Вакуумний сонячний колектор


Сонце щодня безкоштовно постачає для нас необмежену кількість енергії. Сонячне світло можна назвати практично невичерпним джерелом енергії. Тому для людства головне питання — це за допомогою яких механізмів витягувати цю енергію. Постійно йде робота над винаходом нових пристроїв для перетворення сонячного світла в інші види енергії і вдосконалення вже наявних. Перед інженерами стоїть непросте завдання — задіяти по максимуму енергію сонця. Для цього потрібно збільшити ККД всіх сонячних установок. Сьогодні мова піде про такий тип сонячних колекторів, як вакуумні. На сьогоднішній день цей вид сонячних колекторів є найбільш ефективним. Він без проблем може використовуватися для нагріву води навіть взимку. Нагріта вода може використовуватися як для гарячого водопостачання, так і для опалення.
 

Конструкція і принцип роботи вакуумного сонячного колектора

Головна діюча частиною будь-якого сонячного колектора — це теплоносій, циркулює в ньому. Теплоносій нагрівається, проходячи по колектору, а потім віддає тепло в якомусь теплообміннику (бойлер), що акумулює його для гарячого водопостачання або опалення. У ролі теплоносія може виступати вода, масло, антифриз. Є колектори, де теплоносієм є повітря, але вони набагато менш ефективні, ніж рідинні.

Сонячний вакуумний колектор

Основна конструктивна особливість вакуумного колектора — це скляні трубки. На їх поверхню нанесено спеціальну речовину, яке притягує сонячні промені. Усередині скляної трубки розташована ще одна трубка, а між ними вакуум. Завдяки тому, що зі скляної трубки відкачано вакуум, внутрішня трубка і теплоносій в ній добре зберігають тепло. В результаті ККД сонячного вакуумного колектора на 30 відсотків вище, ніж у звичайних плоских колекторів. Вода в таких пристроях може нагріватися до 200-300 градусів.

Ще однією важливою особливістю вакуумного колектора є те, що у внутрішніх трубках знаходиться спеціальна рідина (антифриз, масло). При нагріванні вона переходить в пароподібний стан і піднімається вгору. Там вона охолоджується, віддаючи тепло другого контуру, де циркулює теплоносій. Після охолодження, відповідно до законів фізики, рідина стає важче і стікає вниз. І так вона циркулює по колу.

Принцип роботи сонячного вакуумного колектора

Варто також відзначити, що вакуумні колектори показують хорошу ефективність саме в тих районах, де холодна погода і невеликий світловий день. Фактично, це єдиний тип сонячного колектора, який працює в подібних умовах. Звичайно, вони мають більш високу вартість, ніж стандартні плоскі колектори, але вони того варті.

Принцип роботи будь-якого колектора подібного типу полягає в накопиченні тепла від сонячного випромінювання і передачу її теплоносія. Вакуумні пристрої в цьому сенсі не відрізняються, але мають ряд особливостей. Давайте, спочатку розберемося, що входить до складу вакуумного колектора. Це, власне, сам колектор, контур для циркуляції теплообмінника, теплової накопичувач, датчики, приймач. У ролі накопичувача використовується бак з водою.

Тепер докладніше про складові вакуумного колектора. Конструктивно пристрій виконано з трубчастих профілів, які встановлені в обойму паралельно. Часто застосовують схему трубок скло-скло. Скло вибирається боросиликатное. Внутрішня трубка покривається селективним шаром. Його призначення — це абсорбція енергії сонця і усунення втрат тепла. Завдяки цьому трубки успішно працюють в похмуру погоду. Вакуумний колектор працює в умови негативної температури за бортом і від розсіяного сонячного світла.

Тепло утворюється від інфрачервоного спектра випромінювання сонячного світла. Вакуумні трубки являють собою термос. Між ними створюється вакуум, завдяки чому відмінно зберігається тепло. Адже у вакууму практично нульова теплопровідність.

Робота сонячного колектора в складі геліосистеми

В системі також використовуються вакуумні трубки з міді, які заповнені рідиною, що має низьку температуру кипіння. Коли відбувається нагрів, рідина випаровується. Вона вбирає в себе тепло, яке передається від мідної трубки. Після цього пара піднімається вгору, де в спеціальному наконечнику віддає тепло носія, циркулюючому в основному контурі. В результаті охолодження утворюється конденсат, який стікає вниз по стінках трубки.

Приймач в більшості випадків зроблений з міді. В якості додаткового захисту використовується ізоляція з поліуретану. Сам приймач захищений за допомогою покриття з нержавіючої сталі. У приймача є спеціальна мідна гільза, через яку виконується передача тепла. Зовнішній опалювальний контур розділений з блоком скляних трубок. Завдяки цьому при пошкодженні однієї або декількох трубок робота всієї системи не зупиняється. А замінити пошкоджені трубки можна прямо під час роботи колектора, не зливаючи теплоносій. Це безсумнівний плюс системи.

Теплообмінник виступає в ролі бойлера. Він використовується, як акумулятор теплової енергії. Усередині теплообмінник має 1 або 2 спіралі, за допомогою яких організовано теплообмін. А також в систему входить насос для циркуляції теплоносія, клапани для регулювання тиску і кількості води, манометр, з’єднувальні трубки, фітінг. Для підключення системи опалення до накопичувача використовується спеціальний набір для безпечного з’єднання. Часто накопичувач ще оснащується можливістю нагріву за допомогою електрики.

Якщо потрібно організувати подачу опалення і гаряче водопостачання, то робиться перерозподіл теплової енергії. При досягненні заданого значення температури води, тепло направляється на опалювальний контур. Розподіл тепла користувач може змінювати в залежності від погодних умов у нього за вікном. Крім того, до опалювальної системи з вакуумним колектором можна підключити різні додаткові прилади для опалення.

Вакуумний сонячний колектор

Контролер застосовується для регулювання температури в колекторі і теплообміннику. З його допомогою виконується регулювання режиму функціонування вакуумного колектора. Контролер веде моніторинг індикація температури в накопичувачі, колекторі і зворотному потоці теплоносія. І також він виводить ці дані на дисплей. З його допомогою можна задати значення температури, при досягненні якої включається циркуляція теплоносія. Є таймер, за допомогою якого можна зупиняти і запускати систему в певний час. За допомогою контролера також можна задавати час роботи додаткового підігріву, мінімальне значення температури і так далі.

 

Види вакуумних сонячних колекторів

З прямої теплової подачею

Вакуумні колектори з прямою подачею тепла мають внутрішні трубки з теплоносієм, які приєднані до накопичувального баку. Тобто, тут теплоносій в трубках і загальному контурі один і той же. Схему можна подивитися нижче.

Вакуумний сонячний колектор з прямою теплової подачею

Використовуючи запірний клапан колектор можна підключити до водопровідної системи. За допомогою фіксуючого клапана можна виконувати контроль за рівнем води в накопичувачі. Зазвичай в таких системах теплоносієм є вода, а значить, цей тип колекторів є сезонним.
 

З непрямої теплової подачею

Принцип роботи тут аналогічний, але теплоносій не стикається з рідиною всередині вакуумних трубок. Схему можна подивитися на зображенні нижче.

Вакуумний сонячний колектор з непрямої теплової подачею

Такий тип колекторів може без проблем використовуватися в зимовий час.
 

Особливості вакуумних колекторів

Ефективна робота таких пристроїв можлива тільки в разі дотримання рекомендацій виробника. Для початку потрібно змонтувати систему під кутом, рекомендованим виробником. Не варто забувати і про безпеку. Влітку нагрів теплоносія може досягати 300 градусів за Цельсієм. Тому обов’язково потрібно зробити теплоізоляцію контуру, де він циркулює. Крім того, для таких трубопроводів потрібно використовувати тільки мідь або нержавіючу сталь.

Кут нахилу вакуумного сонячного колектора при кріпленні на даху має дорівнювати географічній широті вашого регіону. Встановлювати колектор слід максимально близько до будівель, які будуть споживати тепло. Навколо не повинно бути ніяких об’єктів, які б відкидали тінь колектор. Максимальна ефективність системи досягається, коли трубки знаходяться під кутом 90 градусів до сонячних променів. Це, звичайно, ідеальні умови, яких домогтися досить складно.

Рішенням проблеми може бути спеціальна підставка, яка змінює нахил в залежності від положення сонця. Однак ціна подібних конструкцій висока і вони роблять вакуумний колектор, і без того дорогий, ще дорожче.

Напрямок установки сонячного колектора завжди південне. У північних широтах він встановлюється майже вертикально. Їх ефективність в зимовий сезон ще зростає за рахунок поглинання світла, відбитого від снігу. Установка може виконувати як на даху, стінах і фасаді, так і окремо поруч з будинком.

Установка електричного або іншого типу нагрівача виконується після вакуумного колектора. Тоді вони будуть функціонувати в економічному режимі, доводячи температуру рідини до необхідної вже після підігріву її в колекторі. Їх підключення паралельно буде неправильним.

 

Переваги колекторів вакуумного типу

Основною перевагою вакуумних колекторів є їх робота круглий рік. Вони можуть функціонувати при негативних температурах (навіть у мороз до мінус 40 за Цельсієм). Сама установка монтується окремо, а до накопичувального баку ведуть труби. Тому можна додатково підключати обігрів від електричних і газових котлів. Вакуумні сонячні колектори можуть бути встановлені на даху будинку, фасаді, а також на ділянці поруч.

Функціонування установки може бути повністю автоматизовано за рахунок використання контролера, циркуляційного насоса і датчиків.

Серед основних плюсів таких колекторів можна назвати:

  • Високий ККД;
  • Досить простий монтаж;
  • Тривалий час експлуатації;
  • Робота практично в будь-якому кліматі.

Серед мінусів слід зазначити високу вартість, і, як наслідок, тривалу окупність.
Якщо стаття виявилася для вас корисною, розповсюдьте посилання на неї в соціальних мережах. Це допоможе розвитку сайту. Голосуйте в опитуванні нижче і оцінюйте матеріал! Виправлення і доповнення до статті залишайте в коментарях.