kolektor1
07-01-2011, 23:28
Witam.
Chciałem Wam zaprezentować nie co inne podejście do danych technicznych kolektorów próżniowych i wykazać na jakie pułapki jesteśmy narażeni.
Oto treść w całości:
Z powodu usunięcia przez administratora tabel i rysunków pełen tekst znajduje się na stronie:
http://www.bachus.com.pl/wicia/index.php?site=publikacja5
Kolektory próżniowe obecnie produkowane w swej budowie różnią się dość znacznie, również zastosowana ilość rur w jednym panelu sprawia trudność w prawidłowym doborze instalacji. Powstaje więc pytanie jak porównać do siebie kolektory próżniowe o różnej budowie, zasadzie działania i różnej ilości rur jak i ich średnicy. Tym bardziej, że na swoich stronach internetowych niektórzy producenci podają, że ich kolektory to szczyt techniki solarnej a materiały z których są wykonane pochodzą wręcz z NASA. Przeciętnemu inwestorowi czasami trudno się połapać w danych technicznych nie zawsze prawdziwych bo tam gdzie parametry u jednych są pokazywane jako szczytowe osiągnięcie u innych skrzętnie skrywane a w ich miejsce wstawiane inne nie dające się z niczym porównać.
Do porównań przyjęto kolektory próżniowe składające się z tej samej ilości rur (10 szt). Każdy z modeli różni się między sobą budową wewnętrzną oraz sposobem przekazywania ciepła.
I tak kolektor KSR 10 składa się z rury próżniowej o pojedynczej ściance gdzie wewnątrz umieszczono płaski listek absorbera z, którego odbierane jest w sposób bezpośredni.
Kolektory: CRD 10, POWER 10 , EDS-10-58-1800 posiadają podwójną rurę szklaną między którymi wytworzono próżnię a warstwa absorpcyjna napylona jest na zewnętrznej warstwie wewnętrznej rury. W kolektorach CRD 10 oraz POWER 10 transport ciepła odbywa się w sposób bezpośredni poprzez „u” rurkę, która jest przymocowana do tubusa metalowego wewnątrz rury próżniowej. Natomiast w kolektorze EDS-10-58-1800 transport ciepła odbywa się poprzez współosiowo umieszczoną rurkę ciepła (heat pipe) wewnątrz rury próżniowej wykorzystując przemianę fazową cieczy umieszczonej wewnątrz (wrzenie i skraplanie).
We wszystkich przypadkach do porównań przyjęto wyniki badań kolektorów próżniowych z ośrodka SPF w Raperswil publikującego raporty na stronie internetowej.
1. kolektor KSR 10 bez lustra
2. kolektor CRD 10 z lustrem płaskim
3. kolektor POWER 10 lustrem parabolicznym
4. kolektor EDS-10-58-1800 tak zwany heat pipe bez lustra
kolektor KSR 10 –budowa:
http://obrazki.elektroda.pl/5515015100_1294421260.jpg
kolektor CRD 10 –budowa:
http://obrazki.elektroda.pl/6504009600_1294422499.jpg
Kolektor POWER 10 budowa
http://obrazki.elektroda.pl/6270988700_1294422621.jpg
Kolektor EDS-10-58-1800 budowa
http://obrazki.elektroda.pl/3032934600_1294422723.jpg
Wstępna analiza porównawcza:
:
Podstawowym kryterium porównywanych kolektorów (jak i innych urządzeń grzewczych) jest ich sprawność.
W przypadku kolektorów słonecznych jest to sprawność optyczna wyznaczona w stosunku do powierzchni apertury, oraz w stosunku do powierzchni absorbera.
Dla lepszego zobrazowania wyników ujęto je w tabelę:
http://obrazki.elektroda.pl/8875774600_1294423371.jpg
Analizując powyższą tabelę widać, że sprawność jest iloczynem maksymalnej mocy kolektora w stosunku do jego powierzchni tak dla apertury jak i absorbera. Np. 0, 791:1,014=0,78 dla powierzchni apertury lub: 0,791:0,931=0,85 dla powierzchni absorbera
Producenci jednak rzadko na swoich stronach internetowych podają obydwie sprawności. A raczej praktyką powszechną jest podawanie tej wyższej sprawności. Na ogół podawana jest sprawność bez określania w stosunku do jakiej powierzchni jest liczona. Wynika to z lepszego zaprezentowania swojego produktu.
I tak jeżeli naszym kryterium wyboru kolektora będzie sprawność w stosunku do powierzchni apertury to kolektor KSR 10 będzie na pierwszym miejscu, dalej kolektor POWER 10 następnie CRD 10 i jako najgorszy EDS-10-58-1800.
Jeżeli zaś przyjmiemy kryterium w stosunku do powierzchni absorbera to najlepszym okaże się kolektor KSR 10 dalej EDS-10-58-1800 (który w poprzednim kryterium był najgorszym) dalej kolektor POWER 10 i najgorszy CRD 10. Proszę jednak zwrócić uwagę, że kolektory: CRD 10 i POWER 10 powierzchnię absorbera mają większą niż powierzchnie całkowitą co mogło by się wydawać pewną sprzecznością. Wynika to z faktu dodania lustra pod kolektorem a którego powierzchnia również jest brana pod uwagę i im jest większa powierzchnia lustra tym gorszy jest wynik sprawności. Po analizie również innych kolektorów , które posiadają lustra płaskie czy paraboliczne dochodzimy do wniosku, że właśnie te mają najgorsze sprawności co by one nie znaczyły. Z tak przedstawionych wyników można stwierdzić że istnieje tu swoista kwadratura koła. A przecież producent dodając lustro podnosi ilość energii uzyskiwaną z kolektora próżniowego wykorzystując przerwy między rurami w stosunku do kolektora bez lustra. W tym miejscu należy się zastanowić czy patrząc na sprawność faktycznie kolektor CRD 10 i POWER 10 są faktycznie tak kiepskiej jakości. Otóż nie, wręcz przeciwnie.
Jeżeli zaś naszym kryterium doboru będzie maksymalna moc kolektora a nie sprawność interpretowana w sposób dowolny to sytuacja będzie już bardziej klarowna., gdzie dla potencjalnego nabywcy powierzchnia nie ma większego znaczenia. Porównując maksymalną moc w naszym zestawieniu okazuje się, że kolektory z lustrami są jednak kolektorami najlepszymi i tak nasze porównanie będzie wyglądało następująco: najlepszym będzie CRD 10, który poprzednio był jednym z najgorszych, dalej POWER 10, następnie KSR 10 i na końcu EDS-10-58-1800.
Czy aby na pewno ten sposób wyboru kolektora będzie odpowiedni, spyta uważny czytelnik. Przecież taki sposób nie uwzględnia strat cieplnych a które się też wyznacza. Otóż one już zależą od samego wykonania kolektora i stopnia wykonania izolacji. A wielkość tych strat wyznacza wykres maksymalnej mocy. Im bardziej linia pochyla się do osi x tym większe są straty cieplne (wykresy po lewej stronie). Np. kolektor EDS-10-58-1800 przy promieniowaniu 1000W/m2 i przy różnicy temperatur 100oC będzie już pracował z mocą wynoszącą tylko ok. 270W
Prócz prezentowanych wyżej parametrów kolektora, podczas badań wyznacza się jeszcze: stałą czasową kolektora, pojemność cieplną , opory przepływu przez kolektor, straty cieplne oraz modyfikator kąta padania. Jednak chcąc porównać według tych kryteriów trzeba by na początek mocno zagłębić się w normy opisujące te zagadnienia, które jednak dla przeciętnego inwestora są w dużej części niezrozumiałe
Z tak przedstawionych wyników można by sądzić, że wyniki badań kolektorów słonecznych, wykonanych wg normy PN-EN 12975, nie są wyłącznymi wyznacznikami ich wartości, tym bardziej, że nie istnieją jakiekolwiek wytyczne, które by je klasyfikowały ( PN-EN 12975-1). Ale jednak trzeba przyjąć jakieś kryteria doboru i wyboru kolektorów słonecznych, szczególnie kolektorów próżniowych.
Można by się zastanawiać czy pod uwagę brać maksymalną moc kolektora wyznaczoną przy promieniowaniu 1000W/m2, bo ta jest jednak wyznaczana w warunkach laboratoryjnych i rzadko osiągalna w konkretnej instalacji. Czy nie trzeba było by stosować porównań przy niższym promieniowaniu np. 600W/m2 i 400W/m2. Dało by to pełniejszy obraz osiągów kolektora przy gorszych warunkach nasłonecznienia, bardziej zbliżonych do rzeczywistości.
A jednak z całej tej gamy wykresów, tabel i zestawień wystarczy wziąć jeden jedyny, i chyba najważniejszy parametr dla potencjalnego użytkownika a jest to maksymalna moc kolektora [W]. Wykonując proste działanie, cena kolektora: maksymalna moc kolektora otrzymamy cenę jednostkową 1W mocy.
Dokładnie tak jak to się dzieje przy bateriach słonecznych a przecież tam nikt nie wyznacza skomplikowanych zestawień technicznych przeciętnemu inwestorowi nic nie mówiących a podlegają one jednak tej samej procedurze badań.
Na nasze cele porównawcze stwórzmy jeszcze jeden parametr nazywając go współczynnikiem strat mocy kolektora, który w pewnej mierze będzie odzwierciedlał współczynniki strat cieplnych a będzie to iloczyn największej mocy kolektora (przy różnicy temp. 0oC) do mocy przy różnicy temp. 70oC. I tak dla kolektora idealnego (bez strat) współczynnik będzie wynosił 1. Dla kolektora EDS-10-58-1800 współczynnik ten będzie wynosił: 521:300=1,72 a więc dość niekorzystnie.
Na koniec w tabeli poniżej w ostatniej kolumnie przedstawiono współczynnik bezwymiarowy. Otóż przy wyborze kolektora może okazać się, że jeden kolektor ma korzystny współczynnik ceny do mocy kolektora ale za to gorszy współczynnik strat mocy i odwrotnie. Wystarczy przemnożyć wyniki w obydwu kolumnach aby uzyskać jednolity obraz które kolektory mają najkorzystniejsze parametry (im mniejszy wynik w ostatniej kolumnie tym lepiej).
Do porównań dużej części kolektorów próżniowych wzięto dane z prezentowanych raportów badań oraz materiały ze stron internetowych producentów zestawiając wyniki w tabele:
http://obrazki.elektroda.pl/7549834500_1294483918.jpg
W przedstawionym opracowaniu starałem się przybliżyć jak czasami złudne jest patrzenie na kolektor próżniowy tylko pod kątem jego sprawności optycznej a w szczególności dotyczy to kolektorów z lustrem. Celowo nie zagłębiałem się w opisywanie poszczególnych parametrów bardziej złożonych lub ich zależności bo dla przeciętnego czytelnika było by to nie zrozumiałe. Z doświadczenia wiem, że nawet osoby zajmujące się montażem instalacji solarnych mają duże kłopoty w interpretacji wyników z raportów badań kolektorów, lub ich nie rozumieją.
pozdrawiam.
Witold Jabłoński
Chciałem Wam zaprezentować nie co inne podejście do danych technicznych kolektorów próżniowych i wykazać na jakie pułapki jesteśmy narażeni.
Oto treść w całości:
Z powodu usunięcia przez administratora tabel i rysunków pełen tekst znajduje się na stronie:
http://www.bachus.com.pl/wicia/index.php?site=publikacja5
Kolektory próżniowe obecnie produkowane w swej budowie różnią się dość znacznie, również zastosowana ilość rur w jednym panelu sprawia trudność w prawidłowym doborze instalacji. Powstaje więc pytanie jak porównać do siebie kolektory próżniowe o różnej budowie, zasadzie działania i różnej ilości rur jak i ich średnicy. Tym bardziej, że na swoich stronach internetowych niektórzy producenci podają, że ich kolektory to szczyt techniki solarnej a materiały z których są wykonane pochodzą wręcz z NASA. Przeciętnemu inwestorowi czasami trudno się połapać w danych technicznych nie zawsze prawdziwych bo tam gdzie parametry u jednych są pokazywane jako szczytowe osiągnięcie u innych skrzętnie skrywane a w ich miejsce wstawiane inne nie dające się z niczym porównać.
Do porównań przyjęto kolektory próżniowe składające się z tej samej ilości rur (10 szt). Każdy z modeli różni się między sobą budową wewnętrzną oraz sposobem przekazywania ciepła.
I tak kolektor KSR 10 składa się z rury próżniowej o pojedynczej ściance gdzie wewnątrz umieszczono płaski listek absorbera z, którego odbierane jest w sposób bezpośredni.
Kolektory: CRD 10, POWER 10 , EDS-10-58-1800 posiadają podwójną rurę szklaną między którymi wytworzono próżnię a warstwa absorpcyjna napylona jest na zewnętrznej warstwie wewnętrznej rury. W kolektorach CRD 10 oraz POWER 10 transport ciepła odbywa się w sposób bezpośredni poprzez „u” rurkę, która jest przymocowana do tubusa metalowego wewnątrz rury próżniowej. Natomiast w kolektorze EDS-10-58-1800 transport ciepła odbywa się poprzez współosiowo umieszczoną rurkę ciepła (heat pipe) wewnątrz rury próżniowej wykorzystując przemianę fazową cieczy umieszczonej wewnątrz (wrzenie i skraplanie).
We wszystkich przypadkach do porównań przyjęto wyniki badań kolektorów próżniowych z ośrodka SPF w Raperswil publikującego raporty na stronie internetowej.
1. kolektor KSR 10 bez lustra
2. kolektor CRD 10 z lustrem płaskim
3. kolektor POWER 10 lustrem parabolicznym
4. kolektor EDS-10-58-1800 tak zwany heat pipe bez lustra
kolektor KSR 10 –budowa:
http://obrazki.elektroda.pl/5515015100_1294421260.jpg
kolektor CRD 10 –budowa:
http://obrazki.elektroda.pl/6504009600_1294422499.jpg
Kolektor POWER 10 budowa
http://obrazki.elektroda.pl/6270988700_1294422621.jpg
Kolektor EDS-10-58-1800 budowa
http://obrazki.elektroda.pl/3032934600_1294422723.jpg
Wstępna analiza porównawcza:
:
Podstawowym kryterium porównywanych kolektorów (jak i innych urządzeń grzewczych) jest ich sprawność.
W przypadku kolektorów słonecznych jest to sprawność optyczna wyznaczona w stosunku do powierzchni apertury, oraz w stosunku do powierzchni absorbera.
Dla lepszego zobrazowania wyników ujęto je w tabelę:
http://obrazki.elektroda.pl/8875774600_1294423371.jpg
Analizując powyższą tabelę widać, że sprawność jest iloczynem maksymalnej mocy kolektora w stosunku do jego powierzchni tak dla apertury jak i absorbera. Np. 0, 791:1,014=0,78 dla powierzchni apertury lub: 0,791:0,931=0,85 dla powierzchni absorbera
Producenci jednak rzadko na swoich stronach internetowych podają obydwie sprawności. A raczej praktyką powszechną jest podawanie tej wyższej sprawności. Na ogół podawana jest sprawność bez określania w stosunku do jakiej powierzchni jest liczona. Wynika to z lepszego zaprezentowania swojego produktu.
I tak jeżeli naszym kryterium wyboru kolektora będzie sprawność w stosunku do powierzchni apertury to kolektor KSR 10 będzie na pierwszym miejscu, dalej kolektor POWER 10 następnie CRD 10 i jako najgorszy EDS-10-58-1800.
Jeżeli zaś przyjmiemy kryterium w stosunku do powierzchni absorbera to najlepszym okaże się kolektor KSR 10 dalej EDS-10-58-1800 (który w poprzednim kryterium był najgorszym) dalej kolektor POWER 10 i najgorszy CRD 10. Proszę jednak zwrócić uwagę, że kolektory: CRD 10 i POWER 10 powierzchnię absorbera mają większą niż powierzchnie całkowitą co mogło by się wydawać pewną sprzecznością. Wynika to z faktu dodania lustra pod kolektorem a którego powierzchnia również jest brana pod uwagę i im jest większa powierzchnia lustra tym gorszy jest wynik sprawności. Po analizie również innych kolektorów , które posiadają lustra płaskie czy paraboliczne dochodzimy do wniosku, że właśnie te mają najgorsze sprawności co by one nie znaczyły. Z tak przedstawionych wyników można stwierdzić że istnieje tu swoista kwadratura koła. A przecież producent dodając lustro podnosi ilość energii uzyskiwaną z kolektora próżniowego wykorzystując przerwy między rurami w stosunku do kolektora bez lustra. W tym miejscu należy się zastanowić czy patrząc na sprawność faktycznie kolektor CRD 10 i POWER 10 są faktycznie tak kiepskiej jakości. Otóż nie, wręcz przeciwnie.
Jeżeli zaś naszym kryterium doboru będzie maksymalna moc kolektora a nie sprawność interpretowana w sposób dowolny to sytuacja będzie już bardziej klarowna., gdzie dla potencjalnego nabywcy powierzchnia nie ma większego znaczenia. Porównując maksymalną moc w naszym zestawieniu okazuje się, że kolektory z lustrami są jednak kolektorami najlepszymi i tak nasze porównanie będzie wyglądało następująco: najlepszym będzie CRD 10, który poprzednio był jednym z najgorszych, dalej POWER 10, następnie KSR 10 i na końcu EDS-10-58-1800.
Czy aby na pewno ten sposób wyboru kolektora będzie odpowiedni, spyta uważny czytelnik. Przecież taki sposób nie uwzględnia strat cieplnych a które się też wyznacza. Otóż one już zależą od samego wykonania kolektora i stopnia wykonania izolacji. A wielkość tych strat wyznacza wykres maksymalnej mocy. Im bardziej linia pochyla się do osi x tym większe są straty cieplne (wykresy po lewej stronie). Np. kolektor EDS-10-58-1800 przy promieniowaniu 1000W/m2 i przy różnicy temperatur 100oC będzie już pracował z mocą wynoszącą tylko ok. 270W
Prócz prezentowanych wyżej parametrów kolektora, podczas badań wyznacza się jeszcze: stałą czasową kolektora, pojemność cieplną , opory przepływu przez kolektor, straty cieplne oraz modyfikator kąta padania. Jednak chcąc porównać według tych kryteriów trzeba by na początek mocno zagłębić się w normy opisujące te zagadnienia, które jednak dla przeciętnego inwestora są w dużej części niezrozumiałe
Z tak przedstawionych wyników można by sądzić, że wyniki badań kolektorów słonecznych, wykonanych wg normy PN-EN 12975, nie są wyłącznymi wyznacznikami ich wartości, tym bardziej, że nie istnieją jakiekolwiek wytyczne, które by je klasyfikowały ( PN-EN 12975-1). Ale jednak trzeba przyjąć jakieś kryteria doboru i wyboru kolektorów słonecznych, szczególnie kolektorów próżniowych.
Można by się zastanawiać czy pod uwagę brać maksymalną moc kolektora wyznaczoną przy promieniowaniu 1000W/m2, bo ta jest jednak wyznaczana w warunkach laboratoryjnych i rzadko osiągalna w konkretnej instalacji. Czy nie trzeba było by stosować porównań przy niższym promieniowaniu np. 600W/m2 i 400W/m2. Dało by to pełniejszy obraz osiągów kolektora przy gorszych warunkach nasłonecznienia, bardziej zbliżonych do rzeczywistości.
A jednak z całej tej gamy wykresów, tabel i zestawień wystarczy wziąć jeden jedyny, i chyba najważniejszy parametr dla potencjalnego użytkownika a jest to maksymalna moc kolektora [W]. Wykonując proste działanie, cena kolektora: maksymalna moc kolektora otrzymamy cenę jednostkową 1W mocy.
Dokładnie tak jak to się dzieje przy bateriach słonecznych a przecież tam nikt nie wyznacza skomplikowanych zestawień technicznych przeciętnemu inwestorowi nic nie mówiących a podlegają one jednak tej samej procedurze badań.
Na nasze cele porównawcze stwórzmy jeszcze jeden parametr nazywając go współczynnikiem strat mocy kolektora, który w pewnej mierze będzie odzwierciedlał współczynniki strat cieplnych a będzie to iloczyn największej mocy kolektora (przy różnicy temp. 0oC) do mocy przy różnicy temp. 70oC. I tak dla kolektora idealnego (bez strat) współczynnik będzie wynosił 1. Dla kolektora EDS-10-58-1800 współczynnik ten będzie wynosił: 521:300=1,72 a więc dość niekorzystnie.
Na koniec w tabeli poniżej w ostatniej kolumnie przedstawiono współczynnik bezwymiarowy. Otóż przy wyborze kolektora może okazać się, że jeden kolektor ma korzystny współczynnik ceny do mocy kolektora ale za to gorszy współczynnik strat mocy i odwrotnie. Wystarczy przemnożyć wyniki w obydwu kolumnach aby uzyskać jednolity obraz które kolektory mają najkorzystniejsze parametry (im mniejszy wynik w ostatniej kolumnie tym lepiej).
Do porównań dużej części kolektorów próżniowych wzięto dane z prezentowanych raportów badań oraz materiały ze stron internetowych producentów zestawiając wyniki w tabele:
http://obrazki.elektroda.pl/7549834500_1294483918.jpg
W przedstawionym opracowaniu starałem się przybliżyć jak czasami złudne jest patrzenie na kolektor próżniowy tylko pod kątem jego sprawności optycznej a w szczególności dotyczy to kolektorów z lustrem. Celowo nie zagłębiałem się w opisywanie poszczególnych parametrów bardziej złożonych lub ich zależności bo dla przeciętnego czytelnika było by to nie zrozumiałe. Z doświadczenia wiem, że nawet osoby zajmujące się montażem instalacji solarnych mają duże kłopoty w interpretacji wyników z raportów badań kolektorów, lub ich nie rozumieją.
pozdrawiam.
Witold Jabłoński