Vákuumos napkollektor szerkezete

A kollektor hőelnyelését és hőtovábbító képességét a fent bemutatott fűtéscső (1), hőtovábbító vezérsík (4) és vákuumos cső (3) befolyásolja. Más vákuumos cső - fűtéscső kivitelezéssel ellentétben, a Focus vákuumos csövek és a fűtéscsövek nincsenek összeillesztve vagy egybeolvasztva. Hogy ez miért jó? A fém és az üveg ragasztással vagy más módszerrel történő összeillesztésével kapcsolatban van egy alapvető probléma. Az üvegnek és a fémnek eltérő a hőtágulási együtthatója. Ez azt jelenti, hogy a melegedés során eltérő mértékben tágulnak és húzódnak össze. Hosszútávon ez a forrasztás meghibásodásához vezethet, ami a forrasztáson alapuló rendszerek esetében a vákuum megszűnését okozza. Vákuumhiány = rossz szigetelés = gyenge teljesítmény. A vákuumos cső és fűtéscső "nem rögzítésének" egy másik előnye, hogy a két cső egymástól függetlenül tud mozogni, helyet hagyva akár a ház mozgásának vagy a szoláris rendszerben történő napi tágulásoknak és összehúzódásoknak. 

Réz elosztócső

Az APRICUSTM vákuumcsöves napkollektor elosztócsövét megbízhatónak és vezetékes víznyomásra alkalmasnak tervezték, emellett pedig kitűnően továbbítja a hőt és könnyű csatlakoztatni.

Fő jellemzői a következők:

1. A könnyű csatlakoztatás nem zárja ki a szoros kapcsolódást a fűtéscsövekhez, ezáltal optimális a hőtovábbítás. A fűtéscső kondenzátorokat hővezető pasztával vonják be, hogy tovább fokozzák a hőtovábbítást. A csővezeték állandó magas hőmérsékletnek van kitéve, de a fűtéscső kondenzátor kitágulása és a hővezető pasztával való "kezelése" lehetővé teszi, hogy a fűtéscsövet ne kelljen cserélni. Ez a kollektor teljes élettartama alatt kitűnő hőtovábbítást biztosít. Mivel a fűtéscső rendkívül megbízható és tartós, soha nincs szükség a fűtéscső elmozdítására vagy kicserélésére, még akkor sem, ha a vákuumos csövet ki kell cserélni.
2. Az iker elosztócsövek úgy vannak kiöntve, hogy pontosan illeszkedjenek a fűtéscsövek csatlakozóihoz, ezáltal maximális a kapcsolódási felület. Ráadásul, a csatlakozók az iker elosztókhoz vannak forrasztva, ami a fémek közvetlen érintkezését teszi lehetővé.
3. A formára öntött elosztócső akadálytalan vízáramlást tesz lehetővé, ezáltal fokozódik a hőtovábbítás.
4. Az elosztócsöveket 45%-os ezüst forrasztó rudakkal forrasztják, ami alkalmassá teszi az ivóvizes rendszerekben való használatra és erős, minőségi kapcsolódást tesz lehetővé.
5. Kapható hátsó vagy végponton kapcsolódó (bemeneti/kimeneti) kivitelben is.
6. Mind a bemeneti, mind a kimeneti nyílásnál rendelkezik egy 8mm belső átmérőjű rézcsővel a hőmérsékletérzékelő részére.

Az alábbi ábra az APAE kollektor mini verzióját mutatja.

Üveggyapot szigetelés

Az üveggyapot egy nagyon népszerű szigetelőanyag, világszerte sokféleképp használják, ha magas hőmérsékletet bíró és nem gyúlékony szigetelőanyagra van szükség. Az üveggyapot kulcsfontosságú előnye, hogy bármilyen formátumúra alakítható. A sütemény sütéséhez hasonló folyamaton megy keresztül az üveggyapot: magas hőmérsékleten hevítik, majd egy olyan téglaalakú formába öntik, amihez passzol az elosztócső és a vákuumos csövek formája. Az alábbi metszetrajz az üveggyapot alsó és felső rétegeit mutatja (az elosztócső nincs az ábrán).

Az üveggyapot: kitűnő hőszigetelő, K = 0,043 W/mK nem gyúlékony (300 °C-ig bírja a hőt) 90%-ban újrahasznosított üvegből készül nagyon könnyű súlyú

Csővezeték burkolat

A burkolatnak két fő feladata van: megvédi az elosztócsövet és az üveggyapotot a környezeti hatásoktól és esztétikai célokat szolgál. A környezeti hatások és a korrózió elleni hosszútávú védelmet az UV stabil fémtartalmú festékkel bevont alumínium nyújtja. Az alumínium kiemelkedő minőségű felületet nyújt akár fekete, akár csokoládébarna kivitelben. Néhány helyen 304-es rozsdamentes acéllal is kapható, amely kiváló korrózió elleni védelmet nyújt, de nem biztosít olyan szintű felületet, mint a fémtartalmú festékkel bevont alumínium.

Csővezeték burkolat Réz elosztócső Üveggyapot szigetelés Fűtéscső Hőtovábbító vezérsík Vákuumos cső Alsó sín Mellső sín Bemenet/Kimenet (22 mm-es külső átmérő)* Hőmérsékletérzékelő helye (8mm-es belső átmérő) a bemenetnél és a kimenetnél is.
* Kapható hátul vagy végponton kapcsolódó kivitelben is - az ábrán a hátul kapcsolódó verzió látható

Fényvisszaverő panel

Néhány vákuum csöves napkollektorral ellentétben, az APRICUSTM vákuumcsöves napkollektorok nem használnak fényvisszaverő panelt. Hogy miért?

A fényvisszaverő paneleket arra tervezték, hogy megnöveljék adott számú vákuumos cső elnyelőfelületét úgy, hogy a fényt rátükrözik a csövek alsó részére. Ebből kifolyólag a csöveket 90 mm-re távol helyezik el egymástól, hogy a fény bejuthasson a panelig. Elméletileg ez növeli a rendszer teljesítményét, és laboratóriumi körülmények között, egy új, ragyogó fényvisszaverő panel valóban növeli a teljesítményt. De mi történik akkor, ha a panel egy vagy több éves használat után bepiszkolódik és oxidációs réteg keletkezik rajta? A fényvisszaverő tulajdonság nagy mértékben csökken, így a panel teljesítményfokozó tulajdonsága is csökken.

A fényvisszaverő panel teljesítményének csökkenésével a tényleges elnyelőfelületet csak az adott 12 vagy 16 db vákuumos cső adja. Egy 16 csőből álló 47/1500 vákuumcsöves rendszer esetében az elnyelőfelület mindössze 0,84 m2, ami a bruttó felület (2,9 m2) 29%-a.

Azért, hogy a napkollektor teljes élettartama alatt állandó hőtermelést biztosítson, az APRICUSTM vákuumcsöves napkollektorok nem használnak fényvisszaverő paneleket, hanem inkább 58 mm-es vákuumos csöveket, melyeket egymáshoz közel helyeznek el, hogy minimalizálják a csövek közt esetleg elvesző fény mennyiségét. A csöveknek ez a fajta elhelyezése, a csövek hajlított elnyelőfelületével kombinálva, kitűnő elnyelőfelület - bruttó felület arányt (0,55) és olyan IAM értékeket biztosít, amelyek a délelőtt közepétől egészen késő délutánig garantálják a magas hőtermelést.

A fényvisszaverő panelek nagy felületet adnak a szél ellen, különösen a lapos tetőkön, döntött szögű kerettel felszerelt kollektorok esetében. Fényvisszaverő panel használatakor, a nagy sebességű szelek erős, vibráló zajt okozhatnak, valamint megterhelhetik a keret szerkezetét és a tetőkapcsolódási pontokat. A fényvisszaverő panel nélkül felszerelt kollektorban a szél sokkal kevésbé tud kárt tenni, mivel a domború csövek között akadály nélkül tud áthaladni.

Az APRICUSTM PO sorozat napkollektorai alapfelszereltségükben tartalmaznak fényvisszaverő paneleket, de a keretre történő felszerelésük opcionális. Sok piacon, a napkollektorok extra tartozékaiként értékelik a fogyasztók a fényvisszaverő paneleket, és azért, hogy kielégíthessük a piaci igényeket, nekünk is gyártanunk kell ilyen paneleket. Ennek ellenére az APRICUSTM AP fényvisszaverő panelek nélkül, szoros cső elhelyezéssel lett kialakítva.
 

Vákuumos csövek

A vákuumcsőben levő vákuum szerepe a cső belsejének elszigetelése a környezeti hőmérséklettől. Ez olyannyira sikeres, hogy gyakorlatilag a vákuumcsöves kollektorok a környezeti hőmérséklettől függetlenül tudnak energiát termelni. Ennek jelentősége főleg a mérsékelt és a hideg égövön a téli és az átmeneti időszakokban van, persze nyáron is jelentős energiatöbbletet produkál, hiszen a szórt fény (diffúz sugárzás) is jelentős energiát szolgáltat. A vákuumcső kialakítása tökéletesen ugyan olyan, amilyet megszokhattak termékeinknél, iker-üveg vákuumcsövek kerülnek alkalmazásra az ANK sorozatban is. A vákuumcsövek átmérője 58 mm, a belső csőé 47 mm. Hosszuk 1800 mm. Fém-üveg kapcsolat  nincs, ennek megfelelően a vákuumvesztés kizárt, csak törés esetén lehetséges. A magas minőségű boroszilikát üveg nagyon jó mechanikai tulajdonságokat biztosít, akár 2,5 cm átmérőjű jégdarabnak is ellenáll. Az alábbi képen jól látható a két üvegcső, a belső cső külső felén az energiaelnyelő (abszorber) réteg, valamint a két üvegcső szájánál az üveg-üveg kapcsolat.
 

 

A vákuum nyomása kevesebb, mint 5*10^-3 Pa. A cső alján látható sötét, tükrös felület a cső belsejében meglevő vákuumról ad információt, hiszen bárium elpárologtatásával érhető el a maradék gázmolekulák megkötése. A fémes felület megléte jelzi a vákuum meglétét, ha ez a réteg fehér, ködszerűre vált, a kettős vákuumcsőben mér nincs vákuum, hőszigetelése megszűnt, a csövet ki kell cserélni. Az egészséges cső végének képe itt látható. A "leszívócsonk" védelmére és a rugalmas rögzítés érdekében a csővégre a tertókerethez csomagolt védő gumisapkát kell helyezni.
 

 

Az APRICUSTM termékkínálatában a kulcstényezőt az üveg vákuumos csövek jelentik. A vákuumos csöveket eredetileg az ausztráliai Sydney University egyetemen fejlesztették ki, és már évek óta használják Németországban, Kanadában, Kínában és az Egyesült Királyságban. A szoláris iparban többféle vákuumos csőtípust használnak. Az Apricus a legszélesebb körben használt "iker-üvegcső" típust használja megbízhatósága, teljesítménye és alacsony előállítási költsége miatt.

Minden egyes vákuumos cső két darab üvegcsőből áll. A külső cső (1) rendkívül erős, átlátszó bórszilikát üvegből készül, amely zápor idején képes ellenállni a 25 mm átmérőjű jégdaraboknak is. A belső cső (2) szintén bórszilikát üvegből készül, de egy speciális szelektív bevonattal (3) (Al-N/Al) készül, ami kiváló fény- és hőelnyelő, illetve minimális fény- és hővisszaverő tulajdonságokkal bír. A csövek végét összeolvasztják, a közöttük lévő levegőt pedig kiszippantják, ezáltal vákuum keletkezik. Mire jó a vákuum? A külső és a belső cső közötti légteret kiürítik, ami azt jelenti, hogy ebben a térben alig marad levegő. Ha Ön már használt üveggel bélelt termoszt, tudhatja, hogy a vákuum kitűnő hőszigetelő. Ez azért fontos, mert ha egyszer a vákuumos cső elnyelte a napból érkező hőt, nem áll szándékunkban elveszíteni azt! A vákuum segítségünkre lesz ebben, hiszen olyan jól szigetel, hogy a cső belsejében lehet akár 150 °C, a külső cső akkor is hideg, ha megérintjük. Ez azt jelenti, hogy a vákuumcsöves kollektorok hideg időben is működnek, míg a síkkollektorok ilyenkor, a hőveszteség miatt, gyengén teljesítenek.

A két üvegréteg között lévő vákuum megtartása érdekében egy báriumgyűrűt használnak (mint a televíziócsövekben). A gyártási folyamat során ezt a gyűrűt magas hőmérsékletnek teszik ki, aminek eredményeként a vákuumos csövek aljára vékony réteg báriumbevonat kerül. Ez a báriumréteg aktívan elnyeli a hőtárolás és működés során, a csőben keletkező CO, CO₂, N₂, O₂, H₂O és H₂ gázkibocsátást, így őrizvén meg a vákuumot. Emellett, a báriumréteg tisztán láthatóan mutatja is a vákuum állapotát. Az ezüstszínű báriumréteg fehérré változik, ha a vákuum megszűnik. Ezáltal könnyen megállapítható, hogy egy cső jó vagy rossz állapotban van-e. Tekintse meg a lenti képet.

A báriumgyűrűt a vákuumos cső alján helyezik el.		A baloldali cső = jó, a jobboldali cső = hibás.

Az üveg vákuumos csöveket párhuzamosan fektetik egymás mellé, a felszerelés szöge pedig attól függ, melyik földrajzi szélességi foknál vagyunk.

Egy napkollektor teljesítményét sok tényező befolyásolja, de a legfontosabb, hogy milyen a napfénybesugárzás az adott területen. Hogy többet megtudjon a napfénybesugárzásról és az Ön régiójában mért átlagos értékekről,

Fűtőcső (heat-pipe)
 

A fűtőcsöves technológia egyik legnagyobb előnye, hogy a vákuumcsövekben nem a víz, vagy a fagyálló folyadék kering, ezért ha a vákuumcső sérül, a rendszer energiatermelése csökken ugyan, de működőképes marad. Minden vákuumcső egyenként egy energiatermelő egység, melynek maximális teljesítménye kb. 55W.
A fűtőcső feladata, hogy a vákuumcsőben keletkező hőenergiát kiszállítsa abból és átadja egy hőcserélő hüvelyen keresztül a gyűjtőcsőnek, ill. az abban cirkuláló hőátadó közegnek (víz, fagyálló folyadék).
 

 

A fűtőcsőben kevés víz van vákuumban, ennél fogva forráspontja igen alacsony. Ezen folyadék sűrűség-változása okozza a cső belsejében a cirkulációt, miáltal a vákuumcsőben termelődő hőenergia a fűtőcső felső végén levő kondenzátorban koncentrálódik. A kondenzátor és a gyűjtőcső hüvelye közötti hőátadást javítandó hővezető szilikonpaszta tölti ki a felületek közötti hézagot, egyenetlenségeket. A fenti képen látható fűtőcső a vákuumcsővel együtt összeszerelve kapott helyet a csomagolásban, így összeszerelni nem kell, a telepítés egyszerű, gyors.
 

Fűtéscsövek

A fűtéscsövek új találmánynak tűnhetnek, de igazából valószínűleg mindannyian napi szinten használjuk őket anélkül, hogy tudnánk róla. A legtöbb laptop tartalmaz kicsi fűtéscsöveket, amelyek elvezetik a processzortól a hőt, és a légkondicionáló berendezések is hőelvezető csövekkel működnek. A fűtéscsövek működési elve valójában nagyon egyszerű.

A fűtéscső belseje is légüres, majdnem olyan, mint a vákuumos cső. Ezúttal azonban nem a hőszigetelés, hanem sokkal inkább a belül lévő folyadék halmazállapotának megváltoztatása a cél. A fűtéscső belsejében ugyanis kis mennyiségű tiszta víz és egy kis speciális adalékanyag található. Tengerszint magasságban a víz 100 °C-on forr, de egy hegy tetején a forráshőmérséklet 100 °C alatt van. Ez a légnyomáskülönbségnek tudható be.

A fenti elvre alapozva, a fűtéscsövek légmentessé tételével, tehát a légnyomás csökkentésével, ugyanazt az eredményt érhetjük el, azaz alacsonyabb forráshőmérsékletet. Az AP napkollektor fűtéscsöveiben a forráspont mindössze 30 °C. Tehát, amikor a fűtéscső hőmérséklete meghaladta a 30 °C-ot, a víz elpárolog. A keletkezett pára gyorsan felszáll a fűtéscső felső részébe, ami a hőátadást biztosítja. Amint a kondenzátorból (felső részből) továbbjut a hő, a pára folyadékká (vízzé) alakul és visszafolyik a fűtéscső aljára, hogy a folyamat újra kezdődhessen.

A csőben lévő víz szobahőmérsékleten kis labdává formálódik, mint ahogy a higany, amikor szobahőmérsékleten lapos felületre öntik. Ha megrázunk egy fűtéscsövet, hallhatjuk, ahogy a vízlabda csörög benne. Habár ez csak víz, mégis úgy hangzik, mintha egy darab fém csörögne belül.

Ennek a magyarázatnak az alapján nagyon egyszerűnek tűnhet egy fűtéscső. Egy üreges rézcső, egy kis vízzel a belsejében, amiből a levegőt kiszippantották. Jól hangzik, de mindehhez több mint húszféle gyártási folyamatra és szigorú minőségellenőrzésre van szükség.

Az anyagminőség és a tisztaság rendkívül fontos. A fűtéscső belsejében bármilyen kis tisztátlanság károsan befolyásolja a teljesítményt. Magának a réznek is nagyon tisztának kell lennie, csak nyomokban tartalmazhat oxigént vagy más elemeket. Ha a réz túl sok oxigént vagy más elemet tartalmaz, akkor azok semlegesítik a vákuumot, és ezáltal egy kis légzsák keletkezik a fűtéscső tetején. Ennek pedig az a következménye, hogy a fűtéscső legmelegebb pontja (a fűtés kondenzátor legtetején) elmozdul a kondenzátortól lefelé. Ez nyilvánvalóan hátrányosan érinti a teljesítményt, vagyis kizárólag nagyon nagy tisztaságú rezet szabad használni.

A fűtéscsövekhez gyakran kenőanyagot vagy hajszálcsöves rendszert használnak, hogy elősegítsék a folyadék átfolyását, de az AP napkollektorokban használt fűtéscsöveknek nincs erre szükségük, mert a réz belső felülete olyan sima, hogy nagyon könnyen folyik rajta a folyadék. Ráadásul az AP fűtéscsöveket nem vízszintesen helyezik el. Az is megoldható, hogy a fűtéscsövek vízszintesen is továbbítsák a hőt, de az nagyon sokba kerül.

Az AP napkollektorokban használt fűtéscsövek két rézkomponensből állnak: a tengelyből és a kondenzátorból. A vákuum miatt a kondenzátor a tengelyhez van forrasztva. Láthatjuk, hogy a kondenzátor átmérője sokkal nagyobb, mint a tengelyé. Ezáltal nagyobb az a felület, amin keresztül a hő az elosztócsőbe juthat. A felhasznált réz oxigénmentes, ami hosszú élettartamot és kitűnő teljesítményt nyújt.

Minden egyes fűtéscső hőtovábbító teljesítményét letesztelik, és 300 °C-os hőmérsékletnek teszik ki, mielőtt használatra alkalmasnak nyilvánítják. Ebből következően a réz fűtéscsövek viszonylag lágyak. Azok a fűtéscsövek, amelyek nagyon merevek, nem mentek át ilyen precíz minőségvizsgálaton. A szigorú minőségellenőrzésnek és a nagytisztaságú réznek köszönhetően, a fűtéscsövek várható élettartama még hosszabb, mint a vákuumos csöveké.