Jak rozpoznać dobry kolektor próżniowy

[m.grzebinoga]

Certyfikacja i Sprawność:

Próżniowe kolektory słoneczne stają się coraz bardziej popularne. Wraz z rosnącym popytem pojawiają się nowe firmy produkujące kolektory słoneczne.

Porównania dwóch różnych kolektorów słonecznych można dokonać tylko na podstawie certyfikatu, który określa kilka podstawowych parametrów. Proces certyfikacji określa norma a warunki testów są standaryzowane.

Podstawowe parametry umożliwiające porównanie kolektorów słonecznych oraz istotne uwagi związane z porównywaniem:

• Efektywność (sprawność) absorpcji. Jest to maksymalna ilość energii (wyrażona w procentach względem badanego promieniowania) jaką warstwa absorpcyjna jest w stanie pochłonąć. Im wyższa wartość tym lepiej. Parametr ten określa tylko właściwości absorbera i nigdy nie określa całego kolektora. Kolektory niskiej jakości pomimo wysokiej efektywności absorpcji nie są w stanie zaabsorbowanej energii wykorzystać. Do celów certyfikacji parametr ten jest podawany przez producenta i nie jest w żaden sposób weryfikowany przez instytut certyfikujący, ponieważ nie ma on wpływu na wynik certyfikacji. Parametr ten NIE JEST istotny przy porównywaniu kolektorów słonecznych.
  
• Efektywność emisji (odbicia) - podobnie jak efektywność absorpcji, parametr ten określa procentową stratę (odbicie) możliwej do pozyskania energii. Im niższa wartość tym lepiej. Parametr ten określa tylko właściwości absorbera i nigdy nie określa całego kolektora (nie określa nawet szkła otaczającego absorber). Do celów certyfikacji parametr ten jest podawany przez producenta i nie jest w żaden sposób weryfikowany przez instytut certyfikujący, ponieważ nie ma on wpływu na wynik certyfikacji. Parametr ten NIE JEST istotny przy porównywaniu kolektorów słonecznych.
  
• Sprawność optyczna oznacza maksymalną sprawność całego kolektora wynikająca ze sprawności absorbera, szklanej osłony, konstrukcji wymiennika, zastosowanych materiałów itd. Jest to kluczowy, bardzo istotny parametr do porównania kolektorów. Pokazuje on jaki procent promieniowania słonecznego, padającego na cały kolektor zostanie zamieniony na energię cieplną. Im wyższa wartość parametru tym lepiej. Jest to maksymalna sprawność, jaką może osiągnąć kolektor. Kolektor pracuje z maksymalną sprawnością kiedy różnica temperatur między otoczeniem a absorberem wynosi 0 ºC. W praktyce kolektor nigdy nie pracuje przy takich warunkach i jego sprawność jest niższa od sprawności optycznej.
  
• Spadek sprawności kolektora jest proporcjonalny do jego izolacyjności cieplnej. Wyższa izolacyjność kolektora oznacza jego wyższą sprawność. Jakość izolacji kolektora charakteryzuje współczynnik strat liniowych i współczynnik strat nieliniowych. Im niższe współczynniki tym lepiej. Współczynniki te są bardzo istotne do porównania kolektorów.
  

Parametry takie jak sprawność optyczna, współczynnik strat liniowych i współczynnik strat nieliniowych odnoszą się do całego kolektora. Wartości te są badane indywidualnie dla każdego wyrobu, dlatego np. kolektor 12 rurowy ma inną wartość tych parametrów niż kolektor 22 rurowy (chociaż różnice są niewielkie).

Wszelkie w/w istotne współczynniki odnoszą się do powierzchni absorbera lub powierzchni apertury. Powierzchnia apertury w kolektorach próżniowych, rurowych, ze względu na ich konstrukcję jest znacznie większa od powierzchni absorbera. Nigdy nie można porównywać np. sprawności optycznej względem powierzchni absorbera i sprawności optycznej względem powierzchni apertury, ponieważ są to dwie różne wartości.

Na podstawie parametrów można porównywać kolektory tylko tego samego typu. Nie można np. porównywać kolektora płaskiego (wyższa sprawność optyczna i wyższe współczynniki strat) i próżniowego (niższa sprawność optyczna i niższe współczynniki strat). Aby porównać różne typy kolektorów należy dokonać odpowiednich obliczeń na przestrzeni całego roku (patrz osobne opracowania porównawcze)

Kolektory typu IB-Sol zostały certyfikowane przez Fraunhofer-Institute for Solar Energy Systems ISE we Freiburgu. Certyfikację przeprowadzono zgodnie z normami EN 12975-1,2:2006 i tym samym podlegają oznaczeniu SolarKeymark.

Warstwa Absorpcyjna:

Nowa specjalna warstwa absorpcyjna ALN/AIN-SS/CU z dodatkiem miedzi, jest kolejną generacją warstw apsorpcyjnych. Następczyni warstwy AL/N/AL charakteryzuje się większą wydajnością (nawet o 12%) i doskonałymi właściwościami absorpcyjnymi promieniowania słonecznego bezpośredniego i rozproszonego.

SS/Cu - warstwa stali nierdzewnej i miedźi ma na celu wydłużenie czasu pracy i wydajności warstwy absorpcyjnej promieniowania słonecznego. Ta dodatkowa warstwa wydłuża żywotność warstwy azotku glinu AlN. Osadzenie Cu i SS znacząco wpływa również na przewodnictwo czyli lepszą wydajność warstwy absorpcyjnej.

Rury z nową warstwą można odróżnić po charakterystycznym czerwono/pomarańczowym odcieniu warstwy wewnętrznej.

Materiał z jakiego zbudowany jest kolektor:

Należy sprawdzić z jakiego materiału jest wykonany kolektor (w szczególności zbieracz). Cześć producentów tnąc koszty wykonuje elementy kolektorów po prostu z plastiku lub z tworzywa sztucznego, a rama i inne części mogą być ze zwykłej stali. Kolektory z tworzywa sztucznego są narażone na uszkodzenia fizyczne, pęknięcia spowodowane różnicą temperatur itp. Uszkodzenie powłoki powoduje możliwość wniknięcia do zbieracza (belki głównej) kolektora wilgoci co powoduje, że zawilgocona izolacja staje się zupełnie bezużyteczna. Często zdarza się, że materiały z tworzywa są niewystarczająco odporne na wysokie temperatury. Dodatkowo takie materiały narażone na promieniowanie słoneczne płowieją, co obniża walory estetyczne kolektora. Poniżej widoczny jest przykład kolektora z obudową z tworzywa sztucznego:

Kolektory naszej firmy są wykonane w całości ze stali nierdzewnej lub aluminium (nowy design) zaczynając od ramy przez obudowę zbieracza (belki głównej) a skończywszy na śrubach, podkładkach itp. gwarantuje to maksymalną żywotność. Estetykę wykonania oraz trwałość i solidność konstrukcji widać na pierwszy rzut oka.

Jedynym elementem z tworzywa jest boczne zamknięcie belki głównej, wykonane z niepalnego ABS o wytrzymałości 250 *C. Połączenie z belką przy pomocy specjalnego silikonu, połączenie z rurą i miejscem na czujnik przy pomocy specjalnej gumowej uszczelki odpornej na wysokie temperatury. Wszystko to gwarantuje 100% szczelność połączeń.

Izolacja zbieracza (belki głównej) kolektora:

Ważnym elementem zwiększającym skuteczność całego kolektora jest izolacja zbieracza kolektora. Często jest to zwykła izolacja z wełny mineralnej (lub szklanej) miękkiej o właściwościach izolacyjnych oraz odporności na wysokie temperatury niedostatecznych jak na kolektor próżniowy.

Prawidłowo wykonana izolacja powinna być z twardej i sprasowanej wełny mineralnej, gwarantującej maksymalną izolacyjność, wysoką odporność na temperatury. Właśnie w taki sposób jest wykonana izolacja w kolektorach IB-Sol.

Wymiennik zbieracza (belki głównej) kolektora:

Podstawowym elementem determinującym sprawność kolektora typu Heat-Pipe (rurka ciepła) jest wymiennik zbieracza (belki głównej) kolektora, którego zadaniem jest odebrać ciepło jakie produkuje każda rura próżniowa w kolektorze. Jak w przypadku każdego wymiennika podczas wymiany ciepła następują straty cieplne, dlatego wymiennik powinien być szczególnie dobrze wykonany. Niestety wielu producentów pokazuje niesłychaną ignorancję oto przykłady:

Jak widać, w rzeczywistości są to dwa wymienniki: zbieracz rurki ciepła -> tuleja odbiorcza a następnie tuleja -> rurka. Przy czym tuleja jest znacznie za duża i zbyt krótka a styk tulei z rurkami instalacji jest tylko w kilku miejscach. Jest to fatalne rozwiązanie i rozsądek podpowiada, że tak wykonany wymiennik może odebrać jedynie niewielki procent energii wyprodukowanej przez rury.

Nasz wymiennik gwarantuje maksymalny odbiór ciepła:

Zbieracz rurki ciepła idealnie pasuje do wymiennika, miejsce styku jest na całej powierzchni zbieracza rurki ciepła poza tym miejsce to jest smarowane specjalną pastą silikonową zwiększającą przewodność cieplną (pasta w komplecie z każdym kolektorem). Dodatkowo wymiennik jest maksymalnie poszerzony w miejscach odbioru ciepła. Medium w instalacji całkowicie otacza styk (na drugim zdjęciu rurka nie jest całkowicie wsunięta, aby pokazać jak pasuje zbieracz do wymiennika, w rzeczywistości cały zbieracz wchodzi do wymiennika) co powoduje maksymalny możliwy odbiór. Jest to tylko jeden wyjątkowo dopracowany wymiennik a nie tak jak pokazano wyżej dwa nieefektywne wymienniki.

Na drugim zdjęciu dla przejrzystości specjalnie zostały usunięte gumy naprowadzające i zabezpieczające przed zawilgoceniem wnętrze belki głównej. Jak na wcześniejszych zdjęciach widać nie wszyscy producenci stosują takie rozwiązania.

Rura próżniowa:

Już na poprzednim zdjęciu niedopracowanego kolektora widać było rurę próżniową, teraz przyjrzyjmy się jej bliżej:

Już na pierwszy rzut oka widać, że rura próżniowa jest otwarta, przez co zabsorbowane ciepło w znacznym stopniu "ucieka" a nie jest przekazywane na rurkę ciepła. Kolejnym błędnym (ale łatwym w wykonaniu) rozwiązaniem jest umieszczenie rurki ciepła tuż przy ściance rury próżniowej a radiator odbierający ciepło z absorbera jest tylko na części przekroju rury. Wniosek nasuwa się jeden: tylko część ciepła zaabsorbowanego jest przekazywane do rurki ciepła - reszta przepada. Niektórzy sprzedawcy próbują przekonać kupujących, że takie rozwiązanie umożliwia "nakierowanie" rury w ten sposób aby absorbowały więcej energii np z zachodu. Jest to kompletna bzdura próbująca zatuszować ewidentne braki konstrukcyjne.

Optymalnie zaprojektowana i wykonana rura powinna wyglądać jak poniżej (takie są w kolektorach typu IB-Sol):

Radiator jest ciasno włożony w rurę próżniową, tak aby maksymalnie odbierał zaabsorbowane ciepło, nie tylko z góry kolektora ale z każdej strony (zarówno z boku jak i od spodu - światło odbite) - jest to podstawowa zaleta rurowych kolektorów próżniowych (kąt padania promieni słonecznych jest mało ważny w przeliczeniu na efektywność), której wcześniej pokazane przykłady ewidentnie zaprzeczają. Rurka ciepła znajduje się dokładnie w środku tak aby optymalnie pracować a montaż był maksymalnie prosty. Całość rury jest zatkana odpowiednim korkiem ograniczającym wydostawanie się ciepła z rury.

Ważnym elementem również jest materiał z jakiego jest wykonana rurka ciepła: powinna to być miedź twarda zabezpieczająca ją przed złamaniem a nawet przed zgięciem rurki. Uszkodzenie rurki powinno spowodować widoczne złamanie aby od razu można było zidentyfikować ewentualne uszkodzenie i wyciek płynu wewnętrznego. Nieprawidłowo wykonane rurki ciepła są z miedzi miękkiej, co powoduje że wyginają się w rękach a uszkodzenia powstają w sposób niezauważalny.

Należy również zwrócić uwagę na sam "termos" czyli rurę próżniową. Można spotkać rury zupełnie niesymetryczne tak, że wewnętrzna ścianka styka się ze ścianką zewnętrzną rury co powoduje, że nie spełnia swoich izolacyjnych właściwości. Również spotykane są rury, w których zupełnie nie można stwierdzić czy jest w środku próżnia czy jej nie ma. Prawidłowa rura powinna mieć odpowiedni mechanizm identyfikujący stan próżni wewnątrz. Rury kolektorów IB-Sol od wewnątrz pokryte są odpowiednią srebrną substancją, która przy kontakcie z powietrzem momentalnie się utlenia, dzięki czemu łatwo stwierdzić, że próżni po prostu wewnątrz nie ma i rura jest z dekompresowana.

To są najczęstsze wady konstrukcyjne kolektorów próżniowych. Wiele elementów jest trudno sprawdzić, ponieważ są zakryte przez osłony zewnętrzne. Jednakże przed zakupem warto zapytać o przekrój kolektora aby możliwe było zajrzenie do środka. Właśnie tego typu wady konstrukcyjne i wprowadzanie "bubli" na rynek psuje opinię kolektorom próżniowym. Przed zakupem pamiętajmy, że cena nie koniecznie świadczy o klasie produktu a uczciwy producent nie boi się pokazać swoich rozwiązań konstrukcyjnych.