Néhány éve még a Magyarországon alkalmazott napkollektorok döntõ többsége hagyományos síkkollektor volt. Mára azonban egyre nagyobb arányban jelennek meg a legkülönbözõbb kialakítású, fõleg vákuumcsöves napkollektorok. A kínálat növekedése természetesen örvendetes, másrészt viszont meg is nehezíti a választást. Ez az írás megpróbálja ismertetni a jelenlegi napkollektor választékot, és némi támpontot is kíván adni a megfelelõ választáshoz.

Síkkollektorok

A napkollektorok legelterjedtebb, legismertebb változata az ún. síkkollektor, melynek felépítése az 1. ábrán látható. A síkkollektor tulajdonképpen egy elõl üvegezett, hátul hõszigetelt lapos dobozszerkezet, melybe belül egy jó napsugárzás elnyelõ képességû fekete lemezre (abszorberre) erõsített csõkígyó található. A síkkollektorok mûködése egyszerû: a napsugárzás áthalad a jó fényáteresztõ képességû (alacsony vastartalmú) üveg fedõlapon és elnyelõdik az abszorberen, ami az elnyelt napsugárzás hatására a hozzá erõsített csõkígyó rendszerrel együtt felmelegszik. A keletkezett hõenergiát aztán a csõvezetékben keringtetett hõátadó folyadékkal lehet elszállítani a napkollektorból, és lehet felhasználni pl. vízmelegítésre.

1. ábra A síkkollektorok felépítése

Síkkollektorokat már több évtizede alkalmaznak iparszerûen, ezért a gyártásuk, üzemeltetésük során bõséges tapasztalat halmozódott fel. Ennek köszönhetõen mára a termékpaletta meglehetõsen letisztult, a jelentõsebb gyártók által kínált síkkollektor változatok között nehéz különbséget tenni. A síkkollektorok közös jellemzõje az egyrétegû üvegfedés, és a magas szelektivitású elnyelõlemez alkalmazása. Az ilyen kollektorok maximális hatásfoka 80% körüli érték, átlagos, derült idõjárás esetén pedig 60% körüli hatásfokkal alakítják át a napsugárzást hõenergiává. Ilyen, átlagos körülmények esetén fellépõ veszteségek nagysága látható a 2. ábrán.

2. ábra Síkkollektorok átlagos veszteségei

Vákuumos kollektorok

A 2. ábrából látható, hogy a síkkollektorok konvektív hõvesztesége átlagos körülmények esetén 13% körüli érték. A konvektív hõveszteség okozója a kollektorházban lévõ levegõ, mely mozgásával, keringésével a meleg abszorbert visszahûti a hidegebb üvegfedés felé. Ha tehát a kollektorházból sikerülne kiszívni a levegõt, ezáltal vákuumot hozva létre, akkor meg lehetne szüntetni a konvektív hõveszteséget. Ezzel a céllal fejlesztették ki a vákuumos kollektorokat. A vákuum értelme tehát kizárólag a konvektív hõveszteség csökkentése, a napsugárzás elnyelõ tulajdonságokat a vákuum nem befolyásolja. Nem változik lényegesen a hõvezetés útján létrejövõ veszteség sem, hiszen annak értéke eleve csak 3% körüli, valamint a levegõ alapvetõen jó hõszigetelõ, hõvezetési tényezõje kb. fele a hõszigetelõ anyagokénak.

Egy síkkollektor házat meglehetõsen nehéz úgy letömíteni, hogy az a teljes élettartam alatt, lagalább 20-30 évig megtartsa a vákuumot. Létezik ugyan vákuumos síkkollektor, de ennél a vákuumot nem a gyártás során, hanem a felszerelés után kell létrehozni. A kollektoroktól a kazánházig egy vékony rézcsõbõl vákuumvezetéket kell kiépíteni, ennek a végére egy gyorscsatlakozót és a vákuumot mutató nyomásmérõt kell felszerelni, a kollektorokból a levegõt pedig vákuumszivattyúval kell eltávolítani. A fejlett tömítés-technikának köszönhetõen az ilyen síkkollektorok a vákuumot 2-3 évig megtartják, és miután a nyomásmérõ jelzi a vákuum csökkenését, a kompresszoros vákuumozást meg kell ismételni. Az ilyen rendszernek elõnye, hogy a vákuum értéke folyamatosan ellenõrizhetõ, hátránya viszont az idõszakos vákuumozás igénye.

Lényegesen gyakoribb megoldás a vákuum alkalmazására az ún. vákuumcsöves napkollektor. Mára szinte elárasztották a piacot a legkülönbözõbb kialakítású vákuumcsöves napkollektorok. Míg a síkkollektorok felépítése alapvetõen nem tér el egymástól, addig a vákuumcsöves napkollektorok változatosabb mûszaki megoldásokkal készülnek. Közös jellemzõjük az üveg anyagú vákuumcsõ, azonban mint a 3. ábrán látható, ez is legalább kétféle kivitelben készülhet. A régebben alkalmazott egyszerû vákuumcsõ szimpla falú üvegcsõ. Hátránya, hogy az abszorbert és az erre erõsített csõvezetéket a csövön belül, a vákuumban kell elhelyezni, ezért a csõ kivezetésénél tömítést kell alkalmazni, ami gyenge pont lehet. A másik megoldás a kettõsfalú, ún. "Sydney" típusú vákuumcsõ. Bár ezt a csõtípust valószínûleg helyesebb lenne a "Kínai" jelzõvel illetni, mivel döntõ részarányban onnan származik. (Kína egyébként a felszerelt napkollektorok számában világelsõ, 2. USA, 3. Japán, 4. Törökország, 5. Németország). A kettõsfalú vákuumcsõ elve régóta ismert, hiszen ezt alkalmazzák a jól ismert termoszokban is. Rendkívüli népszerûségét annak köszönheti, hogy az abszorbert és a csõvezetéket nem kell már az üvegcsõ gyártásakor a vákuumban elhelyezni. Ezért az ilyen csövet számtalan kollektor gyártó vásárolja meg, és helyez el benne különféle kialakítású abszorbert. További elõny még, hogy az üvegcsövet gyártó cég többnyire valamilyen szelektív bevonatot is felvisz a belsõ üvegcsõ felületére, ezért szelektív abszorberre sincs szükség.

3. ábra Vákuumcsövek kialakítása

További változatosság jellemzi a vákuumcsöves napkollektorokat az abszorber lemez, és az erre erõsített csõvezeték kialakítása szerint (4. ábra). Az egyik lehetséges megoldás, amikor egyenes felületû abszorber lemezcsíkot, és erre erõsített koaxiális csõvezetéket alkalmaznak. A másik - fõleg a kettõsfalú vákuumcsöveknél alkalmazott megoldás - a kör alakú abszorber, és hajlított, U-alakú csõvezeték.

4. ábra Abszorber és csõvezeték kialakítások vákuumcsoves napkollektoroknál

A vákuumcsöves napkollektorok több, egymás mellett, párhuzamosan elhelyezett vákuumcsõbõl épülnek fel, így az egyes csövek között kisebb-nagyobb távolság van. A bruttó/hasznos felület kihasználtságuk ezért az ilyen kollektoroknak általában rosszabb, mint a síkkollektoroknak. Növelni lehet a kihasználtságot, ha az 5. ábra szerint a kör alakú abszorberekkel szerelt vákuumcsövek mögé a napsugárzást visszaverõ, tükrözõ lemezt helyeznek. Az ilyen reflektorokat nevezik CPC-nek (Compound Parabolic Concentrator). A reflektor hátránya viszont, hogy idõvel elkoszolódik, így hatékonysága romlik.

5. ábra CPC reflektor

Másik egyedi megoldás a reflektor elhelyezésére, amit egy kollektorokat is gyártó üvegipari cég alkalmaz, amikor a tükrözõ felületet a 6. ábra szerint a vákuumcsövön belül helyezik el. Ezzel kiküszöbölik a reflektáló felület elkoszolódását, ugyanakkor megmarad a visszaverõ-koncentráló hatás.

6. ábra Koncentráló tükörbevonat a vákuumcsövön belül

Az eddig ismertetett vákuumcsöves napkollektorok közös jellemzõje volt, hogy közvetlenül a napkollektor körben keringtetett fagyálló folyadék cirkulált a vákuumcsövön belül is. Gyakori azonban az ún. hõcsöves (Heat-Pipe) megoldás is, amikor az abszorberre erõsített csövet lezárják, és alacsony vákuumba helyezett vízzel, vagy egyéb folyadékkal töltik fel részlegesen. Hõmérséklet emelkedés hatására a folyadék elpárolog, a meleg gõz a csõvezeték felsõ részén elhelyezett kondenzátor-hõcserélõ edénybe vándorol. A kondenzátort körbeveszi a speciálisan kialakított csõvezeték, amiben maga a fagyálló folyadék kering. Így a fagyálló visszahûti a gõzt, az kondenzálódik, visszacsorog a csõvezeték aljába, és a folyamat kezdõdik elölrõl. Bár az ilyen kollektorok forgalmazói állítják, hogy a hõcsõ elvnek köszönhetõen a kollektorok hatásfoka kiemelkedõen (akár 50%-al) magasabb, mint a normál kollektoroké, a valóságban ez nem igaz. A hõcsõ alkalmazása nem eredményez hatásfok javulást, sõt az eggyel több hõcserélõ miatt inkább csökken a hatásfok. Elõnye leginkább abban rejlik, hogy az egyes csövek különálló, kompakt egységet képeznek, így ezek külön szerelhetõk, törés esetén a csövek a rendszer leürítése nélkül is kicserélhetõk. A hõcsöves kollektorokat természetesen lejtéssel (általában 20-30°) kell szerelni.

7. ábra "Heat-Pipe", hõcsõves elvû napkollektor

A napkollektorok összehasonlítása, kiválasztása

Amint az a fent leírtakból kiderül manapság rengeteg féle-fajta napkollektor létezik, és ezek mindegyike megjelent már a hazai piacon is. Aki nem szakértõ, az nehezen tud eligazodni ebben a széles választékban. Az alábbiakban néhány támpont kerül ismertetésre, amelyek segíthetnek az objektív összehasonlításban.

Elõször is feltétlenül tisztázni kell, hogy mekkora a napkollektor felülete. Ez elsõ látásra egyszerûnek tûnik, másodikra azonban már nem. A kollektoroknak ugyanis többféle felületük is van. A forgalmazók általában a megnevezésben a teljes, bruttó felületet tüntetik fel. Ez igazából csak azt adja meg, hogy a kollektor mekkora helyet foglal el. A hõtechnikailag hasznos felület jellemzésére két érték használatos: az abszorber felület és a szabad üvegfelület. Régebben a kollektorok hatásfokát az abszorber felületre számítva adták meg, ma azonban már inkább a szabad üvegfelületet veszik figyelembe. A különbözõ felületek számítását sík-, és egyféle vákuumcsöves kollektor esetén a 8. és 9. ábra szemlélteti.

8. ábra  Síkkollektor felületei	9. ábra  Vákuumcsöves napkollektor felületei

A hasznos kollektor felület tisztázása után meg kell próbálni kideríteni azt is, hogy "mennyire jó" a kiszemelt napkollektor. Ez sem egyszerû feladat! Célszerû gyanútlanságot színlelve feltenni a következõ kérdést: mekkora a kollektor teljesítménye? Ha erre a kérdésre határozott válaszként egy egyszerû számot kapunk (pl. 1500 W), akkor biztosak lehetünk benne, hogy a válaszadónak fogalma sincs a napkollektorok mûködésérõl. Vagy mégis van, de az egyszerûbb utat választva megpróbálja félrevezetni az érdeklõdõt (ez a rosszabbik eset). A kollektoroknak ugyanis nincs egyértelmûen meghatározott teljesítménye. A pillanatnyi teljesítmény a körülményektõl függ: elsõsorban a napsugárzás nagyságától, aztán a külsõ hõmérséklettõl, a kollektor hõmérsékletétõl, a szélsebességtõl és még számtalan apró körülménytõl. Definiálható ugyan olyan üzemállapot, ahol értelmezhetõ a maximális teljesítmény: pl. a napsugárzás merõleges a napkollektor felületére, értéke 1000 W/m2, és a kollektorok hõmérséklete megegyezik a környezeti levegõ hõmérsékletével. Ha azonban ilyen - a valóságban szinte soha elõ nem forduló - optimális körülmények esetére adják meg a kollektorok teljesítményét, akkor az félrevezetõ lehet. Valóságos körülmények esetén a kollektorok átlagos teljesítménye a maximális értéknek csak kb. 50-60%-a.

A teljesítmény helyett hasznosabb megtudakolni a napkollektor hatásfokát. A teljesítményhez hasonlóan azonban ez sem jellemezhetõ egy számmal. Teljes képet csak akkor alkothatunk, ha megismerjük a napkollektorra vonatkozó - egy független napkollektor vizsgáló intézet által hitelesített - hatásfok görbét. A hatásfok megadásának módja szabványosítva van, ezért a kollektorok ez alapján jól összehasonlíthatók. Példaként a 10. és 11. ábrán ismertetünk néhány vákuumcsöves, és síkkollektor hatásfok görbét. Az adatok a svájci SPF (Solartechnik Prüfung Forschung) intézet 2004-es kiadású információs CD-jérõl származnak. Ami elsõ látásra is feltûnõ: a különbözõ vákuumcsöves napkollektorok hatásfoka igen nagy szórást mutat, míg a síkkollektorok viszonylag azonos hatásfokkal rendelkeznek. Az tehát, ha valamely cég vákuumcsöves kollektort kínál, még önmagában nem garancia a magas hatásfokra.

10. ábra Vákuumcsöves napkollektorok hatásfoka

11. ábra Síkkollektorok hatásfoka

A hatásfok grafikonokba vastag piros vonallal berajzoltuk a leggyakoribb jellemzõ értéket is. Ebbõl látható, hogy a vákuumcsöves napkollektorok hatásfoka kevésbé meredeken csökken, mint a síkkollektoroké. Ez azt jelenti, hogy a vákuumos kollektorok hatásfoka magasabb akkor, amikor a kollektor és a környezeti levegõ hõmérséklete között nagyobb a hõmérséklet különbség (tehát pl. télen). Ez természetes, hiszen ekkor jelentkezik a vákuum okozta jobb hõszigetelés elõnye.

A hatásfok mellett azonban nem elhanyagolható körülmény a napkollektorok ára sem. Valószínûleg nem célszerû megvásárolni a világ legmagasabb hatásfokú kollektorát akkor, ha az háromszor annyiba kerül, mint egy jó, átlagos minõségû kollektor. Ma a vákuumos kollektorok ára minimum a duplája a síkkollektorokénak. Ezt a hátrányt nem tudják behozni egész élettartamuk során sem. Tehát, ha a gazdaságosság, az adott befektetéssel hasznosítható napenergia mennyisége számít, akkor a vákuumcsöves napkollektorok ma még nem tudnak versenyezni a jó minõségû síkkollektorokkal.

A kollektorok kiválasztásánál természetesen fontos szempont az is, hogy mire használják majd azokat. Más-más követelményeket támaszt egy szabadtéri medence nyári fûtése, az egész éves használati-melegvíz készítés, vagy a téli fûtésrásegítés.

Az egyes napkollektor forgalmazóktól gyakran hallani, hogy az õ általuk kínált napkollektor akkor is mûködik, ha teljesen borult az idõ, a Napot egyáltalán nem látni. Ebbõl annyi igaz, hogy a jó minõségû kollektorok a gyenge, szórt napsugárzást is képesek hasznosítani. De ne feledjük, hogy a kollektorok csak az érkezõ napsugárzást tudják hõenergiává alakítani. Ha ez nagyon alacsony, akkor a hiba nem a kollektorban van, hanem az idõjárásban, és ezen a legjobb minõségû napkollektorral sem lehet segíteni.

Végezetül a napkollektor kiválasztásánál fontos szempont kell hogy legyen a garancia, és gyártó, forgalmazó cég megbízhatósága. Ma a kollektorokra általában 10 év garanciát szokás adni. Lényeges az is, hogy a kollektorokhoz be lehessen szerezni a különbözõ tetõszerkezetekre történõ felszereléshez szükséges, idõjárásálló és esztétikus tartószerkezeteket. És az sem árt, ha a forgalmazó cég a napkollektorokon kívül teljes rendszert tud kínálni, mert így egy helyrõl beszerezhetõ minden berendezés, ezzel pedig elkerülhetõ az esetleges meghibásodás esetén a különbözõ szállító cégek egymásra mutogató felelõsség elhárítása.