Sík vagy vákuumcsöves napkollektort válasszunk?
2012/7-8. lapszám | VGF&HKL online | 5846 |
Figylem! Ez a cikk 13 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
A kérdés gyakran felmerül,hiszen a napkollektorok választéka nagyon nagy. Szerencsére elmondható, hogy a napkollektorok iránti igény egyre nagyobb, ami nemcsak az érdeklődések, hanem a megvalósult rendszerek számában is megmutatkozik. Éppen a megnövekedett igény miatt fontos az, hogy az érdeklődők tisztán lássanak a széles választékban, és megtalálják az igényeiket legjobban kielégítő megoldást.melegít, amit több célra is fel lehet használni, például medence fűtésére, használati meleg víz álasztékban, és megtalálják az igényeiket legjobban kielégítő megoldást.
Sík vagy vákuumcsöves napkollektort válasszunk?
A kérdés gyakran felmerül, hiszen a napkollektorok választéka nagyon nagy. Szerencsére elmondható, hogy a napkollektorok iránti igény egyre nagyobb, ami nemcsak az érdeklődések, hanem a megvalósult rendszerek számában is megmutatkozik. Éppen a megnövekedett igény miatt fontos az, hogy az érdeklődők tisztán lássanak a széles választékban, és megtalálják az igényeiket legjobban kielégítő megoldást.
Minden szolár rendszer
„szíve” a napkollektor. A napkollektor veszi fel az abszorberen keresztül a napsugárzást, és alakítja át azt hővé. Az abszorberben lévő vékony csövekben folyó hőhordozó folyadék – általában vízből és fagyállószerből álló keverék – átáramlik az abszorberen, eközben felmelegszik, és elszállítja a hőt a szolár tárolóban lévő hőcserélőbe. A napkollektorok által begyűjtött hőenergia leggyakrabban vizet melegít, amit több célra is fel lehet használni, például medence fűtésére, használati meleg víz vagy fűtési víz felmelegítésére.
A gyakoribb napkollektor-típusokat kialakításuk szerint három nagy csoportba sorolhatjuk:
• medence-abszorberek,
• síkkollektorok,
• vákuumcsöves kollektorok.
A medence-abszorberek általában fekete színű, üreges, speciális időjárásálló műanyagból készült panelek, amelyekben akár közvetlenül a medence vize is áramolhat, tehát nincs szükség közvetítőközegre. Alkalmazásuk korlátja, hogy a vízzel feltöltött rendszert a téli időszakra le kell üríteni. Hatásfokuk alacsony közeghőmérséklet esetén relatíve magas, így kitűnően alkalmazhatók nyári időszakban a kültéri medencék fűtésére. Lakossági felhasználásra leggyakrabban síkkollektorokat alkalmaznak. A kollektorok jellemzéséhez különféleképpen meghatározott felületeket használunk:
1. Abszorberfelület:
Hatásos kollektorfelület vagy effektív felület.
2. Apertúra-felület:
A kollektor fénybelépési felülete, tehát az a felület, amelyen keresztül a szolár sugárzás bejut a kollektorba, és közvetlenül vagy reflexióval elérheti az abszorbert.
3. Bruttó felület (kollektorfelület):
A kollektor külső méreteinek szorzata (hoszszúság × szélesség), és például azt mondja meg, hogy minimálisan mekkora tetőfelületre van szükség a tetőre történő szereléshez. A napkollektorok legfontosabb szerkezeti eleme az abszorber. A különböző kollektorok közötti különbség általában az abszorber különbözőségeiben mutatkozik meg, tehát ezt érdemes tanulmányozni az összehasonlítások során. Az abszorber az abszorberfelületből és az azzal szorosan összekötött abszorber-csövekből áll.
Az abszorberlemez anyaga lehet réz vagy alumínium, míg a csövek általában rézből készülnek. A lemez lehet teljes felületen egy darabból vagy sávokból álló. A lemezhez ultrahangos hegesztéssel rögzítik a csöveket, ami megoldást nyújt a különböző anyagok összekötésére is. Az abszorberfelület felfogja a napsugárzást, és hővé alakítja azt. A hőhordozó folyadék átáramlik az abszorbercsöveken, átveszi a hőt, és elszállítja azt a kollektorból. A lehető legnagyobb hatásfok elérése érdekében az abszorbereket speciális bevonattal látják el. Ezek fokozzák a beeső sugárzás abszorpcióját és csökkentik a hőemissziót.
 |
| Síkkollektor felépítése: 1. Abszorberfelület, 2. Apertúra-felület, 3. Bruttó felület (kollektorfelület) |
A bevonatok lehetnek egyszerű szerkezetűek, mint például a szolár lakk, vagy összetett szerkezetűek, amelyek több rétegben kerülnek a lemezre. A korszerű abszorber-bevonatok a beeső sugárzás széles tartományát képesek elnyelni. Ezek a szelektív bevonatok évtizedeken át fekete krómból vagy fekete nikkelből álltak, és galvanikus eljárással vitték fel a felületre. Néhány éve azonban alternatívaként szelektív rétegeket is kínálnak, amelyeket vákuumos eljárással visznek fel a felületre. Ez azt jelenti, hogy a teljes bevonatot különböző hullámhosszúságú sugárzást elnyelni képes rétegekből állítják össze. Ezen abszorberek energiavesztesége magas hőmérsékleten kisebb, mint a fekete króm- vagy fekete nikkelréteges abszorbereké.
Vákuumcsöves kollektorok
A napkollektorok másik nagy csoportja a vákuumcsöves kollektoroké. Ezen kollektorok leglényegesebb jellemzője, hogy az abszorber egy vákuummal szigetelt csőben helyezkedik el. A vákuum nagyon jó hőszigetelést biztosít, így ezen kollektoroknak a hővesztesége alacsony. A síkkollektorokkal szemben a jellemző felületek valamelyest eltérő módon alakulnak ki. A 2. ábrán látható, hogy a síklemez abszorberes vákuumcsöves kollektorok esetén menynyivel kisebb az apertúra és a tényleges abszorberfelület a tükörfelülettel és hengeres abszorberrel rendelkező kollektorokhoz képest.
Ez a szerkezeti különbség a napkollektor teljesít-ményében jelentős mértékben megmutatkozik. A speciális parabolikus tükörfelület (CPC technológia) nagymértékben növeli a hasznos hőelnyelő felületet. Az abszorberfelületen elnyelt sugárzás hővé alakul, majd ezt a hőt át kell adni a hőhordozó folyadéknak. A vákuumcsöves kollektorok szerkezeti kialakításának másik lényegi eltérése a hőátadás módjában rejlik, ami lehet közvetlen vagy közvetett. A közvetlen hőátadás esetén a szolár folyadék a vákuumcsövön belül elhelyezett csőben áramlik, így az abszorber által elnyelt hőenergiát közvetlenül fel tudja venni.
Ezek ún. direkt áramlású „U” csöves, illetve cső a csőben rendszerű kollektorok. Az „U” csöves technológia további előnye, hogy az esetlegesen megsérült vákuumcső a kollektor leürítése nélkül könnyen cserélhető. A közvetett hőátadású kollektorokban az abszorber által begyűjtött hőenergia első lépésként a vákuumcsövön belül elhelyezett zárt csőben lévő, alacsony nyomású közvetítőközeget melegíti fel, majd az továbbadja a hőt a szolár folyadéknak. A belső, zárt csőben lévő különleges közeg a hő hatására elpárolog, majd ez a gőz melegíti fel a kollektor felső részében áramló szolár folyadékot. A hőátadás során a gőz lehűl, kondenzálódik, és így visszajut a cső alsó részébe, ahol a folyamat kezdődik elölről. Ez az ún. „heat-pipe”, azaz hőcsöves technológia. A rendszer előnye a könnyű csőcsere, viszont a többszörös hőátadás miatt a teljesítménye elmarad a közvetlen hőátadású kollektorokéhoz képest.
 |
| 2. ábra Vákuumcsöves napkollektor felépítése és jellemző felületei 1. abszorberfelület sík abszorberlemez esetén 2. apertúra-felület tükörfelület nélkül 3. bruttó kollektorfelület 4. vákuumos körkörös tér a két üvegcső között 5. abszorber hengerpalást-felület |
Síkkollektorok
Az abszorberlemez hátoldalához rögzített csövekben áramló hőközlő folyadék veszi fel a hőt, és szállítja el a tárolóig. A síkkollektorok jellemzően kétféle csőelrendezéssel készülnek. A leggyakoribb elrendezési forma az ún. hárfa-csövezés. Ekkor a kollektor alsó osztó és felső gyűjtő csöveit párhuzamos elrendezésű, kis átmérőjű csövek kötik össze, hasonlóan egy hárfa húrjaihoz. Egy másik csővezetési mód a kígyóvonalban vezetett csövezés. Ekkor a kollektorban elhelyezett abszorbercső nem egyenes vonalban fut, hanem kígyóvonalban, több iránytöréssel.
Ez az elrendezés elősegíti a hőhordozó folyadék turbulens áramlását, ami jobb hőátadáshoz vezet, ezáltal javul a kollektor teljesítménye. További előnye ezeknek a kollektoroknak, hogy hidraulikailag kedvezőbb kialakításúak, mint a hárfa-csövezésűek, ezért akár 5 kollektorból álló sort is köthetünk egy oldalról, ami egyszerűsíti a csőszerelési munkát. A fentiekben bemutatott főbb kollektortípusok sokféleségéből adódik, hogy az alkalmazási területük is sokrétű lehet. Az alkalmazási terület nagymértékben meghatározhatja magát a napkollektor-technológiát is.
Más-más kollektortípus jöhet szóba, ha például csak nyáron, vagy egész évben használjuk a rendszert, de a felhasználás módja (külső medence, HMV, fűtés) is meghatározó lehet. A döntésben nagy segítség lehet annak ismerete, hogy melyik kollektortípus milyen hatékonysággal dolgozik a különböző hőmérsékleti viszonyok mellett. A hatásfok azonban nem fejezhető ki egy konkrét értékkel, hanem csak egy görbével, mivel az a besugárzás erősségétől, illetve az abszorberhőmérséklet és a környezeti hőmérséklet különbségétől függően változik. A kollektor teljesítménye is ennek megfelelően változik, és lényegében a hőszigeteléstől és az abszorber elnyelő képességétől függ (3. ábra).
A 3. ábrából látható, hogy a magas kollektorhőmérséklet (magas hőmérsékletkülönbség az abszorber és a környezet között) egyre csökkenő hatásfokot és ezáltal alacsonyabb teljesítményt jelent. Ennek megfelelően a gyakorlatban a lehető legalacsonyabb értéken kell tartani a kollektor hőmérsékletet. Ezt például a kollektorfelülethez méretezett megfelelő tárolókapacitással lehet elérni. Az ábrából látható, hogy a síkkollektorok a medencefűtés és HMV-készítés tartományában jeleskednek igazán, míg a fűtésrásegítéshez inkább a vákuumcsöves technológiát érdemes választani.
Ezzel szemben, ha például csak kültéri medencét kell fűteni, akkor a medence-abszorber az optimális választás. Az előzőkben bemutatott jellemzők alapján belátható, hogy a különböző kollektorok összehasonlításának alapja nem csupán a kollektorok külső mérete (bruttó felület), a kollektor jellege (sík vagy vákuumcsöves), netán a vákuumcsövek száma kell, hogy legyen, hiszen ezeken túlmenően a lényeg a részletekben van. A kollektorok közül az a jobb, aminek alacsonyabb a vesztesége, amit egyértelműen mutat az üresjárati vagy más néven stagnálási hőmérséklete. Ez a hőmérsékleti érték mutatja meg, hogy mekkora kollektorhőmérsékletnél áll be a hőnyereség és a hőveszteség egyensúlya. Minél jobb hőszigetelő képességű egy kollektor, annál magasabb ez az érték. Egy jó mi- nőségű síkkollektor esetén ez 200 °C körül van, míg a vákuumcsöves kollektorok esetén 300 °C is lehet.
 |
|
3. ábra: |
Egyéb szempontok, pozitívumok:
• szelektív réteges, teljes felületű abszorber,
• szálerősítéses kompozit műanyag kollektorház (alacsony súly, egyszerű mozgatás és felszerelés),
• szorítóbilincses gyorscsatlakozás (a tetőn való szerelés egyszerűsödik),
• álló és fektetett kivitel (a helyigénynek megfelelően elhelyezhető ferde tetőn, lapos tetőn, de akár homlokzaton is).
