Sprawność działania kolektorów słonecznych
Dzięki temu, że zdecydujemy się na instalację kolektorów słonecznych, zapewnimy sobie niższe koszty pozyskiwania energii, dzięki temu, że ciepło generowane jest z promieniowania słonecznego. W takiej sytuacji, uzyskujemy dostęp do darmowego źródła ciepła. Sprawność kolektorów zazwyczaj wynosi od 50 do 70%. Najwyższą wartością sprawności kolektorów słonecznych jest sprawność optyczna, którą wyznacza się w trakcie badań laboratoryjnych, które są zgodne z normą PN-EN 12975.
Są nimi:
- sprawność optyczna
- współczynnik strat ciepła liniowych
- współczynnik strat ciepła nieliniowych
Jest to największa wartość sprawności, jaką kolektory słoneczne są w stanie osiągnąć. Zostaje ona określona w badaniach laboratoryjnych. Jest ona jednak w praktyce nieosiągalna, ponieważ wyznacza się już przy braku straty ciepła kolektora słonecznego. Oznacza to, że temperatura absorbera, powinna być taka sama jak temperatura powietrza zewnętrznego. Sprawność optyczna jest ściśle związana z samą konstrukcją kolektora słonecznego. Tym samym, można wywnioskować, jaka część promieniowania słonecznego dociera do absorbera. Uwzględnione zostają wtedy starty promieniowania słonecznego, które przechodzą przez szybę oraz odbijają się od powierzchni absrobera.
To największa sprawność, jaką może osiągać kolektor słoneczny – określana w badaniach laboratoryjnych. Sprawność optyczna (eta 0) jest w praktyce nieosiągana, gdyż wyznaczana jest przy braku strat ciepła kolektora słonecznego, co oznacza, że temperatura absorbera powinna być równa temperaturze powietrza zewnętrznego. Sprawność optyczna jest więc związana z konstrukcją kolektora słonecznego, opisując tym samym jaka część promieniowania słonecznego dociera do absorbera. Uwzględnia się przy tym między innym.
Dzięki dostępowi do trzech parametrów, jakimi są sprawności optycznej oraz współczynników strat ciepła a1 i a2, tworzony jest wykres sprawności kolektora słonecznego. Pozwala on określić sprawność kolektora w danych warunkach eksploatacji, a także porównać ze sobą różne rodzaje kolektorów płaskich i próżniowych. Możliwe jest również określenie sprawności chwilowej, która zawiera wartość sprawności optycznej h0, współczynników strat ciepła a1 i a2, różnicy temperatury (absorber-otoczenie) ΔT oraz nasłonecznienia Eg.
Jeśli izolacja cieplna kolektora byłaby pod każdym względem doskonała, straty ciepła na wykresie zostałyby oznaczone jako poziomie. Oznaczałoby to wtedy, gdy sprawność pracy jest niezależna od temperatur absorbera i otoczenia. Jednak, zerowa sprawność kolektora słonecznego osiągana jest, gdy straty ciepła będą równoważne wydajności cieplnej. Taka sytuacja występuje przy braku odbioru ciepła z kolektora słonecznego. Określa się tak stan stagnacji czyli równowagi cieplnej. Temperatura stagnacji to także temperatura absorbera, którą uzyskuje się przy braku odbioru ciepła dla nasłonecznienia 1000 W/m2, gdy temperatura powietrza osiąga 30 stopni Celsjusza. Im wyższa temperatura stagnacji, tym korzystniejsza jest konstrukcja kolektora słonecznego – większy dostęp promieniowania słonecznego do absorbera i niższe straty ciepła do otoczenia.
Jeśli uda się uzyskać wysoką wartość współczynnika strat ciepła a1, to na wykresie zobaczymy bardzo nachyloną krzywą sprawności. Kolektor słoneczny będzie mógł wtedy uzyskiwać niższą wydajność, ponieważ temperatura absorbera będzie wyraźnie wyższa od temperatury powietrza zewnętrznego.
W przypadku, gdy wartość współczynnika strat ciepła a2 będzie wyższa, wtedy krzywa sprawności będzie bardziej wypukła. W tym przypadku, kolektory słoneczne będą mogły odznaczać się wyższą sprawnością, ale mogą ja utracić, gdy wzrośnie w tej samej chwili temperatura absorbcji.
Kolektory próżniowe z 1-ściennymi rurami próżniowymi, jak np. Hewalex KSR10 odznaczają się wysoką sprawnością optyczną. Dzięki temu, mogą uzyskiwać wyższą sprawność w porównaniu z kolektorami płaskimi. Często spotykane kolektory próżniowe o 2-ściennych rurach próżniowych cechują się niskimi sprawnościami optycznymi na poziomie od 50 do 70%. W tym przypadku dostęp promieni słonecznych do absorbera jest utrudniony ze względu na występowania dwóch warstw szkła. W tym przypadku jednak izolacja cieplna jest znacznie lepsza niż izolacja w kolektorze płaskim. Jednak, korzyści uzyskujemy jedynie przy wąskim zakresie pracy. Wtedy uzyskujemy wyższą sprawność. W innych przypadkach wartość ta jest poniżej oczekiwań. Trzeba mieć świadomość, że praktyka pokazuje, że kolektory słoneczne pracują w zróżnicowanych temperaturach, w których absorber osiąga 90 stopni Celsjusza, a temperatura powietrza 30 stopni Celsjusza. W tym zakresie sprawność kolektorów próżniowych z rurami 2-ściennymi będzie niższa lub co najwyżej porównywalna do sprawności kolektorów płaskich.
Aby kolektory słoneczne mogły działać w dobry sposób, konieczne jest dostosowanie określonych paramentów pracy, które będą wpływały na minimalizowanie strat ciepła. Warto więc tak ustawić działanie kolektorów, aby temperatura absorberów była znacznie niższa. Musi występować znaczna różnica między temperaturą absorbera a otoczeniem. Dzięki temu, można będzie osiągnąć wyniki, z których każdy będzie odpowiednio zadowolony.
Najwięcej efektów uzyskamy, jeśli system kolektorowy będzie pracował w warunkach niskotemperaturowych. Warto wykorzystać taki system do podgrzewania wody w basenie. Na pewno z takich efektów będziemy odpowiednio zadowoleni.
Jeśli będziemy utrzymywać niską temperaturę ciepłej wody użytkowej oraz wody grzewczej, system grzewczy budynku będzie działał jak należy. Ważne jest, aby do konkretnego budynku została dobrana właściwa instalacja solarna. Wtedy odbiór ciepła z kolektorów słonecznych odbywał się będzie w bardzo skuteczny sposób. Cały system będzie wtedy pracował w sprawny i efektywny sposób. Warto zadbać o odpowiedni dobór podgrzewacza pojemnościowego, a także dostosowanie kolektorów słonecznych do powierzchni użytkowej.
Sprawność działania kolektorów słonecznych
Dzięki temu, że zdecydujemy się na instalację kolektorów słonecznych, zapewnimy sobie niższe koszty pozyskiwania energii, dzięki temu, że ciepło generowane jest z promieniowania słonecznego. W takiej sytuacji, uzyskujemy dostęp do darmowego źródła ciepła. Sprawność kolektorów zazwyczaj wynosi od 50 do 70%. Najwyższą wartością sprawności kolektorów słonecznych jest sprawność optyczna, którą wyznacza się w trakcie badań laboratoryjnych, które są zgodne z normą PN-EN 12975.
