Kolektory słoneczne – jakich efektów można się spodziewać?

Kolektory słoneczne są przeznaczone do wytwarzania ciepła dla potrzeb podgrzewania ciepłej wody użytkowej (CWU), jak również okresowego wspomagania ogrzewania budynku (CO) i podgrzewania wody basenowej. Najczęściej jednak instalacje solarne znajdują zastosowanie dla podgrzewania wody użytkowej CWU ze względu na prostotę układu i atrakcyjny koszt inwestycji.

Zapotrzebowanie na ciepłą wodę jest w miarę stałe w okresie roku i uzależnione jedynie od potrzeb mieszkańców. Pozwala to na optymalny dobór wielkości instalacji solarnej, która w domu jednorodzinnym jest w stanie w miesiącach letnich pokryć do 100% potrzeb CWU. W skali całego roku oszczędności mogą sięgać 60%, co stanowi optymalną wartość dla uniknięcia przegrzewów w kolektorach słonecznych, w okresie letnim.

Kolektory słoneczne – najtańszy sposób podgrzania ciepłej wody użytkowej

 

Podgrzewanie ciepłej wody użytkowej stanowi coraz większy udział w całkowitych kosztach ogrzewania budynku. Potrzeby ciepła na cele ogrzewania zmniejszają się stale w nowych budynkach, wskutek wprowadzania coraz wyższych standardów izolacyjności cieplnej. Potrzeby na ciepłą wodę użytkową wynikają z kolei z potrzeb mieszkańców. Stąd zapewnienie niskich kosztów podgrzewania CWU jest istotne dla osiągnięcia niskich kosztów eksploatacji budynku.

Podgrzewanie CWU w kotłach opalanych paliwem stałym jest szczególnie w okresie letnim okupione wysokimi stratami rozruchowymi i postojowymi kotła. Stąd koszty pracy będą dla takich kotłów podwyższone. Atrakcyjnym i coraz bardziej popularnym rozwiązaniem jest stosowanie pomp ciepła typu powietrze-woda, przeznaczonych do podgrzewania CWU.

W porównaniu do innych źródeł ciepła, oferuje ona najniższe koszty ogrzewania. Jednak zdecydowanie najniższe koszty podgrzewania CWU będą osiągane z pracy instalacji solarnej, w której pobór mocy elektrycznej do zasilania pompy obiegowej wynosił będzie jedynie około 20-30 W. Przykładowy koszt podgrzania 300 litrów ciepłej wody w okresie letnim będzie wynosił dla instalacji solarnej 16 gr, około 10-krotnie taniej niż drugie najbardziej efektywne urządzenie – pompa ciepła CWU.

Jaki kolektor słoneczny wybrać? Płaski czy próżniowy?

 

Wydajność cieplna kolektorów próżniowych może być wyższa niż dla płaskich pod pewnymi warunkami. Przykładowo w typowych warunkach pracy, kolektor próżniowy wysokiej klasy technicznej z rurami 1-ściennymi uzyskiwać może 20-30% więcej ciepła niż przeciętnie kolektory płaskie. Jednak większość oferowanych na rynku kolektorów próżniowych jest zbudowana z wykorzystaniem 2-ściennych rurach szklanych. Ogranicza to przenikanie promieniowania słonecznego do wnętrza i uzyski ciepła takich kolektorów próżniowych są w większości zakresu pracy niższe od uzysków w przypadku kolektorów płaskich.

Kolektory próżniowe nawet przy atrakcyjnej cenie będą droższe w zakupie od kolektorów płaskich. Średnio taka różnica w cenie jest 3-krotna. Jeśli porównać ceny zakupu kolektorów słonecznych do ich wydajności (PLN/W), to okazuje się, że różnica może być ponad 5-krotna. Ciepło uzyskiwane z kolektorów płaskich jest więc znacznie tańsze niż z kolektorów próżniowych.

Sens stosowania kolektorów próżniowych będzie istniał wówczas, gdy faktycznie dany typ zapewni wyraźnie wyższe efekty niż kolektor płaski. W warunkach polskiego klimatu i uwzględniając koszty inwestycji oraz późniejsze efekty, w pełni uzasadnione jest stosowanie przede wszystkim kolektorów płaskich.

Inwestycja w instalację solarną – lepsza od lokat?

 

Zdecydowanie korzystniejsza pod względem finansowym będzie instalacja solarna. Mając na względzie ostatnie lata zawirowań na rynkach finansowych, na większości inwestycji można było ponieść straty. Takie bezpieczne inwestycje jak np. lokaty bankowe mogły co najwyżej przynieść niewielki zysk, uwzględniając inflację, a także opodatkowanie zysków.

Na tym tle, zyski z pracy instalacji solarnej są gwarantowane w każdym roku, tym wyższe im wyższy będzie wzrost cen paliw i energii. Zyski te nie wymagają śledzenia trendów w gospodarce, np. kursów akcji czy jednostek funduszy inwestycyjnych, nie są oczywiście opodatkowane. Zwrot kosztów inwestycji powinien w zależności do rodzaju podstawowego w domu paliwa wynieść od 4 do 10 lat.

Gwarancje, trwałość, niezawodność…

 

Niezmiernie istotne jest zwrócenie uwagi na kwestie jakości i trwałości urządzeń. Kolektory słoneczne firmy Hewalex są w przypadku typu płaskiego, objęte standardowo 10-letnią gwarancją, z opcją wydłużenia o kolejny rok (w sumie 11 lat), przy zakupie kompletnego zestawu solarnego. Gwarancja leży w tym przypadku po stronie producenta, a nie importera. Przy ponad 30-letnim doświadczeniu w produkcji, należy uznać firmę za stabilną i zdolną do opieki nad pracującymi instalacjami.

Dla wielu dostawców na rynku, kolektory słoneczne stanowić mogą przejściową formę działalności, a brak zaplecza badawczo-rozwojowego może świadczyć, że firma niekoniecznie myśli o utrzymaniu się na przyszłym rynku (i zarazem o opiece gwarancyjnej). Ponieważ inwestycja w instalację solarną ma charakter długoterminowy, to też należy mieć na względzie fakt posiadania potwierdzonej jakości przez kolektor słoneczny.

W tym przypadku certyfikat Solar Keymark nadawany kolektorom na rynku europejskim potwierdza pomyślne przejście rygorystycznych badań, symulujących minimum 25-letnią pracę kolektorów słonecznych. Dane charakterystyczne dla kolektorów słonecznych w sposób wiarygodny można porównywać bezpośrednio w bazie certyfikatów Solar Keymark na stronie www.estif.org.

Podgrzewanie wody w basenie – jakie rozwiązanie wybrać?

Woda basenowa w basenach krytych jest z założenia dogrzewana dla osiągnięcia wymaganej temperatury. Jest to o tyle łatwe, że warunki eksploatacji krytego basenu są dosyć stabilne. Zmienność temperatury i wilgotności w zamkniętym pomieszczeniu jest znacznie mniejsza niż na zewnątrz, co pozwala precyzyjnie dobrać układ podgrzewania wody basenowej. Trudniejszą sytuację spotyka się dla basenów zewnętrznych – sezonowych. Szereg czynników wpływa na zapotrzebowanie ciepła dla wody basenowej, aby utrzymać jej zakładaną komfortową temperaturę.

Podgrzewanie wody w basenie ogrodowym będzie bardziej skuteczne, gdy na czas nieużytkowania będzie on przykrywany folią lub roletą (1) – straty ciepła powstają przede wszystkim od lustra wody wskutek parowania, a także oddawania ciepła. Duże znaczenie odgrywa także osłonięcie basenu (2) – intensywny ruch powietrza  zwiększa straty ciepła z lustra wody. Podgrzewanie wody w basenie ogrodowym będzie skuteczniejsze, gdy będzie on wystawiony na bezpośrednie nasłonecznienie (3) – wszelkie przeszkody zacieniające basen będą zwiększać wymaganą ilość ciepła dla grzania wody. Ostatnim ważnym czynnikiem jest rodzaj zabudowy basenu (4) – niższe straty ciepła będą cechowały nieckę zagłębioną w gruncie.

Jak podgrzać wodę w basenie?

 

Można wykorzystać oczywiście konwencjonalne źródła ciepła, ale to może się wiązać z podwyższonymi kosztami eksploatacji np. kotła grzewczego. Baseny sezonowe użytkowane są w korzystnych warunkach – w porze ciepłej, wobec czego naturalnym rozwiązaniem stają się systemy oparte o Odnawialne Źródła Energii. Do dyspozycji pozostają przede wszystkim kolektory słoneczne i pompy ciepła. Należy wziąć pod uwagę, że największe potrzeby ciepła będą występowały podczas tzw. pierwszego nagrzewu wody basenowej, gdy nieckę wypełnia świeża woda – na początku sezonu lub po wymianie wody. Podgrzewanie wody trwa za pierwszym razem nawet kilka dni, bieżące straty ciepła będą później już stosunkowo niewielkie.

 

Kolektory słoneczne czy pompa ciepła?

 

Jeśli oczekiwana jest przede wszystkim komfortowa i stabilna temperatura woda basenowej, to korzystnym rozwiązaniem może być pompa ciepła typu powietrze-woda, której niezależność od nasłonecznienia, zapewnia dowolnie długi czas pracy i tym samym osiągnięcie wymaganej temperatury wody w basenie. Specjalnie przystosowane pompy ciepła wody basenowej jak np. Hewalex PCWB są przystosowane do bezpośredniego przepływu wody, co maksymalnie upraszcza prace montażowe. Dobór pompy ciepła basenowej uzależniony jest od powierzchni lustra wody basenowej oraz warunków eksploatacji (korzystania z folii/rolety).

Jeżeli ważniejsze są względy osiągnięcia niskich kosztów eksploatacji, to instalacja solarna zapewni ich najniższy poziom. Do funkcjonowania instalacji solarnej wystarczy zasilanie pompy obiegowej (maks. 30-40 W), podczas gdy dla pompy ciepła będzie wymagana większa moc zasilania sprężarki (np. dla pompy ciepła PCWB o mocy grzewczej rzędu 10 kW, będzie to  około 1,8-2,0 kW.

 

Jakie rozwiązanie wybrać dla podgrzewania wody w basenie?

 

W podjęciu decyzji może pomóc zestawienie w tabeli wskazujące na korzyści i przeszkody jakie towarzyszą każdemu rozwiązaniu.

Kolektory słoneczne

Korzystne czynniki:

  • najniższy koszt wytworzenia ciepła, brak emisji zanieczyszczeń,
  • sprawdzona technologia, wysoka niezawodność i trwałość urządzeń,
  • długie okresy gwarancyjne (na same kolektory do 11 lat).

Niekorzystne czynniki:

  • wydajność uzależniona od warunków nasłonecznienia,
  • wymagana większa powierzchnia zabudowy w porównaniu do pompy ciepła,
  • wymagany wymiennik ciepła dla oddzielenia wody basenowej od kolektorów.

Pompa ciepła

Korzystne czynniki:

  • wysoki stopień wykorzystania (brak wymaganego nasłonecznienia),
  • wysoki komfort – zapewnienie wymaganej temperatury wody basenowej,
  • mała powierzchnia zabudowy urządzenia (zwykle wprost przy basenie),
  • bezpośrednie podłączenie wody basenowej, prosty układ hydrauliczny.

Niekorzystne czynniki:

  • większe niż dla instalacji solarnej zużycie energii elektrycznej (sprężarka),
  • bardziej złożona budowa niż instalacji solarnej (obieg chłodniczy itd.),
  • krótsze okresy gwarancyjne w porównaniu do kolektorów słonecznych,
  • szumy powietrza (przy bardzo cichym otoczeniu).

Sprawność kolektora słonecznego

Kolektory słoneczne zapewniają najniższe koszty pozyskania energii  promieniowania słonecznego, które jest bezpośrednio zamieniane na ciepło użytkowe. Sprawność pracy kolektora słonecznego w typowym zakresie temperatur roboczych, wynosi zwykle od 50 do 70%. Górną granicą sprawności kolektora jest wartość tzw. sprawności optycznej, która jest wyznaczana w trakcie badań laboratoryjnych zgodnie z normą PN-EN 12975.

W przypadku kolektorów słonecznych, sprawność w zależności od warunków eksploatacji, można określić na podstawie 3 głównych parametrów, które prezentowane są w certyfikatach Solar Keymark (dostępne na solarkeymark.org). Parametry odnoszone są do powierzchni apertury, czyli czynnej nasłonecznionej powierzchni kolektora słonecznego:

Parametry zawarte w certyfikacie Solar Keymark to: sprawność optyczna (η0), współczynnik strat ciepła liniowych (a1), współczynnik strat ciepła nieliniowych (a2). Również istotnym parametrem jest temperatura stagnacji kolektora słonecznego (tstg).

 

Badania laboratoryjne kolektorów słonecznych

Kolektory słoneczne podlegają szerokiemu zakresowi badań określających ich charakterystyczne parametry robocze, a także sprawdzające wytrzymałość na ekstremalne warunki pracy. Badania prowadzone są w kilkunastu akredytowanych laboratoriach na świecie według ustalonych zasad (grupa norm EN 12975). Badania prowadzone są najczęściej w pomieszczeniach zamkniętych niezależnie od warunków zewnętrznych. Maksymalne całkowite natężenie promieniowania słonecznego wynosi wówczas 1000 W/m2, a temperatura powietrza 30°C. Kolektory słoneczne Hewalex były badane w laboratoriach europejskich już w 1995 roku (Bundesforschungs- und Prüfzentrum Arsenal, Austria), a certyfikaty Solar Keymark otrzymują od 2007 roku.

 

Sprawność optyczna kolektora słonecznego

To największa sprawność, jaką może osiągać kolektor słoneczny – określana w badaniach laboratoryjnych. Sprawność optyczna (eta 0) jest w praktyce nieosiągana, gdyż wyznaczana jest przy braku strat ciepła kolektora słonecznego, co oznacza, że temperatura absorbera powinna być równa temperaturze powietrza zewnętrznego. Sprawność optyczna jest więc związana z konstrukcją kolektora słonecznego, opisując tym samym jaka część promieniowania słonecznego dociera do absorbera. Uwzględnia się przy tym między innymi straty promieniowania słonecznego przechodzącego przez szybę oraz odbijanego od powierzchni absorbera. Sprawność kolektora słonecznego zależy w znacznej mierze od różnicy temperatury pomiędzy absorberem, a otoczeniem. Różnicę temperatury zwyczajowo podaje się w stopniach Kelvina, np. dla temperatur 60°C i 25°C, różnica wynosi 35 K.

 

Wykres sprawności kolektora słonecznego

Na podstawie trzech parametrów: sprawności optycznej oraz współczynników strat ciepła a1 i a2, tworzony jest wykres sprawności kolektora słonecznego. Na jego podstawie można określić sprawność kolektora w danych warunkach eksploatacji, a także porównać ze sobą różne rodzaje kolektorów płaskich i próżniowych. Sprawność chwilową określa się według wzoru zawierającego wartość sprawności optycznej h0, współczynników strat ciepła a1 i a2, różnicy temperatury (absorber-otoczenie) ΔT oraz nasłonecznienia Eg.

 

Gdyby izolacja cieplna kolektora była na tyle doskonała, że straty ciepła były by zerowe, to wykres sprawności miałby przebieg poziomy – czyli sprawność pracy niezależnie od temperatur absorbera i otoczenia była by zawsze jednakowa i równa sprawności optycznej. „Zerowa” sprawność kolektora słonecznego osiągana jest, gdy straty ciepła będą równoważne wydajności cieplnej. Taka sytuacja występuje przy braku odbioru ciepła z kolektora słonecznego. Tak zwany stan stagnacji nazywany jest inaczej stanem równowagi cieplnej. Temperatura stagnacji (tstg) określa temperaturę absorbera jaka występować będzie przy braku odbioru ciepła, dla nasłonecznienia 1000 W/m2, przy temperaturze powietrza zewnętrznego 30°C. Im wyższa temperatura stagnacji, tym korzystniejsza jest konstrukcja kolektora słonecznego – większy dostęp promieniowania słonecznego do absorbera i niższe straty ciepła do otoczenia.

 

Współczynniki strat ciepła a1 i a2

Im większa będzie wartość współczynnika strat ciepła a1, tym bardziej nachylona będzie krzywa sprawności. Kolektor słoneczny będzie wówczas uzyskiwać niższe wydajności, gdy temperatura absorbera będzie wyraźnie wyższa od temperatury powietrza zewnętrznego. Z kolei im wyższa będzie wartość współczynnika strat ciepła a2, tym krzywa sprawności będzie bardziej wypukła. Kolektor może cechować się wtedy wysoką sprawnością pracy przy niższych temperaturach absorbera, ale tracić ją przy wzroście temperatury absorbera.

 

Sprawność i wydajność cieplna kolektora płaskiego i próżniowego

Kolektory próżniowe z 1-ściennymi rurami próżniowymi cechują się wysoką sprawnością optyczną. Mogą one dzięki temu mogą uzyskiwać wyższą sprawność w szerokim zakresie pracy, w porównaniu do kolektorów płaskich. Najczęściej spotykane kolektory próżniowe o 2-ściennych rurach próżniowych cechują się niskimi sprawnościami optycznymi na poziomie od 50 do 70%. Dostęp promieniowania słonecznego do absorbera jest utrudniony, poprzez 2 warstwy szkła. Izolacja cieplna takiego kolektora jest skuteczniejsza od izolacji kolektora płaskiego, ale jedynie w wąskim zakresie pracy sprawność może być wyższa. W praktyce kolektor słoneczny pracuje najczęściej w zakresie różnicy temperatury nie większym niż 60 K (np. absorber 90°C, a powietrze zewnętrzne 30°C). W tym zakresie sprawność kolektorów próżniowych z rurami 2-ściennymi będzie niższa lub co najwyżej porównywalna do sprawności kolektorów płaskich.

 

Wykres sprawności kolektorów słonecznych dla nasłonecznienia Eg = 1000 W/m2 wskazuje na różnice sprawności pomiędzy kolektorami próżniowymi o rurach 2-ściennych, a kolektorem próżniowym segmentu Premium jakim był oferowany przez firmę Hewalex kolektor Thermomax DF 400. Obszar wypełniony kolorem przedstawia zakres sprawności dla kolektorów płaskich Hewalex, gdzie górną granicę wyznacza wysokosprawny kolektor płaski, a dolną kolektor płaski przeznaczony do pracy w ciepłym klimacie. W podstawowym zakresie pracy (< 60 K), sprawność kolektorów płaskich jest przeważnie wyższa od sprawności popularnych kolektorów próżniowych z 2-ściennych rurach.

 

Od czego zależy sprawność kolektora słonecznego?

Sprawność kolektora słonecznego zależy ściśle od parametrów pracy odgrywających wpływ na jego straty cieplne. Oznacza to przede wszystkim, że efekt pracy będzie tym korzystniejszy, im niższa będzie temperatura absorbera (i zarazem różnica temperatury między absorberem, a otoczeniem). Najkorzystniejsze efekty uzyskują kolektory słoneczne pracujące w systemach niskotemperaturowych, a więc w szczególności dla podgrzewania wody basenowej.

 

Porównanie sprawności i wydajności cieplnej kolektora płaskiego Hewalex dla nasłonecznienia Eg = 1000 W/m2 i temperatury powietrza 30°C. Wartości określone dla temperatury absorbera 50°C oraz 80°C. Różnica w sprawności i jednostkowej wydajności cieplnej dla dwóch przypadków pracy wynosi około 18%. Wskazane jest utrzymywanie niskich temperatur ciepłej wody użytkowej, czy też wody grzewczej w systemie grzewczym budynku. Stąd Istotną rolę pełni odpowiedni dobór instalacji solarnej, w której zapewniony jest skuteczny odbiór ciepła z kolektorów słonecznych, zapewniający wysoką sprawność ich pracy. Między innym dotyczy to doboru odpowiedniej wielkości podgrzewacza pojemnościowego, ale także odpowiedniej do potrzeb powierzchni kolektorów słonecznych.

 

Nowa oferta zestawów solarnych. Zmiana zasad nazewnictwa.

Nowa rozszerzona oferta zestawów solarnych Hewalex

 

Zestawy solarne Hewalex oferowane są na rynku krajowym i zagranicznym już od ponad 30 lat. To sprawdzony sposób na szybką i prawidłową kompletację elementów całego systemu. Nowa oferta zestawów solarnych wprowadzona w listopadzie br. zawiera większą liczbę ich konfiguracji. Dzięki temu wybór zestawu można jeszcze ściślej dostosować do potrzeb mieszkańców.

 

Nowe nazewnictwo zestawów solarnych – jakie informacje zawiera?

 

Nazwy serii zestawów solarnych Komfort oraz Komfort Plus zawierają informację o pojemności podgrzewacza wody oraz liczby i typoszeregu zastosowanych kolektorów słonecznych (KS2100 lub KS2600). Dwie serie zestawów różnią się od siebie typem zastosowanego sterownika, a co za tym idzie zakresem i możliwościami obsługi przez instalatora i użytkownika.

Zestawy solarne bez podgrzewacza wody – atrakcyjny sposób na modernizację

 

Nowością w ofercie są także zestawy solarne bez podgrzewacza wody. Mogą one stanowić podstawę do budowy instalacji solarnej według indywidulanych potrzeb. Przede wszystkim jednak wybór takiego zestawu pozwala na zastosowanie w przypadku modernizowanych systemów CO/CWU. Przy spełnieniu wymagań technicznych zestaw tego rodzaju można podłączyć do istniejącego w budynku podgrzewacza wody użytkowej, czy zbiornika buforowego wody grzewczej.

 

Temperatura stagnacji kolektora słonecznego, a ochrona przed przegrzewaniem instalacji solarnej

Rozwój technologiczny w konstrukcji kolektorów słonecznych, a także stosowanie ich do wspomagania ogrzewania budynku, spowodowało częstsze występowanie w systemach solarnych podwyższonych temperatur pracy. Przede wszystkim podwyższenie sprawności pracy kolektora słonecznego było skutkiem zastosowania szkła o większej transmisyjności (przepuszczalności) dla promieniowania słonecznego, a także skuteczniejszych izolacji cieplnych i korzystniejszych cech pokryć absorbujących promieniowanie słoneczne.

Produkowane obecnie płaskie kolektory słoneczne o wysokich sprawnościach pracy, przeznaczone do zastosowania w warunkach środkowoeuropejskich, mają często określoną temperaturę stagnacji na poziomie 200 i więcej °C. Kolektory próżniowe mogą mieć jeszcze wyższe temperatury stagnacji na poziomie przekraczającym 300°C. Jakie skutki może przynosić przegrzanie instalacji solarnej? Gdyby były one poddane działaniu takiej temperatury, doszłoby do uszkodzenia np. izolacji cieplnej przewodów, membrany naczynia wzbiorczego, czy też wirnika pompy obiegowej. Przede wszystkim jednak w pierwszej kolejności przegrzewanie zagraża trwałości czynnika grzewczego.

Dobrej klasy czynniki grzewcze (glikole) są w stanie wytrzymywać długotrwałe podwyższone temperatury pracy. Instalacje solarne pracują bardzo często z tym samym glikolem przez okres dłuższy niż 10 lat, pod warunkiem dokonywania systematycznych przeglądów.

Glikol propylenowy w próbie temperaturowej w laboratorium był podgrzewany aż do 235°C. Wytrącenie osadów nastąpiło po 42 dobach (1008 godzinach) stałego podgrzewania do 235°C [1]. Zmiana koloru glikolu świadczy o występowaniu podwyższonych temperatur pracy, jednak nie świadczy o konieczności jego wymiany. Należy dokonać pomiaru temperatury krzepnięcia i odczynu pH.

W praktyce jednak temperatury jakim poddawany jest glikol w kolektorach słonecznych, są znacznie niższe. W kolektorach płaskich i próżniowych Hewalex, gdzie absorbery cechują się korzystną konstrukcją do samoczynnego usuwania glikolu w stanie stagnacji, przyrost ciśnienia w kolektorach słonecznych jest nieznaczny. Już we wstępnej fazie stanu stagnacji, glikol przy temperaturze rzędu 140÷150°C będzie wypierany z kolektora słonecznego i przez to nie poddawany przegrzewaniu.

Stan skupienia glikolu propylenowego w zależności od ciśnienia i temperatury. Przykładowo w małej instalacji solarnej o wstępnym ciśnieniu roboczym 1,5 bar (w kolektorze słonecznym), nastąpić może wzrost ciśnienia o około 1,5÷2,0 bar. Dopiero przy temperaturze około 140°C nastąpi wrzenie i parowanie wody zawartej w roztworze z glikolem, co zapoczątkuje wypieranie glikolu z orurowania absorbera.

Jaki jest związek temperatury stagnacji kolektora słonecznego z jego ochroną przed przegrzewaniem? W praktyce… żaden. Oczywiście kolektory słoneczne o bardzo niskiej temperaturze stagnacji nie będą narażać czynnika grzewczego na przegrzewanie, ale także nie będą zapewniać wysokiej sprawności pracy. Niska temperatura stagnacji oznacza wysokie nachylenie krzywej sprawności i obniżenie wydajności kolektora słonecznego przy wyższych temperaturach pracy.

Jakie rury zastosować w instalacji solarnej?

Budowa instalacji solarnej wymaga odpowiedniego doboru średnicy przewodów. Jest to szczególnie ważny aspekt dla zapewnienia prawidłowych warunków jej eksploatacji. Jakie skutki może przynieść nieodpowiednio zastosowana średnia przewodów w instalacji solarnej?

Za mała średnica przewodów to m.in. ryzyko:

 

  • obniżenia natężenia przepływu czynnika grzewczego (glikolu) poniżej wymaganego, wskutek zwiększonych oporów hydraulicznych przepływu i zbyt małej wysokości podnoszenia pompy obiegowej
  • obniżenia sprawności pracy instalacji solarnej wskutek zmniejszonego natężenia przepływu glikolu przez kolektory słoneczne, podwyższenia temperatury absorberów i zwiększenia strat ciepła kolektora słonecznego do otoczenia
  • zwiększenia zużycia energii elektrycznej przez pompę obiegową pracującą z wyższą wymaganą wysokością podnoszenia
  • szybszej erozji powierzchni wewnętrznej rur (w szczególności dla rur miedzianych przy prędkości powyżej 1,5 m/s i przy temperaturze medium ponad 60°C)

Za duża średnica przewodów to przede wszystkim ryzyko:

 

  • zbyt niskiej prędkości przepływu glikolu w orurowaniu instalacji solarnej skutkującej gromadzeniu się powietrza utrudniającego lub blokującego przepływ glikolu
  • zwiększonych strat ciepła do otoczenia z powierzchni zewnętrznej rur


Należy zwrócić uwagę na prawidłowy dobór średnicy przewodów w zależności przede wszystkim od łącznej powierzchni apertury (czynnej absorbera) w instalacji solarnej, aby uzyskać zalecaną prędkość przepływu glikolu.

 

Zalecana prędkość przepływu glikolu dla standardowych instalacji solarnych powinna mieścić się w zakresie 0,40-0,70 m/s.

 

Przykładowo w małej instalacji solarnej złożonej z 5 kolektorów płaskich o powierzchni absorbera 1,8 m2 możliwe jest zastosowanie rury o średnicy nominalnej DN16 z prędkością przepływu 0,70 m/s. Bezpieczniejszy jest jednak dobór rury o większej średnicy DN20, dla której prędkość przepływu będzie mieściła się w zalecanym zakresie wynosząc 0,45 m/s

Oprócz prędkości przepływu należy brać pod uwagę liniowe opory hydrauliczne (mbar/m) dla przepływu glikolu przez rurę o danej średnicy. Jest to szczególnie istotne przy zwiększonej długości orurowania w instalacji solarnej i przy zwiększonej ilości załamań rur (kolanka, łuki, trójniki, itp.). Opory liniowe powinny być więc możliwie niskie, najlepiej poniżej 10 mbar na metr bieżący rury elastycznej ze stali nierdzewnej.

Jakie rury zastosować w instalacji solarnej?

Budowa instalacji solarnej wymaga odpowiedniego doboru średnicy przewodów. Jest to szczególnie ważny aspekt dla zapewnienia prawidłowych warunków jej eksploatacji. Jakie skutki może przynieść nieodpowiednio zastosowana średnia przewodów w instalacji solarnej?

Za mała średnica przewodów to m.in. ryzyko:

 

  • obniżenia natężenia przepływu czynnika grzewczego (glikolu) poniżej wymaganego, wskutek zwiększonych oporów hydraulicznych przepływu i zbyt małej wysokości podnoszenia pompy obiegowej
  • obniżenia sprawności pracy instalacji solarnej wskutek zmniejszonego natężenia przepływu glikolu przez kolektory słoneczne, podwyższenia temperatury absorberów i zwiększenia strat ciepła kolektora słonecznego do otoczenia
  • zwiększenia zużycia energii elektrycznej przez pompę obiegową pracującą z wyższą wymaganą wysokością podnoszenia
  • szybszej erozji powierzchni wewnętrznej rur (w szczególności dla rur miedzianych przy prędkości powyżej 1,5 m/s i przy temperaturze medium ponad 60°C)

Najwyższy efekt ekologiczny

 

Kolektory słoneczne należą do ścisłej czołówki urządzeń grzewczych pod względem efektu ekologicznego. Dotyczy to zarówno ich produkcji, jak i późniejszej utylizacji, ale przede wszystkim – bieżących efektów pracy. Nakłady energii i surowców na produkcję kolektora słonecznego zwracają się w okresie jego 2-3 lat eksploatacji. Po zakładanym minimum 25-letnim okresie eksploatacji, materiały z którego został zbudowany kolektor słoneczny można poddać recyclingowi.

Praca instalacji solarnej wymaga minimalnego zużycia energii elektrycznej, a ograniczenie wytwarzania ciepła w budynku bezpośrednio ogranicza uciążliwą niską emisję zanieczyszczeń do atmosfery, poprawiając lokalną jakość powietrza. Przykładowo mała instalacja solarna złożona z 3 kolektorów płaskich KS2100 TLP AC pozwala ograniczyć zmniejszyć rocznie emisje zanieczyszczeń: o około 26 kg tlenku węgla, o około 11 kg dwutlenku siarki i o około 7 kg pyłów. Praca instalacji solarnej ogranicza o około 1.100 kg emisję dwutlenku węgla, co jest porównywalne z efektem „pracy” około 130 dorosłych drzew.

Jakie rury zastosować w instalacji solarnej?

Budowa instalacji solarnej wymaga odpowiedniego doboru średnicy przewodów. Jest to szczególnie ważny aspekt dla zapewnienia prawidłowych warunków jej eksploatacji. Jakie skutki może przynieść nieodpowiednio zastosowana średnia przewodów w instalacji solarnej?

„NOWY” KOLEKTOR + NOWE MOCOWANIE

Kształtowniki wzdłużne utrzymują kolektor płaski dzięki chwytakom, które dociskają kolektor za pomocą jego bocznych profili montażowych.

„STARY” KOLEKTOR + NOWE MOCOWANIE

Kształtowniki wzdłużne utrzymują kolektor bez bocznych profili montażowych dzięki specjalnym chwytakom adaptacyjnym (w zakresie zestawów adaptacyjnych).

Za mała średnica przewodów to m.in. ryzyko:

 

  • obniżenia natężenia przepływu czynnika grzewczego (glikolu) poniżej wymaganego, wskutek zwiększonych oporów hydraulicznych przepływu i zbyt małej wysokości podnoszenia pompy obiegowej
  • obniżenia sprawności pracy instalacji solarnej wskutek zmniejszonego natężenia przepływu glikolu przez kolektory słoneczne, podwyższenia temperatury absorberów i zwiększenia strat ciepła kolektora słonecznego do otoczenia
  • zwiększenia zużycia energii elektrycznej przez pompę obiegową pracującą z wyższą wymaganą wysokością podnoszenia
  • szybszej erozji powierzchni wewnętrznej rur (w szczególności dla rur miedzianych przy prędkości powyżej 1,5 m/s i przy temperaturze medium ponad 60°C)

Za duża średnica przewodów to przede wszystkim ryzyko:

 

  • zbyt niskiej prędkości przepływu glikolu w orurowaniu instalacji solarnej skutkującej gromadzeniu się powietrza utrudniającego lub blokującego przepływ glikolu
  • zwiększonych strat ciepła do otoczenia z powierzchni zewnętrznej rur


Należy zwrócić uwagę na prawidłowy dobór średnicy przewodów w zależności przede wszystkim od łącznej powierzchni apertury (czynnej absorbera) w instalacji solarnej, aby uzyskać zalecaną prędkość przepływu glikolu.

 

Zalecana prędkość przepływu glikolu dla standardowych instalacji solarnych powinna mieścić się w zakresie 0,40-0,70 m/s.

 

Przykładowo w małej instalacji solarnej złożonej z 5 kolektorów płaskich o powierzchni absorbera 1,8 m2 możliwe jest zastosowanie rury o średnicy nominalnej DN16 z prędkością przepływu 0,70 m/s. Bezpieczniejszy jest jednak dobór rury o większej średnicy DN20, dla której prędkość przepływu będzie mieściła się w zalecanym zakresie wynosząc 0,45 m/s

Oprócz prędkości przepływu należy brać pod uwagę liniowe opory hydrauliczne (mbar/m) dla przepływu glikolu przez rurę o danej średnicy. Jest to szczególnie istotne przy zwiększonej długości orurowania w instalacji solarnej i przy zwiększonej ilości załamań rur (kolanka, łuki, trójniki, itp.). Opory liniowe powinny być więc możliwie niskie, najlepiej poniżej 10 mbar na metr bieżący rury elastycznej ze stali nierdzewnej.

Estetyka i funkcjonalność

 

Nowe systemy mocujące cechują się wygodą montażu i estetyką. Wszelkie elementy łączące są dokładnie dopasowane zapewniając stabilność połączeń. Dolne chwytaki wsuwane w kształtownik wzdłużny podtrzymują kolektor słoneczny i zabezpieczają go przed wysunięciem. Są wykonane z profilu aluminiowego i i w przeciwieństwie do poprzedniego rozwiązania nie są widoczne od frontu kolektora słonecznego, co zwiększa estetykę wykonania baterii kolektorów słonecznych.

 

Aktualna oferta nowych systemów mocowania

 

Nowe zestawy montażowe dla kolektorów słonecznych są dostępne dla kolektorów aktualnie produkowanych. W przypadku kolektorów z oferty katalogowej „Technika solarna 2015” dostępne są zestawy adaptacyjne. Szczegółowa informacja handlowa znajduje się załączonym wykazie systemów mocowania – wycofanych ze sprzedaży oraz nowych wprowadzonych do oferty w 04.2016.

Jakie rury zastosować w instalacji solarnej?

Budowa instalacji solarnej wymaga odpowiedniego doboru średnicy przewodów. Jest to szczególnie ważny aspekt dla zapewnienia prawidłowych warunków jej eksploatacji. Jakie skutki może przynieść nieodpowiednio zastosowana średnia przewodów w instalacji solarnej?

Za duża średnica przewodów to przede wszystkim ryzyko:

 

  • zbyt niskiej prędkości przepływu glikolu w orurowaniu instalacji solarnej skutkującej gromadzeniu się powietrza utrudniającego lub blokującego przepływ glikolu
  • zwiększonych strat ciepła do otoczenia z powierzchni zewnętrznej rur


Należy zwrócić uwagę na prawidłowy dobór średnicy przewodów w zależności przede wszystkim od łącznej powierzchni apertury (czynnej absorbera) w instalacji solarnej, aby uzyskać zalecaną prędkość przepływu glikolu.

 

Zalecana prędkość przepływu glikolu dla standardowych instalacji solarnych powinna mieścić się w zakresie 0,40-0,70 m/s.

 

Przykładowo w małej instalacji solarnej złożonej z 5 kolektorów płaskich o powierzchni absorbera 1,8 m2 możliwe jest zastosowanie rury o średnicy nominalnej DN16 z prędkością przepływu 0,70 m/s. Bezpieczniejszy jest jednak dobór rury o większej średnicy DN20, dla której prędkość przepływu będzie mieściła się w zalecanym zakresie wynosząc 0,45 m/s

Oprócz prędkości przepływu należy brać pod uwagę liniowe opory hydrauliczne (mbar/m) dla przepływu glikolu przez rurę o danej średnicy. Jest to szczególnie istotne przy zwiększonej długości orurowania w instalacji solarnej i przy zwiększonej ilości załamań rur (kolanka, łuki, trójniki, itp.). Opory liniowe powinny być więc możliwie niskie, najlepiej poniżej 10 mbar na metr bieżący rury elastycznej ze stali nierdzewnej.

Absorber miedziano-miedziany (Cu-Cu):

 

  • tradycyjna technologia, ustępująca na rzecz popularyzacji aluminium, z uwagi na rosnące ceny miedzi,
  • wysoki standard techniczny – miedź jako materiał o wysokiej przewodności cieplnej, trwałości, odporności na korozję i wytrzymałości cieplnej,
  • dogodne łączenie tego samego materiału (blachy i orurowania), możliwość stosowanie różnych technologii łączenia,
  • możliwość pokrywania absorbera miedzianego niestandardowymi powłokami,
  • szerokie możliwości wykonania instalacji solarnej, także z rur miedzianych i z połączeniami lutowanymi.

Absorber aluminiowo-miedziany (Al-Cu):

 

  • obecny standard rynkowy w budowie kolektorów słonecznych,
  • optymalizacja kosztu kolektora słonecznego, obniżenie ceny w stosunku do kolektorów z absorberami całkowicie miedzianymi,
  • zachowanie orurowania z miedzi, pozwala wykonywać standardową instalację solarną, także z rur miedzianych i z połączeniami lutowanymi,
  • absorbery aluminiowe wykonywane jedynie z pokryciami tzw. „niebieskimi” (np. tlenki tytanu),
  • w stosunku do kolektorów z absorberami miedzianymi w całości, zazwyczaj porównywalne sprawności pracy (porównując kolektory tego samego producenta).

Absorber aluminiowo-aluminiowo (Al-Al):

 

  • rozwijający się dopiero trend rynkowy w budowie kolektorów słonecznych,
  • nowa technologia wprowadzająca korzystniejszy poziom ceny w stosunku do wydajności cieplnej,
  • niższy koszt kolektora zwiększa możliwości zakupu instalacji solarnej,
  • łączenie jednego materiału zmniejsza ryzyko występowania nadmiernych naprężeń (jednakowa rozszerzalność cieplna), korozji galwanicznej (jak dla dwóch różnych materiałów) i  pozwala na łatwy recycling w przyszłości,
  • zastosowanie orurowania z aluminium, wprowadza konieczność stosowania elementów instalacji solarnej neutralnych dla aluminium (m.in. brak rur miedzianych, elementów mosiężnych, połączeń lutowanych).

Absorber kolektora słonecznego powinien być brany pod uwagę przy jego wyborze, jako jeden z głównych czynników decydujących o koszcie zakupu i sprawności kolektora słonecznego. Obecnie jednak dominujące rozwiązanie stanowią absorbery aluminiowo-miedziane (Al-Cu). Zapewniają one optymalne koszty zakupu kolektora słonecznego i jego wydajności. Nie wymuszają także stosowania niestandardowych zasad budowy instalacji solarnej.

Budowa kolektora słonecznego

Kolektory słoneczne budowane są według podobnej zasady. Powierzchnia absorbera odpowiada za pochłanianie promieniowania słonecznego. Dzięki temu wytwarzane jest ciepło, przekazywane następnie do czynnika grzewczego (glikolu) krążącego w instalacji solarnej.

Głównym elementem każdego kolektora słonecznego jest absorber, od którego w znacznej mierze zależy sprawność kolektora, ale także trwałość zachowania parametrów, gdyż absorber poddany jest trudnym warunkom pracy – niskim ujemnym i wysokim temperaturom roboczym. Jakość materiałów i technologia produkcji odgrywają tutaj decydujące znaczenie.

Jakie są główne elementy płaskiego kolektora słonecznego?

 

Absorber jest zbudowany najczęściej z miedzi i aluminium. Absorber pokrywany jest warstwą pochłaniającą promieniowanie słoneczne. Warstwa selektywna posiada cechę wysokiej absorpcji promieniowania słonecznego (rzędu 90÷95%) i jednocześnie niskiej emisji promieniowania podczerwonego (rzędu 5÷10%). Warstwa absorpcyjna może być wykonana na bazie tlenków tytanu i krzemu. Absorbery stosowane w płaskich kolektorach słonecznych oferowane są na rynku w 3-ech wariantach biorąc pod uwagę zastosowane do ich budowy materiały:

  • miedź-miedź Cu-Cu (blacha miedziana – rury miedziane): obecnie bardzo rzadko spotykane na rynku rozwiązanie z uwagi na wysokie ceny surowca
  • aluminium-miedź Al-Cu (blacha aluminiowa – rury miedziane): obecny standard rynkowy z uwagi na korzystną cenę zakupu z zachowaniem wysokiej sprawności pracy
  • aluminium-aluminium Al-Al (blacha aluminiowa – rury aluminiowe): stosunkowo rzadko spotykane na rynku, z uwagi na nową technologię w fazie rozwoju

 

Orurowanie – czyli układ przewodów odbierających z absorbera wytwarzane ciepło, może mieć formę równoległych rurek – tzw. układ harfowy, bądź też formę meandrową (wężownica). Układ harfowy stosowany jest w kolektorach słonecznych jako standardowe rozwiązanie zapewniające skuteczny odbiór ciepła z absorbera i jednocześnie niskie opory przepływu. Układ meandrowy pozwala zwykle na jednostronne podłączenie baterii kolektorów słonecznych.

Przykrycie szklane – zapewnia ochronę płaskiego kolektora słonecznego przed utratą ciepła oraz wpływem warunków zewnętrznych. Szyba stosowana w kolektorach słonecznych jest specjalnie przystosowana do obciążeń mechanicznych (zaleganie śniegu, wiatr), a także uderzeń (np. test odporności na gradobicie). Zapewniać musi także maksymalnie wysoką przepuszczalność promieniowania słonecznego (np. najwyższa klasa U1 – powyżej 90%) do wnętrza kolektora słonecznego, stąd posiada obniżoną zawartość tlenków żelaza.

Szyby stosowane w kolektorach słonecznych Hewalex cechują się przepuszczalnością promieniowania zwykle ponad 91%. Dostępne są także szyby o jeszcze wyższych parametrach wykonywane z tzw. szkła AR antyrefleksyjnego o przepuszczalności bliskiej nawet 97%. Jednak koszt ich zastosowania, a także brak dłuższego doświadczenia w zachowaniu parametrów w długoletniej eksploatacji kolektora słonecznego, ogranicza obecnie szersze zastosowanie szkła antyrefleksyjnego.

Budowa kolektora słonecznego stanowi o jego wartości dla użytkownika, decydując o zachowaniu wysokich parametrów pracy przez cały okres jego eksploatacji. Potwierdzeniem jakości kolektora słonecznego jest jego zgodność z wymaganiami normy EN 12975, która przewiduje cykl testowy symulujący jego 20-letnią eksploatację. Od kilku lat na rynku europejskim funkcjonuje w tym zakresie certyfikat Solar Keymark nadawany kolektor słonecznym, które pomyślnie przeszły w niezależnym instytucie badawczym, przewidziane w normie EN 12975 testy.