Napkollektor hatásfoka
A napkollektorok hatásfokáról mondhatni köztudott tény, hogy rendkívül kedvező. Hiszen a veszteséget is beleszámolva 60%, vagy a feletti hatásfokról beszélhetünk. A napkollektorok hatásfoka azonban számos környezeti viszonytól és hatástól függ. Az alábbiakban a napkollektor hatásfokáról és befolyásoló tényezőiről olvashat a kedves érdeklődő.
Napkollektorok Magyarországon
Magyarország területén a napsütéses órák száma évente átlagosan elérheti a 2000-2200 órát is. Az ország északi és déli területei között azonban több mint 200 órás eltérés van. Ettől függetlenül azonban jól látható, hogy Magyarország ilyen szempontból jó helyzetben van, ha napkollektor telepíthetőségről van szó.
Összességében megállapítható, hogy hazánkban nagy potenciálja van a napkollektorok telepítésének, hiszen országunk éghajlati adottságai rendkívül kedvezőek.
M a napkollektor? Erre a kérdésre érthető és lényegretörő választ adunk a Mi a napkollektor? című cikkben.
Napkollektor hatásfokát csökkentő tényezők
A hatásfok, ahogy említettük korábban hőmérséklet és környezet függő, de felmerülhetnek optikai veszteségek is. Éppen ezért a napkollektorok hatásfokát csökkentő tényezőket döntően ebbe a két csoportba oszthatjuk.
Optikai veszteségek
A kollektor üvegborításának fényvisszaverése és elnyelése alapjában véve közel 10%-kal csökkenti a hatásfokot. Ez az első határ ahol a napsugárzásból származó energia egy része elnyelődik és/vagy visszaverődik, de ilyenkor még 90%-os hatásfokról beszélhetünk.
Az üvegborításon áthaladva a napsugárzás végül eljut a belső elnyelő lemezhez, vagy ismertebb nevén abszorberhez. Itt azonban a sugárzás egy kis része újfent visszaverődik, aminek hatására a hatásfok 80-85%-ra csökken.
Hőveszteségek
Az abszorberbe jutva a sugárzás maradéktalanul hőenergiává alakul, ezt követően azonban számolnunk kell az ebből eredő hőveszteséggel.
A hőveszteség természetesen arányos a napkollektor és a környezet közötti hőmérséklet különbséggel, tehát minél hidegebb a külső hőmérséklet annál nagyobb a hőveszteség is.
Ez a hőveszteség jelentkezhet az abszorber lemez sugárzási veszteségéből, ennek köszönhetően a hatásfok könnyen eshet 60% alá is. Főképp a hidegebb téli időjárás során történhet ez meg.
Ezt követően még további hatásfok veszteséggel számolhatunk a kollektor házban lévő levegő áramlása miatt keletkező hőveszteséggel, valamint a hőszigetelésen hővezetéssel létrejövő hőveszteséggel is.
Napkollektor típusok hatásfok szempontjából
Felépítés szerint megkülönböztethetünk sík valamint vákuumcsöves napkollektorokat, ezek hatásfoka nem tér el egymástól nagy mértékben.
Síkkollektor
A síkkollektor a Nap energiáját fémlemezeken gyűjti össze. A modern, szelektív bevonatok, melyeket a jobb fényelnyelő képesség elérése érdekében alkalmaznak, többrétegűek.
Ezek a bevonatok a rövid hullámhosszú napsugárzást elnyelik, míg a saját, abszorberből visszaverődő hosszú hullámhosszú sugárzásukat nem engedik át, hanem visszaverik a kollektor felületére, így a veszteségeket is csökkentik. Főbb részei: kollektorház, elnyelő lemez (abszorber), csővezeték, hőszigetelés, üvegfedés.
Vákuumcsöves kollektor
A vákuumcsöves kollektor a legbonyolultabb felépítésű rendszer. A szelektív bevonatos fémfelületű abszorbert vákuumozott üvegcsövekben helyezik el, mely üzemelése során vagy cirkuláló folyadékot melegít, vagy folyadék/gőz állapotváltozást okoz. A vákuumos kialakítás miatt a lehető legalacsonyabb mértékűre tudjuk csökkenteni a kollektor és a környezet között fellépő hőáramot.
Ennek köszönhetően a vákuumos kollektorok hatásfoka magasabb akkor, amikor a kollektor és a környezeti levegő hőmérséklete között nagyobb a hőmérséklet különbség (télen). Ez természetes, hiszen ekkor jelentkezik a vákuum okozta jobb hőszigetelés előnye.
Napkollektor hatásfokának számítása
A természeti adottságokból, a hatsáfokot befolyásoló tényezőkből és a különböző napkollektor típusokból is jól látható, hogy a napkollektorok hatásfoka közel sem állandó érték.
A napkollektor a felületére érkező napsugárzásnak csak egy részét alakítja át hasznos hőenergiává. Hasznosított hőenergiának, aminek az átlagértéke 20-80% körül mozog, azt nevezzük, amit a hőhordozó közeggel elvezetünk a napkollektorból.
A napkollektorok hatásfokát az alábbi, nemzetközi szabványok által elfogadott összefüggés szerint szokás megadni:
η = η0 – a1 ΔT/ G – a2 (ΔT)²/G
Ahol:
η: a napkollektor hatásfoka,
η0: a napkollektor optikai hatásfoka,
a1: az elsőfokú hőveszteségi együttható,
a2: a másodfokú hőveszteségi együttható,
ΔT: hőmérsékletkülönbség ΔT = (tkollektor – tlevegő)
tkollektor: napkollektor közepes hőmérséklete tkollektor= (tki + tbe)/2
tki: a napkollektorból kilépő közeg hőmérséklete,
tbe: a napkollektorba belépő közeg hőmérséklete
tlevegő: a környezeti levegő hőmérséklete
G: a napkollektor felületére érkező globális napsugárzás
A hatásfok fenti képlete egy másodfokú görbe egyenlete, melynek matematikai formátuma:
y = b0 + b1 *x + b2 *x²
Ahol:
b0 = η0
b1 = -a1
b2 = -a2 *G
x = ΔT/ G
A hatásfokgörbét az x = ΔT/ G {°Cm²/W} független változó függvényében szokás ábrázolni, az alábbi képlet szerint:
η = η0 – a1*x – a2*G*x2
A képlet bonyolultsága azonban senkit se riasszon el a napkollektor hatásfokára irányuló kérdésben a legfontosabb továbbra is, hogy a napkollektorok hatásfoka függ elsődlegesen a napsugárzás intenzitásától, valamint másodlagosan a napkollektor optikai veszteségeitől és a környezet közötti hőmérséklet különbségtől.
A hatásfok jelentősen befolyásolja a teljesítményének kiszámítását is. A Napkollektor teljesítmény számítása című cikkben erről részletesen írunk.
