Általános információk a napkollektorról

Visszatérő kérdés: a gravitációs rendszeren nincs vezérlés - nem fog túlmelegedni a rendszer, felforrni a tároló vize vagy a keringetőfolyadék? Akkor sem, ha a rendszer akár hetekig nincs használatban?

• Ez a bejegyzés a rendszer üzemeltetésre vonatkozó biztonságáról szól. A vízfelhasználást illetően tudni kell, hogy a leírt feltételek esetén a tárolóban levő víz lehet forró! Hosszabb távollétet követően óvatosan ellenőrizzük a melegvíz hőmérsékletét használat előtt!

A következő leírás azt mutatja be, hogy mi történik egy rendesen szigetelt gravitációs rendszerben, amikor hosszú időn keresztül nincs vízfelhasználás (hőkivétel). Vegyünk egy átlagos rendszert: 1 db 2 m2 felületű síkkollektorral, 100 literes tárolóval, szigetelést is beleszámítva. A számításhoz egy konkrét, EN szabvány szerinti kollektormodell adatait használtuk, de bármely más típussal is hasonló lenne az eredmény.

A táblázat azt mutatja be, hogy ahogy melegedik a kollektor, és ezzel nő a kollektor és környezete közti hőmérséklet-különbség, úgy nő a kollektor hőleadása (kisugárzik a hidegebb környezetbe), míg végül elér egy pontot, amelyen túl képtelen több hőt hasznosítani. Beáll egy állandósult (stacioner) állapot, a rendszer ugyanannyi hőt ad le, mint amennyit a sugárzásból felvesz, így a tároló vize nem melegszik tovább, a rendszer önszabályozó. (A vezetékhálózat hosszától függően a valós értékek lehetnek az alábbiaknál jelentősen alacsonyabbak).

Megjegyzendő, hogy a mindennapi használatban nagyon extrém helyzetek kellenek ahhoz, hogy a rendszer eljusson a stacioner állapotba. Napokra-hetekre, nagy hőség idején otthagyott kollektor rendszer melegedhet fel csak ennyire. (A kollektor napi csúcsideje max. 6 óra, hőleadás azonban 24 órában van. Akkor állhat be az állapot, ha tartósan nincs vízkivétel és éjjel sem hűl le annyira a környezet, hogy a tároló nagyobb mennyiségű hőt tudjon leadni. A hagyományos szivattyús rendszerek esetében a szivattyú állása idején csak a kollektorra értve alakul ki a stacioner állapot: ezért lehetséges, hogy a síkkollektorok 180-200 °C-ra, a vákuumcsövesek 250-300 °C-ra melegednek, a keringetőfolyadék elhasználódását okozva. A gravitációs rendszerben soha nincs leválasztva a kollektor a tárolóról, nagyobb tömeget alkotnak, kiegyensúlyozottabb a rendszer.)

A rendszer nyomás alatt van, így sem a csövekben, sem a tárolóban nem forr fel a víz, ill. az alkohol.

Vákuumcsöves kollektor használata esetén ugyanezek az alapelvek érvényesek, leszámítva, hogy a vákuumcsöves sokkal kevesebb hőt ad le (kb. 20-25%-ot a síkkollektorhoz képest), így a kiegyensúlyozásban nagyobb szerepet kell vállalnia a tárolónak és a csöveknek.

Bármilyen típusú rendszerről is legyen szó, a lényege ennyi: a napos helyre, többnyire déli tetőre szerelt kollektor, illetve a benne levő szállítófolyadék felveszi a hőenergiát, ezzel pedig egy hőcserélőn keresztül felmelegíti a tárolóban levő vizet. (A hőcserélő a tartályba van építve.) A melegvíz máris felhasználható.

A kollektoroknak két alaptípusát különböztetjük meg: a vákuumcsöves- illetve síkkollektort.A síkkollektor lényege, hogy a napsugárzás egy üveglapon keresztül az összefüggő abszorberfelületre érkezik, amely úgy van kiképezve, hogy a lehető legtöbb sugárzást elnyelje. Ezek között futnak a keringetőfolyadék csövei, amelyek az abszorber által átadott hő segítségével felmelegednek, majd a hőcserélőn keresztül melegítik a tároló vizét. A rendszert alapos hőszigetelés védi: a hőszigetelés vastagságán és az abszorberfelület elnyelőképességén múlik elsősorban a kollektor teljesítménye.

Nagy előnye, hogy „örök darab”, a karbantartási igénye szinte nulla (legfeljebb a keringetőfolyadékot kell időnként cserélni glikolos rendszerekben).

A vákuumcsöves kollektor egymás mellé helyezett vákuumszigetelésű üvegcsövekből áll, a bennük elnyelődött meleget szinte veszteség nélkül adja át a keringetőfolyadéknak. Előnye, hogy nagyobb teljesítményű, illetve a vákuum remek hőszigetelést nyújt. A vákuumcsöveket időnként ellenőrizni kell.

A napkollektor helyének kiválasztásánál két szempontot kell figyelembe venni:

• Közelítse a déli irányt a kollektor tájolása

Az ideális elhelyezés a dél-délkeleti és dél-délnyugati irányok közötti terület.

Alkalmas még a délkeleti-délnyugati tájolás is, de ilyenkor érdemes megfontolni valamivel nagyobb kollektorfelület beépítését. A kollektor szögét alapesetben a tető határozza meg, ezt többnyire nem tudjuk befolyásolni, azonban az ideális szög 38-45 fok a hazai földrajzi szélességen. (Ennek az őszi-tavaszi időszakban van jelentősége, amikor a sugárzás csökken. Ilyenkor esik merőlegesen a fenti szögben döntött kollektorra a nap sugara, ami némileg növeli a teljesítményt. Nyáron a bőséges napsugárzás miatt ez nem jelent érezhető kiesést.)

• Minél kisebb legyen a távolság a kollektor és tároló között

 A gravitációs rendszernél mindenképpen a kollektornál magasabban kell felszerelni a tárolót (illetve a benne lévő hőcserélőt), optimális esetben közvetlenül a tető belső oldalára. Ennek előnye, hogy a kis távolság csökkenti a hőveszteséget, illetve a kiépítési költségeket is. De ha csővezeték folyamatos emelkedése megoldható, nem probléma akár az 5 méteres távolság sem!

Mindenképpen javasolt valamilyen hagyományos vízmelegítő rendszer megtartása. A legegyszerűbb megoldás, ha a kollektort és a meglévő rendszert sorba köttetjük, így amennyiben a kollektorból nem érkezik megfelelő hőmérsékletű víz, a bojler/kazán/cirkó vagy egyéb eszköz automatikusan rásegít. A rövidtávú áthidalásokra pedig a beépített fűtőszálas tároló is megoldás lehet.

A fűtésköltségek csökkentési lehetősége vonzóvá teszi a napkollektort. A napkollektoros fűtésrásegítés azonban összetett dolog, és néhány szempontot végig kell gondolni ahhoz, hogy később valóban elégedettek lehessünk a rendszerünkkel.

1. A napkollektoros rásegítésből nyerhető energia többszörösét veszthetjük el, ha a házunk nem rendelkezik megfelelő hőszigeteléssel! Egy ház teljes körű leszigetelése nem olcsó mulatság, de mégis nyitva áll néhány lehetőség, ahol kisebb beruházással jelentősen javíthatunk az épület hőmegtartó képességein.

Egy átlagos téglaház a bevitt hő több, mint felét (!) vesztheti el, ha a födém nincsen leszigetelve! A födémszigetelés szerencsére a legolcsóbban megoldható beruházás, nem igényel mást, mint a megfelelő m2 takarófóliát és szigetelőanyagot. A szigetelés ajánlott vastagsága legalább 10 cm.

A következő pont a lábazat, különösen, ha beton. A beton hőáteresztő képessége 3-4-szer nagyobb, mint a téglafalé. Az épület hőveszteségének 20-25%-a írható a szigeteletlen betonlábazat számlájára.

A falak és a nyílászárók már csak a maradékon osztoznak. (Feltéve, hogy a nyílászáró tényleg zár. A fenti hőveszteség adatok az adott építőanyag hőáteresztő képességével számolnak. Ha ujjnyi résen ömlik a hideg a rosszul záró ablak miatt, nyilván más a helyzet).

Ha tehát a fűtésköltség csökkenését szeretnénk elérni, de a ház szigetelése még nem megoldott, valószínűleg nem a napkollektor lesz számunkra az ideális megoldás.

2. Ha jól szigetelt épületen végeznénk fűtéskorszerűsítést, a napkollektor már tényleges segítséget jelenthet.

A napsütéses órák számából és a nappálya változásából következik, hogy a kollektor igazi segítséget október-novemberben és február-áprilisban jelent. Ebből főként a tavaszi időszak jelenthet tényleges megtakarítást, amikor a nappalok már hosszabbodnak, de a környezet még őrzi a téli hideget. A napkollektoros rendszer széleskörűen kombinálható egyéb fűtési megoldásokkal.

A napkollektor fő működési szezonja a tavaszi és őszi napéjegyenlőség közötti időszak: az évnek ebben a szakaszában általában teljesen ki lehet vele váltani a hagyományos melegvízkészítést, a hosszabb borult időszakokat leszámítva. Ugyanakkor évszaktól függetlenül, télen is működik a derült napokon, mivel teljesítményét alapvetően nem a kinti hőmérséklet, hanem a sugárzás mértéke határozza meg – nyilvánvalóan télen ennek is csak töredéke áll rendelkezésre. Általánosságban elmondható, hogy az éves melegvízigény 60-65%-át lehet a segítségével előállítani, illetve megfelelő méretű felület esetén ősszel és tavasszal fűtésrásegítésre használni.

Magyarországon az átlagos besugárzás egy derült napon 700-800 W/m2 óránként. Hogy ebből mennyi hasznosítható, az függ a kollektor típusától (vákuumcsöves vagy síkkollektor), abszorberfelületének minőségétől, a kollektor és a környezet hőmérséklet-különbségétől, a kollektor hőszigetelésének mértékétől, sugárzás beesési szögétől, tárolótartály nagyságától, szigeteltségétől.
Napkollektor esetében tehát nem lehet olyan egyértelműen teljesítményről vagy hatásfokról beszélni, mint pl. egy gázkazán kapcsán.

Általánosságban elmondható, hogy egy kollektor esetében - különösen a síkkollektoroknál - a teljesítmény döntően a hőszigetelésen múlik.

Példaként: az átlagos vákuumcsöves kollektor teljesítménye 700 Wh/m2 besugárzás mellett maximálisan 560 W/m2 óránként (hasznos felületre számítva, hőveszteség nélküli adat). Egy 15 csöves kollektor esetében ez 675 W/óra teljesítményt jelent, ami magyarországi földrajzi adottságok mellett reális. Ha egy napkollektor névleges teljesítménye ettől jelentősen eltér, az valószínűleg nem a hazai viszonyokat tükrözi. Egy teljesítményadat önmagában nem mond semmit, ha nem ismerjük a mérés körülményeit.

Ezerféle kollektor van forgalomban - milyen tulajdonságokra érdemes figyelni? Az alábbi szempontok segítenek az ár-érték arány összehasonlításában is.

• Mekkora a felülete? 2 m2 körül szokott lenni, de ez lehet 1,9 és 2,15 m2 is.
• Milyen üveggel készül?
  lehet sima üveg, ez törésnél balesetveszélyes;
  hőkezelt: ez erősebb is, és nem szilánkosan törik;
  alacsony fémtartalmú , ennek jobb a fényáteresztő képessége;
  mikroprizmás: ez kevésbé csillog, kevésbé veri vissza a napfényt, jobb a hatásfoka.
• A csövek, az ún. hárfa (hárfa elrendezésben vannak a gyűjtőcsövek) anyaga lehet alumínium és réz. Az alumínium kevésbé tartós, és nem lehet egy rendszerbe kötni réz vezetékkel, a napkollektoros rendszerek leggyakoribb „építőelemével”. A réz jobb minőséget, tartósabb megoldást garantál.
• A hőelnyelő (abszorber) felülete:
  Van simán matt fekete festékkel készült, működik, de nem az igazi. Jobb hőelnyelő képességű az ún. fekete króm bevonat.
• Szigetelés vastagsága:
  A síkkollektornak nem csak elnyelni kell a hőt, de magában is kell tartania! Minél jobban van hőszigetelve, annál több meleget tud átadni és annál kevesebbet elveszteni.

Összefoglalva, a jó síkkollektor nagy méretű, hőkezelt mikroprizmás üveggel ellátott , rézcsővel készített, nem simán festett abszorberrel ellátott és minimum 6 cm vastag szigeteléssel rendelkezik.

Két típusa létezik, az U-pipe és a heat-pipe. Az U-pipe csövekben U alakú csővek menne bele minden egyes vákuumcsőbe és hordják ki a meleget. Elavult technológia, mert bár a hatásfoka nem rosszabb, de több a meghibásodási lehetőség vagy sérülésveszély, és nem cserélhetők egyenként a csövek.
Korszerűbb megoldás a heat-pipe, ahol minden egyes cső egy önálló kis zárt rendszerű kollektor, egyenként cserélhető is, és csak egy hőközlő fej segítségével adják át a meleget a kollektor tetején lévő gyűjtőcsőnek.

Fontos még a kollektor tetejének hőszigetelése és tartósság ill. esztétikai szempontból a tartókeret anyaga.

Javasolt a heat-pipe rendszer vásárlása alumínium vagy rozsdamentes szerelőkerettel. Kerüljük az olcsó festett vagy szinterezett anyagokat, a napkollektor házunk éke legyen, ne a szégyene!