Kolektory płaskie i próżniowe: które lepsze?

Podstawową kwestią przy doborze instalacji solarnej jest wybór pomiędzy kolektorem płaskim i próżniowym. Jakie są różnice pomiędzy tymi rodzajami solarów?

Na temat wad i zalet kolektorów płaskich i próżniowych (próżniowo-rurowych) możemy znaleźć wiele często sprzecznych opinii. O tymi, jakie są zalety obu typów kolektorów, informuje dr inż Stanisław Gołębiowski, Kierownik Laboratorium Badawczego Kolektorów Słonecznych w Instytucie Paliw i Energii Odnawialnej:

Ze względu na konstrukcję, zgodnie z normą PN EN ISO 9488 „Energia słoneczna. Terminologia”, istnieje wiele odmian kolektorów słonecznych, nie mniej najpowszechniejsze w kraju i na świecie są kolektory płaskie oraz próżniowe rurowe. Rysunek poniższy pokazuje porównanie wydajności cieplnej kolektora płaskiego i próżniowo-rurowego w przeciągu roku. Kolektor próżniowo-rurowy ma znacznie większą wydajność w miesiącach zimowych, jak i wiosenno-jesiennych. Jest to wynikiem lepszego odbioru promieniowania rozproszonego przez kolektor próżniowo-rurowy.

Zastosowanie kolektorów próżniowo-rurowych posiada szereg zalet, takich, jak: łatwość montażu i konserwacji czy możliwość demontażu poszczególnych rur bez konieczności opróżniania instalacji z czynnika przenoszącego ciepło.

Wyższość kolektorów próżniowych jest wyraźnie zauważalna w przypadkach, gdy mamy do czynienia z podwyższonymi temperaturami czynnika grzewczego. Ma to miejsce, zwłaszcza w instalacjach o wysokim rocznym stopniu pokrycia potrzeb ciepła (50-60%) dla podgrzewania. Nie mniej w przypadku większych instalacji z kolektorami słonecznymi, które dobiera się na niższe stopnie pokrycia zapotrzebowania w ciepło (rzędu 20-40% rocznie), okazuje się, że różnica w pracy pomiędzy kolektorami płaskimi a próżniowymi jest nieznaczna. Porównanie to tłumaczy tendencję stosowania kolektorów płaskich w instalacjach wielkowymiarowych, co zapewnia w miarę niskie koszty inwestycji i ich wysoką efektywność pracy. Wysoka efektywność pracy wynika z niskich temperatur czynnika roboczego na wejściu do kolektorów słonecznych oraz braku przestojów w pracy instalacji grzewczej (ciągły odbiór ciepła).

Kolektory próżniowe poleca się również do stosowania, jako alternatywę dla kolektorów płaskich, w sytuacji, kiedy powierzchnia zabudowy na budynku jest ograniczona. Wówczas ten sam efekt wydajności cieplnej jak dla kolektorów płaskich o powierzchni, przykładowo 5 m² uzyska się z kolektora próżniowego o powierzchni 3 m².

Poniżej zestawiono ponadto różne cechy, jakimi różnią się kolektory płaskie i rurowo-próżniowe:

- izolacja – w odróżnieniu od kolektorów płaskich w rurowo-próżniowych wykorzystuje się próżnię, najlepszą znaną izolację cieplną w przyrodzie;

- sposób wymiany ciepła – w kolektorze próżniowym wymiana ciepła często jest dwufazowa, dzięki czemu uzyskuje się wysokie temperatury przy niskich oporach przepływu, podczas gdy w płaskim wymiana jest jednofazowa, uzyskuje się niższe temperatury przy większych oporach przepływu. Ze względu na dużą ilość spawów kolektor płaski jest bardziej awaryjny od próżniowego;

- łatwość montażu i eksploatacji – w razie awarii należy zdemontować cały kolektor płaski. Wymiana kolektora jest czasochłonna i niewygodna (średnia waga kolektora to 40 kg), podczas gdy w kolektorze próżniowym wymienia się pojedynczą rurę;

Należy jednak wspomnieć, iż koszt jednostkowy kolektora próżniowo-rurowego jest znacznie wyższy od kolektora płaskiego, co ma przełożenie na odpowiednio większe koszty inwestycyjne, ponieważ wartość kolektorów w całości kosztów inwestycyjnych, to 30-50% (do 80% w instalacjach wielkowymiarowych).

Opracowano w oparciu o publikację „Kolektory słoneczne. Energia słoneczna w mieszkalnictwie, hotelarstwie i drobnym przemyśle”, Grzegorz Wiśniewski, Stanisław Gołębiowski, Marian Gryciuk, Krystian Kurowski, Aneta Więcka; Wydawnictwo Medium, Warszawa 2008 r.

Autor: dr inż. Stanisław Gołębiowski, Kierownik Laboratorium Badawczego Kolektorów Słonecznych, Instytut Paliw i Energii Odnawialnej.