Porównanie kolektora płaskiego i próżniowego.

Transkrypt

1 Porównanie kolektora płaskiego i próżniowego. Z jaką sprawnością mogą pracować kolektory słoneczne? Czy każdy kolektor próżniowy gwarantuje większe uzyski ciepła? Porównanie popularnych na rynku typów kolektorów słonecznych 1

2 Kolektory słoneczne płaskie i próżniowe Statystyki sprzedaży w krajach europejskich (estif.org) wskazują, że standardem rynkowym stały się kolektory słoneczne płaskie, których udział w zależności od kraju, wynosi przeważnie od 75 do 97% Sprzedaż kolektorów próżniowych w wielu krajach jest śladowa, np. w Austrii czy Francji ma poziomie 3-4% W Polsce zainteresowanie nimi jest z kolei wyższe niż większości krajów, a udział rynkowy przekracza 24%. Jakie może mieć to uzasadnienie? Czy w Polsce są inne warunki klimatyczne, albo też skłonność do większych wydatków na tego typu inwestycje? 2

3 Porównanie cen kolektorów słonecznych Ceny kolektorów płaskich są wyraźnie niższe od próżniowych W skrajnym przypadku cena 1m 2 powierzchni czynnej absorbera (apertury) może różnić się dla nich ponad 5,8-krotnie(!) Średnia cena kolektora płaskiego jest niższa niemal 2,5-krotnie od ceny próżniowego Niektóre kolektory próżniowe oferowane są w atrakcyjne cenie, zbliżonej do cen kolektorów płaskich, jednak sprawność ich pracy będzie niższa(!). Więcej na ten temat w prezentacji Kolektor płaski czy próżniowy Źródło: ceny katalogowe producentów netto aktualne na w przeliczeniu na 1m 2 apertury 3

4 Porównanie wydajności cieplnych Wydajność cieplna kolektora słonecznego powiązana z uzyskiwaną w różnych warunkach sprawnością, zależy od jego strat ciepła oraz początkowej sprawności optycznej 322 W/m 2 Średnia sprawność i co za tym idzie wydajność cieplna kolektorów płaskich (20 popularnych na rynku produktów) wynosi 322 W/m 2 (wartość uśredniona dla nasłonecznienia 600 W/m 2, dla typowego zakresu pracy T = 16-48K) Jak wskazuje wykres, nie każdy kolektor próżniowy uzyskuje wyższą wydajność niż przeciętny na rynku kolektor płaski, a niektóre nieznacznie jedynie przewyższają pod tym względem kolektory płaskie Źródło: wydajności dla apertur na podstawie danych z certyfikatów Solar Keymark 4

5 Porównanie sprawności kolektorów słonecznych Należy zwracać uwagę na parametry kolektorów, jakie zawierają certyfikaty z ich badań dostępne w bazie Solar Keymark ( Pozwala to na jednoznacznie porównywanie ze sobą kolektorów, jak np. płaskiego typu KS2000 TP Am i próżniowego KSR 10, do standardowych rozwiązań rynkowych Więcej szczegółów o porównaniu w prezentacji: Kolektor płaski czy próżniowy 5

6 Wydajność cieplna kolektorów słonecznych Różnice w wydajnościach cieplnych kolektorów można także wykazać na wykresie sprawności (porównanie dla typowego zakresu pracy, nasłonecznienie 600 W/m 2 ): = 71,0% Q = 426 W/m 2 = 58,2% Q = 349 W/m 2-18% = 50,1% Q = 301 W/m 2 = 45,2% Q = 271 W/m 2 = 35,6% Q = 213 W/m 2-29% -36% -50% 6

7 Praca w okresie letnim Izolacja cieplna kolektora słonecznego odgrywa mniejszą rolę w okresie letnim, co jest widoczne na bilansie cieplnym 3-ech typów kolektorów. W przypadku kolektorów z 2-ściennymi rurami próżniowymi wydajność cieplna w okresie letnim może być w wielu przypadkach wyraźnie niższa od wydajności kolektorów płaskich (!). Pomimo, że straty ciepła będą najniższe (39 W/m 2 ), to wydajność będzie niższa wskutek zmniejszonej przepuszczalności promieniowania słonecznego do wnętrza tego typu kolektora. Inaczej sytuacja wygląda dla kolektora o 1-ściennych rurach próżniowych, jak np. KSR o C Absorber 70 o C 7

8 Praca w okresie zimowym Izolacja cieplna odgrywa duże znaczenie w okresach niskich temperatur zewnętrznych i wówczas kolektor próżniowy powinien wykazywać swoją wyższość wobec kolektorów płaskich. Poniższy bilans wskazuje, że wydajność cieplna kolektorów próżniowych jest wyższa pod warunkiem jednak, że powierzchnie rur będą czyste od szronu czy śniegu. Widoczna jest wyraźnie wyższa wydajność kolektorów próżniowych 1-ściennych: o +30% w porównaniu do 2-ściennych -10 o C Absorber 40 o C 8

9 Praca w okresie zimowym zaleganie śniegu Znane jest już powszechnie zjawisko zalegania śniegu na kolektorach próżniowych, które wyłącza je na znacznie dłużej z pracy, gdyż niskie straty ciepła do otoczenia, utrudniają rozmrażanie powierzchni rur próżniowych Z tego też względu kolektory próżniowe w wielu krajach mają małe zastosowanie (Austria, Szwajcaria, Niemcy). W Polsce klimat także sprzyja częstemu pojawianiu się szronu, czy też zalegania śniegu na kolektorach. Kolektor próżniowy 1-ścienny posiada nieco wyższe straty do otoczenia, dzięki czemu jego rozmrożenie nastąpi szybciej niż w przypadku kolektorów z 2-ściennymi rurami próżniowymi -10 o C Absorber 0 o C Śnieg 5 cm 9

10 Praca w okresie zimowym zaleganie śniegu To właśnie zachowanie się kolektora próżniowego (w szczególności z rurami 2-ściennymi) w okresie zimowym wpływa na jego niższe efekty uzysków ciepła w skali roku. Kolektor próżniowy w okresie zimowym pracuje krócej niż płaski, będąc przykrytym śniegiem i szronem. Tym bardziej więc sprawność jego pracy musi z nadwyżką rekompensować krótszy czas pracy Przykład: kolektory słoneczne w okolicy Katowic o godzinie 12:30 przy temperaturze zewnętrznej -10 o C i w warunkach dobrego nasłonecznienia. (więcej zdjęć w prezentacji Jak pracują kolektory słoneczne zimą 10

11 Praca w okresie zimowym porównanie (1/4) Badanie pracy kolektorów płaskich i próżniowych (dobrej klasy 1-ściennych) wykonano np. w roku 2004/2005 w Niemczech w domu 2-rodzinnym, gdzie jedna część domu korzystała z kolektorów płaskich (w skrócie FK), a druga z próżniowych (VK) Sprawdzono uzyski ciepła z obydwu instalacji słonecznych i w odniesieniu do powierzchni brutto (zajętej na dachu), w okresie 6-ciu miesięcy, zawsze wyższe uzyski ciepła zanotowano dla kolektorów płaskich. Kolektory próżniowe w stosunku do powierzchni czynnej (apertury) cechują się większymi powierzchniami brutto w porównaniu do kolektorów płaskich (przestrzenie pomiędzy rurami, obudowa przyłączy duża powierzchnia nie robocza ) Źródło: Performance of Vacuum Tube and Flat Plate Collectors Concerning Domestic Hot Water Preparation and Room Heating, 2nd European Solar Thermal Energy Conference 2005 (estec2005), Freiburg,

12 Nasłonecznienie i uzyski ciepła (kwh/m 2 ) Średnia temperatura powietrza zewnętrznego ( o C) Praca w okresie zimowym porównanie (2/4) Uzyski ciepła z dobrej klasy kolektora próżniowego o 1-ściennych rurach próżniowych były niższe nawet w odniesieniu do powierzchni czynnej apertury w miesiącach zimowych (XII-I). Nasłonecznienie Uzysk ciepła FK (pow. apertury) Uzysk ciepła VK (pow. apertury) Uzysk ciepła FK (pow. brutto) Uzysk ciepła VK (pow. brutto) Źródło: Performance of Vacuum Tube and Flat Plate Collectors Concerning Domestic Hot Water Preparation and Room Heating, 2nd European Solar Thermal Energy Conference 2005 (estec2005), Freiburg,

13 Praca w okresie zimowym porównanie (3/4) Powodem niższych uzysków ciepła dla kolektorów próżniowych, było dłuższe zaleganie śniegu i szronu na ich powierzchni Źródło: Performance of Vacuum Tube and Flat Plate Collectors Concerning Domestic Hot Water Preparation and Room Heating, 2nd European Solar Thermal Energy Conference 2005 (estec2005), Freiburg,

14 Temperatura ( o C) Promieniowanie słoneczne (W/m 2 ) Praca w okresie zimowym porównanie (4/4) Wykres przedstawia typowe warunki pracy kolektorów płaskich (FK) oraz próżniowych (VK) w ciągu 3-ech zimowych dni. Zmierzono w ich przypadku temperatury na wejściach do podgrzewaczy wody FK Kolektor płaski pracuje przy niskim nasłonecznieniu i temperaturze Kolektor płaski pracuje ciągle Kolektor próżniowy pracuje krótki czas, dopóki nasłonecznienie nie obniży się VK Temperatura powietrza o C Źródło: Performance of Vacuum Tube and Flat Plate Collectors Concerning Domestic Hot Water Preparation and Room Heating, 2nd European Solar Thermal Energy Conference 2005 (estec2005), Freiburg,

15 Możliwości montażu kolektorów słonecznych Dokonując wyboru kolektora słonecznego należy zwrócić także uwagę na możliwości jego zabudowy. Standardowo kolektory słoneczne płaskie można instalować z nachyleniem o (wg danych producenta). Z kolei niektóre kolektory próżniowe (w tym KSR10), pozwalają na montaż w dowolnym położeniu, co może być przydatne dla nietypowych warunków zabudowy, np. w przypadku elewacji budynku czy też dla dachu płaskiego 15

16 Reasumując W ofercie wielu producentów dostępne są kolektory próżniowe, których cena jednostkowa apertury (czynna powierzchnia absorbera) jest wyższa 2-3 krotnie w porównaniu do kolektorów płaskich Wiele z tych kolektorów uzyskuje nawet o 40% mniej ciepła w typowym zakresie pracy (różnica temperatury 16-48K), porównując je do kolektorów płaskich (!) Powoduje to niekorzystne często wskaźnik ceny do wydajności, według którego ciepło z kolektora próżniowego może być ponad 4-krotnie droższe, niż ciepło uzyskane z kolektora płaskiego. Wybierając kolektor próżniowy należy sprawdzić, czy uzyski ciepła z jego pracy mają szansę być wyższe niż dla kolektorów płaskich 16

17 Hewalex Ponad 20-letnie doświadczenie na rynku polskim i zagranicznym więcej prezentacji >>>

18 Hewalex Ponad 20-letnie doświadczenie na rynku polskim i zagranicznym Kompletne rozwiązania oparte o kolektory słoneczne i pompy ciepła Zastosowanie w obiektach mieszkalnych i użytkowych więcej prezentacji >>>