Płaskie kolektory słoneczne ze szkłem antyrefleksyjnym

Jaki wpływ na sprawność pracy kolektora odgrywa przykrycie szybowe?

Jakie są cechy szkła z powłoką antyrefleksyjną?

Porównanie kolektora próżniowego i płaskiego z szybą antyrefleksyjną

Wydanie 1/2012

28.07.2012

www.eko-blog.pl www.vaillant.pl

2

Kolektory słoneczne – pozyskiwanie

energii promieniowania słonecznego

Zadaniem kolektora słonecznego

jest zamiana energii promieniowania

słonecznego na ciepło użytkowe

dla potrzeb np. podgrzewania ciepłej

wody użytkowej

Jednym z ważniejszych aspektów

budowy kolektora słonecznego jest

zdolność do przenikania promieniowania

słonecznego do jego wnętrza

Bezpośrednio od własności przykrycia

szklanego obudowy kolektora, zależą

w pierwszym rzędzie uzyski ciepła.

Dodatkowo kluczową rolę odgrywa

izolacja cieplna obudowy, a także

konstrukcja absorbera i własności jego

warstwy pochłaniającej promieniowanie

3

Budowa płaskiego kolektora słonecznego

- podstawowe elementy

Obudowa kolektora słonecznego

Płyta absorbera (aluminiowa)

Orurowanie absorbera (wężownica z rury miedzianej)

Izolacja cieplna obudowy

Przykrycie obudowy (szkło hartowane)

Selektywne pokrycie absorbera (Mirotherm®)

Uszczelnienie obudowy i mocowanie szyby

Króćce przyłączeniowe kolektora słonecznego

4

Nowe technologie wytwarzania szkła

dla potrzeb kolektorów słonecznych

Dla potrzeb budowy jednych z pierwszych kolektorów słonecznych, jeszcze

w latach 70 i 80-tych, stosowano pokrycia z tworzyw sztucznych. Cechowały się

one przepuszczalnością promieniowania słonecznego na poziomie rzędu 80%.

Z czasem ich powierzchnia ulegała degradacji (zmatowienie, zarysowania)

Nowe technologie szczególnie w latach 90-tych, wiązały się z wprowadzaniem

szkła o niskiej zawartości żelaza, którego przepuszczalność promieniowania

sięga maksymalnie nawet 91-92%.

Ostatnie lata przynoszą szersze

zastosowanie jeszcze bardziej

efektywnych rozwiązań – szkła

powlekanego warstwami

antyrefleksyjnymi, które jeszcze

o około 5-6% zwiększają

przepuszczalność promieniowania

słonecznego.

5

Porównanie przepuszczalności

promieniowania słonecznego

4% odbicie

4% odbicie

1,5% odbicie

1,5% odbicie

91% przepuszczalność

szkła standardowego

1% absorbcja 1% absorbcja

96% przepuszczalność

szkła antyrefleksyjnego

Szkło standardowe dla kolektorów słonecznych oraz szkło antyrefleksyjne

różnią się od siebie ilością odbijanego promieniowania słonecznego.

Zwiększenie przepuszczalności promieniowania dla szkła antyrefleksyjnego

wynosi około 5-6% w porównaniu do standardowego szkła „solarnego”.

6

Kolektor płaski ze szkłem standardowym

oraz antyrefleksyjnym

Szkło strukturalne

(hartowane z obniżoną zawartością

tlenków żelaza). Przepuszczalność

promieniowania słonecznego: 91%

Szkło antyrefleksyjne

(z dodatkowymi warstwami

antyrefleksyjnymi). Przepuszczalność

promieniowania słonecznego: 96%

Vaillant VFK 145

Vaillant VFK 155

7

Szkło antyrefleksyjne w zastosowaniu

praktycznym

Szkło antyrefleksyjne używane jest także w budynkach biurowych,

usługowych, itp., na przykład dla potrzeb ekspozycji:

Szkło standardowe Szkło antyrefleksyjne

8

Jaki kolektor słoneczny wybrać?

Płaski czy próżniowy…

Udział kolektorów próżniowych na

większości rynków krajów Europy,

wynosi kilka procent. Wynika to m.in.

z ich wyższej ceny zakupu, która

nie jest w większości przypadków

rekompensowana w pełni, wyższymi

uzyskami ciepła.

Kolektory próżniowe cechują się

przede wszystkim wyższą wydajnością

cieplną, przy dużych różnicach

temperatury pomiędzy absorberem,

a otoczeniem. W praktyce dotyczy

to w szczególności instalacji solarnych

przeznaczonych do wspomagania

ogrzewania budynku.

9

Jaki kolektor słoneczny wybrać?

Płaski czy próżniowy…

Alternatywą dla kolektorów próżniowych mogą w znacznej mierze być

wysokosprawne kolektory płaskie, o zwiększonych uzyskach ciepła, dzięki

zastosowaniu szkła antyrefleksyjnego. Kolektorem tego typu jest np. nowy

produkt firmy Vaillant, o symbolu VFK 155

Kolektor tego typu można stosować na nachylonych powierzchniach, a także

na płaskim terenie lub dachu, z użyciem specjalnych konstrukcji wolnostojących.

Możliwy jest również montaż kolektorów płaskich na fasadzie budynku zarówno

na konstrukcji z nachyleniem do poziomu, jak i w pozycji pionowej.

10

Porównanie sprawności kolektorów

płaskich i rurowego próżniowego

Kolektor próżniowy VTK 1140/2 będzie uzyskiwał dopiero wyższą wydajność

cieplną, gdy temperatura absorbera będzie wyższa o +38 K niż w kolektorze

płaskim VFK 145 lub o +47 K niż w kolektorze płaskim VFK 155

T

= 3

8K

T

= 4

7K

T Różnica temperatury między absorberem, a otoczeniem

Sp

raw

no

ść k

ole

kto

ra

Wyższe różnice temperatury

pomiędzy absorberem,

a otoczeniem mogą

występować szczególnie

w okresie zimowym. Kolektor

próżniowy może wykazywać

wtedy większą sprawność

niż kolektor płaski.

Należy jednak pamiętać,

że główny okres pracy

kolektora przypada na okres

IV-IX (80% rocznej energii

promieniowania

słonecznego)

11

Kolektor z szybą antyrefleksyjną (AR) uzyskiwać będzie wyższą wydajność od

standardowego kolektora płaskiego. W standardowym zastosowaniu instalacji

solarnej, tego typu kolektor będzie również bardziej wydajny od próżniowego:

T Różnica temperatury między absorberem, a otoczeniem

Sp

raw

no

ść k

ole

kto

ra

+23%

+18%

+28%

+12%

-8%

-17%

-26%

-35%

+6%

Typowy zakres pracy kolektora słonecznego w instalacji solarnej

dla podgrzewania CWU

Porównanie sprawności kolektorów

płaskich i rurowego próżniowego

Sprawność kolektora

płaskiego VFK 155 wyższa

od sprawności próżniowego

12

Należy uwzględniać zalecenia producentów kolektorów słonecznych z szybami

antyrefleksyjnymi po względem montażowym i eksploatacyjnym. Dotyczy to

szczególnie zachowania czystości przy pracach montażowych, w celu uniknięcia

trudno usuwalnych zabrudzeń powierzchni szyby, czy też jej uszkodzeń

mechanicznych. W niektórych przypadkach, producenci dostarczają kolektory

płaski z folią ochronną umożliwiającą dodatkowo napełnienie instalacji solarnej

(ograniczenie nagrzewania kolektora. Folię należy ściągnąć po zakończeniu prac.

Zalecenia montażowe i eksploatacyjne

dla szkła antyrefleksyjnego

13

Warto podkreślić dodatkowy aspekt eksploatacji kolektorów słonecznych

w okresie zimowym. Efekty pracy kolektora próżniowego będą wyższe w tym

czasie pod warunkiem, że nie będzie często zalegał na jego powierzchni śnieg

czy szron. Niższe straty ciepła dla rur próżniowych, utrudniają samoczynne

odmrażanie ich powierzchni.

Kolektor płaski i próżniowy w okresie

zimowym – ważny aspekt eksploatacji

ZDJĘCIA: przykład kolektorów słonecznych płaskich i próżniowych podczas

mroźnego dnia w lutym 2012 r.. Szyba kolektora płaskiego „podgrzewana”

od dołu przez powietrze w obudowie, rozmraża zalegający śnieg, umożliwiając

pracę kolektora (materiały własne)

14

Skuteczność izolacji cieplnej rur próżniowych można prześledzić na przykładzie

zdjęcia z kamery termowizyjnej. Temperatura powierzchni rury wynosi

w przykładowych warunkach -1,0 do -1,3 oC. Jedna z rur jest uszkodzona

(rozszczelniona, bez próżni) i tym samym pozbawiona izolacji cieplnej.

Temperatura jej powierzchni wynosi +4,5 oC.

Oczywiście rozszczelniona rura próżniowa nie spełnia swojej funkcji

ograniczenia strat ciepła, poza „skutkiem ubocznym” – rozmrażaniem powierzchni

Izolacja cieplna rur próżniowych

15

Kolektory próżniowe mogą znajdować zastosowanie szczególnie, gdy:

instalacja solarna przeznaczona jest do wspomagania ogrzewania

warunki zabudowy kolektora nie są optymalne (znaczne odchylenie

od kierunku południowego) dla efektywnej całorocznej pracy

elementy wewnętrzne kolektora płaskiego mogą być narażone na

działanie zanieczyszczonego lub zasolonego powietrza (morze)

Nowoczesne kolektory płaskie z szybą antyrefleksyjną mogą być również

z powodzeniem wykorzystywane do wspomagania ogrzewania, szczególnie

obiegów niskotemperaturowych (np. ogrzewanie podłogowe)

Kiedy wybierać kolektor płaski, a kiedy

kolektor próżniowy?

Chłodzenie

www.eko-blog.pl www.vaillant.pl

Ogrzewanie

Energia odnawialna

Kotły gazowe

Kotły olejowe

Pompy ciepła

Kolektory słoneczne

Systemy wentylacji