A kollektor elnyelő felülete sík és működésük az „üvegház-elven” alapszik. A sík kollektorok egy (műanyag, fém vagy fa) keretszerkezetből, átlátszó (egyszeres, kétszeres vagy háromszoros üveg vagy műanyag) lemezekből (szelektív vagy nem szelektív) elnyelő felületből, hőszigetelésből és (levegő, víz, olaj, glikol oldat stb.) hőhordozó anyagból állnak.
Korszerű kollektorok
A korszerű kollektorokat jellemző szelektív felületet első ízben H. Tábor professzor állította elő kísérleti úton, 1955-ben. Tábornak sikerült két vékony réteg alkalmas kombinációjával 94%-os napsugár elnyelési értéket 6% relatív emisszió érték mellett elérni.
A kollektort alkotó elemek egy, a napsugarakat elnyelő házat (tokot) alkotnak, amelyet a hőhordozó közeg hűt. A beeső napenergiának csak egy része hasznosítható, másik része a reflexió, az abszorpció és az elemek szigeteletlensége következtében veszendőbe megy. Egy jó minőségű, 100°C-ig terjedő hőmérséklet-tartományban működő sík kollektort a következők jellemzik:
– Az épület szerkezeteshez illeszkedően, szilárdan beépíthető.
– A szokásos használati hőmérséklet mellett hatásfoka ne legyen 50…60%-nál kisebb.
– Kis üzemi hőmérséklet esetén kívánatos a 70. . .80%-os hatásfok (nagy hőmérsékletek mellett a 20. . .30%).
– A szigeteléshez használt anyagoknak, és magának a kollektornak is, lehetőleg kis hőtehetetlensége legyen, hogy rövid ideig tartó napsugárzás esetén a kollektor hamarosan elérje az üzemi hőmérsékletet.
– A hőszigetelés külső felülete időjárásálló legyen. A kollektor főbb veszteségeinek okai:
– Elpiszkolódás.
– A tartó- és keretszerkezet árnyéka.
– A fedőüvegezés reflexiós vesztesége.
– Az üvegezés transzmissziós vesztesége.
– Az elnyelő felület abszorpciós veszteségei.
– A fedőüvegezésnek a hő és fénysugár abszorpciója miatti felmelegedése.
– A vezetékek hő vesztesége (ez arányos a külső és az abszorpciós hőmérséklet közötti különbséggel és ezért egy, a kollektorra jellemző K értékkel adható meg).
– A sugárzás intenzitásvesztesége, amíg a hőelnyelő felületén hővé alakul.
– Hősugárzási veszteségek (a veszteség a hőelnyelő által kisugárzott és a környezetből besugárzott energia különbsége).
– A hőelnyelő és a hűtővíz közötti hő átbocsátási veszteségek.
– A kollektor felület és a fedőüveg közötti légtérben kialakuló hőáramlás (konvekció).
– A hővezetés a fedő üvegtartók vagy a szigetelés mentén és a kollektor felület és a fedőüveg közötti légrétegben.
– A kollektor és a fedőüveg közötti hősugárzás.
A kollektor hatásfoka
A hasznosított hőenergia és a beeső sugárzási energia viszonyszáma adja a kollektor hatásfokát. Ha a hőcserélő közeggel nem vonunk el hőt, akkor kapjuk a kollektor által elérhető legmagasabb hőmérsékletet, amelyet üres járási hőmérsékletnek neveznek. A kollektor rendszerétől, minőségétől és a napsugárzás erősségétől függően az üres járási hőmérséklet más és más. Közép-Európában napsütésnél 900 W/m2 átlagértékkel számolhatunk. Ilyen sugárzás mellett az egyszeres üvegezéssel készült kollektor üres járási hőmérséklete mintegy 100 °C lehet, a háromszoros üvegezésűé elérheti a 190 °C értéket is.
Az üvegezési rétegek száma növeli a befogott energiamennyiséget, de háromnál több réteg esetén a reflexió és az abszorpció okozta veszteségek annyira megnőnek, hogy ez a megoldás már nem gazdaságos. A kollektor hatásfoka az üvegezés és az elnyelő felületek speciális kialakításával növelhető. A 70% hatásfokkal működő kollektor átlagosnak tekinthető. A szükséges kollektor felület függ attól, mennyi hőre van szükség, hogyan tervezték a kollektorokat és az épületet, milyenek a berendezés földrajzi és klimatikus adottságai. A melegvíz-ellátás teljes biztosítására Közép-Európában háztartásonként 7. . .10 m2 kollektor felület elegendő. Helyiségfűtés céljára az épület hőszigetelésétől és klimatikus fekvésétől függően 30. . . 150 m2 kollektor felületre van szükség. A kollektorok hajlásszögét általában a téli viszonyoknak megfelelően határozzák meg. A tapasztalati irányérték:
hajlásszög=földrajzi szélesség+10.. .15°.
Ha a kollektorokat csak nyáron használják, akkor:
hajlásszög=földrajzi szélesség -15°.
A legismertebb, klasszikus kollektor típusok a következők:
– „MIT” típusú, víz rendszerű kollektor
– „Denovan—Bliss” típusú, levegő rendszerű kollektor
– „Löf” típusú, levegő rendszerű kollektor
– „Alexandroff” típusú, olaj rendszerű kollektor
– „Alveoler, Francia” típusú kollektor Ezen szinte klasszikussá vált kollektor típusok mellett szinte naponta jelennek meg más típusok is a kereskedelemben, amelyeknél figyelemre méltó korszerűsítéseket alkalmaznak
A kollektorok, amelyek télen és nyáron a legnehezebb időjárási és termikus viszonyok mellett üzemelnek, számos veszélynek vannak kitéve, amelyeket a tervezéskor figyelembe kell venni. A fontosabb problémák a következők:
– túlmelegedés,
– fagyásveszély,
– korrózió,
– elszennyeződés,
– törés,
– hő tágulás,
– tömítetlenségek. Ezek a veszélyek a klimatikus feltételektől függően kisebbek vagy nagyobbak, a megelőzési módszerek típustól függően változók. Jó, ha a megvásárolt kollektor minőségi bizonyítvánnyal rendelkezik. Ha napelem vagy napkollektor rendszert szeretne telepíteni, az ezzel foglalkozó vállalkozások ajánlatai közül érdemes többet is összehasonlítani. Egy kis körültekintéssel sok bosszúságtól kímélhetjük meg magunkat.
