Co je lepší: vakuový solární kolektor nebo plochý solární kolektor?

Pokud se rozhodnete pro pořízení a instalaci solárního systému, pak budete nevyhnutelně stát před dilematem, jak vybrat solární kolektor – nejdůležitější prvek solární instalace.

Dnes je na trhu obrovské množství solárních kolektorů, které se liší typem, designem, účinností a cenou. Výběr nejlepší možnosti není snadný úkol. V tomto článku pochopíme vlastnosti výběru solárních kolektorů pro solární systémy, které vám umožní správně si vybrat a zažít všechny výhody využití solární energie.

Solární kolektor: rozsah použití

Nejprve byste se měli rozhodnout, k jakému účelu solární kolektor potřebujete. Solární systémy se obvykle používají v domácím sektoru pro:

• zásobování teplou vodou
• podpora vytápění
• vyhřívaná voda na koupališti

Každá možnost může být použita buď samostatně nebo ve vzájemné kombinaci, stejně jako všechny dohromady. V kombinovaných systémech je však jeden prioritní cíl, na který byste se měli při výběru solárního kolektoru zaměřit.

Hlavní typy solárních kolektorů

Jsem si jistý, že mnozí z vás slyšeli o odvěkém sporu – vakuový nebo plochý solární kolektor. V této debatě opravdu neexistuje jasný vítěz. Vše závisí na účelu použití solárního systému pro každý konkrétní případ.

Existuje několik hlavních typů vakuových solárních kolektorů, které se od sebe také výrazně liší, proto by bylo správnější uvažovat o každém typu zvlášť.

Pro srovnání byly vybrány čtyři hlavní typy vakuových trubicových kolektorů a jeden vysoce účinný plochý kolektor:

• Vakuový trubkový rozdělovač s tlumičem peří a přímým tepelným kanálem.
• Vakuový trubicový solární kolektor s peříčkovým absorbérem s tepelnou trubicí.
• Přímý vakuový rozdělovač ve tvaru U s koaxiální baňkou a reflektorem.
• Vakuový trubicový solární kolektor s koaxiální baňkou a tepelnou trubicí „heat pipe“.
• Plochý, vysoce účinný solární kolektor.

Většina argumentů se týká velmi abstraktních ukazatelů, jako jsou: „lepší vnímání slunečního světla“, „žádné tepelné ztráty“ atd. Ale protože každý solární kolektor má naprosto specifické parametry účinnosti, je třeba těmto údajům důvěřovat pro výpočet výkonu solárního kolektoru v každém vybraném případě.

Přečtěte si více o těchto parametrech a principu výpočtu: účinnost solárního kolektoru.

Graf ukazuje závislost účinnosti solárního systému na teplotním rozdílu mezi okolním vzduchem a chladivem v solárním kolektoru za podmínek slunečního záření rovného 1000 W/m². Pro analýzu použijeme průměrné parametry pro každý vybraný typ solárního kolektoru uvedený na obrázku.

První zóna s minimálním teplotním rozdílem je typická pro provozní režim solárního kolektoru pro ohřev vody v bazénu. Provozní režim solárního systému ve druhé zóně je optimální pro celoroční zásobování teplou vodou. Třetí zóna odpovídá provoznímu režimu solárních kolektorů pro potřeby vytápění, protože teplota okolního vzduchu během topného období je nejnižší. Čtvrtá zóna se používá k získání vysokých teplot používaných pro technologické potřeby. V domácím sektoru jsou takové provozní teplotní podmínky extrémně vzácné.

Graf ukazuje, že čím nižší ∆t (ve skutečnosti to znamená nižší teplotu přívodu chladiva), tím vyšší je účinnost solárního kolektoru. Proto je pro solární systém optimální použití nízkoteplotních topných systémů, jako jsou „teplé podlahy“.

Ploché kolektory a vakuové trubicové kolektory s plochým pérovým absorbérem mají vyšší výkon při provozu pro bazénový a teplovodní ohřev díky optickým vlastnostem, které podporují lepší absorpci slunečního záření. Vakuový solární kolektor s koaxiální žárovkou zase lépe funguje v topné sezóně díky lepší tepelné izolaci.

Výkon solárních kolektorů

Následující graf umožňuje vyhodnotit průměrný výkon kolektorů za rok a za topnou sezónu (spodní část sloupce).

Údaje o množství vyrobené energie byly získány pomocí výpočtů v programu pro simulaci provozu solárního systému za rok. Výpočty využívají zprůměrované údaje o slunečním záření a počasí pro město Dněpr. Výpočty jsou založeny na 1 m² plochy otvoru pro každý vybraný typ solárního kolektoru.

Diagram umožňuje odhadnout maximální účinnost při nepřetržitém provozu solárního systému po celý rok. V praxi jsou takové podmínky téměř nemožné a ne vždy odrážejí skutečný obraz výkonu solárních kolektorů.

Pro výpočet reálného výkonu použijeme příklad. Simulujme očekávaný případ využití solárního systému pro potřeby zásobování teplou vodou v celoročním režimu a podpoře otopného systému s vyhřívanými podlahami o parametrech:

• topná plocha – 200 m²;
• tepelné ztráty – moderní budova s ​​vysokou úrovní tepelné izolace 50 W/m² plochy;
• místo – Kyjev;
• TUV – 200 l denně;
• plocha otvoru kolektorů – 30 m²;

Z grafu vyplývá, že při použití solárního kolektoru k vytápění jsou důležitější nízké tepelné ztráty. Dobré optické vlastnosti zároveň zajišťují zvýšení produkce tepla mimo sezónu, kdy je průměrná teplota vzduchu vyšší, ale vytápění je stále nutné.

Ve výsledku tak získáme skutečnou produktivitu sluneční soustavy za rok.

Náklady na solární kolektor a výsledné teplo

Cena solárních kolektorů se liší a závisí na kvalitě konstrukce, materiálu absorbéru a pouzdra, tloušťce a způsobu pokládky izolace, tloušťce skla atd. Pro odhad nákladů na tepelnou energii získanou ze slunečních kolektorů stanovíme průměrné náklady na jeden metr čtvereční každého typu kolektoru. Také, vezmeme-li jako základ životnost 25 let a provozní podmínky popsané v příkladu výše, získáme hodnotu nákladů na 1 kWh přijaté energie.

Teplo získané z přímoproudého vakuového rozdělovače s tlumičem peří je nejdražší. A teplo přijaté z plochého solárního kolektoru je nejlevnější, proto mají ploché kolektory minimální dobu návratnosti.

Cena solárního kolektoru však není vždy zásadním faktorem. Dražší kolektory mají delší životnost a nižší provozní náklady spojené s případnými poruchami. V tomto ohledu je vhodné zvážit instalaci jak drahého značkového vybavení, tak rozpočtové možnosti s odpovídající úrovní počáteční investice.

Při výběru solárního kolektoru věnujte pozornost technickým informacím

Nejdůležitějším faktorem pro výběr solárního kolektoru je dostupnost kompletního technického popisu. Nejprve je nutné znát parametry optické účinnosti (ŋ₀), koeficienty tepelných ztrát a₁ (k₁) a a₂ (k₂) a plochu solárního kolektoru (aperturu a celkovou). Právě tyto parametry umožňují vyhodnotit účinnost a vypočítat předpokládaný výkon solárního kolektoru.

Pokud z nějakého důvodu výrobce nebo prodejce tyto údaje neuvede, dostaneme nakonec „prase v žitě“ a nebudeme schopni posoudit energetický přínos solárního systému, proto je lepší nákup upustit. takový produkt. Mít mezinárodní certifikát (např. od švýcarské laboratoře SPF nebo Solar Keymark) je vítáno, ale ne vždy se nám prodá přesně ten testovaný kolektor. Na vině jsou zejména asijští výrobci, zde nemůžeme nic zkontrolovat, můžeme jen doufat v bezúhonnost výrobce či dodavatele.

Sergey Marinets

Autor je inženýr v oblasti obnovitelných zdrojů energie.