Kolektory próżniowe czy płaskie – jaki wybór będzie najkorzystniejszy?

Najkorzystniejszym okresem pracy instalacji solarnej są miesiące od kwietnia do września, stąd też najczęstszym jej zastosowaniem jest podgrzewanie ciepłej wody użytkowej bądź basenowej, ale także może być to wspomaganie centralnego ogrzewania. Niezależnie od tego, każda oszczędność wynikająca z niższego zużycia paliwa czy energii elektrycznej (np. dla pracy bojlera elektrycznego), oznacza wymierne korzyści dla domowego budżetu.

Jednym z dylematów wyboru jest ilość i rodzaj kolektorów słonecznych, jakie powinny być zastosowane w domu, przynosząc jak największe korzyści ekonomiczne przy jak najniższym koszcie inwestycji (fot. Hewalex).

Kolektory próżniowe i płaskie – podstawowe różnice w budowie

Przede wszystkim podstawowa różnica wynika ze sposobu ograniczenia strat ciepła z wnętrza kolektora słonecznego. Absorber pochłaniający promieniowanie słoneczne nagrzewa się do wysokich temperatur i nie całą część wytworzonego ciepła jest w stanie przekazać do czynnika grzewczego (najczęściej jest nim glikol). Bardzo ważną rolę pełni więc tutaj izolacja cieplna. W kolektorach płaskich jest to np. warstwa wełny mineralnej ułożona pod absorberem, a często także na ściankach bocznych obudowy.

Kolektory płaskie i próżniowe różnią się zasadniczo swoją budową, a co za tym idzie, także parametrami technicznymi (fot. Hewalex).

Kolektory próżniowe są zbudowane zupełnie inaczej. Absorbery są znacznie mniejsze i umieszczone w pojedynczych rurach szklanych. Wewnątrz nich powinna być utrzymywana próżnia, która zdecydowanie ogranicza straty ciepła (brak konwekcji – noszenia ciepła przez ruchy powietrza). Takie rozwiązanie z punktu widzenia technicznego jest korzystne, jednak wymaga stosowania kosztownych rozwiązań technologicznych na co nie zawsze decydują się producenci kolektorów próżniowych. Stąd też na rynku występuje bardzo duże zróżnicowanie w tym segmencie produktów i niestety dość często kolektory próżniowe są nimi w zasadzie tylko pod względem kształtu.

Kiedy kolektor próżniowy jest sprawniejszy niż kolektor płaski?

Dobrej klasy kolektory próżniowe mogą uzyskiwać wyższe wydajności cieplne w porównaniu do kolektorów płaskich, w przeliczeniu na powierzchnię czynną (apertury). Jednak nawet dla nich wydajność cieplna przeliczana na powierzchnię brutto (obrys kolektora) będzie wyraźnie niższa w porównaniu do kolektora płaskiego dobrej klasy. Wynika to z prostego faktu – w przypadku kolektora płaskiego pracuje niemal cała jego powierzchnia – obramowanie szyby zajmuje przeciętnie 10% powierzchni brutto.

Porównanie wydajności grzewczej kolektorów słonecznych w odniesieniu do powierzchni czynnej (apertury) i brutto. Parametry dla wybranych kolektorów próżniowych (jedno- i dwuścienny) oraz płaskiego, przyjęte z certyfikatów Solar Keymark dla nasłonecznienia 1000 W/m² i różnicy temperatury (absorber - otoczenie) równą 30^oC (fot. Hewalex).

W kolektorach próżniowych „martwa” powierzchnia zajmuje głównie przestrzenie pomiędzy rurami próżniowymi i stanowi zwykle od 30 do 40% powierzchni brutto kolektora. Wynika z tego ważny fakt - na tej samej powierzchni zajętej na dachu domu, znacznie większa czynna powierzchnia będzie przy zastosowaniu kolektorów płaskich. Kolektory próżniowe musiały by uzyskiwać więc około 30-40% wyższą wydajność, aby zrekompensować brak produkcji ciepła z „martwej” powierzchni pomiędzy rurami. Tak się jednak może dziać w przypadku wysokiej klasy kolektorów próżniowych, w pewnych warunkach eksploatacji.

Kiedy kolektor próżniowy jest sprawniejszy niż kolektor płaski?

Dobrej klasy kolektory płaskie w standardowym zakresie pracy instalacji solarnej uzyskują sprawności pracy wyższe niż popularne i stosunkowo niedrogie kolektory próżniowe zbudowane z rur szklanych 2-ściennych. Z kolei kolektory próżniowe o wysokosprawnej budowie mogą uzyskiwać wyraźnie wyższe sprawności pracy. Należy jednak wziąć pod uwagę wyraźnie wyższy koszt ich zakupu w porównaniu do kolektorów płaskich – przeciętnie na rynku od 3 do 6 razy w przeliczeniu na cenę jednostkową powierzchni czynnej (zł/m²).

Porównanie sprawności kolektorów słonecznych (η) oraz jednostkowych wydajności cieplnych (Q): płaski, próżniowy (o rurach jednościennych) i próżniowe z rurami dwuściennymi. Niska sprawność optyczna tych ostatnich ogranicza dostęp promieniowania słonecznego do wnętrza i obniża ich sprawność. Moc jednostkowa (W/m²) kolektora z rurami próżniowymi dwuściennymi, w przeliczeniu na powierzchnię czynną (apertury) może być niższa nawet o 50% w porównaniu do kolektora próżniowego z rurami jednościennymi. Parametry kolektorów ustalone zostały na podstawie certyfikatów Solar Keymark (fot. Hewalex).

Znacznie wyższy koszt zakupu kolektorów próżniowych wysokiej klasy technicznej sprawi, że przy stosunkowo małej różnicy w sprawnościach nie uzyska się krótszego okresu zwrotu kosztów inwestycji. Korzystny wskaźnik „Cena/Wydajność” dla kolektorów płaskich, przekłada się na ich korzystniejszą opłacalność.

Kolektory słoneczne – wybory klientów na rynku europejskim

Dla większości potrzeb uzasadnienie techniczne i ekonomiczne znajduje zastosowanie kolektorów płaskich. Warto zwrócić uwagę że kolektory słoneczne na rynkach Europy Zachodniej są znane i stosowane znacznie dłużej niż w Polsce. Jak wskazują statystyki w takich krajach jak np. Austria, Niemcy, Francja, Dania, czy Szwajcaria, udział sprzedaży kolektorów próżniowych wynosi maksymalnie 5-10%. Pomimo większej siły nabywczej, właściciele domów tych krajach preferują zdecydowanie stosowanie kolektorów płaskich. Wynika to z wielu prowadzonych w tych krajach badań oraz praktycznych wieloletnich doświadczeń użytkowników i instalatorów.

Niektóre rodzaje kolektorów próżniowych pozwalają na montaż w pozycji pionowej np. na południowej elewacji budynku. W takim przypadku ich zastosowanie znajduje uzasadnienie, ponieważ standardowo wymaga się nachylenia kolektorów słonecznych rzędu 25-45 stopni (fot. Hewalex).

Standardowy schemat instalacji solarnej niezależnie od rodzaju kolektora słonecznego

Schemat małej instalacji solarnej dla najczęstszego zastosowania, czyli podgrzewania wody użytkowej, nie zależy od wybranego rodzaju kolektora słonecznego. Jeżeli faktycznie mają być zastosowane kolektory próżniowe wysokiej klasy technicznej o wyższej wydajności niż kolektory płaskie, to producent może zalecać jedynie stosowanie większych podgrzewaczy wody i ewentualnie osprzętu (w szczególności naczynie wzbiorcze).

Standardowa mała instalacja solarna z podgrzewaczem 2-wężownicowym i 1-funkcyjnym kotłem grzewczym. To optymalne rozwiązanie zarówno dla nowych domów, jak i modernizowanych.

Ponad 30 lat doświadczenia firmy Hewalex w branży OZE

Pierwsze kolektory słoneczne były produkowane przez firmę Hewalex już w 1990 roku i jako pierwsze z Polski przechodziły pełne badania certyfikujące (1994 r. AEIOU Austria) oraz uzyskiwały certyfikaty Solar Keymark od 2007 r. Obecna oferta w zakresie instalacji solarnych, fotowoltaicznych oraz pomp ciepła wynika z konsekwentnego utrzymywania związku firmy wyłącznie z segmentem energetyki OZE. Kolektory słoneczne Hewalex od początku obejmowane były 10-letnim okresem gwarancji.

Zakład produkcyjny Hewalex w Czechowicach-Dziedzicach znajduje się od 2015 roku w TOP10 największych europejskich producentów płaskich kolektorów słonecznych (raporty SOLRICO).