KEZDŐ OLDAL

Napkollektorok

Az energia árak emelkedése és a szén-dioxid kibocsátás növekedése magával hozta azt az igényt, hogy minél olcsóbb és környezetkímélőbb módon nyerjünk energiát a természetből. Ennek egyik legkézenfekvőbb megoldása a napkollektor A napsugárzás energiáját elég régen próbáljuk hasznosítani. Gondoljunk csak a nyári kerti zuhanyzáshoz spirálba tekert locsolócsőre vagy feketére festett hordóra. Ezek az egyszerű módszerek azonban nem alkalmasak egy háztartás vagy medence melegvíz igényének kiszolgálására. Az általuk termelt energia esetleges és nehezen szabályozható. A ma ipari méretekben gyártott napkollektorok kivitelüket tekintve nagyon különbözőek lehetnek, de közös vonásuk, hogy a direkt napsugárzáson kívül az un. szórt napsugárzást is hasznosítani tudják.

Napkollektor típusok

A különböző igények és a technológia fejlődése folytán a napkollektoroknak több alapvető típusa fejlődött ki. Bár kivitelükben, hatásfokukban és árukban jelentős különbségek vannak, a maga helyén alkalmazva mindegyik megfelelő lehet.
Munka közegük alapján két csoportba oszthatók:

Levegő munkaközegű napkollektorok

Alkalmazási terület: épületfűtés, melegházfűtés

Magyarországon kevéssé elterjedt típus. Előnye, hogy házilag is elkészíthető (lásd "sörkollektor") és légfűtéses rendszerekhez jól illeszthető. Jelentős hátránya viszont, hogy a megtermelt energia nem tárolható, nagy átmérőjű légvezetékeket és komoly légszállítású ventillátorokat igényel. Használati melegvíz készítésére nem alkalmas.

Folyadék munkaközegű napkollektorok

Hazánkban ezeknek a kollektoroknak a használata terjedt el ezért ezekről egy kicsit részletesebben:

Fedés ill. hőszigetelés nélküli napkollektorok

Alkalmazási terület: Medencefűtés
Ebbe a csoportba tartoznak a többnyire fekete színű, gumi vagy műanyag alapanyagú csőkígyók, a párhuzamos csöves, sorolható műanyag kollektorok és az általában lépésálló kivitelben készülő sík, műanyag medence fűtő panelek. Közös tulajdonságuk, hogy magas az optikai hatásfokuk, viszont hőszigetelésük gyakorlatilag alig van. Mivel a szerkezet nem tartalmaz hőszigetelő borítást (üveg) nincs vagy elhanyagolható a reflexió. A besugárzási szög változása csak kis mértékben befolyásolja a leadott teljesítményt. Tipikusan medencék fűtésére használhatók és főleg intenzív napsütésben, magas környezeti hőmérséklet mellett adnak kielégítő teljesítményt. Nagy előnyük az egyszerű felszerelhetőség, az olcsóság és a rendszer egyszerű kialakíthatósága. (Többnyire hőcserélő nélkül, közvetlenül a medence vizét keringetik a kollektorban) Fontos, hogy a tél beállta előtt a rendszert teljesen vízmentesíteni kell. Előfordulhat, hogy az alacsony hőmérséklet következtében beálló ridegedés elkerülése érdekében a rendszert le kell szerelni, és fagymentes helyen kell tárolni. A kiválasztásnál fontos szempont a kollektor anyagának UV stabilitása és a klóros, vegyszerezett vízzel szembeni ellenállóság.

Sík napkollektorok

Alkalmazási terület: Használati melegvíz készítés, Medence fűtés, Fűtés rásegítés
A napkollektorok legelterjedtebb típusa. Általában négyzet vagy téglalap alakú. Néhány gyártónál tisztes felárért rendelhető - a tető alakjához illeszkedő háromszögletű vagy trapéz alakú kivitel is. Vannak tetőbe integrálható típusok, amelyek a többi napkollektorhoz képest esztétikailag messze a legjobbnak mondhatók. Kialakításukat tekintve mindegyikükben közös, hogy az abszorberlemez és a hozzátartozó csővezeték egy minden oldalról zárt, alulról és oldalról hőszigetelt, lapos "dobozban" van elhelyezve, melynek teteje üveggel van fedve. Ennyi a közös tulajdonság és innentől aztán számtalan variáció következik. (A legegyszerűbb síkkollektorokat akár otthon egy közepesen felszerelt barkácsműhelyben is el lehet készíteni.)

Abszorber:
Főként réz és alumínium lemezzel találkozunk, melyeken fekete elox, fekete króm vagy szelektív TINOX bevonat van. A felsorolás szerinti növekvő hatásfokkal nyelik el a beeső sugárzást.
Üveg fedés:
Leggyakoribb a nagytisztaságú, edzett szolárüveg. Utóbbi tulajdonsága a jégverésnél kap szerepet. Használnak még ezeken kívül tükröződésmentesített szolárüvegeket, amelyek kis beesési szögek esetén is jól üzemelnek. Hátrányuk, hogy az érdes felület előbb-utóbb elkoszolódik, ami jelentősen csökkentheti a napkollektor hatásfokát. Ennek kiküszöbölésére előfordul, hogy az érdesített felét az üvegnek befelé fordítják, (de akkor meg minek az érdesített üveg? a szerző). Ide tartozik még a vákuumos síkkollektor üvege. Ennek belső felületén kis üveg távtartó tüskék vannak, hogy a légnyomás ne tudja a szerkezetet összeroppantani. Ez utóbbi vesztesége 30%-kal kisebb mint a hagyományosnak, az ára pedig - ha azóta nem változott, akkor - a duplája.
A kollektor belső kialakítása:
Az általában sík absorberlemezt párhuzamos csövekből álló hálózat vagy egyszerűbb csőkígyó hűti. A csövekben cirkuláltatott folyadék lehet fagyálló, vagy DrainBack rendszer esetén víz. A kollektort belül valamilyen hőálló szálas anyaggal (üveg-, kőzetgyapot) hőszigetelik. Az absorber oldalon a hőszigetelést az 1-3cm vastag légréteg és a szolárüveg biztosítja. Tulajdonképpen ez a hőszigetelés a síkkollektor sarkalatos pontja. Sokkal jobb a hőszigetelés, mint a fedés nélküli kollektorok esetén, de rosszabb, mint ami a vákuumcsöves kollektoroknál jellemző. Kicsit olyan a dolog, mintha a házunkon az ablaküveg mindössze egyetlen 3-4mm vastag táblából állna, és ezzel szeretnénk a meleget benttartani mondjuk -10OC kinti hőmérséklet esetén. A legnagyobb magyar forgalmazó szerint: "Síkkollektorokkal fűtési rendszert kialakítani Magyarországon "szomszédvakítás".

A síkkollektorok legfontosabb előnyei:

- Jó helykihasználás, az abszoberfelület a teljes kollektorfelület 85-95%-a.
- Magas optikai hatásfok 75-83%.
- Típustól függően - tetőbe integrálható.
- Alkalmas a DrainBack rendszerre.
- Mechanikailag szilárd.
- Közepes ár, a vákuumos síkkollektor kivételével.

Hátrányai:

- Magas első fokú veszteségi tényező tipikusan ~4W/(m2K). Emiatt használati melegvíz készítésre csak teljes napsütésben ill. magas környezeti hőmérséklet esetén alkalmas. Fűtésrásegítésre csak alacsony fűtési hőmérsékletű rendszerekben, késő tavasztól kora őszig alkalmazható. Utóbbi problémák kiküszöbölésére vannak próbálkozások hőszivattyús megoldásokkal - a gyártók állítása szerint kíváló eredményekkel.
- Érzékenység a napsugárzás beesési szögére. Az üvegfelület reflexiója miatt.

Vákuumcsöves napkollektorok

Alkalmazási terület: Használati melegvíz készítés, fűtés rásegítés, esetleg medence fűtés
Ma már nem tűnnek kuriózumnak a vákuumcsöves napkollektorok. Kipróbált technika sokféle megvalósítási formával. Ami a közös pont, a gyakorlatilag tökéletes vákuum (10-5Pa) hőszigetelőként való alkalmazása. Az abszorberlemezt, -csövet vákuumba helyezik, így hővezetéssel csak az esetleges rögzítő szerelvényeken keresztül keletkeznek veszteségek. A kollektorok veszteségeinek jelentősebb részét a vákuumcsöveket összekötő gyűjtőcső hagyományos hőszigetelése (üveg-, kőzetgyapot, poliuretánhab) és az abszorber visszasugárzása okozza. A veszteségek így is csak a síkkollektorok veszteségének harmadát-negyedét érik el. A vákuumcsövek nagytisztaságú bórszilikát üvegből készülnek, jelentős fagy és jégállósággal. Működési elvüket tekintve két nagy csoportra oszthatók um. átfolyós és hőcsöves (HeatPipe).
Az átfolyós rendszerű napkollektorokban a hűtőközeg (fagyálló, víz) - esetenként hővezető lemezek közvetítésével - közvetlenül az abszorber felülettől vonja el a keletkezett hőt. Létezik un. "U csöves" és "koaxiális csöves" kivitel. A rendszer előnye, hogy jelentősebb hőlépcső nélkül valósul meg a hőátadás és a kollektornak alacsony a hőkapacitása. Hátránya, hogy a kollektor - néhány nagyon költséges kivételtől eltekintve nem leüríthető, így DrainBack rendszerben nem alkalmazható. További hátrány lehet, hogy a vákuumcsövek sérülése esetén, azok nehézkesen cserélhetők. Bizonyos típusoknál a nagyszámú csatlakozás komoly hibalehetőséget rejt.

A hőcsöves (HeatPipe) rendszer működése:
Az abszorber lemez hőjét közvetve vagy közvetlenül a réz hőcső veszi át. Az kis nyomáson lezárt hőcső belsejében lévő folyadék már igen alacsony hőmérsékleten forrni kezd. A keletkezett gőz felszáll a csőben, majd a hőcső kondenzátorfejében lecsapódik és átadja a hőjét a kondenzátort hűtő munkaközegnek, a kollektorköri folyadéknak. A lecsapódott folyadék a hőcsőben visszafolyik, és a hő hatására újra elpárolog. Így kialakul egy gyors, hőszállító körfolyamat. Mivel ez már 20 OC-on elindul, ezért gyenge szórt napsugárzás esetén is van hasznosítható hőtermelés. A hőcső belsejében lévő folyadék az alacsony nyomásának és bizonyos adalék anyagoknak köszönhetően -50OC-ig fagyálló. A kondenzátorfej a hőt nem közvetlenül, hanem többnyire egy réz csőbetéten keresztül adja át a kollektorköri folyadéknak, így egy esetleges meghibásodás esetén a vákuumcsövet "szárazon" a kollektorköri folyadék leeresztése nélkül ki lehet cserélni. A vákuumcsövek kondenzátorfejei egy közös, vízszintes gyűjtőcsövet melegítenek, melyben a kollektorköri folyadék kering.
Előnye a könnyű összeszerelhetőség, a vákuumcsövek "száraz" cserélhetősége és a kis hőkapacitás. Ha a gyűjtőcső megfelelő kialakítású valamint a hőszigetelése kellőképpen hőálló, akkor alkalmas DrainBack rendszer építésére. Nem szabad elfelejteni, hogy üresjárásban ezek a kollektorok bőven 200oC fölé is melegedhetnek.
Hátránya, hogy a hőcső kondenzátorfeje és a hűtőközeg között - az átfolyós rendszernél tapasztaltnál - nagyobb hőlépcső alakul ki, ami végső soron a kollektor nem jelentős, néhány százalékos hatásfok csökkenését eredményezi.
A vákuumcsövek szerkezeti kialakításuk alapján három csoportra oszthatók um. dupla falú, szimplafalú és hőtükrös.
A duplafalú vákuumcsövek két, egymásba helyezett, nagyobb és kisebb átmérőjű alul lezárt üvegcsőből állnak, melyeket a felső peremüknél összehegesztenek. A két cső falai közötti térben hozzák létre a vákuumot. Az így kialakult hosszúkás "termosz" tökéletes hőszigetelő. Az abszorber a belső üvegcső külső felületére van felhordva, teljes mértékben védve a fizikai behatásoktól és a korróziótól. A hő az abszorbertől a belső üvegcső falán keresztül a vákuumcső belsejébe jut, ahol általában fémlemezek és a levegő közvetítésével éri el a hőcsövet vagy az "U csövet". Előnye, hogy tág beesési szög tartományban (+-60-65º) állandó felületet "mutat" a nap felé. Hátránya a nagyobb hőkapacitás és olcsóbb típusoknál - az alacsonyabb optikai hatásfok (60-80%).
A szimplafalú vákuumcsövek szerkezeti felépítése nagyon egyszerű és nagyon hatékony. A nagytisztaságú bórszilikát üvegcső belsejében helyezik el az abszorberlemezt, amely lehet sík vagy hengerpalást alakú. Az abszorber lemeztől a hőt a már említett koaxiális átfolyós, vagy hőcsöves rendszerben vonják el. Az üvegcső belsejében - gyakorlatilag tökéletes - 10-5Pa nyomású vákuumot hoznak létre. Ez a technológia egyesíti magában a síkkollektorok magas optikai hatásfokát (80% körül) és a vákuumcsöves kollektorok kitünő hőszigetelési tulajdonságait
(a1=1-1,5W/(m2K).
Előnyei: Magas optikai hatásfok, kis hőveszteség, alacsony hőkapacitás.
Hátránya a magasabb ár.
A hőtükrös vákuumcsövek talán a legkevésbé elterjedt típusok közé tartoznak. Szintén szimpla üvegcsővel gyártják őket. Az abszorber ez esetben a hőcső vagy koaxiális cső felszínén van kialakítva. Az üvegcső belső felületének hátrafelé eső részén180oº-ban fémgőzöléssel tükör bevonatot hoznak létre. Ez hivatott a különböző szögben beeső fénysugarakat az abszorber felületre tükrözni. A csőben a többi vákuumcsőhöz hasonlóan gyakorlatilag tökéletes vákuum van.
Előnyei: Kis hőveszteség, alacsony hőkapacitás.
Hátránya: hogy utólag további tükrökkel a hatásfok nem növelhető, magasabb ár.
Reflektorok. A vákuumcsöves napkollektorok egyik rossz tulajdonsága, hogy szerkezeti kialakításuk miatt, a kollektor bruttó felületéhez képest a nettó (abszorber) felület csak 50-60% körül mozog. Ezt - a síkkollektorokhoz képest - komoly hátrányt a gyártók a vákuumcsövek mögé elhelyezett különböző tükrökkel, hővisszaverő felületekkel igyekeznek csökkenteni. A legkorszerűbb, CPC tükrös megoldást főleg a kis átmérőjű (47mm) duplafalú vákuumcsöves, - amúgy is kicsit gyengébb hatásfokú - kollektoroknál alkalmazzák, amely a kollektor nettó felületét a síkkollektorokéhoz hasonló mértékre is megnöveli. Hátrányuk, hogy - olcsó vákuumcsövek használata ellenére - drágák. Rossz nyelvek szerint a CPC tükör idővel bemattul. Ez nem jelenti feltétlenül a tükör hatástalanságát, hiszen egy egyszerű alumínium lemez is jelentős reflexiós tulajdonsággal rendelkezik.

A vákuumcsöves kollektorok legfontosabb előnyei:

- A napsugárzás beesési szögére való sokkal kisebb érzékenység.
- Magas optikai hatásfok, a korszerűbb dupla és szimplafalú vákuumcsöves kollektoroknál.
- Rendkívül jó hőszigetelési tulajdonságok, alacsony veszteség, késő ősszel és kora tavasszal is jelentős energia nyereség.
- DrainBack rendszerhez alkalmas, bizonyos típusok kivételével.
- Jó helykihasználás - a CPC tükrös kollektoroknál.
- Kimondottan jó ár-érték arány, az olcsóbb duplafalú vákuumcsöves kollektoroknál.

Hátrányai:

- Rosszabb helykihasználás, a CPC tükrös kivételével.
- Alacsonyabb optikai hatásfok, az olcsóbb duplafalú vákuumcsöveseknél