zastosowanie ich o mniejszej powierzchni niż kolektorów płaskich W zależności od konstrukcji, sprawność kolektora próżniowego może być (ale nie musi!) wyższa niż kolektorów płaskich Różnice w sprawności pomiędzy kolektorami próżniowymi mogą być znaczne Próżniowe kolektory słoneczne – porównanie typowych rozwiązań rynkowych

Sens stosowania kolektorów próżniowych ma miejsce wówczas, gdy możliwe jest zastosowanie ich o mniejszej powierzchni niż kolektorów płaskich

W zależności od konstrukcji, sprawność kolektora próżniowego może być (ale nie musi!) wyższa niż kolektorów płaskich

Różnice w sprawności pomiędzy kolektorami próżniowymi mogą być znaczne

1- Rura szklana (x2) 2- Próżnia 3- Absorber 4- Przewodnik ciepła 5- Przewód czynnika grzewczego 1- Rura szklana (x2) 2- Próżnia 3- Absorber 4- Przewodnik ciepła 5- Przewód czynnika grzewczego 6- Zwierciadło (CPC) 1- Rura szklana (x1) 2- Próżnia 3- Absorber 4- Przewód czynnika grzewczego Próżniowe kolektory słoneczne – porównanie typowych rozwiązań rynkowych Kolektor 1 Kolektor 2 Kolektor 3

Parametry charakterystyczne dla kolektorów słonecznych Sprawność kolektora słonecznego w różnych warunkach pracy można określić na podstawie 3-ech charakterystycznych parametrów : a0 – sprawność optyczna kolektora słonecznego a1 (W/m 2 K) - współczynnik strat ciepła liniowych a2 (W/m 2 K 2 ) – współczynnik strat ciepła nieliniowych Parametry określane są w laboratoriach badawczych zgodnie z normą EN 12975 (również jako PN-EN 12975) i pozwalają porównywać w sposób jednoznaczny różne kolektory

Sprawność kolektora słonecznego w różnych warunkach pracy można określić na podstawie 3-ech charakterystycznych parametrów :

a0 – sprawność optyczna kolektora słonecznego

a1 (W/m 2 K) - współczynnik strat ciepła liniowych

a2 (W/m 2 K 2 ) – współczynnik strat ciepła nieliniowych

Parametry określane są w laboratoriach badawczych zgodnie z normą EN 12975 (również jako PN-EN 12975) i pozwalają porównywać w sposób jednoznaczny różne kolektory

Kolektor 1 Kolektor 2 Kolektor 3 Próżniowe kolektory słoneczne – porównanie typowych rozwiązań rynkowych a0 = 0,533 a1 = 1,30 a2 = 0,0125 a0 = 0,620 a1 = 0,94 a2 = 0,0070 a0 = 0,766 a1 = 1,51 a2 = 0,0068 Parametry charakterystyczne kolektorów słonecznych według badań laboratoryjnych zgodnie z normą PN-EN 12975 Odniesienie – powierzchnia czynna kolektora (tzw. apertury)

Parametry charakterystyczne kolektorów słonecznych według badań laboratoryjnych zgodnie z normą PN-EN 12975

Odniesienie – powierzchnia czynna kolektora (tzw. apertury)

Porównanie sprawności pracy dla 3-ech kolektorów próżniowych Dane kolektorów według badań zgodnych z normą PN-EN 12975

Dane kolektorów według badań zgodnych z normą PN-EN 12975

Komentarz do wykresu sprawności dla kolektora słonecznego Wykres sprawności wykonany dla nasłonecznienia 800 W/m 2 Parametry kolektorów wg. danych z protokołów badań laboratoriów ISFH oraz SPF dla wybranych typów reprezentatywnych kolektorów Różnica temperatury dT wyrażona w stopniach Kelvina określa różnicę pomiędzy absorberem kolektora, a otoczeniem kolektora  im wyższa różnica, tym wyższe straty ciepła i zarazem niższa sprawność kolektora

Wykres sprawności wykonany dla nasłonecznienia 800 W/m 2

Parametry kolektorów wg. danych z protokołów badań laboratoriów ISFH oraz SPF dla wybranych typów reprezentatywnych kolektorów

Różnica temperatury dT wyrażona w stopniach Kelvina określa różnicę pomiędzy absorberem kolektora, a otoczeniem kolektora  im wyższa różnica, tym wyższe straty ciepła i zarazem niższa sprawność kolektora

Podsumowanie rankingu sprawności kolektorów próżniowych Podwójne przeszklenie kolektora próżniowego negatywnie wpływa na jego sprawność Zdecydowanie najwyższą sprawność uzyskują kolektory próżniowe z pojedynczą rurą szklaną Kolektory próżniowe podwójnie przeszklone, nawet wyposażone w zwierciadła odbijające promienie słoneczne (tzw. CPC) uzyskują wyraźnie niższe sprawności niż kolektory próżniowe o pojedynczym przeszkleniu

Podwójne przeszklenie kolektora próżniowego negatywnie wpływa na jego sprawność

Zdecydowanie najwyższą sprawność uzyskują kolektory próżniowe z pojedynczą rurą szklaną

Kolektory próżniowe podwójnie przeszklone, nawet wyposażone w zwierciadła odbijające promienie słoneczne (tzw. CPC) uzyskują wyraźnie niższe sprawności niż kolektory próżniowe o pojedynczym przeszkleniu

Próżniowe kolektory słoneczne o wysokiej sprawności pracy Należy podkreślić, że znaczna większość próżniowych kolektorów słonecznych na rynku polskim, to kolektory o podwójnym przeszkleniu, jako popularne w produkcji i stosunkowo tanie urządzenia Odrębną kwestią pozostaje jakość tego typu konstrukcji – najczęściej brak jest potwierdzenia jakości w badaniach niezależnych laboratoriów, zgodnie z normą europejską EN 12975 Kolektory próżniowe podwójnie przeszklone przeważnie posiadają niższą sprawność od … kolektorów płaskich dobrej klasy, przy porównywalnej cenie zakupu

Należy podkreślić, że znaczna większość próżniowych kolektorów słonecznych na rynku polskim, to kolektory o podwójnym przeszkleniu, jako popularne w produkcji i stosunkowo tanie urządzenia

Odrębną kwestią pozostaje jakość tego typu konstrukcji – najczęściej brak jest potwierdzenia jakości w badaniach niezależnych laboratoriów, zgodnie z normą europejską EN 12975

Kolektory próżniowe podwójnie przeszklone przeważnie posiadają niższą sprawność od … kolektorów płaskich dobrej klasy, przy porównywalnej cenie zakupu

Próżniowe kolektory słoneczne o wysokiej sprawności pracy Przykład kolektora słonecznego nr3 rankingu porównawczego: Viessmann VITOSOL 200-T kolektor o bezpośrednim przepływie czynnika grzewczego przez absorbery, o powierzchni 2 lub 3 m 2 (20 lub 30 rur próżniowych)

Przykład kolektora słonecznego nr3 rankingu porównawczego:

Viessmann VITOSOL 200-T

kolektor o bezpośrednim przepływie czynnika grzewczego przez absorbery, o powierzchni 2 lub 3 m 2 (20 lub 30 rur próżniowych)

Porównanie sprawności kolektora próżniowego nr1 i próżniowego nr3 np. Viessmann VITOSOL 200-T

Porównanie sprawności kolektora próżniowego nr1 i płaskiego dobrej klasy Kolektor płaski np. Viessmann VITOSOL 200-F

Wnioski z porównania sprawności kolektora próżniowego nr1 z innymi (slajd 19-20) Pomimo pozornie lepszej izolacji cieplnej, kolektor o podwójnym przeszkleniu posiada wyraźnie niższą sprawność od kolektora próżniowego z pojedynczą rurą szklaną, a także od kolektora płaskiego Niższa sprawność oznacza, że w typowym zakresie pracy – np. dla dT = 32 K (np. temperatura absorbera = 57 o C, a otoczenia = 25 o C), dla nasłonecznienie 800 W/m 2 , moc chwilowa kolektorów próżniowych wynosić będzie : Wydajność kolektorów próżniowych będzie się różnić w takich warunkach w sposób znaczący o 50% (!) Kolektor nr3 = 800 x 0,465 = 372 W/m 2 Kolektor nr1 (VITOSOL 200-T) = 800 x 0,698 = 558 W/m 2

Pomimo pozornie lepszej izolacji cieplnej, kolektor o podwójnym przeszkleniu posiada wyraźnie niższą sprawność od kolektora próżniowego z pojedynczą rurą szklaną, a także od kolektora płaskiego

Niższa sprawność oznacza, że w typowym zakresie pracy – np. dla dT = 32 K (np. temperatura absorbera = 57 o C, a otoczenia = 25 o C), dla nasłonecznienie 800 W/m 2 , moc chwilowa kolektorów próżniowych wynosić będzie :

Wydajność kolektorów próżniowych będzie się różnić w takich warunkach w sposób znaczący o 50% (!)

Kolektor nr3 = 800 x 0,465 = 372 W/m 2

Kolektor nr1 (VITOSOL 200-T) = 800 x 0,698 = 558 W/m 2

Wnioski końcowe Jeżeli chcemy inwestować w kolektory próżniowe, to jedynie wysokiej klasy, gdzie sprawność pracy jest wyższa niż dla kolektorów płaskich (!) Dobrej klasy kolektor próżniowy posiada wyższe roczne uzyski ciepła niż kolektor płaski, przyjmuje się, że w małej instalacji solarnej zamiast 4÷5 m 2 kolektora płaskiego stosuje się zamiennie 3÷3,5 m 2 kolektora próżniowego dobrej klasy (oszczędzając miejsce zabudowy na dachu) Dobrej klasy kolektor płaski posiada w typowych warunkach pracy wyższą sprawność pracy niż większość kolektorów próżniowych o podwójnym przeszkleniu - przy porównywalnej cenie zakupu dobrej klasy kolektora płaskiego oraz próżniowego (przeważnie bez certyfikatu potwierdzającego jakość EN 12975)

Jeżeli chcemy inwestować w kolektory próżniowe, to jedynie wysokiej klasy, gdzie sprawność pracy jest wyższa niż dla kolektorów płaskich (!)

Dobrej klasy kolektor próżniowy posiada wyższe roczne uzyski ciepła niż kolektor płaski, przyjmuje się, że w małej instalacji solarnej zamiast 4÷5 m 2 kolektora płaskiego stosuje się zamiennie 3÷3,5 m 2 kolektora próżniowego dobrej klasy (oszczędzając miejsce zabudowy na dachu)

Dobrej klasy kolektor płaski posiada w typowych warunkach pracy wyższą sprawność pracy niż większość kolektorów próżniowych o podwójnym przeszkleniu - przy porównywalnej cenie zakupu dobrej klasy kolektora płaskiego oraz próżniowego (przeważnie bez certyfikatu potwierdzającego jakość EN 12975)

1975 2009 Viessmann – ponad 30-letnie doświadczenie w Odnawialnych Źródłach Energii

Partner Strategiczny  www.solarblog.pl www.viessmann.pl