Strona dla uczniów technikum

 

Strona główna

Galeria Mapa strony Historia Kontakt PSBiG Filmy  

Technik urządzeń i systemów energetyki odnawialnej

 

     Vademecum energetyki odnawialnej

Energia wód płynących Energia słoneczna Energia geotermalna Energia wiatru
Pompy ciepła Biomasa Biogaz Energia oceanów
Ustawy i rozporządzenia  
 Jesteś:
Energia słonecznaKolektory słoneczneKolektory rurowe

 

7. Kolektory rurowe

7.1 Kolektory przepływowe typu "rura w rurze"

7.2 Kolektory typu U-rurka

7.3 Kolektory typu "Heat Pipe"

7.4 Kolektory systemu CPC

7.5 Kolektory rurowe modułowe

 

Kolektory przepływowe  typu "rura w rurze"

W kolektorach tego typu czynnik grzejny krąży w dwuściennej rurce miedzianej. Schłodzony czynnik powracający z instalacji wpływa wewnętrzną rurką, ogrzewa się odbierając ciepło od absorbera i wraca w przestrzeni międzyrurkowej do instalacji. Rura podwójna  osadzona jest zwykle centralnie w rurze próżniowej szklanej pojedynczej i z wierzchu przykryta jest absorberem zwiększającym wymianę ciepła. W górnej części rurka podłączona jest do dwuściennej rury kolektora (zasilenie i powrót) umieszczonego w izolacji z pianki.  Kolektor posiada zawsze dwie rury: dolną, dwuścienną i górną powrotną z czynnikiem ogrzanym. Dzięki takiemu rozwiązaniu zasilenie i powrót są zawsze z tej samej strony kolektora.

Rys. Przekrój przez kolektor typu "rura w rurze".

 

Kolektory rurowe próżniowe typu "rura w rurze" występują też pod nazwą przepływowych "direct flow". Produkowane są standardowo z rur szklanych jednowarstwowych. Powierzchnię czynną kolektora liczy się tutaj jako powierzchnię prostokąta o szerokości i długości blachy absorbera. Poniżej przykład tego typu kolektora w wykonaniu firmy Vissmann.
 

 

Kolektory próżniowe rurowe typu "rura w rurze" mają najczęściej kolektor zbiorczy w górnej części. Powoduje to problemy  z opróżnianiem rur z czynnika grzejnego (roztworu glikolu), przy wystąpieniu temperatury stagnacji. Tworzący się wtedy syfon utrudnia wypchnięcie glikolu do naczynia wzbiorczego. Na rynku można też znaleźć rozwiązania z kolektorem zbiorczym w dolnej części  (np. KSR 10 firmy Hewalex), gdzie problem powyższy nie występuje.

Rys. Kolektor rurowy z dolnym zasilaniem KSR 10 firmy Hewalex. Po prawej zachowanie się kolektora przy wystąpieniu temperatury stagnacji.

Kolektory przepływowe typu "U-rurka"

 Kolektory przepływowe typu U-rurka posiadają podwójną rurę szklaną (tzw. naczynie Dewara) z próżnią pomiędzy rurami szklanymi. Rura zewnętrzna jest całkowicie przeźroczysta, natomiast wewnętrzna jest pokryta po zewnętrznej stronie napylonym absorberem. Wewnątrz takiego "syfonu" szklanego znajduje się wymiennik ciepła w postaci aluminiowej blachy w kształcie walca do której przymocowana jest miedziana U-rurka. Pod wpływem promieniowania słonecznego w syfonie szklanym dochodzi do efektu szklarniowego, w wyniku czego absorber wewnętrznej rury szklanej nagrzewa się do bardzo wysokiej temperatury. Przylegająca do niego aluminiowa blacha wymiennika   odbiera ciepło, przekazując je dalej rurce miedzianej, przez którą przepływa czynnik grzejny. Skuteczność działania kolektora typu U-pipe, zależy w dużej mierze od dokładności wykonania. Blacha aluminiowa musi ściśle przylegać do rury szklanej, pomiędzy blachą a U-rurką miedziana nie może być przerwy powietrznej. Kolektory U-pipe często występują z dodatkowym zwierciadłem odblaskowym zwiększającym wielkość promieniowania odbitego. Zwierciadło może być płaskie, lub paraboliczne (zob. system CPC).


Fot. Kolektor rurowy prózniowy typu U-rurka (Bachus)
 
 


Kolektory typu Heat-pipe

    Kolektory rurowe typu "heat pipe" z ang. "gorąca rura", zbudowane są z rur szklanych jedno- lub dwuściennych. Głęboka próżnia w wyniku odpompowania powietrza wynosi w nich <1x10-5 mbar. Wewnątrz rur szklanych zamocowane są miedziane rurki cieplne zakończone u dołu niewielkim rozszerzeniem, a u góry pokaźnym zbiorniczkiem w którym zachodzi proces skraplania. Zbiorniczek umieszczony jest w wymienniku ciepła przez który przepływa bezpośrednio płyn roboczy w instalacji. Wewnątrz rurki cieplnej znajduje się osobny płyn roboczy, ni mający fizycznego kontaktu z glikolem. Rurki cieplne przymocowane są do absorbera odbierającego ciepło promieniowania słonecznego, przy czym jego kształt jest różny:

- w kolektorach z rurą szklaną jednowarstwową absorber ma zwykle kształt prostokąta

- w kolektorach próżniowych dwuściennych, syfonowych z naczyniem Dewara, absorber ma kształt cylindra (rys.).

Zasada działania kolektora przypomina pompę ciepła. Po nagrzaniu rurki znajdujący się w niej płyn zaczyna parować i kieruje się do kondensatora. Tam skrapla się oddając ciepło i jako ciecz powraca grawitacyjnie na dno rurki, po czym cały proces zaczyna się od nowa.

    Rurki cieplne – Heat-pipe powinny zostać zamontowane pod kątem minimum 25°. Optymalne nachylenie w naszej strefie klimatycznej to 43° - 55°. Kolektory rurowe próżniowe są do 30% sprawniejsze w okresie jesiennym i do 60% w okresie zimowym od kolektorów płaskich. Są jednak bardziej podatne na uszkodzenia mechaniczne i droższe.

    W kolektorach Heat-pipe, przy zbyt wysokim nasłonecznieniu może dochodzić do przegrzania się kondensatora i wzrostu temperatury płynu w instalacji wymiennika ciepła (glikolu) do niebezpiecznych temperatur grożących zagęszczeniem płynu. Aby do tego nie dopuścić w niektórych rozwiązaniach stosowane są bezpieczniki odcinające dopływ pary do kondensatora.

Kolektor Vitosol 300 firmy VISSMANN. Ozn. 1- izolacja termiczna, 2-połączenie "na sucho" kondensatora z wymiennikiem ciepła, 3-wymiennik, 4-szczelna obracalna głowica, 5-absorber , 6-rura szklana próżniowa, 7-rurka Heat-pipe

Kolektory próżniowe systemu CPC

    Posiadają zwierckolektor-budowa.jpgiadło paraboliczne CPC (z ang. Compound Parabolic Concentrator) z tyłu rur szklanych odbijające promieniowanie słoneczne w kierunku rur. System taki zwiększa wydajność kolektora o co najmniej 15%, dzięki uchwyceniu promieni padających pod niekorzystnym kątem lub promieniowania rozproszonego.

 

 


 

 

 

zasada-dzialania-kolektora.gifKolektory CPC mogą być mocowane zarówno na dachach skośnych jak i na dachach płaskich przy zastosowaniu odpowiedniej konstrukcji wsporczej. Poniżej w tabeli dane techniczne kolektorów Watt CPC.  

 

 

 

 

 

Parametry

WATT CPC 9

WATT CPC 15

szer./wys./głęb. 1105/ 1930/ 122mm 1835/ 1930/ 122mm
rury przepływowe 1xØ15x1x1110mm
2xØ15x1x1070mm
9xØ6x0,5x3560mm
1xØ15x1x1842mm
1xØ22x1x1802mm
15xØ6x0,5x3560mm
masa kolekt. pustego 33 kg 54 kg
objętość cieczy w kolektorze 1,06 l. 1,77 l.
liczba rur szklanych 9 15
powierzchnia brutto kolektora 2,1 m2 3,36 m2
powierzchnia czynna 1,92 m2 3,21 m2
króćce przyłączeniowe 15 mm 15 mm
maksymalne ciśnienie robocze 10 bar 10 bar
strumień przepływu czynnika przez kolektor 0,6 l/min 1 l/min
współczynnik sprawności ηo 0,568 * 0,568 *
współczynnik utraty ciepła a1 1,24 W/ (m2K) 1,24 W/ (m2K)
Zależność temperatury utraty ciepła, a2 0,0038 W/ (m2K) 0,0038 W/ (m2K)g
maksymalna temperatura stagnacji 281OC 281OC
materiał kolektora AL./Cu/szkło AL./Cu/szkło
rura próżniowa

gwarancja

zgodność z normą

certyfikaty

borosilicate glass 3.3
47/37/1,6/1800mm

5 lat

EN 12975

SOLAR KEYMARK

borosilicate glass 3.3
47/37/1,6/1800mm

5 lat

EN 12975

SOLAR KEYMARK 

W 2015 roku na rynku pojawiły się kolektory firmy Paradigma o nazwie AQUA PLASMA z U-rurką wykonaną ze stali specjalnej i systemem CPC parabolicznym. W kolektorze firmy Paradigma w komorze znajdują się dwie rury zbiorcze i rura powrotna. Rura zbiorcza zasila co drugą U-rurkę (rys.).

 

Rys. Kolektor Aqua Plasma. Ozn. 1- rura powrotna, 2-rura zasilająca, 3-izolacja cieplna, 4-komora zbieracza, 5-powrót zimny, 6-zasilenie, gorące, 7-rura prózniowa, 8-profil aluminiowy przenoszący ciepło, 9-zwierciadło odblaskowe CPC, 10- U-rurka ze stali specjalnej.

 

 

 

 

 

Fot. Kolektor AQUA PLASMA.

Rys. Budowa kolektora Aqua Plasma.

7.5 Kolektory rurowe modułowe

Zdecydowana większość kolektorów rurowych próżniowych produkowana jest i łączona w baterie od kilku do kilkudziesięciu rur. Bateria taka zamocowana jest w kolektorze zbiorczymCzęsto rozwiązanie takie powoduje małe możliwości w doborze mocy kolektora. Mając np. do dyspozycji układy 20 i 30 rurowe w danej firmie  godzimy się na skokowy wzrost mocy. Alternatywą dla tego problemu może być kolektor próżniowy modułowy, który można niemal dowolnie rozbudowywać na dachu poprzez dołączanie kolejnych modułów (pojedynczych rur). Kolektory o nazwie handlowej Varisolwykonywane sa w technologii Heat Pipe (Varisol HP) jak i Direct Flow (przepływowe- Varisol DF).

Fot. Kolektor modułowy Varisol.

Fot. Montaż kolektora modułowego Varisol. Po wsunięciu w poprzedni moduł, rurę szklaną należy przekręcić do zakliknięcia.

Testy
Egzamin zawodowy
Materiały do zajęć
Ciekawe linki

 

 

 

 Internetowe liczniki