Solary - Charakterystyka solarów

Kolektory Płaskie składają się z izolowanej, wodoodpornej skrzynki z absorberem w postaci płaskiej blachy lub kawałków blachy zakrytej przezroczystą przesłoną. Woda lub płyn solarny przepływa przez układ rur umieszczonych bezpośrednio pod absorberem odbierając ciepło. Ten rodzaj kolektora jest bardzo rozpowszechniony głównie dzięki niskiej cenie i długiej obecności na rynku.

Kolektory Próżniowe są wykonywane jako układ równolegle ułożonych szklanych rur. Istnieją różne rodzaje rur próżniowych (często nazywanych rurami solarnymi).

Typ 1 (Szkło-Szkło) składają sie z dwu rur szklanych połączonych na końcach. Zewnętrzna powierzchnia wewnętrznej rury powleczona jest substancją absorbującą energię słoneczną i jednocześnie o niskim poziomie strat ciepła. Pomiędzy rurami szklanymi panuje próżnia (ok. 5x10-2Pa), która stanowi podstawową ochronę przed utratą ciepła nagrzanego absorbera. Rury pracują z wysoką wydajnością nawet w warunkach niskiej temperatury otoczenia. Ponieważ rura jest wykonana w 100% ze szkła problem utraty próżni nie występują (do mechanicznego uszkodzenia szkła). Rury solarne typ 1 mogą być stosowane w różnych konstrukcjach kolektorów np. z przepływem bezpośrednim, parownikami (heat pipe) lub U-rurkami.

Typ 2 (Szkło-Metal) składają się z pojedynczej szklanej rury. Wewnątrz umieszczona jest płytka aluminiowa z naniesionym absorberem, do której przymocowana jest na stałe miedziana rurka z płynem solarnym lub rurka parownika. Dla zwiększenia efektywności działania płytki często ma ona pofalowaną powierzchnię. Taki rodzaj rur solarnych ma wysoką efektywność lecz wadą jest mniejsza odporność na utratę próżni. Ten fakt jest spowodowany różną rozszerzalnością cieplną szkła i metalu. Po kilku latach eksploatacji może nastąpić nieznaczna utrata próżni co skutkuje większymi stratami ciepła od nagrzanego absorbera do otoczenia.

Typ 3 (Szkło-Szkło - przepływ bezpośredni) bezpośrednio w rurach płynie płyn solarny. Podstawową wadą jest możliwość wypłynięcia płynu solarnego poza układ w przypadku utraty szczelności rury. Konieczne jest wtedy zatrzymanie całej instalacji i uzupełnienie ubytków płynu.

Rura próżniowa

Rury próżniowe są głównym elementem przetwarzającym energię słoneczną na cieplną. Rury próżniowe są od lat stosowane w Niemczech, Kanadzie, Wielkiej Brytanii czy Chinach. Obecnie producenci kolektorów wykorzystują kilka rodzajów rur próżniowych. Najpopularniejszym jest typ oparty na tzw. podwójnej szklanej rurze próżniowej typu HEAT PIPE. Podstawową zaletą tego typu jest wysoka sprawność i pewność działania przy stosunkowo niewysokim koszcie wytworzenia.

Wszystkie rury próżniowe tego typu składają się z dwóch szklanych rur wykonanych ze specjalnego szkła borokrzemowego. Zewnętrzna rura jest przezroczysta pozwalając promieniom słonecznym penetrować wnętrze z minimalną stratą spowodowaną odbiciem. Wewnętrzna rura powleczona jest specjalną warstwą absorbera. Absorber to substancja o doskonałym pochłanianiu promieniowania słonecznego (>92%) i minimalnej emisji do otoczenia (<10%). Jeden koniec obu rur jest łączony na stałe (przez stopienie szkła) i z przestrzeni pomiędzy rurami wypompowywane jest powietrze. Po uzyskaniu odpowiedniego poziomu próżni drugi koniec rur jest łączony na stałe (przez stopienie szkła). Wytworzenie próżni między ściankami rur jest najważniejszą cechą tego typu rur. Dlaczego próżnia? Jak zapewne wiadomo najlepszym izolatorem cieplnym jest właśnie próżnia co wykorzystano w konstrukcji zwykłego termosu. Zastosowanie takiej izolacji zapewnia, że raz pochłonięta przez absorber energia promieni słonecznych nie ucieknie w postaci ciepła na zewnątrz rury. Izolacja jest tak dobra, że nawet jeżeli temperatura wewnętrznej rury osiągnie 1500C to zewnętrzna rura pozostaje chłodna. Oznacza to, że kolektory z rurami próżniowymi będą działały bez strat nawet wtedy gdy w zwykłych kolektorach płaskich następuje duży spadek wydajności spowodowany wzrostem strat do otoczenia (w czasie dużych wartośći Delta-T). Ze względów eksploatacyjnych dla utrzymania próżni w długim okresie działania rury stosowane są rozwiązania takie jak w konstrukcjach kineskopów - pokrycie barem (metal ziem rzadkich) pewnej powierzchni rury. Podczas produkcji rury próżniowej pierścień wystawiony jest na działanie wysokiej temperatury, powoduje on osiadanie czystego baru na dolnym końcu powlekanej absorberem rury. Warstwa baru aktywnie uczestniczy w utrzymywaniu próżni poprzez wychwytywanie cząstek gazowego CO,CO2,N2,O2,H2O i H2, które mogą pojawić się w przestrzeni między rurami w trakcie przechowywania i montażu kolektorów. Warstwa baru również jest wskaźnikiem stanu próżni w przestrzeni między rurami. Jeżeli dolna część rury ma barwę metalicznie srebrzystą to próżnia jest zachowana, jeżeli nastąpi utrata szczelności rury barwa zmienia się na mleczno białą. Łatwa jest więc kontrola stanu jakości rury.

Lewa rura = Próżnia Fabryczna Prawa rura = Utrata Próżni		Pierścień dystansowy w dolnej części rury.

Rury próżniowe w kolektorze ułożone są równolegle tworząc płaszczyznę nachyloną pod pewnym kątem do poziomu. Optymalny kąt ustawienia kolektora zależy od szerokości geograficznej miejsca zamontowania kolektora.

Podstawowe Dane Techniczne Rur Próżniowych

Długość (nominalna)	1500mm /1800mm
średnica rury zewnętrznej	58mm
średnica rury wewnętrznej	47mm
Grubość szkła	1.6mm
Współczynnik rozszerzalności cieplnej	3.3x10-6 °C
Materiał	Szkło borokrzemowe
Absorber	Al-N/Al
Absorbcyjność	> 92% (AM1.5)
Emisja	< 8% (80°C)
Próżnia (ciśnienie)	P < 5x10-3 Pa
Temperatura stagnacji	> 200°C
Straty ciepła	< 0.8W/(m2°C)
Ciśnienie max.	0.8MPa

Definicja powierzchni kolektora w technice solarnej

Powierzchnia brutto: wynika z wymiarów zewnętrznych kolektora.

Powierzchnia absorbera: powierzchnia absorbera stanowi sumę wszystkich elementów powierzchni absorbera wynikających z padania promieniowania na płaszczyznę kolektora, które nie podlegają zacienieniu.

Powierzchnia apertury: pod pojęciem apertury rozumie się powierzchnię przez, którą promieniowanie słoneczne przedostaje się do wnętrza kolektora. W przypadku kolektora płaskiego jest to powierzchnia prześwitu szyby solarnej. W przypadku kolektorów próżniowych bez zwierciadła powierzchnię apertury wyznacza się sumując powierzchnie wynikające ze średnicy wewnętrznej rury próżniowej. W przypadku kolektora ze zwierciadłem jako powierzchnię apertury przyjmuje się powierzchnię wynikającą z zewnętrznych wymiarów zwierciadła. W kolektorze słonecznym niemożliwe jest przetworzenie większej ilości energii od tej, która dostaje się do powierzchni jego apertury.

Powrót