Kolektory płaskie, czy próżniowe? To częste pytanie klienta o zasadność wyboru jednego z typów kolektora słonecznego. Należy pamiętać, że na rynku występuje znaczne zróżnicowanie techniczne i cenowe w grupie kolektorów próżniowych. Ich zastosowanie wiąże się z wyższymi kosztami inwestycji, co wcale nie gwarantuje wyraźnie wyższych efektów pracy. W roku 2004 w budynku 2-rodzinnym przeprowadzono analizę pracy dwóch rodzajów kolektorów słonecznych. Wyniki posłużyły do oceny rzeczywistych efektów pracy...

1. www.solarblog.pl
Kolektory płaskie i próżniowe w jednym budynku
- porównanie efektów pracy
 Statystyki pracy kolektorów płaskich i próżniowych
 Rzeczywisty efekt pracy instalacji solarnej
dla wspomagania ogrzewania
 Kolektor płaski, czy próżniowy?

2. Slajd
2
Kolektory płaskie i próżniowe na rynku europejskim
 Kolektory słoneczne płaskie i próżniowe znajdują zastosowanie w wielu krajach
Europy Zachodniej już od lat 80-tych. Obecnie na rozwiniętych rynkach energetyki
słonecznej, jak Niemcy, czy Austria, udział rynkowy kolektorów próżniowych jest
stosunkowo niski – na poziomie od 3 do 10% (dane estif.org).
 Niższy udział rynkowy kolektorów próżniowych wynika z faktu wysokich cen ich
zakupu, jeśli dotyczy to wysokiej klasy technicznej kolektorów o wyraźnie wyższej
sprawności pracy w porównaniu do kolektorów płaskich. Znaczne zróżnicowanie
techniczne i cenowe w segmencie kolektorów próżniowych, widoczne w ostatnich
latach, spowodowało że na rynku polskim dostępne są urządzenia ze skrajnych
przedziałów cen i parametrów technicznych.
 W krajach Europy Zachodniej, wcześniej już prowadzono dyskusję i badania
na temat zasad wyboru kolektorów słonecznych – „płaski, czy próżniowy”.
Jedno z badań prowadzono w roku 2004/2005 w warunkach rzeczywistych,
w 2-rodzinnym budynku mieszkalnym.

3. Slajd
3
Wybór budynku do badania pracy instalacji solarnej
 Budynek dwurodzinny w południowych Niemczech zbudowany w latach 70-tych,
poddano w kolejnych latach przebudowie oraz poprawie izolacyjności cieplnej
przegród oraz wymianie okien. Zastosowano także instalację solarną.
Źródło: „Vakuumröhren- und Flachkollektoren im Vergleich”, Ch. Trinkl, W. Zörner, Fachhochschule Ingolstadt, 2005

4. Slajd
4
Cechy budynku wybranego do analizy pracy
 Budynek użytkowany w standardowy sposób przez dwie rodziny, posłużył
badaniom prowadzonym przez Szkołę Wyższą w Ingolstadt (Fachhochschule
Ingolstadt) przy wsparciu projektu udzielonym przez bawarskie Ministerstwo
Środowiska, Zdrowia i Ochrony Konsumentów (Bayerische Staatsministerium
für Umwelt, Gesundheit und Verbraucherschutz).
 Przedmiotem badania była ocena efektywności pracy instalacji solarnej opartej
o dwa typy kolektora słonecznego: płaski i próżniowy. Instalacja solarna została
przewidziana do podgrzewania ciepłej wody użytkowej oraz do wspomagania
ogrzewania budynku.
Źródło: „Vakuumröhren- und Flachkollektoren im Vergleich”, Ch. Trinkl, W. Zörner, Fachhochschule Ingolstadt, 2005

5. Slajd
5
System grzewczy w budynku
Źródło: „Vakuumröhren- und Flachkollektoren im Vergleich”, Ch. Trinkl, W. Zörner, Fachhochschule Ingolstadt, 2005
 W budynku zastosowany jest wspólny system grzewczy – stojący kocioł olejowy
o mocy cieplnej 22 kW (rok produkcji 1998) oraz uniwersalny podgrzewacz
o pojemności 800 litrów spełniający funkcję podgrzewania ciepłej wody użytkowej
oraz wspomagania ogrzewania budynku. Dwa lokale mieszkalne w budynku
są zasilane oddzielnymi obiegami grzewczymi. System grzewczy został
zmodernizowany – zastosowano instalację ogrzewania podłogowego.
 Zastosowano dwa rodzaje kolektora słonecznego (tego samego producenta):
Kolektory
płaskie
3 kolektory o powierzchni
łącznej:
- apertury: 5,7 m2
- brutto: 6,4 m2
Kolektory płaskie z absorberami miedzianymi,
z wysoko selektywnym pokryciem.
Sprawność optyczna: > 80%
Rok produkcji: 2001
Kolektory
próżniowe
12 kolektorów o powierzchni
łącznej:
- apertury: 9,7 m2
- brutto: 15,6 m2
Kolektory próżniowe z bezpośrednim przepływem
glikolu. Rury próżniowe 2-ścienne ze szkła
borokrzemowego, wbudowane zwierciadła (CPC)
Sprawność optyczna: 64,2%
Rok produkcji: 2002

6. Slajd
6
Schemat systemu grzewczego w budynku
1
2
3
4
5
6
 System grzewczy budynku składa się z takich podstawowych elementów, jak:
1- kolektory płaskie: 3 szt. o łącznej powierzchni apertury 5,7 m2, brutto 6,4 m2
2- kolektory próżniowe: 12 szt. o łącznej powierzchni apertury 9,7 m2, brutto 15,6 m2
3- zasobnik buforowy wody grzewczej ładowany warstwowo, o pojemności 800 litrów
4- kocioł olejowy o mocy grzewczej 22 kW
5- centralne ogrzewanie: 2 obiegi
6- układ ciepłej wody użytkowej

7. Slajd
7
Stwierdzone nieprawidłowości w układzie
Stwierdzone w pierwszym okresie pracy bardziej istotne nieprawidłowości:
Błędne umiejscowienie czujnika temperatury dla układu kolektorów próżniowych – zamiast
na zasilaniu, zabudowano na powrocie do kolektorów słonecznych. Powodowało to tak
zwane taktowanie pracy pompy obiegowej w instalacji solarnej.
Zrezygnowano ze strategii „niskiego natężenia przepływu” (Low-Flow), ze względu na
występowanie stanów stagnacji w kolektorach próżniowych i wyraźną słyszalność uderzeń
pary wodnej w układzie solarnym.
 Przed podjęciem prac badawczych, w ramach przeprowadzonego przeglądu
instalacji solarnej stwierdzono nieprawidłowości zarówno wykonawcze, jak
i eksploatacyjne. Zostały one usunięte. Złożoność systemu pokazała również,
jak łatwo jest popełnić błędy wykonawcze w tego rodzaju inwestycji i jak ważne
jest staranne i prawidłowe wykonanie prac instalacyjnych.

8. Slajd
8
Porównanie pracy kolektorów słonecznych
07:00 09:00 11:00 13:00 15:00 17:00
80
60
40
20
0
800
600
400
200
0
Promieniowaniesłoneczne[W/m2]
Temperatura[oC]
Temperatura zewnętrzna
Taktowanie pracy pompy
obiegowej dla kolektorów
próżniowych
Kolektory próżniowe
uruchamiają się
później wskutek
częściowego
zacienienia rano
i oszronienia
powierzchni rur
Kolektory próżniowe
po południu włączyły
się do pracy
ponownie
Promieniowanie
słoneczne
Kolektory
próżniowe
(zasilanie)
Kolektory
płaskie
(zasilanie)
 Praca instalacji przedstawiona dla typowego dnia wczesnej zimy (15.11.2004),
wskazuje różnice w temperaturze i czasie pracy kolektorów płaskich i próżniowych
Temperatury
instalacjiCO
Źródło: „Vakuumröhren- und Flachkollektoren im Vergleich”, Ch. Trinkl, W. Zörner, Fachhochschule Ingolstadt, 2005

9. Slajd
9
Efekty wspomagania ogrzewania budynku
 W przykładowym dniu (15.11.2004) o dobrym nasłonecznieniu i relatywnie niskiej
temperaturze zewnętrznej, obydwa pola kolektorów słonecznych były w stanie
wytworzyć temperaturę wody grzewczej na poziomie 25÷45 oC, co było
wystarczające dla wspomagania ogrzewania budynku.
 Objętość podgrzewacza uniwersalnego (typu „kombi”) była w 3/4 podgrzana
przez kolektory słoneczne (strefa dolna i środkowa). Jedynie górna strefa
podgrzewacza wymagała dogrzewania przez kocioł grzewczy, dla zabezpieczenia
potrzeb podgrzewanej ciepłej wody użytkowej.
 Kolektory płaskie uzyskiwały nieznacznie tylko niższą temperaturę pracy od
kolektorów próżniowych (dobrej klasy technicznej), stąd ich zastosowanie do
wspomagania ogrzewania budynku należy uznać za w pełni uzasadnione.
 W październiku 2004 r., łączne pokrycie potrzeb cieplnych dla podgrzewania
wody użytkowej i wspomagania ogrzewania, można było szacować na 30%.
W mniej korzystnym listopadzie 2004 r., wartość ta była na poziomie około 15%.

10. Slajd
10
Porównanie efektów pracy kolektorów słonecznych
41 42 43 44 45 46 47
20
15
10
5
0
30
25
20
15
10
5
Sprawnośćkolektorasłonecznego[%]
Promieniowaniesłoneczne/Uzyskciepła[kWh/m2]
Źródło: „Vakuumröhren- und Flachkollektoren im Vergleich”, Ch. Trinkl, W. Zörner, Fachhochschule Ingolstadt, 2005
Promieniowanie słoneczne
Uzysk ciepła (na pow. apertury) – K.PŁASKI
Uzysk ciepła (na pow. apertury) – K.PRÓŻNIOWY
Uzysk ciepła (na pow. brutto) – K.PŁASKI
Uzysk ciepła (na pow. brutto) – K.PRÓŻNIOWY
Sprawność (na pow. brutto) – K.PŁASKI
Sprawność (na pow. brutto) – K.PRÓŻNIOWY
Tydzień (miesiące 10-11.2004)

11. Slajd
11
Porównanie efektów pracy – wnioski
 Monitoring pracy instalacji solarnej przedstawia efekty jej pracy w miesiącach
10-11.2004. Statystyka wskazuje na wyższą sprawność kolektorów płaskich niż
próżniowych – w odniesieniu do powierzchni brutto. Wyższe również są uzyski
ciepła w dla kolektora płaskiego w odniesieniu do powierzchni brutto.
 Kolektory próżniowe będą miały wyższą sprawność i uzyski ciepła, w odniesieniu
do powierzchni apertury (czynnej). Jednak z punktu widzenia możliwości
zabudowy kolektorów na dachu budynku, istotna jest przede wszystkim
efektywność pracy odniesiona do powierzchni brutto kolektorów słonecznych
- szczególnie, gdy dotyczy to instalacji
o większych rozmiarach przeznaczonych
do wspomagania ogrzewania budynku.

12. Slajd
12
Kolektor płaski, czy próżniowy?
 Efektywność kolektora próżniowego zastosowanego w budynku 2-rodzinnym
odbiegała wg wniosków z badania, od spodziewanych rezultatów. Efekty pracy
kolektorów próżniowych mogą być wyższe w porównaniu do kolektorów płaskich,
ale w odniesieniu do powierzchni apertury (czynnej). Jednak dla powierzchni brutto
wyniki dla kolektora próżniowego będą mniej korzystne. Wynika to ze znacznego
udziału „martwej powierzchni” w kolektorach próżniowych
 W kolektorach płaskich „martwa powierzchnia” to jedynie obramowanie kolektora
– około 10% powierzchni brutto, podczas gdy dla kolektorów próżniowych to już
zazwyczaj 25÷40% (odstępy pomiędzy rurami próżniowymi).
 Kolektory próżniowe dobrej klasy cechują się zwykle 3÷5 razy wyższą ceną niż
kolektory płaskie (w przeliczeniu na powierzchnię czynną – apertury, zł/m2). Za tak
dużą różnicą w cenie nie idzie w parze istotne zwiększenie uzysków ciepła. Należy
przy tym zwrócić uwagę, że na rynku są dostępne kolektory próżniowe o wysokich
sprawnościach pracy, ale też wysokich cenach zakupu. Dużą część rynku
wypełniają jednak kolektory próżniowe o niskich sprawnościach pracy – niższych
od kolektorów płaskich ( wykres na kolejnej stronie).

13. Slajd
13
Kolektory próżniowe z różnych klas technicznych
 Porównanie typowych kolektorów słonecznych (dane z certyfikatów Solar Keymark):
 = 71,0%
Q = 426 W/m2
 = 58,2%
Q = 349 W/m2
 = 50,1%
Q = 301 W/m2
 = 45,2%
Q = 271 W/m2
 = 35,6%
Q = 213 W/m2
-18%
-29%
-36%
-50%
2-ścienne„niskosprawne”
kolektorypróżniowe
kolektor próżniowy
klasy „Premium”
kolektor płaski
Sprawnośćkolektora

14. Slajd
14
Kolektory słoneczne – praca w okresie zimowym
Źródło: „Performance of Vacuum Tube and Flat Plate Collectors Concerning Domestic Hot Water Preparation
and Room Heating”, Ch. Trinkl, W. Zörner, C. Alt, Ch. Stadler, Fachhochschule Ingolstadt, 2005
 W okresie zimowym kolektory próżniowe wymagały dłuższego czasu dla
rozmrażania powierzchni (niższe straty ciepła, także niższa sprawność optyczna)
Więcej o eksploatacji
kolektorów słonecznych
w sezonie zimowym
w prezentacji:
„Jak pracują kolektory
słoneczne zimą?”

15. www.solarblog.pl
Hewalex
Ponad 20-letnie doświadczenie na rynku polskim i zagranicznym
więcej prezentacji >>> www.hewalex.pl

16. www.solarblog.plwięcej prezentacji >>>
Kompletne rozwiązania oparte o kolektory słoneczne i pompy ciepła
Zastosowanie w obiektach mieszkalnych i użytkowych
Hewalex
Ponad 20-letnie doświadczenie na rynku polskim i zagranicznym
www.hewalex.pl