Temperatura pracy kolektora słonecznego nie świadczy o jego sprawności i wydajności cieplnej. Jest związana ściśle z natężeniem przepływu czynnika grzewczego przez kolektor słoneczny.

1. www.solarblog.pl
Temperatura pracy kolektora słonecznego
 Od czego zależy temperatura robocza kolektora słonecznego?
 Czy wyższa temperatura świadczy o wyższej sprawności kolektora?
 Jaki wpływ na temperaturę roboczą ma konstrukcja kolektora?

2. Slajd
2
Sprawność kolektora słonecznego
 Sprawność kolektora słonecznego uzależniona jest od ściśle od jego budowy,
w pierwszym rzędzie od konstrukcji - czy jest to kolektor płaski, czy też
próżniowy. Dodatkowo w każdej z grup kolektorów występują różnice
w konstrukcji i tym samym w uzyskiwanych sprawnościach. Może to zależeć
przede wszystkim od standardu izolacji cieplnej, rodzaju przeszklenia
i konstrukcji absorbera

3. Slajd
3
Natężenie przepływu czynnika grzewczego
 Za odbiór ciepła z absorbera kolektora słonecznego odpowiada czynnik
grzewczy (glikol), który następnie oddaje ciepło najczęściej do ciepłej wody
użytkowej, przepływając w wężownicy podgrzewacza pojemnościowego
1,8 l/min
(= 60 l/m2h)
 W zależności od producenta, wymagane
jest zapewnienie odpowiedniego natężenia
przepływu glikolu przez absorber kolektora
słonecznego, w celu zapewnienia odbioru
ciepła
 Przykładowo dla kolektorów płaskich
firmy Hewalex serii KS2000 z absorberami
harfowymi o powierzchni 1,8 m2, zalecane
jest natężenie przepływu 1,8 l/min
(dopuszczalne od 1,2 do 2,5 l/min),
co oznacza jednostkową wartość 60 l/m2h

4. Slajd
4
Natężenie przepływu, a temperatura pracy
 Temperatura jaką uzyskuje na wyjściu z kolektora słonecznego czynnik
grzewczy (glikol) zależy poza nasłonecznieniem i uzyskiem ciepła absorbera,
od jego natężenia przepływu.
 Kolektor płaski (np. KS2000 TLP) z zalecanym natężeniem 60 l/m2h, przy
nasłonecznieniu 800 W/m2 i dla temperatury na wejściu 40oC, uzyskać powinien
na wyjściu ok. 49oC, a przy niższym o połowie natężeniu przepływu ok. 58oC.
30l/m2xh
60l/m2xh
TWE = 40oCTWE = 40oC
TWY = 58oCTWY = 49oC
KS2000TLP
KS2000TLP

5. Slajd
5
Temperatura pracy, a sprawność kolektora
 Obniżenie natężenia przepływu, podnosi temperaturę na wyjściu z kolektora
słonecznego, ale jednocześnie obniża jego sprawność i tym samym wydajność
cieplną. Wzrost temperatury roboczej podwyższa straty ciepła do otoczenia.
30l/m2xh
60l/m2xh
TWE = 40oCTWE = 40oC
TWY = 58oCTWY = 49oC
Sprawność: 68,3%
Moc: 546,4 W/m2
Sprawność: 65,7%
Moc: 525,6 W/m2-3,8%
KS2000TLP
KS2000TLP

6. Slajd
6
WNIOSEK
Wyższa temperatura na wyjściu
z kolektora słonecznego
nie świadczy o jego wyższej
sprawności i wydajności cieplnej
!

7. Slajd
7
Przykłady zaleceń producentów
Płaskie harfowe Płaskie meandrowe Rurowe próżniowe
np. KS2000 TLP
nominalne natężenie:
1,8 l/min (=60 l/m2h)
dopuszczalne natężenie:
1,2÷2,5 l/min
(40÷80 l/m2h)
np. KS2000 TLP Am
nominalne natężenie:
1,2 l/min (=40 l/m2h)
dopuszczalne natężenie:
0,9÷1,5 l/min
(30÷50 l/m2h)
np. KSR10
nominalne natężenie:
1,0 l/min (=60 l/m2h)
dopuszczalne natężenie:
0,8÷1,0 l/min
(48÷60 l/m2h)
 Przykładowo firma Hewalex zaleca dla kolektorów natężenia przepływu
glikolu uzależnione od konstrukcji absorbera. Niższe natężenie dotyczy
absorberów meandrowych, z uwagi na wyższe opory przepływu.

8. Slajd
8
Zalecenia producentów, a badania kolektorów
 Producenci kolektorów słonecznych często zalecają stosunkowo niskie
natężenia przepływu w małych instalacjach solarnych, na poziomie 25÷40 l/m2h.
 Badania kolektorów słonecznych prowadzi się obecnie powszechnie w oparciu
o wodę jako czynnik grzewczy i z wyższymi natężeniami przepływu niż zalecane
później przez producenta w wytycznych montażowych
 Przykładowo badany kolektor płaski jednego z producentów, w oparciu o wodę
jako czynnik grzewczy, z natężeniem 0,047 kg/m2s (173 l/m2h), powinien według
zaleceń tego producenta pracować z natężeniem przepływu glikolu 35 l/m2h

9. Slajd
9
Woda, czy glikol w badaniu i eksploatacji kolektora?
 Według badań SPF Rapperswil [“Einfluss
einiger Prüfparameter auf das Kollektor-
Messergebnis”. C.Müller-Scholl, U.Frei. 2002],
zastosowanie wody jako czynnika grzewczego
zwiększa sprawność kolektora do +2%,
a zwiększenie natężenia przepływu o dalsze
+1%. Jeśli kolektor jest badany w laboratorium
na wodzie, to zgodnie z tym w rzeczywistych
warunkach pracy z glikolem może mieć niższą
o około -3% sprawność pracy.
 Kolektory badane na glikolu i z natężeniem
przepływu zbliżonym do zalecanego
w warunkach eksploatacyjnych, powinny
uzyskiwać sprawność zgodną z wynikami
badań (kolektory firmy Hewalex badane są
w oparciu o glikol jako czynnik grzewczy)
!

10. Slajd
10
absorber harfa pojedynczaabsorber harfa podwójna
Przykłady zaleceń producentów
 Producenci kolektorów słonecznych często zalecają stosunkowo niskie
natężenia przepływu, dążąc do uzyskiwania wyższych temperatur roboczych.
 Wynikać to też może z cech kolektora słonecznego. Im wyższe są opory
przepływu czynnika grzewczego, tym niższe zaleca się dla niego natężenia
przepływu. Dotyczy to w szczególności kolektorów o wydłużonej drodze
przepływu czynnika grzewczego, jak np. przy absorberach meandrowych
(wężownicowych) lub o tzw. podwójnej harfie
KS2000TLP

11. Slajd
11
Porównanie efektywności pracy – przykład
40oC
80oC
40oC
49oC
30 l/m2h
60 l/m2h
59%
469 W/m2
49%
392 W/m2
40%
321 W/m2
64%
513 W/m2
64%
513 W/m2
64%
513 W/m2
56oC 69oC
• nasłonecznienie 800 W/m2, temperatura otoczenia ~20oC,
• natężenia przepływu nominalne zalecane przez producentów
Moc = 2329 W
= 394 W/m2
Sprawność średnia = 49%
Moc = 2799 W
= 513 W/m2
Sprawność średnia = 64%
Wydajność
jednostkowa
(W/m2) wyższa:
+30%
KS2000TLP

12. Slajd
12
Temperatura pracy kolektora próżniowego
 Analogicznie problematyka zależności temperatury pracy od natężenia przepływu,
dotyczy także kolektorów próżniowych. Szczególnie w przypadku popularnych,
atrakcyjnych cenowo kolektorów o 2-ściennych rurach próżniowych, uzyskujących
niskie sprawności pracy w typowym zakresie pracy.
 Przykładowo kolektory próżniowe dla nasłonecznienia 800 W/m2, ΔT = 48K,
gdy temperatura na wejściu (dla porównania) będzie wynosiła 40oC:
40oC 49oC60 l/m2h
28 l/m2h
40oC 55oC
70,0%
560 W/m2
50,4%
403 W/m2
 Kolektor próżniowy z rurami 2-ściennymi (popularny typ rynkowy) będzie
uzyskiwać wyższą temperaturę na wyjściu wskutek niższego zalecanego
natężenia przepływu niż kolektor „1-ścienny” jak np. KSR10 firmy Hewalex,
ale jego sprawność i wydajność będzie niższa (wydajność o -28%)

13. Slajd
13
Optymalne natężenie przepływu, a uzysk ciepła
Natężenie przepływu (l/m2h)
Uzysk ciepła kolektora
słonecznego (względny)
(symulacja TSOL)
 Uzysk ciepła kolektora słonecznego jest zależny od natężenia przepływu.
Przy natężeniu przepływu (mała instalacja solarna) 80 l/m2h, roczny uzysk ciepła
kolektora (kWh/m2rok) jest maksymalny (100%), jaki jest dla niego możliwy
do uzyskania. Natężenie 60 l/m2h może nieznacznie obniżyć tą wartość (99%).
 Natężenia przepływu poniżej 40 l/m2h mogą w większym już stopniu zmniejszać
roczne uzyski ciepła z kolektora słonecznego (kilka procent, wg symulacji
w programie komputerowym TSOL). Zwiększać się będzie z kolei temperatura
robocza kolektorów.

14. Slajd
14
Podsumowanie i wnioski
 Temperatura wyjściowa z kolektorów słonecznych nie jest wyznacznikiem jego
sprawności i wydajności cieplnej. Dzięki zalecaniu niskich natężeń przepływu,
nawet dla kolektorów o niższej sprawności (slajd 12), temperatura na wyjściu
może być wyższa niż dla kolektorów o wyższej sprawności
 Podwyższanie temperatury roboczej kolektorów słonecznych zwiększa straty
ciepła do otoczenia, a tym samym obniża sprawność kolektora słonecznego
 Zalecane przez firmę Hewalex
natężenia przepływu zakładają,
że różnica temperatury pomiędzy
wejściem, a wyjściem czynnika
grzewczego z baterii kolektorów
słonecznych, będzie wynosiła
przeciętnie 10 K, np. dla 42oC,
temperatura na wyjściu powinna
wynieść 52oC
np. 42oC
52oC

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

16. 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.solarblog.plwięcej prezentacji >>> www.hewalex.pl