OZE

Hewalex KSR10

Kolektor Hewalex KSR10 powstał z myślą o wysokich wymaganiach inwestorów, którzy świadomie decydują się na wybór kolektora próżniowego. Jego konstrukcja poza wysoką sprawnością, oferuje rozwiązania sprawdzone w wieloletniej praktyce i w różnorodnych warunkach pracy – krajowych i zagranicznych.

Firma Hewalex z blisko 25-letnim doświadczeniem w produkcji kolektorów słonecznych oraz komponentów instalacji solarnych, oferuje swoje rozwiązania zarówno na rynku krajowym, jak i na rynkach niemal wszystkich państw europejskich. Podstawowe miejsce w ofercie, zajmują kolektory płaskie, które pod względem technicznym i ekonomicznym znajdują najszersze zastosowanie w różnorodnych warunkach klimatycznych. Specyfika rynku wymaga oferowania także kolektorów próżniowych. Według ostatnich danych ESTIF [1] udział kolektorów próżniowych w rynku europejskim (kraje EU27) wyniósł około 9,9%, a w samej Polsce należał do jednego z najwyższych (26,2%).

W grupie kolektorów próżniowych występuje jednak znaczne zróżnicowanie techniczne i cenowe oferowanych rozwiązań. Rynek polski jest specyficznym rynkiem pod względem popularności kolektorów próżniowych, a należy zaznaczyć, że segment „Premium” zajmuje szacunkowo około 20% rynku tego rodzaju kolektorów.

Technologia próżniowa NARVA

Podstawowym elementem kolektora próżniowego są jego rury, które decydują o cechach użytkowych. Użyte do budowy kolektora rury jednego z dwóch europejskich producentów rur próżniowych – NARVA Lichtquellen GmbH + Co. KG, stanowią na rynku wyróżniające się pod wieloma względami rozwiązanie (rys. 3). Firma NARVA jest producentem o ponad 40-letnim stażu, specjalizującym się w technologii próżniowej, znanym szerzej w branży oświetleniowej. Do innowacyjnego rozwiązania, należy opatentowane zamknięcie próżni, zapewniające jej zachowanie przez minimum 20 lat.

Sprawność na najwyższym poziomie

Kolektor próżniowy Hewalex KSR10 cechuje się wysoką sprawnością pracy 85% w stosunku do powierzchni absorbera i 78% – do powierzchni czynnej absorbera (apertury). Na tle oferty rynkowej kolektorów próżniowych, kolektor KSR10 wyróżnia się ponadstandardową sprawnością (rys. 4). Została ona jednocześnie określona dla glikolu jako czynnika grzewczego, podczas gdy zdecydowana większość pozostałych badań prowadzona była w oparciu o wodę.
Sprawność kolektorów badanych w oparciu o wodę, w realnych warunkach pracy może być jeszcze niższa o 2÷3% [4]. Wykres (rys. 4)
wskazuje na znaczne różnice w parametrach osiąganych przez kolektory próżniowe. Można wyodrębnić w tej grupie zarówno wysokosprawne rozwiązania, jak i takie, których sprawność będzie porównywalna, a nawet niższa od kolektorów płaskich. Dla przykładu na wykresie umieszczono dane dla kolektora płaskiego Hewalex KS2000 TLP Am (najatrakcyjniejsza dla inwestora cena zakupu w ofercie firmy). Przy wyższej cenie zakupu kolektorów próżniowych w porównaniu do płaskich (średnio na rynku 2,5 razy za 1 m2 apertury) i jak wskazuje porównanie – przy często niższych lub co najwyżej porównywalnych osiągach, sens zastosowania dla wielu z nich będzie dyskusyjny.

Direct Flow czy Heat Pipe?

Pod względem odbioru ciepła, kolektory próżniowe można podzielić na 2 grupy urządzeń:
• Heat Pipe – gdzie czynnik grzewczy nie kontaktuje się bezpośrednio z absorberami,
• Direct Flow – gdzie czynnik grzewczy analogicznie jak w kolektorach płaskich odbiera ciepło bezpośrednio z absorberów.
Popularność kolektorów próżniowych typu Heat Pipe w ostatnich latach znacznie wzrosła. Część producentów świadomie zmieniła konstrukcję oferowanych przez siebie kolektorów typu Direct Flow na Heat Pipe. Producenci w ten sposób zaczęli eliminować problemy eksploatacyjne wynikające z przegrzewania w stanie stagnacji. Jednak odbyło się to ze szkodą dla sprawności urządzeń, która uległa w każdym przypadku obniżeniu w nowszych wersjach tego samego producenta.
Różnicę w sprawności pomiędzy kolektorem typu Direct Flow a Heat Pipe można w łatwy i wiarygodny sposób porównać dla rur próżniowych tego samego producenta. Firma NARVA oferuje także 2 wersje rury, różniące się jedynie sposobem odbioru ciepła. Różnica jak wskazuje wykres (rys. 5) w początkowym zakresie pracy (do 80 K) sięga wg danych z certyfikatów Solar Keymark 17% na korzyść kolektora typu Direct Flow.

Dane techniczne kolektora Hewalex KSR10

Parametry dla sprawności odniesione do powierzchni apertury lub absorbera:
• sprawność optyczna (apertura/absorber) – 78,0%/85,0%
• współczynnik strat ciepła a1 (apertura/absorber) – 1,27/1,38 W/m2K
• współczynnik strat ciepła a2 (apertura/absorber) – 0,0012/0,0013 W/m2K2
• powierzchnia brutto – 1,823 m2
• powierzchnia apertury – 1,014 m2
• waga – 30 kg
• gwarancja – 10 (+1) lat

Ochrona przed skutkami przegrzewania w stanie stagnacji

Kolektory próżniowe typu Direct Flow narażone były na większe ryzyko wystąpienia skutków braku odbioru ciepła. Tradycyjne rozwiązanie górnych przyłączy zostało ocenione jako najbardziej niekorzystne w zachowaniu się przy braku odbioru ciepła [6]. Cechuje się blokowaniem swobodnego wypływu glikolu w początkowej fazie stanu stagnacji, a przez to jego długotrwałym gotowaniem. Powoduje to powstawanie dużej ilości pary wodnej, zwiększony wzrost ciśnienia w instalacji solarnej i wzrost ryzyka uszkodzenia samego glikolu, jak i elementów instalacji.
Przeciwdziałanie skutkom stagnacji jest jednym z ważniejszych zagadnień, jakim zajęły się w ostatnich latach takie ośrodki badawczo-rozwojowe, jak np. ISFH Hameln, ISE Fraunfoher, czy też AEE INTEC. Także własne doświadczenie firmy Hewalex posłużyło do opracowania całkowicie nowej koncepcji kolektora próżniowego typu Direct Flow. Kolektor KSR10 cechuje się jedynym tego typu na rynku rozwiązaniem – dolnymi przyłączami hydraulicznymi. Rozwiązanie sprawdzone w wieloletniej praktyce w pracujących małych i dużych instalacjach solarnych, wskazało na całkowite wyeliminowanie skutków braku odbioru ciepła. W początkowej fazie stanu stagnacji, glikol z koncentrycznych rurek jest wypierany przez powstającą parę wodną (rys. 6).
Firma Hewalex zaleca stosowanie takich samych natężeń przepływu czynnika grzewczego, jakie stosowane były dla kolektorów podczas ich badań. Nie jest to regułą, gdyż wielu producentów chcąc podwyższyć temperaturę pracy zaleca stosowanie obniżonych natężeń przepływu. Odpowiednie natężenie przepływu (dla KSR10: 60 l/m2h) chroni instalację przed zapowietrzaniem. Powinno też zapewnić wzrost temperatury czynnika grzewczego o nie więcej niż 10oC – zapewnia to uzyskiwanie wysokiej sprawności pracy (niższe straty ciepła do otoczenia). Opracowanie konstrukcji dolnych przyłączy kolektora KSR10 przez firmę Hewalex, wiązało się także z badaniami praktycznymi. W tym celu prowadzone były prace na modelach szklanych rurek koncentrycznych (2-ściennych) czynnika grzewczego (rys. 7).

Możliwości zabudowy kolektora w warunkach nietypowych

Kolektor próżniowy Hewalex KSR10 należy do nielicznych na rynku kolektorów, które można instalować w dowolnej pozycji. Zabudowa pozioma na dachu płaskim jest bardzo rzadko stosowana w naszych warunkach, ze względu na ryzyko długotrwałego wyłączenia kolektora z pracy przez zalegający śnieg. Należy traktować taką możliwość jako ostateczność, np. dla zastosowania kolektorów w budynkach wysokich, gdzie zwiększone siły oddziaływania wiatru nie pozwalają na zastosowanie kolektorów nachylonych do poziomu. Częściej spotykanym wariantem zabudowy poza połacią dachu, jest montaż kolektora na elewacji budynku
(rys. 8). Wówczas kolektor KSR10 montuje się w pozycji pionowej z rurami próżniowymi położonymi równolegle do terenu. Pozwala to na ich obrót i skorygowanie ustawienie absorberów.

Zalecenia dla korekty ustawienia rur próżniowych

Kolektor Hewalex KSR10 cechuje się zastosowaniem rur szklanych o stosunkowo niewielkiej średnicy zewnętrznej 56 mm ze zwiększonymi rozstawami pomiędzy nimi. Dzięki temu zapewnia się całkowite nasłonecznienie absorberów niezależnie od pory roku i kąta padania promieniowania słonecznego. Zalecanym maksymalnym kątem obrotu rury jest 25o. Większy kąt jest technicznie możliwy do zastosowania, ale nie jest to uzasadnione w realnych warunkach eksploatacji, gdyż zwiększa możliwość zacieniania absorberów. Szczególnie w najkorzystniejszym letnim okresie pracy, przy najwyższym położeniu słońca (kąt padania promieniowania 61o w Polsce), widoczny jest wzrost zacieniania absorberów przy obrocie rury o kąt 45o. Może on wynieść ok. 30% dla przykładowego kolektora innego producenta o rurach próżniowych większej średnicy i ze zmniejszonym rozstawem. Podobnie kąt obrotu rur o 45o, zwiększyłby niepotrzebnie zacienienie absorberów dla kolektora KSR10 (rys. 9).

Podsumowanie

Firma Hewalex podkreśla przede wszystkim celowość stosowania kolektorów płaskich dla zdecydowanej większości sytuacji. Jeżeli oczekiwania inwestora są jednak odmienne lub też występują inne uwarunkowania, jak chociażby nietypowe warunki zabudowy, to sens stosowania mogą mieć kolektory próżniowe segmentu „Premium”. Można do nich zaliczyć te rozwiązania, których sprawność pracy będzie wyraźnie wyższa niż dla kolektorów płaskich. Kolektory KSR10 w segmencie kolektorów próżniowych „Premium” oferują wysokie walory użytkowe przy atrakcyjnej cenie zakupu i długim okresie gwarancji, która nie wprowadza dla użytkownika trudnych do spełnienia warunków.

Literatura:
[1] “Solar Thermal Markets in Europe. Trends and Market Statistics 2011”, ESTIF 2012
[2] Materiały firmy NARVA Lichtquellen GmbH + Co. KG (nt-solartechnik.de)
[3] “Solar Collectors, Energy Storage and Materials”, F.DeWinter, MIT Press 1990
[4] “Einfluss einiger Prüfparameter auf das Kolellektor-Messergebniss”, SPF Rapperswil
[5] Certyfikaty Solar Keymark nr: 011-7S1864 R, 011-7S1077 R, 011-7S558 R, 011-7S412 R, 011-7S556 R, 011-7S373 R, 011-7S1392 R, 11-7S321 R, 011-7S1502 R, 011-7S1106 R, 011-7S1860 R, 11-7S1792 R, 011-7S1783 R, 011-7S1381 R, 011-7S917 R, 011-7S2018 R, 011-7S408 R, 011-7S1555 R, 011-7S1859 R
[6] „Untersuchungen zum Stagnationsverhalten solartermischer Kollektorfelder”, J.Scheuren, Kassel University 2008

Bezpłatna prenumerata