Sprawność kolektora słonecznego to w prostym ujęciu wydajność cieplna (W/m2) jaką wytwarza on chwilowo w odniesieniu do promieniowania słonecznego (W/m2). Jeżeli np. promieniowanie słoneczne wynosi 800 W/m2, a wydajność kolektora w tym samym momencie 600 W/m2, to jego sprawność wynosi 75%. Sprawność kolektora jest wartością silnie zmienną w czasie i zależną od kilku czynników.

1. www.solarblog.pl
Sprawność kolektora słonecznego
 Jaką sprawność może uzyskiwać kolektor słoneczny?
 Czym jest sprawność optyczna kolektora słonecznego?
 Od jakich czynników zależy chwilowa sprawność kolektora?
 Jakie sprawności uzyskują kolektory płaskie, a jakie próżniowe?

2. Slajd
2
Sprawność kolektora słonecznego
 Sprawność kolektora słonecznego określa jaką
część energii promieniowania słonecznego
docierającego do jego powierzchni, jest on
w stanie przetworzyć na ciepło użyteczne
 Maksymalna sprawność dobrej klasy
kolektorów słonecznych sięga 80 i więcej %
 W warunkach roboczych sprawność ta wynosi
zazwyczaj wyraźnie mniej, ze względu na straty
ciepła do otoczenia, zależne od budowy
kolektora i skuteczności jego izolacji cieplnej
1366 W/m2
1000 W/m2
800 W/m2
 = 80%

3. Slajd
3
Parametry sprawnościowe kolektora słonecznego
 Każdy producent oferujący kolektory słoneczne przynajmniej na rynku
europejskim, powinien posiadać dla każdego produktu z oferty, certyfikat
Solar Keymark. Potwierdza on zgodność jakości kolektora słonecznego
z wymaganiami normy EN 12975 (w Polsce jako PN-EN 12975).
0 = 80,2%
a1 = 3,8 W/m2K
a2 = 0,0067 W/m2K2
Kolektor Hewalex KS2000 TLP
 Jednocześnie certyfikat zawiera
parametry sprawności kolektora, które
stanowią wiarygodną informację
niezależną od producenta – uzyskaną
na podstawie badań w niezależnych
certyfikowanych ośrodkach wg tych
samych kryteriów normy EN 12975

4. Slajd
4
Potwierdzenie parametrów kolektora słonecznego
 Przykład certyfikatu z badań kolektora słonecznego w jednym
z certyfikowanych ośrodków: w Instytucie SPF Rapperwil (www.spf.ch)
 Parametry są określane dla 3-ech rodzajów powierzchni kolektora słonecznego:
brutto, absorbera i apertury.
0 = 81,7%
a1 = 4,17 W/m2K
a2 = 0,0077 W/m2K2
Kolektor Hewalex KS2000 TLP Am

5. Slajd
5
Rodzaje powierzchni kolektora słonecznego
 Bardzo ważne jest więc porównywanie między sobą parametrów kolektorów
słonecznych, w odniesieniu do jednakowej definicji powierzchni. W tym względzie
powszechnie przyjmuje się powierzchnię apertury, czyli czynną pracującą
(nasłonecznioną) powierzchnię absorbera
 Często powierzchnia absorbera pracuje
w całości – jest nasłoneczniona w pełni
(brak zacienionych miejsc), stąd
powierzchnia apertury (czynna) jest taka
sama jak absorbera
Powierzchnia brutto
Powierzchnia absorbera
Powierzchnia apertury

6. Slajd
6
Różnica temperatury w określaniu sprawności
 Sprawność kolektora słonecznego zależy od
strat ciepła – im wyższa temperatura absorbera
w stosunku do otoczenia, tym wyższe straty ciepła
kolektora i niższa sprawność…
 Dlatego wskazane jest, aby kolektory pracowały
z dobrym odbiorem ciepła w niskotemperaturowych
systemach, gdzie T („delta T” czyli różnica
temperatury) wynosi 16-48 K (Kelvin = oC, jednostka
używana dla określania różnicy temperatury)
temperatura absorbera
(np. 60oC)
temperatura otoczenia
(np. 25oC)
różnica temperatury T
60oC – 25oC = 35oC (35 K)

7. Slajd
7
Sprawność optyczna kolektora słonecznego
 Sprawność optyczna 0 kolektora
słonecznego to najwyższa możliwa
teoretycznie sprawność, przy braku strat
ciepła (brak różnicy temperatur T)
temperatura absorbera
(np. 25oC)
temperatura otoczenia
(np. 25oC)
różnica temperatury T
25oC – 25oC = 0oC (0 K)
0 = 81,7%

8. Slajd
8
Sprawność optyczna kolektora słonecznego
 Sprawność optyczna 0 kolektora słonecznego na wykresie sprawności
położna jest w najwyższym punkcie
 Sprawność chwilowa (robocza)  zależy już z kolei od współczynników
strat ciepła a1, a2 kolektora słonecznego wg wzoru, gdzie Eg jest
nasłonecznieniem (np. 600 W/m2).
0

Różnica temperatury T oC (K)
Sprawność
0oC 16oC 32oC 48oC 64oC 80oC
 = 0
a1T a2T2
Eg Eg

9. Slajd
9
Porównanie sprawności kolektorów słonecznych
Sprawność
a1 = 0 / a2 = 0
0oC 16oC 32oC 48oC 64oC 80oC
Różnica temperatury T oC (K)
 Im większe współczynniki strat ciepła a1, a2, tym bardziej nachylony
wykres sprawności = niższa wydajność cieplna kolektora (W/m2)
 Dla „idealnego cieplnie” kolektora (a1 i a2 = 0), sprawność była by zawsze
jednakowo maksymalna – niezależna od różnicy temperatur T

10. Slajd
10
Jak porównywać ze sobą kolektory słoneczne?
 Dysponując ustalonymi w takich samych warunkach parametrami kolektorów
słonecznych, możliwe jest porównywanie ich sprawności oraz wydajności
(W/m2). Wystarczające są do tego 3 parametry: sprawność optyczna oraz
współczynniki strat ciepła a1 oraz a2. Pozwala to obliczyć wydajność cieplną
(W/m2) w każdych warunkach, a także narysować wykres krzywej sprawności
 Dla porównania przyjęto wyłącznie parametry z bazy Solar Keymark
dla 30-tu popularnych na rynku polskim kolektorów słonecznych (wartości
odniesione do powierzchni apertury)

11. Slajd
11
Kolektor płaski czy próżniowy? (1/2)
 Kolektory próżniowe mają niższe straty ciepła, jednak przeważnie mają niższą
sprawność optyczną w porównaniu do kolektorów płaskich. Przykładem może
być porównanie sprawności kolektora płaskiego Hewalex KS2000 TL Am oraz
próżniowego Hewalex KSR10:

12. Slajd
12
Kolektor płaski czy próżniowy? (2/2)
 Nie jest jednak regułą, że każdy kolektor próżniowy pracuje z wyższą
sprawnością od kolektora płaskiego. Na rynku funkcjonuje wiele typów kolektorów
próżniowych, których konstrukcja sprawia, że uzyskują one porównywalne lub
nawet niższe sprawności pracy. Wykres przedstawia krzywe sprawności dla
kolektorów próżniowych (dane Solar Keymark) + płaski KS2000 TP Am

13. Slajd
13
Porównanie sprawności kolektorów płaskich (1/2)
Sprawność
Różnica temperatury T oC (K) pomiędzy absorberem,
a otoczeniem (wykres dla nasłonecznienia 600 W/m2)
0oC 16oC 32oC 48oC 64oC 80oC

14. Slajd
14
Porównanie sprawności kolektorów płaskich (2/2)
 Jak wskazuje wykres na poprzednim stronie, sprawności płaskich kolektorów
słonecznych różnią się między sobą nieraz znacznie. Na przykład różnica
pomiędzy sprawnością kolektora Hewalex KS2000 TP Am, a dwoma innymi
kolektorami (dla T = 32 K) może się różnić nawet do niemal 40% (!).
 = 58,15%
Q = 349 W/m2
 = 51,37%
Q = 308 W/m2
 = 35,47%
Q = 213 W/m2
-12%
-39%

15. Slajd
15
Skąd czerpać parametry kolektorów słonecznych?
 Certyfikaty Solar Keymark są w całości zebrane w jednej bazie,
dostępnej ogólnie – poprzez stronę:
www.solarkeymark.org
 W bazie znajduje się obecnie
(01.2012) ponad 1500 certyfikatów
Solar Keymark, które można
odszukiwać np. po nazwie
producenta, albo kraju pochodzenia
kolektora słonecznego

16. Slajd
16
Reasumując…
 Sprawność kolektora słonecznego silnie zależy od warunków pracy,
szczególnie od temperatury absorbera w stosunku do temperatury otoczenia
 Kolektory słoneczne można między sobą porównywać w wiarygodny sposób,
dzięki wynikom badań w niezależnych ośrodkach (np. SPF, ISFH) opartym
o jednakowy harmonogram badań wg normy EN 12975
 Różnice w sprawnościach kolektorów słonecznych mogą być znaczące,
wskutek różnic w ich budowie, szczególnie w izolacji cieplnej
 Sprawność optyczna nie może być jedynym wymiernym parametrem
świadczącym o klasie kolektora słonecznego. Sprawność chwilowa (robocza)
zależy nie tylko od sprawności optycznej, ale także od współczynników strat
ciepła a1 i a2.

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

18. 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