Napkollektorok típusai. Vákumcsöves vagy síkkollektor?

Négy alaptípus létezik, ebből kettővel érdemes foglalkozni a magyar éghajlati viszonyok között:

Vákumcsöves kollektor

Síkkollektor

Medencefűtő szolárszőnyeg

Koncentrátor

A vákumcsöves kollektorok további altípusokba oszthatók, a két legelterjedtebb:1. Vákumcsöves, heatpipe elven működő:

A hőcsövek a vákumcsőben

Heatpipe (hőcső)

Duplafalú vákumcső

A hőcső belsejében könnyen elpárolgó anyag van. A napsütés hője ezt elpárologtatja, ezért az gáz halmazállapotban a hőcső felső, kiszélesedő részébe száll. Ez a kiszélesedett rész (kondenzátor) csúszik be a gyűjtőbe, ahol megtörténik a hőátadás. Az így lehűlt gáz cseppfolyóssá válik, és visszacsurog a heatpipe belsejében, ahol hő hatására újra elpárolog, és ez a körfolyamat fennmarad mindaddig, amíg a napsütés fennáll. A vákumcsőbe nem kerül tehát a hőközlő folyadékból semmi, egy heatpipe üzem közben akár ki is vehető a gyűjtőből..

Vákumcsöves

U-csöves

Az U-csöves kollektorok esetében a hőközlő folyadék az U alakú csőben megfordul a vákumcsőben.

B. Síkkollektorok

A síkkollektoroknak is számos altípusa létezik, két eltérő műszaki megoldás:

Hárfa alakban vezetett abszorber csövek

Kígyóvonal alakban vezetett abszorber csövek

Milyen a tökéletes napkollektor? A tökéletes napkollektor üvegezése a lehető legtöbb fényt engedi át magán. Abszorbere gyorsan felmelegszik, és a hőt gyorsan képes átadni a hőközlő folyadéknak. Abszorbere nem veszít hőt sem hővezetéssel, sem pedig sugárzással (azaz abszolút fekete test). Képes egész nap működni, a Nap állásától függetlenül. Belülről nem párásodik be, ha mégis, a pára gyorsan kivezetődik. Külső felületére a reggeli dér nem fagy rá, ha mégis, a napsugárzás gyorsan leolvasztja. Praktikusan a lehető legkisebb felületről a lehető legtöbb energiát gyűjti be, könnyen felszerelhető, élettartama 25-30 év, és karbantartásmentes.

Vizsgáljuk meg, hogy ezeket a kívánalmakat mennyiben közelíti meg a vákumcsöves, illetve a síkkollektor.

A két alapvető különbség a vákumcsöves kollektor és a síkkollektorok között az alacsony külső hőmérsékleten történő működés, és a körbenapozottság.

Amikor a környezeti hőmérséklet és a napkollektor hőmérséklete között nagy a különbség, akkor a vákumcsöves kollektorok még kielégítő teljesítménnyel és hatásfokkal működnek, míg a síkkollektorok nem. Ennek oka, hogy a vákumcsöves kollektoroknál a hőátadással történő hőveszteséget a vákum megakadályozza (nincsenek molekulák, amik a hőt kivezetnék az abszorberről), a síkkollektor pedig egyszerűen kihűl a nagy hidegben.

A vákumcsöves kollektorok másik nagy pozitívuma a körbenapozottság, azaz a kör keresztmetszet miatt a reggeli nap már ugyanazt a felületet éri és melegíti, mint a déli nap. Azonban ennek is ára van, ez pedig a helyigény. A csöveknek elegendő távolságban kell lenniük egymástól ahhoz, hogy a csövek egymást ne árnyékolják, és a körbenapozás jól kihasználható legyen. A csövek relative nagy távolsága viszont igen nagy bruttó felületet eredményez (azaz ezek a kollektorok igen nagy helyet foglalnak el a tetőn).

Igen hatékony a vákumcsövek mögé helyezett parabolatükör, ami az egyébként elvesző napsugarakat visszatükrözi a vákumcsőre. Igen ám, de ezeknek a tükröknek időtállóknak kell lenniük, hosszú évek alatt sem tompulhatnak el, meg kell őrizniük tükrözőképességüket, és öntisztulónak is kell lenniük. Ezek a kritériumok csak igen jó minőségű alapanyag felhasználásával teljesíthetők (éppen ezért ezek a legdrágább típusok).

Komoly előnyök, mégsem egyértelmű azonban a vákumcsövesek technikai fölénye, ne hamarkodjuk el a döntést, a kép ennél árnyaltabb.

A napenergia hasznosításához ugyanis egy dolog elengedhetetlen, ez pedig a napsütés, akár szórt, akár direkt formában van jelen. Napsütésből pedig igen kevés van télen, amikor a vákumcsövesek jobb hatásfoka igazán „megmutathatná magát”. (Az éves napenergia mennyiség kb.10%-a érkezik a téli hónapokban). A hatásfok különbség ugyanis csak nagyobb hőmérséklet különbség esetén számottevő, a nyári napsütésben a síkkollektor hatásfoka kicsivel jobb is, aminek oka a jobb optikai hatásfok (a vákumcső több fényt ver vissza). Télen, a vákumcsövekre esett hó, vagy ráfagyott zúzmara igen nehezen tűnik el, pontosan azért, mert a vákumcső felületi hőmérséklete lényegében a környezeti hőmérséklettel egyezik. A vákum tökéletetes hőszigetelő hatása ilyen időjárási helyzetekben hátrány. A leolvadást nem lehet ráfűtéssel elősegíteni, a síkkollektoroknál ez lehetséges (természetesen nem a vastag hótakaróra gondolok).

Néhányan emlegetik a vákumvesztést mint potenciális veszélyforrást a vákumcsöves kollektorok esetében, de a tapasztalatok kedvezőek, ez igen ritka jelenség. Ugyanez vonatkozik a jégesőre is. A jégeső nem töri darabokra az üvegcsöveket, hacsak nem a „katasztrófa” kategóriájába kell a jégesőt sorolni…ezt viszont az autók és a cserép is megsínyli…mégsem kérdezi senki az autószalonban, hogy az autó fényezését bántja-e a jégeső.

Van tehát pár érv pro és kontra. A döntésben a bekerülési ár lényeges kérdés! A síkkollektorok ára 50.000 Ft/m2 -nél kezdődik, és 60.000 Ft/m2 árért már kiváló minőséget lehet vásárolni.

A vákumcsöves kollektorok hasznos felületre vetített ára (figyelem, ez nagyon fontos: hasznos felületre vetített ár, azért, hogy teljesítményben összevethetők legyenek a síkkollektorokkal) 70.000 Ft-nál kezdődik, de ez a minőség előszobája. A jó minőségű vákumcsöves kollektor árak 110.000 Ft/m2-nál kezdődnek.

A vákumcsöves kollektor tehát olyan termék, ami drágább, pozitív tulajdonságai viszont az elvi működési időnek csak kb. 13% részében használhatók ki.

Elgondolkoztató. De hogy jött ez ki? Ha tudjuk, hogy 1960 órát süt a Nap egy évben, és a vákumcsöves kollektor hatásfoka csak hidegebb időben jobb (november, december, január, február hónapokban), továbbá tudjuk, hogy az említett hideg hónapokban kb. 250 napsütéses óránk van, akkor a fenti 13% könnyen kiszámítható (250/1960=0,13). Ha a négy hónaphoz még hozzászámoljuk az október és március hónapokat is (néha ekkor is előfordul komoly hideg), akkor 27%-ot kapunk. Tehát az 50%-kal drágább eszköz pozitív tulajdonságait a működésnek 13-27%-ban tudjuk kihasználni. Fenti gondolatmenet más szavakkal: ha választani kellene egy olcsóbb és egy drágább markológép között, a forgalmazó szerint a drágább gép sokkal több földet mozgat meg a munkanapok 20% részében (pl. a keddi napokon), akkor melyik gépet vennénk meg? Az árkülönbségtől függ.

Hogy a napkollektorok esetében mi számít kicsi vagy nagy árkülönbségnek, mindenki döntse el maga. Ne vezessük félre magunkat azzal, hogy a drága síkkollektort árát hasonlítjuk a „szuper-akciós” vákumcsöves kollektor árával. Az hogy mitől jó egy vákumcsöves, és mitől jó egy síkkollektor, külön cikk témája lehetne. Az eligazodáshoz viszont igen jó segítség, a tanusítóintézetek (Fraunhofer, ISFH, SPF) által kibocsátott komplex teszt dokumentáció, amiben a konkrét termék hatásfok görbéje benne foglaltatik. Ilyet a komoly gyártók fel tudnak mutatni…és ha a magyar valóságot is be szeretném mutatni, akkor hozzáteszem: a komolytalanok pedig a sokat kérdező érdeklődőnek elküldenek egy kiollózott hatásfokgörbét, persze a jobb gyártó teszteredményéből..

Nem célom lebeszélni az olvasót a vákumcsöves kollektorról, mert ezek megbízható, és kiválóan működő eszközök akár -10C° hőmérsékletben is. Célom, hogy árnyaljam a közvéleményben kialakult túlzottan leegyszerűsített véleményt, miszerint:” a vákumcsöves kollektorok hatásfoka jobb, és punktum”.

Utolsó gondolatként, az élettartamról. A síkkollektorokról vannak megbízható információk, mert ezek működnek már 25-30 éve. Mondhatjuk, hogy a síkkollektorok élettartama 25-30 év? Tegyük hozzá rögtön, hogy az elmúlt 5-10 évben számos technikai újítás került beépítésre (pl. új szelektív bevonatok), amik élettartama mesterséges módszerekkel modellezhető ugyan, de az Élet még nem próbálta őket ilyen hosszú ideig. 30 éve a mediterrán országok kollektorai működnek, amik a lehető legegyszerűbbek: fagyveszély nincs, a szórt napsugárzás arány alacsony, a hőmérséklet különbségek (tél-nyár) kicsik, éppen ezért nincs szükség drága szelektív bevonatokra és más műszaki trükkökre. Murphy óta tudjuk, hogy a hosszú és megbízható működés legfontosabb alappillére az egyszerű felépítés. Mindez fokozottabban érvényes a vákumcsöves kollektorokra, amik 8-10 éve jelentek meg a világpiacon. Van forgalmazó, aki hasraütésszerűen 30 év élettartamot jelenít meg honlapján. Vajon mire alapozza? Véleményem szerint a vákumcsöves kollektorok gyártási technológiája és felépítése is bonyolultabb, több érzékeny pont van, mint egy síkkollektor esetében. (Például a heatpipe kondenzátorának és csövének találkozása, amit az olcsóbb gyártók forrasztással, a drágábbak húzással oldanak meg, előbbi esetben kérdem én, hogy 10-15 év folyamatos hőtágulásai után a forrasztáson egyetlen kis repedés sem lesz, és azon nem fog a gáz lassan elszivárogni?)

A következő részben: a napkollektoros rendszerek megtérüléséről olvashatnak

(x)

a sorozat részei:

• A napenergia | a napkollektorok 1. rész
• A napenergia | a napkollektorok 2. rész
• A napenergia | a napkollektorok 3. rész

[poll id=”35″]