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
|