Obalamy „mity solarne”

Polski Instalator 7-8/2010
78
energie odnawialne
Ireneusz Jeleń
Obalamy „mity solarne” ponownie,
czyli... liczą się fakty
Energetyka słoneczna to specyficzny segment urządzeń należących do szeroko pojętej techniki grzewczej. Ze względu na nieprzewidywalne i bardzo zmienne warunki
zewnętrzne (pogodowe), a także i wewnętrzne (m.in. zapotrzebowanie ciepła), instalacje solarne wymagają stosowania szeregu
odmiennych reguł w doborze i projektowaniu, niż w przypadku tradycyjnych systemów
grzewczych. Na rynku pojawia się przy tym
szereg rozwiązań, dla których wobec inwestora przedstawia się argumenty przemawiające za ich stosowaniem.
Złożona tematyka solarnych instalacji grzewczych powoduje, że inwestor staje często przed
dylematem wyboru rozwiązania właściwego
dla określonej sytuacji, będąc zdanym jedynie
na potoczne opinie, reklamy producentów czy
też tzw. „mity”. Są to nie zawsze informacje
zgodne z prawdą, albo co najmniej niedopowiedziane. Tak też przedstawiono obalanie
„mitów solarnych” w nr 5/2010 PI, do którego to artykułu chciałbym się odnieść, przede
wszystkim z myślą o rzetelnej informacji dla
inwestora, projektanta, wykonawcy – osób
zaangażowanych w wybór, dobór i realizację
inwestycji z kolektorami słonecznymi.
Można pominąć poruszone we wspomnianym artykule kwestie związane z opłacalnością
inwestycji, czy też sprawdzaniem się kolektorów
w naszym klimacie, ponieważ opłacalność inwestycji w instalację solarną jest faktem i z pewnością jej atrakcyjność będzie rosła z roku na rok,
wraz z dalszym systematycznym wzrostem cen
paliw i nośników energii, przy jednoczesnym
spadku cen urządzeń i przewidywanym wdrażaniem mechanizmów wsparcia finansowego –
także dla klientów indywidualnych. Rynek kolektorów słonecznych w Polsce jest jednym z najbardziej dynamicznych od kilkunastu lat, mając
przed sobą dalsze bardzo dobre perspektywy
rozwoju wzorem krajów zachodnioeuropejskich.
Jeszcze z końcem lat 90. instalowanych było
niecałe 10 000 m2 kolektorów słonecznych rocznie, obecnie ponad 10-krotnie więcej. Istotne
jest, aby inwestorzy mieli świadomość, jakie
rozwiązania są dostępne i dla jakich warunków
właściwie je stosować.
Kolektor typu heat-pipe lepszy
od U-type?
Mit: kolektory słoneczne typu heat-pipe są dużo
lepsze od U-type. Takie postawienie sprawy
w omawianym artykule może dziwić, gdyż różnica w konstrukcji przewodów czynnika grzejnego
i odbioru ciepła z absorbera nie determinuje jako
jedyna różnicy w sprawności uzyskiwanej w obu
typach kolektorów słonecznych. A już stwierdzenie, że brak zwierciadła CPC sprawia, że „trzeba
zastosować większą powierzchnię absorpcyjną”
kolektora słonecznego typu heat-pipe mija się
Rys. 1 Porównanie sprawności próżniowych kolektorów słonecznych (na podstawie
raportów z certyfikacji Solar Keymark, www.estif.org) dla nasłonecznienia 1000 W/m2
z prawdą – przynajmniej w stosunku do kolektora o pojedynczym przeszkleniu przedstawionego na fotografii w niniejszym artykule.
Na stronie internetowej Europejskiego Sto­
warzyszenia Przemysłu Termicznych Systemów
Słonecznych ESTIF (www.estif.org) opublikowano dane z certyfikacji kolektorów słonecznych
według standardu Solar Keymark. Porównać
tu można w sposób precyzyjny i jednoznaczny
kolektor typu CPC z podwójnym przeszkleniem i kolektor typu heat-pipe o pojedynczym
przeszkleniu. Wykres przedstawiony na rys.
1 wskazuje na zasadniczą różnicę pomiędzy
kolektorami obu typów i na to, że aby uzyskać
porównywalny efekt, należy dobrać większą
powierzchnię kolektorów CPC – a więc odwrotnie niż stwierdza to autor artykułu w PI.
Dla porównania na rys.1, wykorzystano dane
konkretnych kolektorów słonecznych, zamieszczone w zestawieniu certyfikatów Solar
Keymark pod kolejnymi numerami 011-7S556
R oraz 011-7S408 R na stronie www.estif.org. Są
to reprezentatywne i znane na rynku polskim
kolektory CPC o podwójnym przeszkleniu oraz
heat-pipe z pojedynczym przeszkleniem.
Należy także zaznaczyć, że w kolektorach typu
heat-pipe czynnikiem przenoszącym ciepło nie
jest freon (przynajmniej w uznanych konstrukcjach na rynku europejskim), lecz zwykła woda,
która dzięki podciśnieniu w rurce miedzianej,
odparowuje już przy temperaturze poniżej
30°C. Nowe rozwiązania kolektorów typu heat-
Rys. 2 Porównanie sprawności kolektorów próżniowych i płaskiego (na podstawie
raportów z certyfikacji Solar Keymark, www.estif.org) dla nasłonecznienia 600 W/m2
www.polskiinstalator.com.pl
Rys. 3 Kolektory płaskie
i próżniowe 4 dni po opadach
śniegu (www.neastsolar.com)
pipe pozwalają już także na dowolny montaż
– także w pozycji poziomej lub pionowej, dzięki
jednorodnej budowie wewnętrznej rurki cieplnej i kondensatora.
Kolektory próżniowe o przepływie bezpośrednim oraz pośrednim (heat-pipe) mają swoje
dobre strony, przy czym podstawowe ich różnice w pracy wynikają z konstrukcji rur szklanych – czy są one pojedynczo, czy podwójnie
przeszklone. decyduje to o dostępie promieniowania słonecznego do wnętrza, stratach ciepła
do otoczenia, istotnych szczególnie w okresie
zimowym. dla doboru instalacji solarnej, jej eksploatacji i oczywiście wydajności ma także znaczenie szereg innych parametrów. należy stwierdzić, że wysokiej klasy kolektory heat-pipe mają
co najmniej kilka pozytywnych cech, których
nie mają kolektory o bezpośrednim przepływie,
a są to m.in.:
• suche połączenie rur próżniowych z wymiennikiem ciepła – wygodny montaż na dachu,
możliwość wymiany pojedynczej rury bez
opróżniania instalacji solarnej i przerywania
jej pracy;
• mniejsza zazwyczaj objętość glikolu w kolektorze –
mniejsze (nawet 2-, 3-krotnie)
naczynia wzbiorcze, łagodniejszy przebieg stagnacji,
dzięki mniejszej ilości pary;
• ochrona glikolu przed przegrzewaniem – brak
kontaktu z absorberami.
Mała, jak to określono w artykule w PI powierzchnia wymiany ciepła kondensatora i brak luster
CPC, nie mają jak widać na wykresie (rys. 1)
znaczenia. decydują prawa fizyki i prawa przepływu ciepła.
Kolektor płaski czy próżniowy?
To jeden z największych dylematów inwestora.
w omawianym artykule poruszono to zagadnienie jedynie stwierdzając, że kolektory płaskie
będą korzystniejsze w okresie letnim, podczas gdy próżniowe typu CPC to „znacznie
lepszy produkt dla obiektów całorocznych”.
nie podparto tego jednak żadnymi faktami, w ten sposób utrwalając mit, że „każdy
kolektor próżniowy, jest lepszy od płaskiego”.
Temu zagadnieniu poświęcono już sporo prac
i obserwacji szczególnie na rynkach zachodnioeuropejskich. na 2. konferencji european
Solar Thermal energy Conference we Freiburgu,
przedstawiono wyniki porównania pracy
w warunkach rzeczywistych dla kolektorów
Rys. 4 Porównanie jednostkowego uzysku ciepła kolektorów słonecznych dla różnicy temperatury dT = 10K
79
płaskich i próżniowych, wykonane przez
Uniwersytet Ingolstadt (www.solartechnik-ingolstadt.de). na budynku umieszczono pole
z obydwoma typami kolektorów słonecznych,
przy czym kolektory próżniowe były wykonane
jako pojedynczo przeszklone. wyniki pokazały,
że w okresie zimowym (XI-II), miesięczne uzyski
ciepła z kolektorów próżniowych były nawet
nieznacznie niższe niż dla kolektorów płaskich.
Powodem było zaleganie śniegu i szronu w tym
okresie, ponieważ kolektory próżniowe mają
mniej korzystne uwarunkowania do jego samoczynnego usuwania.
dotyczy to szczególnie kolektorów o podwójnym przeszkleniu, wskutek znacznego ograniczenia dostępu promieniowania słonecznego
do wnętrza i obniżeniu strat ciepła do otoczenia na tyle, że utrudnione staje się rozmrażanie
powierzchni przeszklonej (rys. 2).
Innym przykładem może być porównanie, które
prezentuje firma Hot water Products Inc. z USa,
gdzie 4 dni po opadach śniegu na kolektorze
próżniowym zalega warstwa śniegu uniemożliwiająca mu pracę (rys. 3).
w przypadku kolektorów słonecznych typu CPC
przedstawionych w artykule PI, mamy do czynienia z podwójnym przeszkleniem. w takim
przypadku, uzysk ciepła (rys. 4) będzie niższy
o 20% od uzysku z kolektora o pojedynczym
przeszkleniu i o 30% od kolektora płaskiego.
Także izolacja cieplna w postaci podwójnej
rury szklanej ograniczy straty ciepła i rozmrażanie powierzchni przeszklenia. Przy mniejszym
nasłonecznieniu w okresie zimowym, krótszym
czasie operowania słońca, może się okazać,
że kolektor ten nie zdąży w ciągu dnia oczyścić
się z zalegającego na nim szronu czy śniegu.
w przypadku kolektora próżniowego o pojedynczym przeszkleniu, zmniejszenie uzysku
ciepła nie jest aż tak znaczne, a dodatkowo bezpośrednia konwekcja ciepła wewnątrz, ogrzewa rurę szklaną, umożliwiając jej rozmrażanie
(rys. 5). w takiej sytuacji kolektor próżniowy
o pojedynczym (i czystym) przeszkleniu, będzie
pracował już z wyraźnie wyższą sprawnością niż
kolektor płaski (rys. 2).
Podsumowanie
Grudzień 2009, godz. 8.30
Grudzień 2009, godz. 9.30
Rys. 5 Kolektory słoneczne podczas pracy (materiał własny autora). Rozmrożenie kolektora próżniowego (jak
na rys. 1) nastąpiło już po godzinie
[email protected]
obalanie mitów solarnych na zasadzie stwierdzeń, przypuszczeń, deklaracji, a także nieprawdziwych „faktów” to niestety ich dalsze podtrzymanie z niekorzyścią dla samego klienta.
Stosowanie kolektorów próżniowych ma zdecydowanie sens w wielu przypadkach, ale pod
warunkiem, że są to rzeczywiście kolektory
o odpowiedniej budowie mające przewagę
nad standardowymi na rynku – kolektorami
płaskimi.
■
Polski Instalator 7-8/2010
energIe odnawIalne