Вакуумные солнечные коллекторы для отопления дома и ГВС

Альтернативные источники энергии пользуются огромной популярностью. Трубчатые вакуумные солнечные коллекторы для отопления дома и горячего водоснабжения позволяют снизить затраты на оплату коммунальных услуг, обеспечивают достаточным количеством дополнительного дешёвого тепла.

Чтобы определить теплоэффективность гелиосистем, следует разобраться как работают солнечные водонагреватели, а также правильно рассчитать их мощность.

Как работает вакуумный коллектор

Классические гелиосистемы используют принцип преобразования тепла в электричество (солнечные батареи). Вакуумные солнечные коллекторы работают как обычные водонагреватели.

При поглощении ультрафиолетового излучения продуцируется достаточное количество тепла, чтобы обеспечить потребности ГВС. Можно подогреть воду для бассейна, душа. В зимнее время года коллекторы обеспечат некоторым количеством тепловой энергии для обогрева дома.

Существует два типа вакуумных трубок. Устройства отличаются принципом нагрева и хранения воды:

«Мокрая трубка» — особенность внутреннего устройства в том, что накопительный бак установлен непосредственно на краях блока. Вода нагреваясь поступает в бак, холодная стекает в трубки. Второе название — солнечный коллектор на вакуумных трубках прямого нагрева.

Конструкция U-образного типа, heat-pipe — в этом случае накопительная емкость не соединена непосредственно с ёмкостью. Бак может устанавливаться в любом месте дома, подключаясь к системам водоснабжения и отопления.
В последнее время получили распространение перьевые солнечные водонагревательные коллекторы с вакуумными трубками, своеобразный гибрид системы heat-pipe и плоского абсорбера. Все перечисленные типы водонагревателей используют режим косвенного нагрева.

Независимо от принципа теплопередачи устройство вакуумных трубок остается практически без изменений. Используется идентичный способ абсорбции.

Устройство вакуумных трубок

Внутренняя конструкция схожа для всех типов гелиоколлекторов. Трубка вакуумного солнечного водонагревателя устроена следующим образом:

прозрачная стеклянная колба, из которой полностью выкачан воздух;

медная трубка, расположенная внутри коллектора, с газообразным или жидким теплоносителем;

один или два сборных распределителя;

отражатели, фокусирующие излучение на колбы.

Вакуумные трубки солнечного коллектора изготавливают из прочного боросиликата. Дополнительно внутренняя поверхность обработана специальным поглощающим слоем. Покрытие трубок выполнено с использованием бариевого газопоглотителя. В исправном состоянии цвет колбы серый, при разгерметизации становится белым. Трехслойное покрытие обеспечивает максимальную абсорбцию и моментальную теплопередачу. Эффективность поглощения тепла не менее 70%.

Солнечный коллектор на вакуумных трубках работает следующим образом:

при попадании прямых солнечных лучей происходит абсорбция тепла и передача его медной сердцевине;

теплоноситель в трубке закипает и испаряясь поднимается вверх к конденсатору;

пар отдает энергию возвращаясь в первоначальное состояние;

жидкость стекает обратно в медную трубку, играющую роль теплообменника.

В устройстве вакуумных коллекторов обязательно присутствует накопительная емкость. В режиме косвенной теплопередачи конденсатор соединен с магистралью, отводящей энергию в буферный бак, установленный внутри дома. В режиме прямой теплоотдачи вакуумные трубки соединены с накопительным баком, подключаемым непосредственно к точке водоразбора.

Система водоснабжения работает:

Под давлением — при открытии крана ГВС горячую воду из емкости вытесняет холодная. В систему обязательно устанавливают циркуляционный насос. Рабочее давление 0,6 Мпа. Решение применяется в коммерческих целях. Оптимальный вариант для нагрева воды в кемпингах, гостиницах и пансионатах.

Без давления — вода к точкам разбора сбегает самотеком. Второе название гелиосистемы: термосифонная или работающая с использованием естественной конвекции.

Технические характеристики коллекторов во многом зависят от принципа передачи тепловой энергии конечному потребителю.

Работа в режиме прямой теплоотдачи

В системах прямой передачей тепла бак соединен с абсорбирующими колбами. Принцип работы вакуумной трубки солнечного коллектора прямого нагрева следующий:

бак объемом до 200 л, подсоединен к колбам коллектора;

нагретый до состояния пара теплоноситель подается в медный змеевик, выполняющий функции теплообменника и расположенный внутри накопительной емкости;

разогретый теплообменник отдает тепло воде, окружающей его;

после охлаждения теплоноситель возвращается обратно внутрь колбы.

Циркуляция осуществляется при помощи естественной конвекции. Баки с прямой теплопередачей способны разогреть до 300 л. воды в сутки, с номинальной температурой до 60°C. Система предназначена исключительно для сезонного использования, с апреля до сентября (период зависит от территориального расположения вакуумного коллектора).

Режим косвенной теплопередачи

Косвенный принцип работы вакуумного солнечного коллектора отличается тем, что полученное тепло направляется в буферную емкость, расположенную в доме. Максимальный объем бойлера косвенного нагрева указывается в технической документации.

Преимущество систем с БКН в том, что их можно использовать вне зависимости от времени года. Зимой солнечный водонагреватель продолжает работать, абсорбируя дополнительную тепловую энергию, направляемую в систему отопления дома. Максимальная температура нагрева теплоносителя в вакуумных трубках достигает 250-300°, чего более чем достаточно для подогрева воды.

Медный теплообменник расположенный в вакуумных колбах заполняют антифризом, что дает возможность коллектору работать даже при температуре до –50°C.

Работа системы в зимний период

Для зимы используется всесезонная гелиосистема с косвенной теплопередачей. Интенсивность солнечного излучения снижается в течении зимы. Для отопления дома зимой одних только коллекторов будет недостаточно. Гелиосистемы используют исключительно в качестве дополнительного источника тепла, подключая их через буферную емкость к системе отопления. При условии правильных расчетов вакуумные гелиоколлекторы способны компенсировать до 53% всех теплозатрат здания.

Для зимы, как видно из графиков, способны удовлетворить около 15-20% тепловых затрат:

Плюсы и минусы коллекторов с вакуумными трубками

Опыт использования гелиоустановок на территории РФ достаточно продолжительный, что позволяет увидеть реальную картину теплоэффективности систем. При описании достоинств и недостатков учитывают возможности работы в режиме отопления и горячего водоснабжения, технические характеристики и реальные отзывы о вакуумных коллекторах.

Для определения рентабельности важно принимать в расчет сроки окупаемости гелиоустановок, с учетом существующих законов, действующих на территории Российской Федерации.

Об эффективности в режиме отопления

Важно помнить, что коллекторы не используются в качестве основного источника тепла в доме. Цель подключения компенсировать определенные энергозатраты. Причем изначально в отапливаемом здании должен быть установлен котел, способный полностью обогреть здание.

Эффективность гелиоустановки определяется тем, на сколько процентов система с солнечными вакуумными коллекторами способна компенсировать затраты на отопление дома. Максимальные показатели достигают 40-50%.

За время эксплуатации в регионах с холодным и средним климатом были выявлены следующие преимущества вакуумного коллектора, по сравнению с плоскими гелиоколлекторами:

оптимальное соотношение стоимости и теплоотдачи;

теплопотери минимальны, 75% абсорбируемой энергии передается в буферную емкость;

трубчатая гелиосистема способна работать при отрицательных температурах и при низком ультрафиолетовом излучении, что делает возможным всесезонное солнечное отопление с использованием вакуумных коллекторов;

простая установка и демонтаж.

Практика показывает, что в зимнее время года аккумулируемого тепла достаточно для полноценного отопления системой теплых полов. Даже при низкой солнечной активности теплоноситель будет прогреваться до температуры 30-40°C. Водяные полы соответственно будут нагреваться до комфортных 26-35°C.

Отопление частного дома солнечными вакуумными коллекторами имеет несколько недостатков:

высокая стоимость — необходимость первоначальных вложений;

жесткие требования к монтажу, при неправильном угле наклона, относительно земли теплоэффективность резко снижается;

обслуживание — еще один недостаток вакуумных коллекторов: в зимнее время года трубки, нередко заметает снегом, их приходится чистить.

В зимнее время года работают исключительно коллекторы с выносным баком. Буферная емкость к которой подключаются вакуумные трубки, используется для обеспечения многовалентных систем отопления.

Использование для горячей воды

Солнечные коллекторы применяются в качестве основного водонагревателя летом и дополнительного в зимнее время года. Система ГВС на вакуумных коллекторах, с апреля по сентябрь, стабильно обеспечивает высокую температуру подогрева жидкости. Установка с прямой теплоотдачей на 30 трубок, способна подогреть около 300 л. воды в течение одного дня, чего более чем достаточно для принятия душа 4-5 человек.

Зимой для нагрева воды мощности может быть недостаточно. В внешних накопительных баках дополнительно устанавливают электроТЭН, предназначенный компенсировать недостаток нагрева. Существуют решения, в которых для подогрева воды гелиосистемы работают одновременно с бойлером.

Горячее водоснабжение от солнечных вакуумных коллекторов, также, как и аналогичная система отопления, требует значительных первоначальных вложений, что и остается главным недостатком. Рентабельность применения достигается при коммерческом использовании гелиоводонагревателей. В гостиницах, кемпингах, отелях окупаемость систем достигается через 3-4 года.

Как выбрать коллектор вакуумного типа

Для начала следует определиться для какой цели выбирается гелиосистема. Для удовлетворения потребностей в ГВС в течение дачного сезона, подойдет моноблочный водонагреватель. Объем накопительного бака до 200 л.

Чтобы отапливать помещение используются исключительно вакуумные коллекторы с внешним баком косвенного нагрева. Следует ознакомиться со следующими техническими характеристиками:

коэффициент тепловых потерь;

параметры оптического КПД;

По указанным параметрам можно определить производительность вакуумного коллектора и в конечном счете высчитать окупаемость системы.

Как рассчитать мощность гелиоколлектора

Подбор гелиосистемы по производительности осуществляется в индивидуальном порядке. Во время расчетов вакуумных солнечных коллекторов учитывают: территориальное размещение, количество необходимой нагретой воды и т.д. Точные вычисления требуют наличия инженерных навыков.

Для приблизительных расчетов потребуется:

определить коэффициент инсоляции (для Московской обл. равен 1137,7);

узнать активную площадь абсорбции вакуумной трубки (в среднем 0,15 м²);

с помощью технической документации узнать КПД коллектора (0,67).

Имея перечисленные данные можно высчитать мощность одной вакуумной трубки. Для этого умножаем все числители между собой. В итоге получаем, что в течение года одна колба способна произвести 117,95 кВт/час, что равняется 0,325 кВт/час в течение одного дня. Дальнейшие расчеты не представляют сложности. Умножаем полученную производительность на количество вакуумных колб:

15 трубок = 4,8 кВт/час;

20 трубок = 6,5 кВт/час;

Оптимальный расход теплоносителя высчитывается в согласии с средней нормой тепловой энергии для обеспечения потребностей ГВС в день. Для удовлетворения нужд в горячем водоснабжении, на одного человека требуется от 2 до 4 кВт.

Годовая инсоляция одного квадратного метра горизонтальной площадки в разных городах России в мегаваттах

Вакуумные коллекторы солнечные

Солнечный вакуумный коллектор

Максимально задействовать в повседневной жизни альтернативные источники энергии – ключевая задача, над которой постоянно работают инженерные умы. И в этом вопросе они достигли весомых результатов, регулярно представляя все новые устройства, позволяющие организовать комфортное существование при условии значительного сокращения потребления традиционной электроэнергии. Одной из таких интересных разработок является вакуумный солнечный коллектор. Ознакомление с устройством и принципом работы оборудования поможет лучше узнать его достоинства и определиться с назначением в быту.

Назначение и устройство оборудования

Конструкция солнечных коллекторов весьма различна. Это могут быть плоские или вакуумные нагреватели, а также оборудование, где в качестве теплоносителя вместо воды задействован воздух. Подробно мы остановимся на вакуумной модификации, так как именно этот тип солнечных коллекторов обладает высоким КПД и массой других неоспоримых достоинств.

Назначение вакуумного коллектора, работа которого основана на преобразовании солнечного излучения в тепловую энергию, имеет широкий вариативный ряд. Наибольшая востребованность наблюдается при необходимости нагрева воды в значительных объемах. Ступенькой ниже стоит цель организовать отопление помещения за счет установки солнечного оборудования в форме вакуумного коллектора. Ему под силу подогреть в воду в бассейне или обеспечить теплый пол в холодный сезон. Важным аспектом эксплуатации солнечного коллектора является его экологическая безвредность и безопасность.

Главным отличием вакуумных нагревателей от других конструкций солнечных коллекторов – это наличие на базовой панели закрепленных стеклянных трубок. В качестве материала применяется боросиликатное стекло, характеризующееся повышенной прочностью и сохраняющее оптические свойства на протяжении длительного периода. Для покрытия применяется специальное вещество, которое обеспечивает притяжение солнечных лучей. Внутри большей трубки расположено меньшее по диаметру изделие, пространство между ними заполнено вакуумом.

Внизу трубки находится специальная жидкость, которая под действием солнечной энергии преобразуется в пар и поднимается вверх, обеспечивая тем самым равномерный прогрев воды в вакуумном коллекторе. Устройство оборудования представлено на схеме ниже:

Принцип работы

Наличие в конструкции вакуумного отсека обеспечивает работу солнечного коллектора по принципу термоса. Базовые элементы оборудования в основном включают следующие части:

• коллектор;
• тепловой аккумулятор, в его роли зачастую выступает водяной бак;
• контур для теплообменника;
• температурные датчики;
• приемник.

Разберем функции каждой детали подробно. Приемник выполняется из меди, изолированной полиуретановым способом. Дополнительная защита представлена покрытием из анодированного алюминия. Через него осуществляется подача тепловой энергии. При выявлении неисправности в приемнике, процедура замены проходит беспроблемно, для этого не требуется слив жидкости из теплообменника.

На конце вакуумных трубок солнечного коллектора и на обратной стороне отопительного устройства установлены температурные датчики. На основе их показателей осуществляется работа циркуляционного насоса.

Принцип работы солнечного нагревателя заключается в следующем:

• В роли теплоносителя выступает незамерзающая жидкость, которая проходя через верхнюю зону оборудования, поглощает тепловую энергию, выдаваемую специальными наконечниками из медных сплавов.
• В результате применения механизма змеевика в накопителе вакуумного солнечного коллектора происходит нагрев жидкости.
• Передача тепла по замкнутому циклу осуществляется до тех пор, пока градус самой жидкости не будет выше температуры воды в накопительном баке.

Факторами, определяющими период работы подобной системы, являются температурные показатели атмосферы и продолжительность светового дня.

Вакуумные накопители, использующие энергию солнечного света, бывают с прямой и косвенной тепловой подачей. Первый вариант вакуумных коллекторов характеризуется использованием воды в качестве теплоносителя, поэтому его относят к сезонному оборудованию, работающему от солнечной энергии. Во втором случае возможна круглогодичная эксплуатация устройства.

Особенности установки

Соблюдение рекомендаций по установке вакуумного коллектора – залог высокоэффективной работы солнечного нагревателя. Правильное расположение обеспечивает нагрев жидкости в холодный сезон на 50-60%, для летнего периода этот показатель составляет 100%.

Для этих целей не годятся оцинкованные стальные или полимерные трубопроводы. Нержавеющая сталь или медь – оптимальный материал. Итак, на что следует обратить внимание:

• При креплении на крыше сооружений, угол наклона вакуумного коллектора к горизонту равняется географической широте местности.
• Размещение на открытых пространствах солнечного нагревателя должно осуществляться вблизи строений, потребляющих тепло.
• Затеняющие факторы следует исключить.
• Максимальной эффективности в работе солнечные коллекторы достигают, когда угол падения лучей солнца составляет 90 о .

Однако добиться соблюдения этого условия сложно ввиду постоянного движения вакуумного нагревателя относительно солнечных лучей. Идеальное решение проблемы – установка мобильного коллектора, который поддерживает требуемый угол наклона благодаря функции поворота за солнцем. Но стоимость такого оборудования непомерно высока, поэтому гораздо выгодней эксплуатировать более простые в техническом плане вакуумные коллекторы.

При выборе угла наклона ориентируются на основное предназначение солнечного нагревателя, при этом выбирается направление в южную сторону. Максимальное отклонение не должно превышать 30 о . В северных регионах установка вакуумного коллектора осуществляется практически вертикально. Такие устройства эффективны в зимний сезон, так как используют свет, отраженный от снежного покрова. Иногда солнечные коллекторы фиксируют на стенах домостроений, получая следующие выгоды:

• простота в обслуживании;
• меньшее скопление пыли, соответственно облегчается уход;
• риск получения повреждений при граде сведен к минимуму;
• низкое крепление вакуумного коллектора относительно бака с нагреваемой жидкостью способствует увеличению скорости конвекции, потребность в активной системе отпадает.
• настенный солнечный коллектор вакуумного типа снижает тепловые потери помещения, сокращая потребность в дополнительной энергии для отопления.

Достоинства вакуумных коллекторов

Бесперебойную работу солнечного вакуумного оборудования обеспечивают изолированные приспособления. Это позволяет функционировать всей системе при температурах до -40 о С. В этом случае прибор с накопительным баком располагают отдельно, соединяя с основной частью вакуумного коллектора при помощи металлопрокатных изделий.

Автоматизированную работу косвенных устройств вакуумного коллектора обеспечивают контролеры, насос осуществляет бесперебойную циркуляцию жидкости в системе. Среди преимуществ солнечных коллекторов вакуумного типа отмечаются следующие позиции:

• высокая эффективность в условиях пасмурной погоды или минусовых температурах;
• монтаж конструкции вакуумного оборудования не требует специальных навыков;
• устойчивость солнечного нагревателя к негативным воздействиям окружающей среды;
• длительный период эксплуатации.

Единственным отягощающим моментом может стать высокая стоимость солнечного нагревателя, но благодаря длительному сроку службы, вложенные средства окупятся в ближайший период, обеспечивая в дальнейшем существенную экономию расходов на электроэнергию.

Как выбрать вакуумный солнечный коллектор (плюсы и минусы устройства)?

Устройства, собирающие тепловую солнечную энергию, называются солнечными коллекторами. Солнечные коллекторы способны производить нагрев теплоносного материала. Этим они и отличаются от солнечных батарей, которые способны производить только электрическую энергию. Благодаря этому достоинству, вакуумные коллекторы широко используются для отопления помещений и систем горячего водоснабжения.

Существует два вида солнечных коллекторов: плоские и вакуумные. Цель этой статьи – рассказать о вакуумных солнечных коллекторах.

Содержание

Вакуумный солнечный коллектор принцип работы

Солнечно вакуумные коллекторы являются наиболее эффективными устройствами для обрабатывания солнечной энергии. Для того чтобы достичь эффективности 85%, устройство использует всего 15% от получаемой солнечной энергии. Вакуумные коллекторы эффективнее солнечных батарей, так как могут не только преобразовывать солнечную энергию в электричество, но также используются и для обогрева. Данная особенность позволяет не только экономить на электроэнергии, но и не тратится на обогревательное оборудование.

Благодаря высокой эффективности, солнечные коллекторы широко используются в сферах деятельности, таких как:

• Частные дома, квартиры, дачи.
• Офисные помещения.
• Предприятие сельскохозяйственного назначения.
• Производственные комплексы любых масштабов.
• Здравоохранительные учреждения.
• Образовательные учреждения: школы, университеты.
• Детские учреждения.
• Торговые учреждения.
• Пункты общественного питания.
• ЖД вокзалы, порты и многие другие учреждения самого разного рода.

Солнечные коллекторы могут эффективно использоваться практически везде, где нужна электроэнергия и горячая вода.

Особенности эксплуатации солнечных коллекторов:

• В холодный зимний период, особенно в январе и декабре, солнечные коллекторы не могут производить более 30%-50% тепла. Так что в данный период придется прибегнуть к помощи традиционных источников энергии.
• Чем лучше теплоизоляция здания – тем эффективнее работает система отопления.
• Система теплых полов на водной основе также может нагреваться с помощью солнечных коллекторов. Рекомендуется использовать эту возможность для повышения эффективности системы.
• Пасмурная погода – главная помеха для солнечных коллекторов. При повышенной облачности придется чаще пользоваться традиционными источниками тепла.

Виды вакуумных коллекторов

Солнечные коллекторы разных типов содержат вакуумные трубки разных размеров. Чем больше трубка, и чем толще она – тем больше энергии будет подавать коллектор. Длина трубок составляет минимум 1 метр, максимальная длина – более двух метров. Трубки диаметром менее 58 мм не приветствуются, так как они менее эффективны.

Водонагреватели время от времени нужно чистить, но как это сделать читайте в статье слив воды из водонагревателя.

Про накопительные водонагреватели термекс, отзывы смотри тут.

Трубки для подачи тепла также бывают разными:

• Медные трубки, находясь в стеклянных трубках, нагреваются. Тепло испаряется теплоносителем, поднимается в верхнюю часть трубки и конденсируется.
• В системе с Uтрубками, теплоноситель, проходя через нижнюю часть трубки, нагревается и быстро проходит через верхнюю ее часть – это система замкнутого контура. Она отличается ускоренным теплообменом и на 15-20% эффективнее стандартных систем.

Технические характеристики

Итак, установка состоит из следующих деталей:

• Коллектор – преобразует солнечную энергию в тепло и электричество.
• Бак-аккумулятор – содержит воду для отопления.
• Станция управления – контролирует подачу воды и ее нагрев.
• Теплообменный контур – с его помощью теплоноситель нагревает воду в баке.
• Электронагревательный элемент – обеспечивает дополнительный подогрев в случае, если не хватает солнечной энергии.

Процесс отопления выглядит следующим образом: Трубки, в которых находится теплоноситель, проходят сквозь коллектор. Энергия солнца посредством коллектора нагревает трубки, теплоносящую жидкость и, в свою очередь, передает тепло баку-аккумулятору с помощью теплообменивающего контура, и нагревает воду. Баки-аккумуляторы оснащаются высокой теплоизоляцией, как в них и хранится нагретая вода.

Циркуляция теплообменника может проходить двумя способами:

1. Естественным.
2. Под механическим воздействием- с помощью циркулярного насоса.

Электронагревательный элемент, устанавливается в бак с водой и следит за температурой воды. Если температура понизится ниже установленного уровня, нагреватель автоматически догревает воду до нужной температуры.

Как видно, принцип работы вакуумного коллектора довольно прост. При желании, в интернете можно найти более детальную схему, и, купив необходимые детали, собрать данное устройство своими руками.

Давайте разбираться в радиаторах отопления, а также радиаторы отопления какие лучше.

Соберите печь камин с водяным контуром своими руками здесь.

Преимущества использования вакуумного коллектора

Главное преимущество состоит в огромной экономии на отопление дома и нагрев воды. В среднем, в течение года затраты на отопление дома и нагрев воды уменьшаются на 50%.

• Вакуумный коллектор является автономным источником энергии и тепла. Это значит, что перебои в системе электро или газоснабжения не доставят пользователям никаких хлопот.
• Увеличивается срок службы основной отопительной системы, так как нагрузка на нее уменьшается почти до 90%.
• Энергия добывается экологичным методом, без вреда окружающей среде.
• Использование вакуума в качестве теплоизолятора повышает производительность коллектора и позволяет сохранять высокую температуру даже при суровых зимних условиях.
• Надежность. Все детали коллектора изготовлены из высокопрочных материалов. Трубки, по которым проходит теплоноситель, сделаны из меди. Стеклянные трубки – из ударопрочного стекла.

Эти и многие другие достоинства позволили вакуумным солнечным коллекторам получить широкую популярность и восторженные отзывы пользователей.

Как выбрать/финансы

Как было указано в начале статьи, чем больше будет трубок в вакуумном коллекторе и чем толще они будут – тем лучше. Выбирать коллектор следует по размеру отапливаемой площади.

Модели с 10 трубками и диаметром коллектора 850 мм способны полноценно отапливать 2-3 комнаты. Средняя цена такой модели – от 12 000 руб.

Для частных домов среднего размера стоит выбрать модель с 20-25 трубками и шириной коллектора до 2000 мм. Средняя цена – от 20 000 руб.

Для больших домов можно купить модель с 30 трубками и диаметром 2 500 мм. Цена таких аппаратов начинается от 22 000 руб.

Следует учитывать, что дополнительные комплектующие также обладают большим диапазоном цен и могут существенно отличатся в цене. Например, цена наиболее дорогого бака-аккумулятора с двумя теплообменниками достигает 125 000 руб.

В среднем, вакуумные солнечные коллекторы окупают себя в течение 2-5 лет.

Стоит ли приобрести вакуумный аккумулятор? – в условиях, когда цены на газ и электроэнергию регулярно дорожают, объем добычи полезных ископаемых снижается, из-за их исчерпывания, экология земли находится в катастрофическом состоянии…Конечно стоит. И помните, что на вакуумный солнечный коллектор цена демократична.

Солнечные коллекторы способны обеспечить любой дом нужным количеством энергии и тепла, добывая их экологичным путем, и экономя их пользователям массу денег. Солнечные коллекторы способны окупить свою стоимость уже через пару лет, будучи автономным источником энергии и тепла. Это технология будущего.

Конструкция и преимущества вакуумных солнечных коллекторов

Солнце ежедневно и бесплатно поставляет для нас неограниченное количество энергии. Солнечный свет можно назвать практически неисчерпаемым источником энергии. Поэтому для человечества главный вопрос – это с помощью каких механизмов извлекать эту энергию. Постоянно идёт работа над изобретением новых устройств для преобразования солнечного света в другие типы энергии и совершенствование уже имеющихся. Перед инженерами стоит непростая задача – задействовать по максимуму энергию солнца. Для этого нужно увеличить КПД всех солнечных установок. Сегодня речь пойдёт о таком типе солнечных коллекторов, как вакуумные. На сегодняшний день этот вид солнечных коллекторов является наиболее эффективным. Он без проблем может использоваться для нагрева воды даже зимой. Нагретая вода может использоваться как для горячего водоснабжения, так и для отопления.

Конструкция и принцип работы вакуумного солнечного коллектора

Главная действующая частью любого солнечного коллектора – это теплоноситель, циркулирующий в нём. Теплоноситель нагревается, проходя по коллектору, а затем отдаёт тепло в каком-нибудь теплообменнике (бойлер), аккумулирующем его для горячего водоснабжения или отопления. В роли теплоносителя может выступать вода, масло, антифриз. Есть коллекторы, где теплоносителем является воздух, но они гораздо менее эффективны, чем жидкостные.

Солнечный вакуумный коллектор

Основная конструктивная особенность вакуумного коллектора – это стеклянные трубки. На их поверхность нанесено специальное вещество, притягивающее солнечные лучи. Внутри стеклянной трубки расположена ещё одна трубка, а между ними вакуум. Благодаря тому, что из стеклянной трубки откачан вакуум, внутренняя трубка и теплоноситель в ней хорошо сохраняют тепло. В результате КПД солнечного вакуумного коллектора на 30 процентов выше, чем у обычных плоских коллекторов. Вода в таких устройствах может нагреваться до 200─300 градусов.

Ещё одной важной особенностью вакуумного коллектора является то, что во внутренних трубках находится специальная жидкость (антифриз, масло). При нагреве она переходит в парообразное состояние и поднимается вверх. Там она охлаждается, отдавая тепло второму контуру, где циркулирует теплоноситель. После охлаждения, в соответствии с законами физики, жидкость становится тяжелее и стекает вниз. И так она циркулирует по кругу.

Принцип работы солнечного вакуумного коллектора

Стоит также отметить, что вакуумные коллекторы показывают хорошую эффективность именно в тех районах, где холодная погода и небольшой световой день. Фактически, это единственный тип солнечного коллектора, который работает в подобных условиях. Конечно, они имеют более высокую стоимость, чем стандартные плоские коллекторы, но они того стоят.

Принцип работы любого коллектора подобного типа заключается в накоплении тепла от солнечного излучения и передачу её теплоносителю. Вакуумные устройства в этом смысле не отличаются, но имеют ряд особенностей. Давайте, сначала разберёмся, что входит в состав вакуумного коллектора. Это, собственно, сам коллектор, контур для циркуляции теплообменника, тепловой накопитель, датчики, приёмник. В роли накопителя используется бак с водой.

Теперь подробнее о составляющих вакуумного коллектора. Конструктивно устройство выполнено из трубчатых профилей, которые установлены в обойму параллельно. Часто применяют схему трубок стекло-стекло. Стекло выбирается боросиликатное. Внутренняя трубка покрывается селективным слоем. Его назначение – это абсорбция энергии солнца и устранение потерь тепла. Благодаря этому трубки успешно работают в пасмурную погоду. Вакуумный коллектор работает в условия отрицательной температуры за бортом и от рассеянного солнечного света.

Тепло образуется от инфракрасного спектра излучение солнечного света. Вакуумные трубки представляют собой термос. Между ними создаётся вакуум, благодаря чему отлично сохраняется тепло. Ведь у вакуума практически нулевая теплопроводность.

Работа солнечного коллектора в составе гелиосистемы

В системе также используются вакуумные трубки из меди, которые заполнены жидкостью, имеющую низкую температуру кипения. Когда происходит нагрев, жидкость испаряется. Она вбирает в себя тепло, передаваемое от медной трубки. После этого пар поднимается вверх, где в специальном наконечнике отдаёт тепло носителю, циркулирующему в основном контуре. В результате охлаждения образуется конденсат, который стекает вниз по стенкам трубки.

Приёмник в большинстве случаев сделан из меди. В качестве дополнительной защиты используется изоляция из полиуретана. Сам приёмник защищён с помощью покрытия из нержавейки. У приёмника есть специальная медная гильза, через которую выполняется передача тепла. Внешний отопительный контур разделён с блоком стеклянных трубок. Благодаря этому при повреждении одной или нескольких трубок работа всей системы не останавливается. А заменить повреждённые трубки можно прямо во время работы коллектора, не сливая теплоноситель. Это несомненный плюс системы.

Теплообменник выступает в роли бойлера. Он используется, как аккумулятор тепловой энергии. Внутри теплообменник имеет 1 или 2 спирали, посредством которых организован теплообмен. А также в систему входит насос для циркуляции теплоносителя, клапаны для регулировки давления и количества воды, манометр, соединительные трубки, фитинг. Для подключения системы отопления к накопителю используется специальный набор для безопасного соединения. Часто накопитель ещё оснащается возможностью нагрева с помощью электричества.

Если нужно организовать подачу отопления и горячее водоснабжение, то делается перераспределение тепловой энергии. При достижении заданного значение температуры воды, тепло направляется на отопительный контур. Распределение тепла пользователь может менять в зависимости от погодных условий у него за окном. Кроме того, к отопительной системе с вакуумным коллектором можно подключить различные дополнительные приборы для отопления.

Вакуумный солнечный коллектор

Контроллер применяется для регулирования температуры в коллекторе и теплообменнике. С его помощью выполняется регулировка режима функционирования вакуумного коллектора. Контроллер ведёт мониторинг индикация температуры в накопителе, коллекторе и обратном потоке теплоносителя. И также он выводит эти данные на дисплей. С его помощью можно задать значение температуры, при достижении которой включается циркуляция теплоносителя. Есть таймер, с помощью которого можно останавливать и запускать систему в определённое время. С помощью контроллера также можно задавать время работы дополнительного подогрева, минимальное значение температуры и так далее.

Виды вакуумных солнечных коллекторов

С прямой тепловой подачей

Вакуумные коллекторы с прямой подачей тепла имеют внутренние трубки с теплоносителем, которые присоединены к накопительному баку. То есть, здесь теплоноситель в трубках и общем контуре один и тот же. Схему можно посмотреть ниже.

Вакуумный солнечный коллектор с прямой тепловой подачей

Используя запорный клапан коллектор можно подключить к водопроводной системе. С помощью фиксирующего клапана можно выполнять контроль за уровнем воды в накопителе. Обычно в таких системах теплоносителем является вода, а значит, этот тип коллекторов является сезонным.

С косвенной тепловой подачей

Принцип работы здесь аналогичный, но теплоноситель не соприкасается с жидкостью внутри вакуумных трубок. Схему можно посмотреть на изображении ниже.

Вакуумный солнечный коллектор с косвенной тепловой подачей

Такой тип коллекторов может без проблем использоваться в зимнее время.

Особенности вакуумных коллекторов

Эффективная работа таких устройств возможна только в случае соблюдения рекомендаций производителя. Для начала нужно смонтировать систему под углом, рекомендуемым изготовителем. Не стоит забывать и о безопасности. Летом нагрев теплоносителя может достигать 300 градусов по Цельсию. Поэтому обязательно нужно сделать теплоизоляцию контура, где он циркулирует. Кроме того, для таких трубопроводов нужно использовать только медь или нержавеющую сталь.

Угол наклона вакуумного солнечного коллектора при креплении на крыше должен быть равен географической широте вашего региона. Устанавливать коллектор следует максимально близко к строениям, которые будут потреблять тепло. Вокруг не должно быть никаких объектов, которые бы отбрасывали тень коллектор. Максимальная эффективность системы достигается, когда трубки находятся под углом 90 градусов к солнечным лучам. Это, конечно, идеальные условия, которых добиться довольно сложно.

Решением проблемы может быть специальная подставка, которая меняет наклон в зависимости от положения солнца. Однако цена подобных конструкций высокая и они делают вакуумный коллектор, и без того дорогой, ещё дороже.

Направление установки солнечного коллектора всегда южное. В северных широтах он устанавливается почти вертикально. Их эффективность в зимний сезон ещё возрастает за счёт поглощения света, отражённого от снега. Установка может выполнять как на крыше, стенах и фасаде, так и отдельно рядом с домом.

Установка электрического или иного типа нагревателя выполняется после вакуумного коллектора. Тогда они будут функционировать в экономичном режиме, доводя температуру жидкости до необходимой уже после подогрева её в коллекторе. Их подключение параллельно будет неправильным.

Преимущества коллекторов вакуумного типа

Основным преимуществом вакуумных коллекторов является их работа круглый год. Они могут функционировать при отрицательных температурах (даже в мороз до минус 40 по Цельсию). Сама установка монтируется отдельно, а к накопительному баку ведут трубы. Поэтому можно дополнительно подключать обогрев от электрических и газовых котлов. Вакуумные солнечные коллекторы могут быть установлены на крыше дома, фасаде, а также на участке рядом.

Функционирование установки может быть полностью автоматизировано за счёт использования контроллера, циркуляционного насоса и датчиков.

Среди основных плюсов таких коллекторов можно назвать:

• Высокий КПД;
• Достаточно простой монтаж;
• Длительное время эксплуатации;
• Работа практически в любом климате.

Среди минусов следует отметить высокую стоимость, и, как следствие, длительную окупаемость.

Если статья оказалась для вас полезной, распространите ссылку на неё в социальных сетях. Это поможет развитию сайта. Голосуйте в опросе ниже и оценивайте материал! Исправления и дополнения к статье оставляйте в комментариях.