Próżniowe kolektory słoneczne mogą posiadać różne konstrukcje. Jednak ich cechą wspólną jest zastosowanie próżni jako izolacji cieplnej, dla ograniczenia strat ciepła od absorbera do otoczenia kolektora słoneczego. Jak są zbudowane?

1. www.solarblog.pl
Budowa kolektora próżniowego
 Jak zbudowany jest kolektor próżniowy?
 Jakie typy kolektorów próżniowych można wyróżnić?
 Jak pracują kolektory próżniowe?

2. Slajd
2
Kolektory próżniowe – zastosowanie, budowa…
 Kolektory próżniowe zbudowane są najczęściej
w postaci pojedynczych próżniowych rur szklanych
 Rzadszym rozwiązaniem są kolektory próżniowe
płaskie, ze względów na trudności technologiczne,
zapewnienia szczelności w dużej objętości
 Kolektory próżniowe rurowe oferowane są w kilku
typach, różniących się znacznie wydajnością pracy.
Podstawową różnicą jest budowa rury próżniowej:
1-ścienna lub 2-ścienna, co odgrywa decydujące
znaczenie dla uzyskiwanych wydajności cieplnych.

3. Slajd
3
Znaczenie izolacji cieplnej dla kolektora słonecznego
 Izolacja cieplna odgrywa zasadniczą rolę w pracy kolektora słonecznego.
Obudowa kolektorów płaskich nie jest szczelna z uwagi na konieczność
„oddychania” izolacji cieplnej (usuwanie wilgoci), a przez to istotną część strat
ciepła wywołuje konwekcja, czyli unoszenie ciepła przez powietrze odbierające
je z powierzchni absorbera.
Źródło: Solar International Energy
 W kolektorach próżniowych panuje
głębokie podciśnienie, niemal
eliminujące zjawisko konwekcji.
Powierzchnia rur próżniowych jest
znacznie „chłodniejsza” w porównaniu
do szyby kolektora płaskiego. Należy
jednak zaznaczyć, że nie jest to
zaletą w każdych warunkach pracy
kolektora próżniowego…
 więcej w prezentacji „Jak pracują
kolektory słoneczne zimą”

4. Slajd
4
Rodzaje kolektorów próżniowych
 Próżniowe rurowe kolektory słoneczne zbudowane są z 1- lub 2-ściennych rur
próżniowych. W przypadku rur próżniowych 2-ściennych, próżnia jest wytworzona
pomiędzy dwoma rurami szklanymi. Konstrukcja rury jest zamknięta fabrycznie
(szkło-szkło). W przypadku rur 1-ściennych rura szklana musi być połączona
szczelnie z rurką czynnika grzewczego (szkło-metal)
 Niektóre kolektory próżniowe wyposażane są dodatkowe zwierciadła (tzw. CPC)
mające na celu odbijać promieniowanie słoneczne i kierować je na absorber

5. Slajd
5
Rodzaje kolektorów próżniowych
 Kolektory słoneczne próżniowe mogą działać na zasadzie bezpośredniego
przepływu przez absorbery lub na zasadzie rurki cieplnej (heat pipe), gdzie czynnik
grzewczy (glikol) nie kontaktuje się z absorberami
kolektor z przepływem
bezpośrednim
kolektor typu
heat pipe

6. Slajd
6
Standardowa 2-ścienna rura próżniowa heat pipe
Nośnik ciepła
odbiera ciepło
i odparowuje
Dopływ
ciepła
Nośnik ciepła oddając
ciepło do czynnika
grzewczego (glikolu),
skrapla się
Skroplony nośnik
ciepła spływa w dół
Czynnik
grzewczy
(glikol)
Absorber
Próżnia
Kondensator
Rura zbiorcza
(przepływ glikolu)
Źródło: sunintersolar.com

7. Slajd
7
Kolektory typu heat pipe?
 Kolektory próżniowe typu heat pipe
stanowią większą część oferowanych
obecnie na rynku kolektorów próżniowych
 Na rynku występują one w bardzo
zróżnicowanej konstrukcji, jakości oraz
wydajności cieplnej. Część produkcji to
wielkoseryjne wytwarzanie tanich
w zakupie elementów (udział Chin
w produkcji całego świata ok. 60%)
Źródło: sunpeakusa.com

8. Slajd
8
Budowa kolektora próżniowego KSR10
 Kolektor próżniowy Hewalex KSR10 zbudowany jest
z 10-ciu 1-ściennych rur próżniowych NARVA
 Wewnątrz rur wytworzone jest głębokie podciśnienie
10-6 bar (0,1 Pa, czyli 0,0001% z ciśnienia otoczenia)
 Kolektor pracuje na zasadzie bezpośredniego
przepływu czynnika grzewczego przez absorbery,
który przepływa przez podwójny współśrodkowy
przewód miedziany

9. Slajd
9
Budowa kolektora próżniowego KSR10
 Kolektory próżniowe posiadają
standardowo przyłącza u góry
 W przypadku stagnacji
i przegrzewania kolektora, woda
zawarta w czynniku grzewczym
zaczyna wrzeć i parować
 W standardowym układzie
w zasyfonowaniach następuje
długotrwałe gotowanie czynnika,
wytwarzanie dużej ilości pary wodnej
i wysokie ryzyko uszkodzenia
czynnika (glikolu)
 Przy podłączeniu dolnym, w razie
przegrzewu, czynnik grzewczy
w łatwy i swobodny sposób zostanie
wypchnięty z kolektora
KSR10
Standard

10. Slajd
10
 Czynnik grzewczy (glikol) odbiera
bezpośrednio ciepło z absorberów
poprzez przepływ w podwójnej
(współśrodkowej) rurce miedzianej
Budowa kolektora próżniowego KSR10
 Rury próżniowe można obracać
wokół osi o 25o, co pozwala
skorygować niekorzystne położenie
kolektora wobec kierunku padania
promieni słonecznych

11. Slajd
11
Połączenie szkło-metal
 Połączenie szkło-metal rur próżniowych
Narva skonstruowane jest w sposób
zapewniający utrzymanie próżni w skrajnych
warunkach pracy, np. przy obciążeniu
mechanicznym, szoku termicznym, kawitacji
(uderzenia wewnętrzne w trakcie
parowania/skraplania w stanie stagnacji)
 Rura szklana jest trwale zespolona
(poprzez procesy cieplne) z pierścieniem ze
specjalnego sprężystego stopu, który dzięki
właściwościom samozaciskowym uszczelnia
połączenie z rurą czynnika grzewczego
Źródło: nts-solar.com
 Dzięki takiemu rozwiązaniu (patent PTC/DE2006/001244 of 13.07.2006),
obciążenia mechaniczne nie przenoszą się na rurę szklaną. Połączenie było
testowane zgodnie z wymaganiami certyfikatu Solar Keymark (normy
EN 12975), na 1000-krotną próbę szoku termicznego
10-6 mbar
(0,1 Pa)

12. Slajd
12
Warstwa antyrefleksyjna rury próżniowej KSR10
Źródło: nts-solar.com
Z warstwą AR
Bez warstwy AR
Transmisyjność
Długość fali m
AR
 Specjalne szkło o niskiej zawartości tlenków żelaza dla rur próżniowych
 Dodatkowa warstwa antyrefleksyjna (AR, nanotechnologia (krzemiany SiO2))
zwiększa przepuszczalność promieniowania słonecznego o około 5%
 Wytrzymałość mechaniczna i na gradobicie (test kulki 150g)

13. Slajd
13
Wytwarzanie połączenia szkło-metal
 Rury próżniowe przed
wykonaniem połączenia
szkło-metal
Źródło: nt-solartechnik.de
 Obróbka cieplna przy
łączeniu szkło-metal rury
próżniowej

14. Slajd
14
Wytwarzanie połączenia szkło-metal
Źródło: nt-solartechnik.de
przejście
metal-metal
 Połączenie rury szklanej z krążkiem metalowym
stanowi opatentowane (EP 1 926 943 B1)
rozwiązanie niemieckiego producenta rur
próżniowych NARVA Lichtquellen GmbH + Co. KG
 Zapewnia 100-procentową szczelność połączenia
szkło-metal, którą uzyskuje się przez precyzyjne
dopasowanie rury i krążka, pełne zatopienie krążka
w rurze szklanej (z zawinięciem krawędzi).
 Przejście rurki absorbera ma charakter
metal-metal, zapewniając wytrzymałość
mechaniczną oraz szczelność (uniknięcie
przejścia typu metal-szkło, dla materiałów
o różnych rozszerzalnościach cieplnych).
połączenie
szkło-metal

15. Slajd
15
Zachowanie próżni w rurach kolektora (1/3)
 W niektórych kolektorach stosowany jest getter, czyli substancja chemiczna
najczęściej – bar, pochłaniająca gazy pozostające wewnątrz rury po procesach
produkcji.
 Getter aktywnie absorbuje takie związki, jak CO, CO2, N2, O2, H2O i H2.
W razie rozszczelnienia się rury, getter wytwarza charakterystyczny biały nalot, co
jest wizualnym wskaźnikiem zaniku izolacji cieplnej – próżni. Z lewej strony rura
szczelna, z prawej – rura rozszczelniona (biały nalot)
Źródło: me000556.host.inode.at

16. Slajd
16
Zachowanie próżni w rurach kolektora (2/3)
 Wizualnie wskaźnikiem zachowania próżni może być również widok kolektora
w okresie zimowym. W przypadku braku próżni, powierzchnia rur próżniowych
ulegnie szybkiemu rozmrożeniu, w przeciwieństwie do rur z zachowaną próżnią
Źródło: stockhammer.biz

17. Slajd
17
Zachowanie próżni w rurach kolektora (3/3)
 Wizualnie wskaźnikiem zachowania próżni
może być również widok kolektora
w okresie zimowym. W przypadku braku
próżni, powierzchnia rur próżniowych ulegnie
szybkiemu rozmrożeniu, w przeciwieństwie
do rur z zachowaną próżnią
Źródło: positron.ch

18. Slajd
18
Wpływ rozstawu rur próżniowych na eksploatację
Zwiększenie odległości pomiędzy rurami próżniowymi ogranicza
występowanie zacienienia absorberów i zmniejszania uzysków ciepła
30÷40% zacienionej

19. Slajd
19
Kolektory próżniowe – zalety, wady…
 Kolektory typu heat pipe mają zalety:
- możliwość wymiany rury próżniowej bez opróżniania instalacji
- mniejsza możliwość przegrzewania czynnika grzewczego
- zazwyczaj niższy koszt zakupu
 Kolektory o bezpośrednim przepływie mają zalety:
- wyższa sprawność (dla dobrej klasy rur próżniowych tego samego
producenta, np. Narva, Kingspan różnica wynosi 4-6% )
- w porównaniu do standardowych na rynku 2-ściennych kolektorów
próżniowych, różnica w sprawności może przekraczać 50%
(więcej w prezentacji „Sprawność kolektora słonecznego”)
- możliwość pracy w dowolnym położeniu rur próżniowych,
także z poziomie lub w pionie
- nieco większe straty cieplne kolektorów 1-ściennych o przepływie
bezpośrednim poprawiają odmrażanie kolektora w zimie
(więcej w prezentacji „Jak pracującą kolektory słoneczne zimą”

20. Slajd
20
Wydajność cieplna kolektorów słonecznych
 Różnice w wydajnościach cieplnych kolektorów można także wykazać na
wykresie sprawności (porównanie dla typowego zakresu pracy, nasłonecznienie 600 W/m2,
dane z bazy certyfikatów Solar Keymark, solarkeymark.org)
 = 71,0%
Q = 426 W/m2
 = 58,2%
Q = 349 W/m2
 = 50,1%
Q = 301 W/m2
 = 45,2%
Q = 271 W/m2
 = 35,6%
Q = 213 W/m2
-18%
-29%
-36%
-50%

21. www.solarblog.pl www.hewalex.pl
Hewalex
Ponad 20-letnie doświadczenie na rynku polskim i zagranicznym
więcej prezentacji >>>

22. www.solarblog.pl www.hewalex.plwięcej prezentacji >>>
Kompletne rozwiązania oparte o kolektory słoneczne i pompy ciepła
Zastosowanie w obiektach mieszkalnych i użytkowych
Hewalex
Ponad 20-letnie doświadczenie na rynku polskim i zagranicznym