Kolektory płaskie i próżniowe mogą być stosowane zarówno w małych, jak i dużych instalacjach solarnych. Cechują się odmiennymi kosztami inwestycji i efektami pracy. Wybór kolektora słonecznego musi uwzględniać zarówno możliwości zabudowy w danym budynku, jak i możliwości finansowe dla inwestycji. Zastosowanie kolektorów słonecznych pozwala spełnić wymagania warunków technicznych WT 2017 dzięki obniżeniu zużycia energii pierwotnej.

1. Kolektory płaskie i próżniowe – porównanie
 Porównanie sprawności płaskich i próżniowych kolektorów słonecznych
 Wskaźniki ekonomiczne kolektorów płaskich i próżniowych
 Możliwości zastosowania w zależności od rodzaju kolektora słonecznego
Wydanie 1/2017
30.06.2017
www.eko-blog.pl www.vaillant.pl

2. 2
Możliwości zastosowania kolektorów
słonecznych
 Zastosowanie kolektorów słonecznych w budynkach mieszkalnych jest najczęściej
przewidziane dla potrzeb podgrzewania ciepłej wody użytkowej. Mała instalacja solarna
składa się wówczas z 2÷3 kolektorów słonecznych, które są w stanie podgrzewać ciepłą
wodę dla potrzeb jednej rodziny. Atutem instalacji solarnej jest wysoka efektywność
energetyczna. Zużycie energii elektrycznej przez pompę obiegową w stosunku do ciepła
wytwarzanego w układzie jest śladowe. Dlatego przyjmuje się, że nakład energii pierwotnej
EP dla pracy instalacji solarnej jest zerowy. Wpływa to znacząco na poprawę bilansu
energetycznego budynku, co jest
szczególnie istotne w aspekcie
obowiązujących od 2017 roku
Warunków Technicznych WT 2017
dla projektowanych budynków lub
istniejących poddawanych większej
przebudowie.

3. 3
Wpływ zastosowania kolektorów słonecznych
na efektywność energetyczną
 Zastosowanie kolektorów słonecznych pozwala ograniczyć zużycie energii pierwotnej
(paliwa, energii elektrycznej), a tym samym podnieść efektywność energetyczną systemu
(najczęściej po stronie podgrzewania ciepłej wody użytkowej). Szczególnie w budynkach
ogrzewanych kotłem grzewczym, pozwala to obniżyć jednostkowe roczne zużycie energii
pierwotnej poniżej poziomu wymaganego przez warunki WT 2017 (< 95 kWh/m2rok).
 Przykładowo zastosowanie gazowego kotła kondensacyjnego nawet w budynku
o standardzie izolacji cieplnej zgodnym z warunkami WT 2017, nie zapewni spełnienia
warunków pod względem maksymalnego zużycia energii pierwotnej EP. Dopiero dodanie
nawet małej instalacji solarnej powinno w wystarczającym stopniu obniżyć zużycie energii.
EPmax WT 2017 = 95 kWh/m2rok
EP = 94,8 kWh/m2rok EP = 106,2 kWh/m2rok 

4. 4
Jaki kolektor słoneczny wybrać?
 Jednym z dylematów przy wyborze instalacji solarnej pozostaje kwestia wyboru rodzaju
kolektora słonecznego – płaskiego lub próżniowego. Różnią się one budową, efektami pracy
i kosztami zakupu. Wyboru można dokonać biorąc pod uwagę swoje wymagania preferencje.

5. 5
1. Porównanie sprawności kolektorów
słonecznych – płaskich i próżniowych
Porównanie sprawności kolektorów słonecznych
– płaskich i próżniowych
 Porównanie przedstawia jakie sprawności osiągają kolektory słoneczne w zależności
od warunków pracy – różnicy temperatury pomiędzy absorberem, a otoczeniem.
Warunki pracy są zależne od przeznaczenia instalacji solarnej (woda użytkowa lub
basenowa, wspomaganie ogrzewania), wielkości instalacji, chwilowych potrzeb ciepła
oraz nasłonecznienia. Wykresy sprawności można wykonać dla różnych wartości
promieniowania słonecznego, np. 1000 lub 300 W/m2.
 Na podstawie parametrów sprawnościowych zawartych w ogólnodostępnych certyfikatach
Solar Keymark, można porównać wykresy sprawności kolektorów słonecznych
1.

6. 6
Rodzaje kolektorów uwzględnianych
w porównaniach
 W porównaniach uwzględniono 3 modele kolektorów płaskich i próżniowych:
Kolektor płaski z szybą
pryzmatyczną
(auroTHERM VFK 145)
Kolektor płaski z szybą
antyrefleksyjną
(auroTHERM VFK 155)
Kolektor próżniowy
z przepływem bezpośrednim
(auroTHERM VTK 570/1140)
Sprawność optyczna: 0,790
Współczynnik a1: 3,721 W/m2K
Współczynnik a2: 0,016 W/m2K2
Dane sprawnościowe zgodnie
z certyfikatem Solar Keymark
Sprawność optyczna: 0,845
Współczynnik a1: 3,984 W/m2K
Współczynnik a2: 0,013 W/m2K2
Dane sprawnościowe zgodnie
z certyfikatem Solar Keymark
Sprawność optyczna: 0,642
Współczynnik a1: 0,885 W/m2K
Współczynnik a2: 0,001 W/m2K2
Dane sprawnościowe zgodnie
z certyfikatem Solar Keymark

7. 7
Porównanie sprawności kolektora płaskiego
i próżniowego (przy 1000 W/m2)
 W bardzo korzystnych warunkach nasłonecznienia (bezchmurny dzień, nasłonecznienie
1000 W/m2) kolektor płaski cechuje się wysoką sprawnością w dolnym zakresie różnicy
temperatury. W zakresie różnicy 0÷60 K, sprawność kolektora płaskiego VFK 145 jest
VTK 570
VFK 145
1000
W/m2Średnio +7%
(0÷60 K)
Średnio -42%
(60÷120 K)
wyższa średnio o +7%
w porównaniu do kolektora
próżniowego. Przy wyższej
różnicy temperatury
sprawność kolektora
płaskiego będzie się obniżać
bardziej niż dla kolektora
próżniowego. W zakresie
różnicy 60÷120 K, sprawność
kolektora płaskiego będzie
niższa średnio o -42%
w porównaniu do kolektora
próżniowego.
~ 42 K

8. 8
Porównanie sprawności kolektora płaskiego
i próżniowego (przy 300 W/m2)
 Przy zachmurzonym dniu (nasłonecznienie 300 W/m2) sprawność kolektora płaskiego jest
wyższa od próżniowego do różnicy temperatury ok. 15 K. W zakresie różnicy 0÷60 K,
sprawność kolektora płaskiego jest niższa średnio o -36% w porównaniu do próżniowego.
VTK 570
VFK 145
300
W/m2Średnio -36%
(0÷60 K)
> -300%
(60÷120 K)
Przy wyższej różnicy
temperatury (60÷120 K)
sprawność kolektora
płaskiego będzie niższa
średnio ponad 3-krotnie
w porównaniu do kolektora
próżniowego. Kolektor
próżniowy zachowuje
korzystniejsze parametry
pracy dla obniżonego
nasłonecznienia.
~ 15 K

9. 9
Zastosowanie kolektora płaskiego
o podwyższonej sprawności pracy
 Podwyższoną sprawnością pracy cechuje się kolektor płaski z szybą wykonaną ze szkła
antyrefleksyjnego. Może on stanowić pośrednie rozwiązanie pomiędzy płaskim i próżniowym
kolektorem słonecznym. Sprawność kolektora płaskiego ze szkłem antyrefleksyjnym
VTK 570
VFK 145
1000
W/m2
(auroTHERM VFK 155)
w standardowym zakresie
pracy (różnica temperatury do
60 K) jest wyższa średnio
o 8% w porównaniu do
kolektora płaskiego z szybą
standardową i wyższa średnio
o 15% w porównaniu do
kolektora próżniowego (VTK
570). W wyższym zakresie
(60÷120 K) sprawność
kolektora VFK 155 jest
VFK 155

10. 10
Kolektory próżniowe – różnice
w konstrukcji i sprawności pracy
 Należy zwrócić szczególną uwagę w przypadku wyboru kolektora próżniowego! Dostępne
na rynku produkty mogą różnić się znacząco pod względem konstrukcji, gwarancji, ceny
zakupu i sprawności. Stosunkowo tanie kolektory próżniowe mogą się cechować wyraźnie
VTK 570
1000
W/m2
niższą sprawnością nawet
w porównaniu do kolektorów
płaskich. Może być to niższa
sprawności w głównym
zakresie pracy (do 60 K),
a czasem nawet w całym
zakresie temperatury.
Dla przykładu kolektor
próżniowy o parametrach wg
certyfikatu Solar Keymark
011-7S1807R pracuje
z niższą sprawnością od
kolektora płaskiego (VFK 155)
VFK 155
011-7S1807R

11. 11
Podsumowanie
 Kolektory płaskie wysokiej klasy technicznej mogą pracować z wyższą sprawnością niż
próżniowe. Dotyczy to korzystnych warunków (wysokie promieniowane słoneczne) oraz
dolnego zakresu temperatur (różnica absorber-otoczenie w zakresu 060 K). Wyraźnie
wyższe efekty pozwala uzyskać kolektor płaski z szybą antyrefleksyjną.
 Kolektory próżniowe wysokiej klasy technicznej cechują się płaskim przebiegiem krzywej
sprawności, co świadczy o skutecznej izolacji cieplnej. Uzyskują wyższą sprawność niż
kolektory płaskie przy niższym promieniowaniu słonecznym i wyższych temperaturach pracy.
 Nie każdy rodzaj kolektora
próżniowego gwarantuje
uzyskiwanie wyższej
sprawności w porównaniu
do kolektorów płaskich
i w szerokim zakresie
temperatury pracy

12. 12
2. Porównanie uzysków ciepła instalacji
solarnych z różnymi kolektorami słonecznymi
Porównanie uzysków ciepła instalacji solarnych
z różnymi kolektorami słonecznymi
 Możliwe jest prześledzenie jak na uzyski ciepła wpływa zarówno wybrany rodzaj
kolektora słonecznego, jak i ich ilość. Porównanie jest także możliwe w rozbiciu na
poszczególne miesiące lub okresy (pora ciepła IV-IX i zimna X-III). Optymalny dobór
powinien zapewniać nie tylko jak najwyższe roczne pokrycie potrzeb ciepła (%/rok),
ale ze względów ekonomicznych przede wszystkim jak najwyższy jednostkowy uzysk
ciepła (kWh/m2rok).
 Na podstawie symulacji komputerowych można porównać przewidywane uzyski ciepła
w różnych instalacjach – zarówno sumaryczne (kWh/rok) jak i jednostkowe (kWh/m2rok)
2.

13. 13
Przykład doboru instalacji solarnych
dla podgrzewania ciepłej wody użytkowej
 Różnice w pracy kolektorów słonecznych można zaobserwować porównując przewidywane
efekty pracy. W tym celu można skorzystać z takich programów komputerowych jak T*SOL,
GetSolar czy Polysun. Wyniki symulacji zawierają szereg danych jak m.in. uzyski ciepła, czy
stopień pokrycia potrzeb cieplnych.
300 dm3/dzień, 45 oC
12,2 kWh/dzień
PODSTAWOWE ZAŁOŻENIA DLA SYMULACJI:
 Nasłonecznienie: 1050 kWh/m2rok
 Nachylenie kolektorów 35o, skierowanie na południe
 Podgrzewacz wody 2-wężownicowy 300 litrów
 Kolektory płaskie lub próżniowe
 Kocioł gazowy kondensacyjny

14. 14
Roczne sumaryczne uzyski ciepła
w instalacjach solarnych (kWh/rok)
 W symulacji komputerowej uwzględniono 3 modele kolektorów płaskich i próżniowych
zastosowane w 2 wielkościach instalacji solarnych dla każdego z kolektorów.
Uzysk ciepła (kWh/rok)
3 kolektor płaski z szybą pryzmatyczną (VFK 145)
Powierzchnia apertury/brutto: 4,70/5,02 m2
2 kolektor płaski z szybą pryzmatyczną (VFK 145)
Powierzchnia apertury/brutto: 7,05/7,53 m2
3 kolektor płaski z szybą antyrefleksyjną (VFK 155)
Powierzchnia apertury/brutto: 4,70/5,02 m2
2 kolektor płaski z szybą antyrefleksyjną (VFK 155)
Powierzchnia apertury/brutto: 7,05/7,53 m2
6 m2 kolektora próżniowego (VTK 570/1140)
Powierzchnia apertury/brutto: 5,00/5,80 m2
5 m2 kolektora próżniowego (VTK 570/1140)
Powierzchnia apertury/brutto: 6,00/6,96 m2
+6,7%
+11,1%

15. 15
Miesięczne uzyski ciepła oraz tabela rocznych
uzysków i pokrycia potrzeb ciepła
 Najwyższy uzysk ciepła (kWh/rok) i pokrycie potrzeb cieplnych (%/rok) można uzyskać
przy zastosowaniu kolektorów próżniowych (VTK 570). Powierzchnia 6 m2 apertury tych
kolektorów pozwala pokryć 58,2% rocznych potrzeb ciepła. Dobór małej instalacji solarnej
dla podgrzewania wody użytkowej powinien zakładać maksymalne pokrycie rocznych
potrzeb na maks. 5560%, aby unikać zbędnych nadwyżek ciepła i przegrzewów latem.
4,7 m2 płaski VFK 145
7,1 m2 płaski VFK 145
5,0 m2 próżniowy VTK 570
6,0 m2 próżniowy VTK 570
4,7 m2 płaski VFK 155
7,1 m2 płaski VFK 155
Miesiąc
Uzyskciepła
(kWh/m-ąc)
kWh/rok %/rok
6,0 m2 próżniowy
VTK 570
2821 58,2%
5,0 m2 próżniowy
VTK 570
2471 51,7%
7,1 m2 płaski
VFK 155
2645 54,8%
4,7 m2 płaski
VFK 155
2146 45,1%
7,1 m2 płaski
VFK 145
2540 52,6%
4,7 m2 płaski
VFK 145
2022 42,6%

16. 16
Porównanie jednostkowych uzysków ciepła
kolektorów słonecznych (kWh/m2rok)
 Kolektory próżniowe cechują się wyższymi uzyskami ciepła w odniesieniu do powierzchni
czynnej (apertury), nawet rzędu 30% w porównaniu do kolektorów płaskich wysokiej klasy.
Uzysk ciepła (kWh/m2rok)
3 kolektor płaski z szybą pryzmatyczną (VFK 145)
Powierzchnia apertury/brutto: 4,70/5,02 m2
2 kolektor płaski z szybą pryzmatyczną (VFK 145)
Powierzchnia apertury/brutto: 7,05/7,53 m2
3 kolektor płaski z szybą antyrefleksyjną (VFK 155)
Powierzchnia apertury/brutto: 4,70/5,02 m2
2 kolektor płaski z szybą antyrefleksyjną (VFK 155)
Powierzchnia apertury/brutto: 7,05/7,53 m2
6 m2 kolektora próżniowego (VTK 570/1140)
Powierzchnia apertury/brutto: 5,00/5,80 m2
5 m2 kolektora próżniowego (VTK 570/1140)
Powierzchnia apertury/brutto: 6,00/6,96 m2
+25%
+30%

17. 17
Porównanie uzysków ciepła instalacji
solarnych w porze ciepłej i zimnej (kWh/rok)
Uzyskciepła(kWh)
 Kolektory próżniowe i płaskie pracujące w instalacjach
o porównywalnej wielkości ( 5 m2 powierzchni apertury)
cechują się odmiennymi uzyskami ciepła. Można to
zaobserwować porównując uzyski ciepła dla dwóch
półrocznych okresów roku – pory ciepłej (IV-IX) i pory
zimnej (X-III).
 Kolektory próżniowe wysokiej klasy w okresie letnim,
w przykładowym budynku, mogą uzyskiwać +11,4%
więcej ciepła w porównaniu do podstawowego typu
kolektora płaskiego (VFK 145) i +5,2% w porównaniu
do kolektora płaskiego z szybą antyrefleksyjną (VFK 155)
 Większe różnice występują w okresie zimnym, na co
wpływ odgrywa skuteczniejsza izolacja cieplna (próżnia).
Kolektor próżniowy powinien uzyskiwać większą ilość
ciepła odpowiednio o +25,7% lub +17,7%.
 Na porę ciepłą przypada około 75% rocznej ilości ciepła
wytwarzanego w instalacji solarnej.

18. 18
Aspekty eksploatacji kolektorów słonecznych
w okresie zimowym
 Przy wyborze typu kolektora słonecznego należy
wziąć pod uwagę również kwestię lokalnego klimatu.
Niskie straty ciepła stanowią zaletę kolektora
próżniowego którego sprawność pracy jest zależna
w mniejszym stopniu od temperatury zewnętrznej,
w porównaniu do kolektorów płaskich.
 Utrudnieniem w pracy kolektorów próżniowych jest
z kolei zalegający na nim śnieg, lód i szron. Wówczas
zmniejszone nasłonecznienie absorbera i obniżone
do minimum straty ciepła, utrudniają i wydłużają czas
oczyszczania się rur próżniowych.
 W strefach większych opadów śniegu, kolektory
płaskie pozwalają zwykle na dłuższą pracę w sezonie
zimowym. Powietrze wewnątrz kolektora odbierając
ciepło z absorbera podgrzewa od dołu szybę,
prowadząc do szybkiego samoczynnego usunięcia
śniegu czy szronu.

19. 19
Podsumowanie
 Zastosowanie kolektorów próżniowych o podwyższonej sprawności pracy, może pozwolić
na zmniejszenie wymaganej powierzchni apertury. Mniejsza powierzchnia czynna kolektorów
próżniowych może wytwarzać porównywalną lub mniejszą ilość ciepła w porze ciepłej
(w porównaniu do instalacji z kolektorami płaskimi). Z kolei w porze zimnej uzyski ciepła
z kolektorów próżniowych mogą być wyższe niż z kolektorów płaskich. Wykres miesięcznych
uzysków ciepła będzie bardziej „spłaszczony” niż dla instalacji z kolektorami płaskimi. Może
być to korzystne w przypadku wspomagania ogrzewania domu, a także dla uzyskania
wyższego rocznego stopnia
pokrycia potrzeb ciepła
(rzędu 60% rocznie).

20. 20
3. Porównanie kosztów inwestycji instalacji
solarnych z różnymi kolektorami słonecznymi
Porównanie kosztów inwestycji instalacji solarnych
z różnymi kolektorami słonecznymi
 Dla oceny kosztów inwestycyjnych istotne jest porównanie cen wskaźników takich jak
cena jednostkowa za powierzchnię czynną (apertura) zł/m2, a także cen w odniesieniu
do mocy lub uzysków ciepła kolektorów słonecznych – zł/(kWh/rok). Podniesienie
poziomu efektywności instalacji solarnej wiąże się z wyższym kosztem inwestycji.
Decyzja o wyborze rozwiązania zależy od inwestora, a także możliwości zastosowania
określonych typów kolektorów w budynku (np. z uwagi na miejsce na dachu).
 Na podstawie symulacji komputerowych można szacowane koszty inwestycji w odniesieniu
do powierzchni, a także do uzysków ciepła kolektora słonecznego.
3.

21. 21
Porównanie cen jednostkowych (zł/m2)
- dla powierzchni apertury
Kolektor płaski z szybą
pryzmatyczną (VFK 145)
Kolektor płaski z szybą
antyrefleksyjną (VFK 155)
Kolektor próżniowy
(VTK 570/1140)
 Kolektory próżniowe wysokiej klasy technicznej cechują się stosunkowo wysoką ceną
zakupu. W przeliczeniu na powierzchnię apertury (czynną) ich cena może być nawet 2÷3
razy wyższa w porównaniu do kolektorów płaskich. Tym bardziej więc istotny jest dobór
wysokiej klasy kolektora próżniowego oraz prawidłowy dobór całej instalacji solarnej
z kolektorami próżniowymi.
Cena jednostkowa apertury (zł/m2)
 Pod uwagę wzięto jedynie ceny katalogowe netto kolektorów słonecznych zgodnie
z cennikiem producenta (01.2017). Osprzęt instalacji w każdym rodzaju kolektora będzie
taki sam lub porównywalny do siebie i nie będzie wpływał na różnice w powyższych
obliczeniach wskaźników finansowych.
zł/m2

22. 22
Porównanie cen jednostkowych [zł/(kwh/rok)]
- w przeliczeniu na roczny uzysk ciepła
Kolektor płaski z szybą
pryzmatyczną (VFK 145)
Kolektor płaski z szybą
antyrefleksyjną (VFK 155)
Kolektor próżniowy
(VTK 570/1140)
 Im większy będzie zakładany z instalacji solarnej uzysk ciepła (kWh/rok), tym należy się
liczyć z wyższymi nakładami finansowymi. Koszty inwestycji (w przeliczeniu na uzysk
roczny ciepła) w zakup kolektorów płaskich z szybą antyrefleksyjną, będą wyższe
w stosunku do podstawowych kolektorów z szybą pryzmatyczną o około 7 %. W stosunku
do kolektorów próżniowych będzie to już ok. 160 %.
Cena jednostkowa [zł/(kWh/rok)]
 Pod uwagę wzięto ceny katalogowe netto kolektorów słonecznych zgodnie z cennikiem
producenta (01.2017) oraz roczne uzyski ciepła przy założeniu zgodnie z wynikami
symulacji komputerowej ( strona 14)
zł/(kWh/rok)

23. 23
PODSUMOWANIE CECH
Kolektor płaski z szybą pryzmatyczną (auroTHERM VFK 145)
Kolektor płaski z szybą antyrefleksyjną (auroTHERM VFK 155)
Kolektor próżniowy z przepływem bezpośrednim (auroTHERM VTK 570/1140)
Korzystna cena zakupu, niski koszt inwestycji w odniesieniu do rocznych uzysków
ciepła instalacji solarnej, wysoka sprawność w standardowym zakresie temperatur
pracy (do różnicy 42 K wyżej niż kolektor próżniowy).
Nieznacznie wyższa cena zakupu w porównaniu do kolektora płaskiego z szybą
pryzmatyczną (ok. 7 %), przy zwiększeniu rocznych uzysków ciepła o około 4÷6 % .
Może stanowić pośrednie rozwiązanie między „standardowym” kolektorem płaskim,
a kolektorem próżniowym wysokiej klasy technicznej.
Wysoki roczny uzysk ciepła, jednostkowo (kWh/m2rok apertury) o około 30 %
więcej w stosunku do kolektora płaskiego z szybą pryzmatyczną i 25% do kolektora
z szybą antyrefleksyjną. Zwiększony koszt inwestycji.

24. Chłodzenie
www.eko-blog.pl www.vaillant.pl
Ogrzewanie
Energia odnawialna
Kotły gazowe
Kotły olejowe
Pompy ciepła
Kolektory słoneczne
Systemy wentylacji