Типы вакуумных солнечных коллекторов
Самые популярные и востребованные типы делятся по виду конструкции коллектора.
Они бывают:
- Вакуумная колба с тепловой трубкой. Они сложны в эксплуатации и изготовлении, т.к. в данном виде конструкции теплоизоляция вакуумного типа обеспечивается по всей колбе. Данные устройства обеспечивают наибольший КПД. Абсорбером тут является пластина, которая покрыта селективным всепоглощающим покрытием. Тепловая трубка надежно крепится к пластине и подает энергию в конденсатор (верхняя часть трубки). В свою очередь конденсатор подключается к теплообменнику коллектора. Тут и происходит нагрев теплоносителя.
- «Колоба в колбе» с трубкой тепловой. Эта конструкция немного проще предыдущей и отличается меньшей производительностью при пониженных температурах. Абсорбирующая поверхность расположена на внутренней трубке. На тепловую трубку, изготовленную из меди, тепло передается через металлические ребра. Тепловая трубка – это наиболее эффективное устройств, предназначенное для передачи тепла.
- «Колба в колбе». Этот вид устройства вакуумного коллектора дает возможность достигать наивысшей степени теплоизоляции покрытия (поглощающего), не мешая при этом проникновению солнечных лучей. Как и в предыдущем типе, покрытие для поглощения энергии расположено на внутренней колбе. Теплоноситель, который контактирует с поглощающей поверхностью, может нагреваться без промежуточных преобразований.
О товаре: вакуумные трубки
Используется для перекачивания рабочих газов или отвода смесей газа, создания герметичности, а также для соединения частей вакуумных магистралей между собой в системах вакуума различного назначения. Работа трубок проходит при диапазоне температур от -10 до +70 градусов. В том случае, если показатели превышают этот интервал, то трубки подвергаются дополнительной нагрузке, которая может негативно повлиять на их дальнейшую работу.
За счет трубок, без перебоев функционируют установки по нанесению покрытий, системы по формированию и поддержанию разреженного газа для проведения различных лабораторных опытов. Разнообразное сечение компонента дает возможность применять его в технологических процессах с высокими значениями давления.
Вакуумные трубки используются в вакуумных установках, которые, в свою очередь, применяются в производстве табака, алкогольной и безалкогольной продукции, а также в фармацевтике, деревообрабатывающей промышленности и полиграфии.
Плюсы и минусы
В зависимости от того, какую конструкцию имеет солнечно-коллекторное оборудование, система отопления обладает определенным рядом плюсов и минусов. Так, достоинства плоских разновидностей проявляются в следующем:
- Наиболее выгодное соотношение «цены оборудования – производства тепла» для регионов с умеренным климатом.
- Полная автономность отопления и производства горячей воды.
- Максимальный КПД в период наивысшей солнечной активности в сравнении с солнечными батареями и ветрогенераторами.
- Независимость от стандартных энергоресурсов и постоянного роста цен на них.
Солнечный коллектор на своем участке может использоваться для обогрева теплиц и нагрева воды для полива Источник teplo.guru
- Средний срок окупаемости – 3-5 лет.
- Срок службы – не менее 30 лет.
- Функция самоочищения от снега, града.
- Легкое подключение к системе отопления.
- Абсолютная безвредность для окружающей среды.
Плоский солнечный коллектор, применяемый для нагрева теплоносителя системы отопления, не лишен некоторых недостатков:
- Высокая стоимость оборудования, необходимость затрат на установку и внедрение в систему отопления.
- Наличие парусных характеристик прибора, что создает вероятность повреждения при сильном ветре.
- Низкий КПД при пасмурной погоде, а также в период холодов.
- Большие тепловые потери из-за несовершенства устройства конструкции.
Вакуумные разновидности отличаются от плоских в лучшую сторону с точки зрения производительности, а также в силу следующих положительных особенностей:
- Широкий диапазон рабочей температуры, в том числе в мороз до -30-500С.
- Минимальные параметры парусности и вероятность повреждения ветром.
- Расширенные производительные способности ввиду способности поглощать излучение невидимой части спектра солнечного света.
- Незначительные тепловые потери из корпуса.
Чем больше рабочих панелей имеет коллекторная система, тем эффективнее будет система отопления Источник stroy-podskazka.ru
- Высокая надежность в эксплуатации.
- Ремонтопригодность – при неисправности требуется заменить один или несколько рабочих элементов, а не всю конструкцию.
- Возможность разогрева теплоносителя до 3000С.
- Нечувствительность конструкции к атмосферным осадкам.
Негативные свойства вакуумных моделей связаны прежде всего с высокой стоимостью оборудования и строгими требованиями по монтажу.
Какие бывают солнечные коллекторы?
Солнечные коллекторы бывают плоскими и вакуумными.
Основным элементом плоского солнечного коллектора является абсорбер – покрытие, поглощающее солнечные лучи. Спереди абсорбера находится прозрачный защитный слой, а сзади – термоизоляция. Плоские панели, состоящие из этих частей, должна быть герметичной.
Плоские и вакуумные солнечные коллекторы
Абсорбер и аккумулятор энергии соединяют трубки, по которым циркулирует теплоноситель. Максимальная эффективность – 190–210 °C.
Но у коллектора внешняя стенка прозрачна, а на внутреннюю наносят покрытие, которое помогает собирать солнечную энергию. Благодаря этому во внутренней трубке нагревается теплоноситель, а вакуум увеличивает сохранение тепла до 95%.
Кроме этого, производители используют в вакуумных моделях тепловые трубки. Принцип их работы прост – жидкость в нижней части трубки нагревается от солнечного света и превращается в пар. Он поднимается и там конденсируется, одновременно отдавая тепло. Таким образом, можно получать достаточно отопления даже зимой.
В чем разница?
Каждый вид солнечных коллекторов обладает своими преимуществами и недостатками, потому что преследуют разные цели. Так в чем же разница, каков принцип работы?
Вакуумный коллектор удобно монтировать, а плоский нужно поднимать на крышу уже собранным.
- У вакуумных приборов угол наклона должен быть не меньше, чем 20 градусов, а плоские могут работать под любым углом.
- У вакуумных отличная эксплуатация зимой, а плоские дают высокий КПД в более теплых широтах.
- Вакуумные генерируют более высокие температуры, а плоское устройство обладает другим преимуществом – низкой ценой.
- Влияние ветра на вакуумный коллектор почти незаметно, а плоские обладают высокой парусностью.
- Вакуумное устройство стоит дороже, но у плоского коллектора крайне низкое КПД зимой.
- Впрочем, плоские модели могут сами очищаться от снега, а вакуумные не обладают такой способностью.
- Зато у вакуумных очень низкие потери накопленного тепла, чем не могут похвастаться плоские.
- А еще вакуумные солнечные коллекторы могут работать на протяжении большего времени в течение суток, чем плоские.
Есть подвести итоги, то зимой лучше использовать вакуумные модели, а в более теплых широтах – плоские. Для подходящих условий у обоих типов идеальное соотношение цены и качества.
Коллектор атмосфера свк nano
Солнечный вакуумный коллектор атмосфера свк nano – это относительно недорогая и качественная модель, которая появилась в продаже в 2013 году. Гарантия до 15 лет, но срок службы в среднем составляет не меньше, чем 25 лет.
Вакуумный Солнечный коллектор Атмосфера СВК-Nano
От остальных ее отличает возможность эффективно работать круглый год. Она обеспечивает в среднем 30% нужного отопления и до 90% снабжения горячей водой.
В данный момент на рынке это лучший вариант по сочетанию качества и цены. Но, если вас не устраивает даже этот в высшей мере экономичный вариант, то можно сделать коллектор своими руками.
Что такое
Гелиоустановка — это современный экологичный способ получения и последующего применения тепловой энергии от солнца. Во многих странах установки уже давно используют в частном секторе и промышленных масштабах. Системы подходят для нагрева воды или отопления. Преимущества для владельца:
- Владелец установки бесплатно получает солнечную энергию, которую может потом распределить по дому.
- Процесс получения и преобразования энергии экологичен и не наносит вреда планете.
- Энергия солнце неиссякаема, поэтому владелец установки всегда может быть уверен в ее получении.
- По сравнению с другими установками альтернативного получения энергии, стоимость коллектора невысокая.
Как и у любой установки, у солнечного коллектора есть и свои минусы — результат работы зависит от погоды.
В нашей стране использование гелиосистем не так распространено, как в Европе и Америке, по причине низкой эффективности, связанной с погодными условиями. Лидеры по установке гелиоколлекторов сегодня Япония и Китай.
Из чего состоит и как работает солнечный коллектор
Каждый солнечный коллектор включает в себя следующие элементы:
- коллектор для сбора энергии;
- насосы для циркуляции;
- трубопровод, где происходит циркуляция теплоносителя;
- система управления за установкой;
- теплоноситель;
- бойлер.
Гелиоустановка совместима с водонагревателями и газовыми котлами. Дополнительно монтируют теплосчетчик, который помогает вычислить выработанную энергию и подсчитать реальную экономию киловатт.
1.Солнечный коллектор. 2. Буферный бак. 3. Горячая вода. 4. Холодная вода. 5. Котроллер. 6. Теплообменник. 7. Помпа. 8. Горячий поток. 9. Холодный поток.
Устройство вакуумного коллектора
Вакуумный солнечный коллектор состоит из нескольких трубок. Внутри каждой из них светочувствительный материал, находящийся в вакууме. С внутренней стороны трубки покрыты слоем абсорбера, который концентрирует солнечные лучи на материале.
Материал, поглощая солнечную энергию, нагревается и передает тепло особой жидкости, циркулирующей между трубками и емкостью с водой. Главное требование к жидкости (носителю тепла) – большая теплоемкость и морозоустойчивость. Обычно в качестве теплоносителя используют антифриз.
За счет вакуумной прослойки обеспечивается теплоизоляция. Таким образом потери тепла незначительны. Этим и объясняется высокая эффективность вакуумного коллектора в холодные месяцы.
В большей части вакуумных коллекторов в роли светочувствительного материала применяется особая жидкость. При повышении температуры она превращается в пар, он поднимается наверх и, отдавая тепло, конденсируется. Охлажденные капли затем стекают вниз и процесс повторяется.
По этой причине для вакуумных коллекторов существует ограничение по углу установки, меньше которого он работать не будет.
При нагревании жидкости выше температуры кипения (благодаря низкому давлению внутри стержня она закипает примерно при 60°C) она в парообразном состоянии поднимается в верхнюю часть – наконечник, температура на котором может достигать до 250 °С. И там конденсируется, отдавая тепло. А конденсат стекает по стенкам трубки вниз и процесс повторяется. Трубки состоят из колб с двойной стенкой (между стенками вакуум), стержень легко вынимается, что удобно при замене колб, треснувших при транспортировке или эксплуатации.
Особенно эффективно применение СК для следующих нужд:
- Нагрев воды для летнего душа, хозяйственных нужд на даче.
- Нагрев воды в бассейне в тёплый период времени.
- Круглогодичный нагрев воды для хозяйственных нужд на объектах где горячая вода потребляется в большом количестве: гостиницы (отели), больницы, санатории, частные коттеджи.
Плюсы вакуумных коллекторов:
высокая эффективность при любой погоде (способен работать даже при -30ºС);
высокая надежность и долгий срок службы (до 25-30 лет);
простота установки (можно поднять на крышу по частям и собрать непосредственно на месте);
простота ремонта (выход из строя одной трубки не останавливает работу всего коллектора).
К минусам можно отнести следующее:
цена вакуумного солнечного коллектора существенно выше панельных аналогов;
угол установки начинается от 20º, что не всегда удобно.
Тем не менее, вакуумные коллекторы отлично зарекомендовали себя как эффективные источники горячей воды или отопления помещений. Однако, прежде, чем купить вакуумный солнечный коллектор , нужно рассчитать суточное потребление горячей воды, определить необходимую мощность для ее подогрева и выделить соответствующую площадь для установки
Плюс к этому не лишним будет уделить внимание качественному утеплению дома. При грамотном подходе вложения в систему с вакуумным коллектором окупятся за 3-5 лет, а пользоваться бесплатной солнечной энергией вы будете 20-30 лет
На горячее водоснабжение и отопление помещений тратятся немалые средства. Но существует альтернативный источник энергии – вакуумный солнечный коллектор. Слышали о таком? Он позволяет существенно снизить финансовые затраты на поддержание комфорта, обеспечивая максимальный греющий эффект при минимальных теплопотерях.
Этот прибор можно купить у производителей бытового оборудования или собрать самостоятельно в домашних условиях. Чтобы выбрать подходящую модель, предстоит изучить немало информации. Мы поможем вам определиться с основными критериями покупки.
В статье речь пойдет о принципе работы и устройстве вакуумного коллектора. Мы расскажем о конструкционных особенностях различных моделей, рассмотрим плюсы и минусы этих установок. Кроме того, подробно опишем, как сделать и установить вакуумный солнечный коллектор самостоятельно.
Материал сопровождается видеороликами, из которых вы узнаете о важных особенностях и принципах работы вакуумных коллекторов.
Теплоносители для гелиосистем
Основным теплоносителем для систем теплоснабжения является вода. Однако ее применение в гелиосистемах ограничено температурой кристаллизации, составляющей 0оС, а значит применение воды в роли теплоносителя ограничивается климатическими зонами, где не бывает отрицательных температур. Кроме того, содержащиеся в воде соли засоряют поверхности нагрева накипью, а коррозионный агент – кислород – повреждает металлические части систем теплоснабжения и способствует разложению теплоносителя на составляющие элементы. Поэтому для гелиосистем был разработан вид теплоносителя, лишенный вышеперечисленных недостатков.
Основой такого теплоносителя является пропиленгликоль, смешанный с водой, прошедшей водоподготовку в виде деминерализации.
Кроме того, для уменьшения коррозирующего и разлагающего воздействия кислорода, в теплоноситель добавляют антиокислительные присадки, образование пузырьков газа в жидкости уменьшается добавлением пеногасителей, а стабилизаторы, добавленные в теплоноситель, помогают сохранять раствор химически однородным. Как правило, теплоносители для гелиосистем продаются уже в готовом виде. Концентрация пропиленгликогеля в них составляет от 40% и выше, что соответствует температуре кристаллизации от -30оС и ниже. Показатель кислотно-щелочного баланса (рН) для готового теплоносителя поддерживается в щелочной зоне (≥ 7,0) для уменьшения коррозирующего действия.
При эксплуатации теплоносителей гелиосистем не следует смешивать теплоносители от разных производителей, так как разные как по количественным, так и по качественным свойствам составы могут вступить в химическую реакцию, приведя гелиосистему в негодность.
Солнечная энергетика в условиях современного энергетического и экономического кризиса является одним из перспективнейших направлений технологий, направленных на сохранение невосполнимых ресурсов нашей планеты.
Повышение рабочей температуры
Очевидный способ повысить температуру воды на выходе — снизить потери тепла при передаче ее от коллектора. Для этого трубы облачают в защитные чехлы из вспененного каучука или полипропилена, защищают места соединения, прокладку ведут только внутри здания.
Поскольку трубка коллектора нагревается в концентрированном пучке света, температура жидкости внутри может быть очень высокой (более 200 °С). Соответственно, если уменьшить проток нагреваемой воды, температура со временем увеличится. К сожалению, на сегодняшний день существует очень мало автоматизированных систем, поддерживающих температуру на нужном уровне. Как вариант используются устройства с компрессором и испарителем — небольшие тепловые насосы. В таком случае на выходе в ГВС или отопление температура воды будет придерживаться заданных значений за счет изменения мощности агрегата.
рмнт.ру
Принцип работы солнечного коллектора
Он очень прост. Панели аккумулируют солнечное тепло и передают их теплоносителю. Он циркулирует через змеевик в накопительном резервуаре и отдает тепло воде, которую можно использовать для любых нужд. Весь процесс контролируется контроллером, который запускает насосную группу если теплообменник набрал необходимую температуру.
Как устроен солнечный коллектор в целом. Все система состоит из следующих элементов:
- сами панели в необходимом количестве согласно расчетов,
- контроллер управления (включая датчики),
- насосная группа,
- накопительная емкость (как правило это бак на 300-3000 литров),
- монтажные элементы, трубы и фитинги.
Убрать какой либо элемент из этой схемы нельзя, она не будет работать. Исключение только коллекторы с проточными нагревателями. О них немного позже.
Производительность, на что можно рассчитывать
Прежде чем устанавливать такое оборудование стоит учесть такой фактор как окупаемость. Ведь плох тот предприниматель, который не получает прибыль со своих инвестиций. Окупаемость коллектора зависит напрямую от его производительности.
Все компании, которые занимаются изготовлением этих систем, дают примерно одинаковые цифры:
- Эффективность для нагрева воды (гвс) – 50-90%.
- Эффективность для отопления дома – до 30%.
Другими словами, эта система может полностью обеспечить дом горячей водой. Отопление дома может покрыть и больше заявленного процента, все зависит от самой системы и количества панелей, а также правильности их установки.
Вакуумированная изоляция
Вакуумный трубчатый элемент неспроста так называется, свое наименование он получил из-за процесса, при помощи которого из пространства между ними выкачивают воздух. Такой процесс называется — вакуумирование пространства. За счет чего между трубами образуется безвоздушное пространство.
Благодаря этому процессу даже в холодную погоду вакуумные трубчатые коллекторы сохраняют большую часть тепла и не отдают его обратно в атмосферу. Именно потому солнечные вакуумированные коллекторы являются идеальными для горячего водоснабжения для мест с холодной зимой.
Также благодаря вакууму трубы способны выносить резкие перепады температуры, при этом, не теряя тепло. Так, трубчатые элементы коллекторов остаются эффективными в различных погодных условиях.
Кроме выкачивания воздуха, в безвоздушное пространство помещают специальный газ, бариумный поглотитель, благодаря ему в безвоздушное пространство не попадают различные газы, из-за которых трубчатые части солнечных коллекторов будет плохо сохранять тепло, что приведет к потере эффективности коллектора.
Этот газ способен обеспечить жизнестойкость трубок коллектора до 15-20 лет. Со временем газ сможет просочиться внутрь трубы, тогда благодаря бариумному поглотителю цвет стенки внутреннего элемента превратится из серебристого цвета в белый цвет. Это поможет определить, когда устройство выходит из строя, и нуждается в смене труб.
Плюсы и минусы
Как у любого технического устройства, так и у солнечного коллектора, есть свои плюсы и минусы, как по возможности использования и эксплуатации, так и по иным параметрам и показателям. В зависимости от конструкции устройства, плюсы и минусы, разнятся, поэтому необходимо их рассмотреть в отдельности друг от друга.
Плоские солнечные коллекторы.
Достоинства использования:
- При использовании в южных регионах с теплым климатом, наилучшие показатели в соотношении цена – производительность;
- При осадках в виде снега, имеют способность к самоочищению;
- Обладают высоким КПД, при использовании в летний период;
- Относительно низкая стоимость, в сравнении с аналогами другой конструкции.
Недостатками являются:
- Значительные тепловые потери, вызванные конструктивными особенностями устройства;
- Низкий КПД при работе в осенне-весенний период;
- Сложность транспортировки и монтажа готовых изделий;
- Высокая парусность конструкции, создает опасность повреждения ее элементов, в процессе эксплуатации;
- Сложность и трудозатратность выполнения ремонтных работ.
Вакуумные солнечные коллекторы.
Достоинства использования:
- При использовании в регионах с холодным и умеренным климатом, наилучшие показатели в соотношении цена – производительность;
- Незначительные тепловые потери, в процессе эксплуатации, в сравнении с аналогами другой конструкции;
- Способность работать при низких и отрицательных температурах окружающего воздуха;
- Способность работать при низкой солнечной активности в утренние и вечерние часы, а также при отсутствии прямых солнечных лучей (пасмурная погода);
- Легкий и удобный монтаж, транспортабельность конструкций;
- Надежность в процессе эксплуатации.
Недостатками являются:
- Относительно высокая стоимость;
- Жесткие требования к монтажу, определяющие расположение коллектора в пространстве по отношению к поверхности земли.
Солнечный коллектор для отопления
У поверхности этого прибора низкая отражающая способность, за счет чего поглощается тепло. Для обогрева помещения этот механизм использует свет солнца и его инфракрасное излучение.
Чтобы нагреть воду и отопить жилище хватит мощности простого солнечного коллектора. Это зависит от конструкции агрегата. Человек может самостоятельно сделать монтаж оборудования. Для этого не нужно использовать дорогие инструменты и материалы.
Справка. Коэффициент полезного действия профессиональных устройств составляет 80—85%. Самодельные обходятся намного дешевле, но их КПД не более 60—65%.
Конструкция
Строение оборудования простое. Прибор представляет собой прямоугольную пластину, состоящую из нескольких слоев:
- покрышка из антибликового закаленного стекла с обрамлением;
- поглотитель;
- нижняя изоляция;
- боковая изоляция;
- трубопровод;
- стеклянная завеса;
- алюминиевый атмосферостойкий корпус;
- соединительные штуцеры.
Система включает в себя 1—2 коллектора, накопительную емкость и аванкамеру. Конструкция организована замкнуто, поэтому солнечные лучи попадают только в нее и превращаются в тепло.
Классификация по конструктивным отличиям
Вакуумные коллекторы разделяют по типужу стеклянных трубок и параметрам теплоканалов. Трубки обычно встречаются двух категорий:
- перьевые;
- коаксиальные.
А каналы бывают прямоточные U-образные и разновидности heat pipe (смотреть ниже).
Коаксиальные вакуумные трубки
Это классический «термос» — колба, в которой вакуум создается между двойными стеклянными стенками. Кроме того, внутренняя поверхность колбы покрыта особым теплопоглощающим слоем. Их делают из боросиликатного высокопрочного стекла с хорошим светопропусканием. Такие вакуумные трубки для солнечного коллектора должны служить не менее 15 лет, справляться с давлением 1 МПа и не бояться плохих погодных условий.
Поглотителем служит полый стержень из меди с эфирным наполнением. Нагреваясь, эфир испаряется, поднимается, передает набранное тепло и выпадает вниз конденсатом. Далее процесс повторяется, обеспечивая непрерывный теплообмен внутри модуля.
Перьевые
Их стенки толще коаксиальных и состоят из единственной колбы. Медный абсорбционный элемент обрамлен гофрированной пластиной с теплопоглощающим слоем. Это позволяет вакууму находится прямо в канале модуля.
КПД такой трубки выше, но перьевая система дороже, а заменить ее в случае поломки медного абсорбера или нарушения герметичности колбы сложнее. Но именно этот вариант считается самым надежным, эффективным и долговечным среди похожих устройств.
Технология Heat pipe
Выполненные по этой технологии модули несут в себе трубки с испаряющимся жидким теплоносителем. При нагреве паром он поднимается наверх и собирается в манифольде (manifold) — теплосборнике. Здесь носитель отдает тепло, осаждается, и цикл повторяется. Из манифольда носитель передает энергию по всей системе, обеспечивая нагрев в контурах отопления и горячего водоснабжения.
Рабочий элемент такого канала делается медным, реже — из алюминия. Срок службы должен составлять 15 лет. Стоимость решения на базе «хит-пайп» относительно невелика и делает его самым популярным вариантом для создания современных трубчатых гелиосистем. Если какой-то узел испортится, его легко заменить без разборки всего комплекса. Ремонт можно проводить на месте с минимумом инструментов.
Прямоточные U-образные обменники
Как видно из названия, трубка такого теплообменника похожа на букву U. В ней циркулирует или рабочее тело теплоносителя, или вода системы. При этом одна часть компонента работает с нагретой средой, другая — с холодным носителем.
Нагревшись, состав расширяется и попадает в накопитель; таким способом обеспечивается простая циркуляция жидкости. На внутренние стенки накопительного бака нанесено эффективно забирающее тепло покрытие.
Эти трубки весьма эффективны, но обладают недостатком: конструктивно они едины с манифольдом и ставятся только вместе с таковым. Замена одной испортившейся трубки невозможна, для этого придется снимать всю систему.
Рабочие температуры
Коллекторы делятся на виды по температуре рабочей среды:
- низкотемпературные — в них теплоноситель прогревается до 50 градусов. Их используют при подогреве емкостей с водой для полива, устройстве летних ванн и душевых, создании комфорта прохладной весной или осенью и других задачах, не требующих высоких температур;
- среднетемпературные, разогревающиеся до 80 градусов. С этой отметки гелиоколлектор можно использовать для отопления помещений (в том числе зимой), и подобные варианты распространены в проектах частных домов;
- высокотемпературные, где носитель нагревается вплоть до 300 градусов. Такие системы применяют в коммерческих зданиях, цехах и других подобных местах. Высокотемпературные комплексы нуждаются в сложном механизме аккумулирования и передачи тепла и занимают много места, из-за чего мало пригодны для частно-бытовых задач. Кроме того, они трудоемки в изготовлении и монтаже, требуют особого инструмента и соответствующих навыков.
Рассмотрим более подробно возможные конфигурации солнечных вакуумных коллекторов
Вакуумная коаксиальная трубка может сочетаться с тепловым каналом типа «Heat pipe». Данный солнечный вакуумный коллектор является наиболее распространенным ввиду своей дешевизны и простоты замены поврежденных трубок.
Вакуумная коаксиальная трубка в сочетании с тепловым каналом «Heat pipe» 1-внешняя стеклянная колба, 2-высокоселективное поглощающее покрытие, 3-алюминиевое оребрение, 4-вакуумная прослойка, 5-тепловой канал с легкоиспаряющейся жидкостью, 6-внутренняя стеклянная колба. Эти коллекторы имеет довольно сложный процесс передачи тепла. Тепло передается несколько раз, от стекла к алюминиевому оребрению затем от алюминия к самой тепловой трубке и только потом передается теплоносителю гелиосистемы. Поэтому в сочетании с круглой формой абсорбирующей поверхности эффективность солнечного коллектора этого типа невысока. Показатели максимального КПД (оптического КПД «η₀») коллектора до 65%. Коаксиальная вакуумная трубка так же может быть использована для коллектора с прямоточным тепловым каналом. Данный тип солнечного вакуумного коллектора получил название коллектор с «U»-образной трубкой.
Вакуумная коаксиальная трубка с прямоточным тепловым каналом
1-внешняя стеклянная колба, 2-высокоселективное поглощающее покрытие, 3-алюминиевая вставка, 4-тепловой канал с теплоносителем, 5-вакуумная прослойка, 6-внутренняя стеклянная колба.
В данных типах коллекторов, за счет уменьшения количества теплопередач (теплота от алюминиевого слоя передается сразу трубкам, в которых циркулирует теплоноситель гелиосистемы), максимальный КПД может составлять для некоторых моделей до 76%. Недостатком может являться то, что при определенном характере повреждения замены может потребовать весь солнечный коллектор, а не только колба. Перьевая трубка так же может сочетаться с тепловым каналом «Heat pipe».
Перьевая трубка с тепловым каналом типа «Heat pipe» 1-стеклянная колба, 2-вакуумная прослойка, 3-медный абсорбер с высокоселективным покрытием, 4-тепловой канал с легкоиспаряющейся жидкостью. Данные солнечные вакуумные трубчатые коллекторы имеют более высокие оптические характеристики, чем коллекторы с коаксиальной трубкой. У некоторых производителей значение максимального КПД достигают 77%. Этому способствуют некоторые конструктивные особенности: плоский абсорбер с непосредственной передачей теплоты к тепловой трубке, а так же один слой стекла, что значительно уменьшает отражение солнечного излучения. Так же удобным является процесс замены поврежденных трубок, не требующий замены всего коллектора и сливания теплоносителя всей гелиосистемы. Наиболее эффективным сочетанием является перьевая трубка и прямоточный тепловой канал.
Перьевая трубка с прямоточным тепловым каналом 1-стеклянная колба, 2-вакуумная прослойка, 3-медный абсорбер с высокоселективным покрытием, 4- внутренний тепловой канал с теплоносителем (подающий), 5-наружный тепловой канал с теплоносителем (нагреваемый).
Схема циркуляции теплоносителя в вакуумном коллекторе с перьевой трубкой и прямоточным тепловым каналом Такой солнечный вакуумный коллектор имеет максимальный КПД до 80%. При замене поврежденных трубок требуется сливать теплоноситель всей гелиосистемы. Так же эти коллекторы обладают довольно высокой ценой.
Гелиоустановки для систем горячего водоснабжения и отопления
Большое распространение и популярность приобрели именно солнечные коллекторы, которые применяются в качестве устройства для нагрева какой-либо жидкости (чаще всего, воды) с целью ее использования в системах горячего водоснабжения или отопления.
Другой вид оборудования для преобразования энергии солнца – батареи, которые принципиально отличаются от коллекторов тем, что сначала вырабатывают и аккумулируют электрическую энергию, а в дальнейшем ее можно использовать для хозяйственных нужд.
Но данный вид получения и переработки солнечной энергии требует приобретения дорогостоящего оборудования, главными конструктивными единицами которого являются фотоэлементы, что не всегда оправданно, особенно в регионах с небольшим количеством солнечных дней в году.
В отличие от них, солнечные коллекторы для нагрева воды или отопления дома имеют быструю окупаемость, особенно если изготовить их самостоятельно, так как в этом случае расходы составят лишь стоимость материалов, в число которых дорогие фотоэлементы не входят.
Использование солнечных коллекторов имеет очевидные преимущества:
- снижение затрат на отопление и подогрев воды для системы горячего водоснабжения;
- экологичность данного вида энергии.
Чаще всего использование коллекторов оправданно для использования в системах отопления небольших коттеджей или организации горячего водоснабжения в летний период в загородном доме или на даче. Оправдан солнечный коллектор для бассейна в качестве устройства для подогрева воды.
Объясняется это относительно невысоким КПД таких установок, который может значительно уменьшаться в пасмурные дни.
Поэтому для оптимизации расходов на отопление частного дома лучше всего использовать коллекторы совместно с традиционным оборудованием, которое изначально может быть рассчитано для этого, либо имеет возможности для переоборудования или согласования параллельного функционирования двух систем теплоснабжения.
Также стоит отметить, что, кроме регулярного обслуживания и очистки поверхности коллекторов от грязи и мусора, некоторые из них не предназначены для работы при низких температурах, поэтому перед началом зимы их нужно законсервировать, предварительно слив из системы теплоноситель.
Основные разновидности солнечных коллекторов
Солнечный коллектор представляет собой устройство, главной функцией которого является превращение поглощенной солнечной энергии в тепловую с целью ее дальнейшего использования для нагрева теплоносителя в системах отопления, в том числе и в «теплых полах» и ГВС дома.
КПД коллектора напрямую зависит от двух факторов: типа устройства и его площади, поэтому нередко для его монтажа выбирается крыша здания.
Солнечные коллекторы условно можно классифицировать, используя разные критерии. Прежде всего, они делятся по типу теплоносителя на:
- водяные (жидкостные);
- воздушные.
По уровню предельных температур коллекторы бывают:
- низкотемпературными – предел до 50°C, средний показатель 35-45 °C;
- среднетемпературными до 80°C;
- высокотемпературными – более 80°C.
Последние чаще всего являются промышленными образцами, сделать их своими руками не представляется возможным.
Конструктивно солнечные нагреватели воды могут быть:
- плоскими, которые могут быть как воздушными, так и жидкостными;
- вакуумными, использующими в качестве теплоносителя воду или иной вид жидкости;
- трубчатыми – бывают и жидкостными, и воздушными;
- термосифонными, или так называемыми накопительными интегрированными коллекторами, главным отличием которых является способность не только нагревания жидкости, но и поддержания ее температуры определенное время.
Последний вариант является самым простым как по устройству, так и по сложности изготовления и представляет собой несколько теплоизолированных емкостей с водой, а нагрев жидкости происходит через стеклянные крышки баков.
Данный тип коллекторов можно считать и самым простым в обслуживании, так как для того, чтобы он работал, необходимо лишь периодически очищать крышку емкости, но использовать его в холодное время года невозможно.
Плоские воздушные коллекторы тоже довольно просты и имеют вид специальной панели в виде герметичной коробки с теплоприемником с подключенными воздуховодами, по которым движется и нагревается воздух.
Для повышения эффективности их работы требуется увеличение их площади, например, за счет использования нескольких панелей в одной системе, а также использование вентилятора.
Рабочие температуры
Коллекторы делятся на виды по температуре рабочей среды:
- низкотемпературные — в них теплоноситель прогревается до 50 градусов. Их используют при подогреве емкостей с водой для полива, устройстве летних ванн и душевых, создании комфорта прохладной весной или осенью и других задачах, не требующих высоких температур;
- среднетемпературные, разогревающиеся до 80 градусов. С этой отметки гелиоколлектор можно использовать для отопления помещений (в том числе зимой), и подобные варианты распространены в проектах частных домов;
- высокотемпературные, где носитель нагревается вплоть до 300 градусов. Такие системы применяют в коммерческих зданиях, цехах и других подобных местах. Высокотемпературные комплексы нуждаются в сложном механизме аккумулирования и передачи тепла и занимают много места, из-за чего мало пригодны для частно-бытовых задач. Кроме того, они трудоемки в изготовлении и монтаже, требуют особого инструмента и соответствующих навыков.
