II kwartał 2022 roku przyniósł ponowny wzrost sprzedaży kolektorów słonecznych, który wyniósł kilka procent względem roku 2021. Wzrost mógłby być większy, ale także w tej grupie produktowej zaczęły się problemy z dostępnością surowców do produkcji.

Kolektory słoneczne jako źródło wspomagające

W istniejących budynkach o średnim zużyciu ciepła, energia słoneczna nie może pokryć zwykle więcej niż 30 - 40% całkowitego zapotrzebowania na ciepło, nawet przy bardzo dużych instalacjach. W nowych budynkach o znacznie niższym zapotrzebowaniu na ciepło (domy niskoenergetyczne lub pasywne) można osiągnąć wyższy udział pokrycia zapotrzebowania na ciepło energią pozyskaną przez kolektory słoneczne, a w wyjątkowych przypadkach np. w tzw. domach słonecznych ten stopień pokrycia wynosi nawet do 100%. Często kolektory są wykorzystywane jako źródła wspomagające główną instalację podgrzewającą ciepłą wodę użytkową. Czy warto postawić na kolektor próżniowo-rurowy z rurką cieplną? Co oferuje nam technologia heat pipe?

Co to jest kolektor słoneczny z rurą cieplną (heat pipe)?

Kolektor słoneczny z rurą cieplną (tzw. heat pipe) zawsze połączony jest z istniejącym urządzeniem do podgrzewania wody. Selektywna powłoka absorbera na wewnętrznej pokrywie rur próżniowych pochłania energię słoneczną, a następnie przekształca energię słoneczną w ciepło i przekazuje je do rury cieplnej za pomocą aluminiowego żebra. 

Ogrzana ciecz wewnątrz rurki cieplnej zamienia się w parę, która unosi się do górnego skraplacza, następnie ciecz przekazująca ciepło przechodzi przez wymiennik, a ochłodzona para staje się cieczą, wracając do podstawy rurki cieplnej. Pozwala to na bezpośrednie przekazywanie ciepła z absorbera do rurki ciepła, eliminując wykorzystanie dodatkowego przekaźnika.

Ciepło jest przewodzone w cieczy przez rurkę miedzianą. To przenoszenie ciepła do cieczy tworzy ciągłą cyrkulację tak długo, jak kolektor jest ogrzewany przez słońce. 

• Zobacz również: Fotowoltaika a oszczędzanie energii – ile możemy zyskać?

Heat pipe - obieg grawitacyjny i wymuszony

Najtańszą i jednocześnie najprostszą instalacją jest system kolektorowy działający grawitacyjnie. Nagrzany w kolektorze czynnik grzewczy unosi się do góry zasobnika bez użycia pompy obiegowej, następnie po oddaniu ciepła w zasobniku ostudzony czynnik wraca do kolektora. Wówczas konieczne jest umieszczenie zasobnika powyżej kolektorów. Do czego się to więc sprowadza? Do ustawienia kolektorów na stelażach na ziemi, a zasobnika na piętrze w budynku.

Drugim stosowanym rozwiązaniem jest instalacja z obiegiem wymuszonym. Nie posiada ona wad instalacji z obiegiem grawitacyjnym, ale konieczne jest w nim zastosowanie pompy oraz układu automatycznego sterowania. Zazwyczaj w takim obiegu stosowane są zbiorniki wyposażone w dwie wężownice. Pozwalają one na współpracę z dwoma źródłami ciepła. Do dolnej wężownicy podłączona jest instalacja solarna, a do górnej źródło ciepła wykorzystywane np. do ogrzewania. Gdy panują sprzyjające warunki automatycznie włączana jest pompa obiegowa tłocząca rozgrzany czynnik z kolektora do wężownicy w zbiorniku.

W razie uszkodzenia rury próżniowej cały układ nadal działa, ale w przypadku braku energii elektrycznej ciepło z kolektorów nie jest odbierane. Przy uszkodzeniu rury spada wydajność układu. W rurach próżniowych nie ma żadnych płynów co sprawia, że w każdej chwili można zdemontować rurę bez konieczności opróżniania układu.

Nie tylko promieniowanie bezpośrednie

Są to urządzenia, które posiadają wysoką sprawność. Wynika to ze zdolności do absorbowania rozproszonego promieniowania słonecznego (np. w pochmurne dni) oraz maksymalnego ograniczenia strat ciepła. Energia jest uzyskiwana nie tylko z bezpośrednio padających promieni słonecznych, ale również ze światła odbitego.

Zalety kolektorów heat pipe

Zalety kolektora słonecznego z rurą cieplną przedstawiają się następująco.

• Ciecz w rurce cieplnej nie łączy się z wodą w rurze i ma względnie dużą mrozoodporność. Rura cieplna w kolektorze słonecznym przekazuje ciepło do wody poprzez blok przewodzący ciepło połączony sztywno z sekcją kondensacyjną. Nadaje się do obszarów o wysokiej temperaturze.
• Szybkie ogrzewanie w pochmurną i słoneczną pogodę o niskim nasłonecznieniu może nadal mieć dobrą wydajność i przygotowywać ciepłą wodę.
• Ponieważ rura cieplna w nim ma wydajność jednokierunkowej diody przenoszącej ciepło, rura cieplna nie współpracuje ze zbiornikiem ciepłej wody, aby zapobiec nocnemu ogrzewaniu i przepływowi wstecznemu.
• Wysoka niezawodność, nawet jeśli jedna rura cieplna zostanie uszkodzona, nie spowoduje awarii całego systemu zbierania ciepła;
• Ma dobrą wydajność i odporność na korozję.

A jakie są ograniczenia kolektorów heat pipe?

• Kolektor jest delikatny i kosztowny w utrzymaniu.
• Nie posiada funkcji ochrony przed przegrzaniem.
• Transport i instalacja nie są łatwe i wymagają specjalisty.
• Temperatura wody jest niestabilna i trudna do kontrolowania.

Powyższe kwestie są tożsame dla praktycznie większości kolektorów słonecznych.

Każda technologia OZE ma swoje ograniczenia. Obecna sytuacja na rynku paliw konwencjonalnych sprawia, że technologie OZE mimo swoich ograniczeń przyczyniają się do znacznych oszczędność. 

Źródło: ZENTEK, Jinyi Solar, ProEco, Termomodernizacja.pl