Jak pracuje kolektor próżniowy w zimę? Posiada skuteczniejszą izolację cieplną, co może wpływać na jego zwiększoną sprawność pracy, pod warunkiem, że konstrukcja pozwala na jego odmrażanie. Porównanie kolektorów pod względem pracy zarówno latem i zimą przynosi ciekawe wyniki...

1. www.solarblog.pl
Jak pracują kolektory słoneczne zimą?
 Jakie są różnice w pracy kolektorów słonecznych?
 Jaki wpływ na pracę kolektora odgrywa jego budowa?
 Jak w rzeczywistości pracują kolektory próżniowe zimą?

2. Slajd
2
Kolektory słoneczne próżniowe
 Kolektory próżniowe powstały z myślą
o uzyskiwaniu wyższych wydajności
cieplnych w porównaniu do „standardowych”
kolektorów płaskich.

3. Slajd
3
Kolektor płaski, a próżniowy
 Kolektory próżniowe powstały z myślą
o wyeliminowaniu „mankamentu” kolektorów
płaskich – strat ciepła z absorbera
w wyniku konwekcji (unoszenia) ciepła
przez znajdujące się w obudowie kolektora
płaskiego powietrze
 W kolektorach próżniowych to próżnia
stanowi izolację cieplną, ograniczając do
minimum straty ciepła z absorbera.
 W praktyce próżnia, oznacza głębokie
podciśnienie wewnątrz rury szklanej
(0,01-0,001 Pa), co w zupełności wystarcza
do niemal całkowitego wyeliminowania
konwekcji ciepła poprzez „brak powietrza”

4. Slajd
4
Kolektory słoneczne – wytrzymałość na nacisk
 Kolektory słoneczne w okresie
zimowym narażone są na zaleganie
śniegu i szronu. Obciążenie jakie
powoduje śnieg, nie stanowi dla
przykrycia szklanego zagrożenia,
gdyż szkło solarne posiada wysoką
wytrzymałość na nacisk
 Wiele kolektorów badanych
w testach jakościowych miało z kolei
problemy ze szczelnością w sytuacji
topnienia śniegu, gdy pod naciskiem
tworzyły się szczeliny w obudowie
(styk szyby i obudowy),
umożliwiając wnikanie wilgoci do
wnętrza obudowy
Źródło: zdjęcie Solar-More GbR

5. Slajd
5
Kolektory słoneczne – zaleganie śniegu i szronu
 Niektóre argumenty za stosowaniem kolektorów próżniowych wskazują
na brak zalegania śniegu, wskutek jego „przesypywania się” pomiędzy rurami
próżniowymi (!?).
 Po pierwsze – śnieg nie jest zazwyczaj tak sypki jak … piasek, po drugie
kolektory płaskie (w takim porównaniu) nie są instalowane w pozycji poziomej,
gdyż wymagają nachylenia i wreszcie po trzecie na powierzchni szyby kolektora
pojawia się przeważnie lód i szron, który skutecznie zatrzymuje śnieg na
chropowatej wówczas powierzchni
!?

6. Slajd
6
Kolektory słoneczne – zaleganie śniegu i szronu
 Przykłady z praktyki pokazują, że szczególnie w pozycji poziomej, niekorzystnej
w okresie zimowym dla pozyskiwania promieniowania słonecznego (niskie
położenie słońca i ostry kąt padania promieni słonecznych), z powierzchni
rur próżniowych mimo nasłonecznienia, „nie schodzi” szron pomimo, że cały
dzień był lekko mroźny i intensywnie nasłoneczniony (Berlin, 01.12.2005)
Instalacja 2
Berlin, 01.12.2005
godz.14:02
Instalacja 1
Berlin, 01.12.2005
godz.11:44

7. Slajd
7
Oczyszczanie kolektora ze śniegu?
Źródło: brightstarsolar.net, alyssaackerman.blogspot.com, arttec.ne, motherearthnews.com
 W wielu krajach, gdzie kolektory słoneczne lub ogniwa fotowoltaiczne
instalowane są w strefach zwiększonych opadów śniegu, z góry zakłada się,
że należy mieć dostęp i narzędzie do ich odśnieżania
 Prowadzone badania na temat przepuszczalności promieniowania słonecznego
przez śnieg i lód wskazują, że występują znaczne rozbieżności transmisyjności
(przenikania) promieniowania, w zależności od grubości śniegu, jego struktury,
koloru, itd.. Ale można przyjąć, że warstwa 10 cm śniegu zmniejsza przenikanie
promieniowania słonecznego do około 5%
(„Field investigations of apparent optical properties of ice cover in Finnish and Estonian lakes in winter 2009”)

8. Slajd
8
Samooczyszczanie się kolektora…
 Sam szron w zależności od grubości zmniejsza możliwość przenikania
promieniowania słonecznego o około 30 do 50% (solartirol.at)
 Jeżeli więc sprawność optyczna kolektorów próżniowych jest często niższa
w porównaniu do płaskich nawet o ponad 30% (mniej promieniowania dociera
do absorbera) i jednocześnie straty ciepła z kolektora próżniowego są znacznie
mniejsze niż dla płaskiego, to która powierzchnia „oczyści się” szybciej zimą?

9. Slajd
9
Kolektory słoneczne – analiza porównawcza
 W okolicy Katowic, w promieniu 3 km, w tym samym czasie, wykonano
19 fotografii kolektorów słonecznych (10 płaskich, 9 próżniowych)
 Warunki pogodowe w dniu wykonywania zdjęć były reprezentatywne dla
dłuższego okresu zimy w miesiącach 01-02.2012, z niskimi temperaturami
zewnętrznymi i częstym bezpośrednim nasłonecznieniem
 Zdjęcia wykonano 12.02.2012, w godzinach 12:00-12:30
 Dzień był nasłoneczniony od rana bez przerwy
 Temperatura zewnętrzna wynosiła -10oC
 Podobna sytuacja choć nie potwierdzona fotoreportażem występowała
kilkukrotnie, kolektory próżniowe nie były w stanie „oczyścić” swojej powierzchni,
pomimo sprzyjających warunków – braku śniegi i intensywnego nasłonecznienia

10. Slajd
10
Kolektory słoneczne – analiza porównawcza
 Kolektory próżniowe bez wyjątku pozostawały pokryte szronem przez cały
dzień. Jedynie w kolejnych dniach, gdy temperatura zewnętrzna wzrastała
do około 0oC i więcej, szron ulegał roztopieniu

11. Slajd
11
Kolektory słoneczne – analiza porównawcza
 Kolektory płaskie bez wyjątku z kolei były całkowicie lub niemal całkowicie
wolne od szronu. Przy temperaturze zewnętrznej -10oC, prawdopodobnie
pracowały – przynajmniej w przypadku instalacji autora stwierdzona temperatura
na wyjściu z kolektorów płaskich wynosiła ponad 40oC.

12. Slajd
12
Inne przykłady porównawcze…
 Kolektory zabudowane na obiekcie
jednej z firm wykonawczych w USA
 Po 4-ech dniach od opadów
śniegu, kolektor próżniowy
pozostaje wyłączony z pracy
Źródło: neastsolar.com, Solar International Energy
 Temperatura przykrycia szklanego
kolektora płaskiego (z lewej)
i próżniowego (z prawej), ma
bezpośredni wpływ na szybkość
oczyszczania powierzchni zimą

13. Slajd
13
Uzasadnienie – praca kolektora słonecznego…
 Przedstawione wcześniej fakty, w zasadzie tłumaczą skąd bierze się dłuższy
okres zalegania śniegu i szronu na kolektorach próżniowych, warto jednak
posłużyć się obliczeniami dla zobrazowania różnic…
 Do porównania i obliczeń wzięto od uwagę 3 kolektory słoneczne, dane
na podstawie certyfikatów Solar Keymark (solarkeymark.org) odniesione
do powierzchni apertury (czynnej) kolektorów słonecznych
Parametr Kolektor 1 Kolektor 2 Kolektor 3
Typ kolektora Płaski (KS2000 TLP)
Próżniowy, rury
1-ścienne (KSR10)
Próżniowy, rury
2-ścienne
Sprawność optyczna 79,4% 78,0% 55,2%
Współczynnik strat
ciepła a1 (W/m2K)
4,36 1,27 0,86
Współczynnik strat
ciepła a2 (W/m2K2)
0,0049 0,0012 0,003

14. Slajd
14
Uzasadnienie – praca kolektora słonecznego…
 Wyjaśnienie do wyników obliczeń:
Nasłonecznienie
– moc promieniowania
słonecznego, W/m2
Jednostkowe straty ciepła
do otoczenia, W/m2
Ciepło na absorberze,
po uwzględnieniu strat
wynikających ze sprawności
optycznej kolektora
słonecznego, W/m2
Ciepło użyteczne – przekazane
do czynnika grzewczego, W/m2

15. Slajd
15
Uzasadnienie – praca kolektora słonecznego…
 Sytuacja 1: warunki pracy latem w nasłoneczniony dzień
 Założenia:
- temperatura zewnętrzna 30oC, absorbera 70oC (T = 40 K)
- nasłonecznienie 900 W/m2
 Wynik: nawet w okresie letnim kolektory z 2-ściennymi rurami próżniowymi,
mogą pracować z niższą sprawnością i zarazem wydajnością cieplną niż
kolektory płaskie. Wyższą wydajność uzyskiwać mogą kolektory z rurami
próżniowymi 1- ściennymi, jak w tym przykładzie kolektor KSR10.

16. Slajd
16
Uzasadnienie – praca kolektora słonecznego…
 Sytuacja 2: warunki pracy zimą w „mroźny” nasłoneczniony dzień
 Założenia:
- temperatura zewnętrzna -10oC, absorbera 40oC (T = 50 K)
- nasłonecznienie 600 W/m2
 Wynik: pod warunkiem, że powierzchnia rury szklanej będzie czysta, kolektor
próżniowy 2-ścienny będzie mógł uzyskiwać wyższą sprawność i wydajność
niż kolektor płaski. Widoczna jest tutaj przewaga uzyskiwanej wydajności dla
kolektorów próżniowych z rurami 1-ściennymi

17. Slajd
17
Uzasadnienie – praca kolektora słonecznego…
 Sytuacja 3: warunki pracy zimą w nasłoneczniony dzień, na powierzchni
kolektorów warstwa 5 cm śniegu o przepuszczalności 20% promieniowania
 Założenia:
- temperatura zewnętrzna -10oC, absorbera 0oC (T = 10 K)
- nasłonecznienie 600 W/m2
 Wynik: zdecydowanie wyższe straty ciepła do otoczenia kolektora płaskiego
przyspieszą usunięcie śniegu. Kolektor próżniowy 1-ścienny posiada wyższe
straty ciepła niż 2-ścienny, co wpłynie także korzystnie w tej sytuacji

18. Slajd
18
Reasumując…
 Kolektory słoneczne płaskie nie bez powodu są znacznie częściej wybierane
przez Klientów o rozwiniętym rynku energetyki słonecznej (Niemcy, Austria,
Szwajcaria, itp.). W Polsce, często argumenty marketingowe bez pokrycia
wskazywały na wyższość kolektorów próżniowych pod każdym względem
 Jeżeli chcemy decydować się na zakup kolektorów próżniowych, to takich,
których sprawność będzie zdecydowanie wyższa niż kolektorów płaskich, co
w praktyce osiągane jest przez kolektory z rurami próżniowymi 1-ściennymi

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

20. 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
www.solarblog.plwięcej prezentacji >>> www.hewalex.pl