Dobór kolektora słonecznego

Tematyka pt: „płaski czy próżniowy?” chociaż wielokrotnie poruszana na portalach i forach branżowych, jest bardziej obszarem działań marketingowych firm specjalizujących się w produkcji, dystrybucji i montażu kolektorów słonecznych, aniżeli merytoryczną dyskusją. Dzieje się tak dlatego, że nie istnieje jednoznaczna odpowiedź na pytanie który typ kolektora słonecznego jest najlepszy, ponieważ rozbieżności w parametrach cieplnych występują już na poziomie poszczególnych firm produkujących dany typ kolektora słonecznego (kolektor próżniowy 30 rurowy X potrafi mieć dwukrotnie lepsze parametry cieplne niż jego odpowiednik firmy Y). Dodatkowo kolektor próżniowy X będzie charakteryzował się lepszymi parametrami cieplnymi niż kolektor płaski Z, podczas gdy kolektor próżniowy Y już niekoniecznie, itd. Głównymi parametrami cieplnymi branymi pod uwagę przy wyborze kolektora słonecznego to sprawność cieplna oraz współczynniki strat ciepła, które wpływają na jego moc cieplną przy danej różnicy temperatur pomiędzy kolektorem a otoczeniem. Parametry te wyznaczane są podczas określania charakterystyki cieplnej w akredytowanych laboratoriach wg obowiązującej normy EN 12975. Na podstawie raportów z tych badań wystawiany jest certyfikat Solar Keymark, który nie należy mylić z certyfikatem jakości, gdyż jest on jedynie potwierdzeniem zgodności z w/w normą. Natomiast aneks do certyfikatu Solar Keymark jest użytecznym narzędziem służącym do porównania parametrów cieplnych kolektorów słonecznych poszczególnych firm.

Podczas doboru kolektora słonecznego należy zwrócić uwagę na fakt, iż z punktu widzenia inwestora istotna jest jego cena oraz efektywność (warunkuje ją w/w moc cieplna), która przekłada się na okres zwrotu inwestycji. Dlatego też, głównym kryterium przy wyborze odpowiedniego kolektora słonecznego powinna być cena [zł] za każdą jednostkę uzyskanej przez niego mocy cieplnej [W].

Przykład 1:
Kolektor słoneczny X
Mocy cieplna (G= 1000 W/m2)*: 2000 W dla (Tm-Ta= 30 K)**
Cena: 3000 zł
Kolektor słoneczny Y
Moc cieplna (G= 1000 W/m2)*: 1500 W dla (Tm-Ta= 30 K)**
Cena: 2500 zł
* natężenie promieniowania słonecznego, G, W/m2
* * różnica temperatur kolektor-otoczenie, Tm-Ta, K
Rozwiązanie:
Cena jednostkowa mocy cieplnej kolektora X: 1,5 zł/W
Cena jednostkowa mocy cieplnej kolektora Y: 1,66 zł/W

Odpowiedź:
Kolektor słoneczny X będzie korzystniejszym rozwiązaniem, ponieważ pomimo wyższej jego ceny w porównaniu do kolektora słonecznego Y, charakteryzuje się on niższym kosztem uzyskanej mocy cieplnej.
Ponadto kolektory słoneczne charakteryzują również inne parametry takie jak temperatura stagnacji i modyfikator kąta padania.

Temperatura stagnacji kolektora słonecznego zwana też temperaturą postojową jest to maksymalna temperatura jaką jest w stanie osiągnąć kolektor słoneczny. Kolektor wówczas osiąga stan równowagi, w którym oddaje tyle samo ciepła do otoczenia co sam wytwarza.

Z punktu widzenia użytkownika instalacji solarnej istotne jest aby temperatura stagnacji była możliwie jak najniższa, gdyż zbyt wysokie temperatury wpływają na szybsze zużywanie się poszczególnych jej elementów oraz czynnika grzewczego. W tym miejscu należy zaznaczyć, że dobrze zwymiarowana i skonfigurowana instalacja solarna nie powinna osiągać temperatury stagnacji kolektorów.
Modyfikator kąta padania jest współczynnikiem, który warunkuje uzysk energetyczny kolektora słonecznego w zależności od kąta padania promieniowania słonecznego. Podawany jest zazwyczaj dla szerokiego zakresu kątów padania w dwóch płaszczyznach: prostopadłej i równoległej do osi optycznej kolektora słonecznego. W ciągu dnia położenie słońca względem kolektora ulega zmianie dlatego też przed południem i po południu zmianie ulega również kąt padania promieniowania słonecznego. Innymi słowy, modyfikator kąta padania służy do określania z jaką sprawnością będzie pracował kolektor słoneczny przed i po południu, tak więc im wyższe jego wartości tym większy uzysk energetyczny w ciągu dnia. Kolektory płaskie charakteryzują wartości zazwyczaj poniżej 1, podczas gdy kolektory próżniowe z cylindrycznym absorberem (wewnętrzną rurą stanowiącą absorber) charakteryzują wartości  powyżej 1. Dzieje się tak dlatego, że cylindryczny kształt absorbera w kolektorze próżniowym umożliwia tzw. pasywne śledzenie promieniowania słonecznego sprawiając, że dopóki rury próżniowe w kolektorze nie będą się wzajemnie zacieniać, kąt ten będzie zawsze optymalny.