Принцип работы вакуумного солнечного коллектора с трубками — описываем подробно

Солнечный коллектор – техническое устройство для поглощения тепловой энергии солнца в видимом и инфракрасном диапазонах с дальнейшей передачей полученной энергии теплоносителю. Используется в системах отопления и горячего водоснабжения зданий. По конструкции бывают: плоские и вакуумные.

Процесс нагревания воды от солнца

Солнечное отопление частного дома — обзор лучших конструкций

Для того, чтоб солнечное светило могло осуществить нагрев воды, должны быть осуществлены некоторые предпосылки. На протяжении всего года расход остается практически на одном и том же уровне. Именно по этой причине в роли энергетического источника для нагрева жидкости эффективнее всего использовать энергию большого светила – Солнца.

Если правильно осуществить установку солнечных коллекторов, то они способны увеличить температуру воды на 50- 65% в холодное время и до 100% в летнее.

Такие условия работы системы свидетельствуют о том, что в теплое время года можно будет отказаться от использования традиционных систем обогревания при помощи газа или электричества. Использование такой системы в летнее время является крайне выгодным еще и по той причине, что выработанной энергии хватает даже на питание некоторых бытовых электрических машин, работающих на благо домашнего хозяйства.

Важным достоинством современных солнечных водонагревательных установок является простота технологического новшества, использование которого дает возможность жить комфортно, экономно, без нанесения вреда для окружающей среды.

Конструкция и принцип работы вакуумного солнечного коллектора

Предназначение плоского вакуумного солнечного коллектора заключается в обеспечении аккумулирования солнечной энергии при любых погодных условиях и температуре окружающей среды.

Как работает коллектор?

• Одним из важнейших элементов конструкции является автоматизированный резервуар-теплообменник, способный преобразовывать, поддерживать и сохранять тепло, полученное при накоплении солнечной энергии, а также и от дополнительных источников энергии, которые используются для подстраховки работоспособности системы отопления в целом.

• Вода, нагретая до определенной температуры, из теплообменника, расположенного во внутреннем блоке, подается в радиаторы, использующиеся для системы отопления, при этом вода, находящаяся в резервуаре, поступает в бак для поддержания ГВС.

• Для контроля значений рабочей температуры блоков и выбора требуемого режима работы системы установлен блок управления. Он отвечает за поток энергии теплового носителя через теплообменник и определяет куда именно стоит направить тепло: на водоснабжение либо отопление.

• В ночное время суток автоматика поддерживает минимальные параметры работы системы и поддерживает значения установленной температуры.

• Основное преимущество использования вакуумных солнечных коллекторов для отопления дома — это их малая инерционность. При этом их использование позволяет обеспечивать горячее водоснабжение в течение года и отопление в холодный период, позволяющее экономить традиционно использующиеся источники получения тепловой энергии.

Схема и конструкция солнечного коллектора

вакуумный солнечный коллектор — схема и принцип работы

Основные блоки вакуумного коллектора: непосредственно вакуумный коллектор, резервуар-теплообменник и системный контроллер солнечных систем нагрева воды. Конструктивно вакуумный коллектор выполнен в виде трубчатых профилей, соединенных параллельными рядами. Как правило используются трубы конструкции ”стекло-стекло”, произведенные из боросиликатного стекла. Для покрытия внутренней трубы используется селективный слой, предназначенный для абсорбции солнечной энергии и устранения тепловых потерь. Функциональность таких труб позволяет их использовать при пасмурной погоде. При отрицательных температурах происходит преобразование в тепло как прямых, так и рассеянных солнечных лучей. Также для образования тепла используется природное ИК-излучение. Конструкция вакуумной трубы реализована по принципу термоса: она изготовлена из двух трубок различного диаметра, между которыми поддерживается вакуум. Вакуум обладает фактически нулевой теплопроводностью и обеспечивает высокий уровень термоизоляции.

• Вакуумные трубы во всесезонных системах имеют дополнительные термотрубки или тепловые трубки. Они представляются собой медные трубки, наполненные жидкостью с низкой температурой кипения. При непосредственном воздействием тепла происходит испарение жидкости. При этом забирается тепло самой трубки. Далее пар поднимается в расположенный выше наконечник, где происходит его конденсация и передача тепла тепловому носителю в основном контуре либо специальной жидкости, находящейся в отопительном контуре. Далее конденсат по стенкам стекает вниз и процесс возобновляется.

как работает солнечный коллектор

• Приемник коллектора как правило изготавливается из меди. При этом чаще всего применяется дополнительная полиуретановая изоляция. Приемник закрыт истом нержавеющего покрытия для дополнительной защиты. Передача тепла осуществляется посредством медной «гильзы» приемника. Отопительный контур отделяется от блока трубок, что позволяет поддерживать работу системы при поломке одной или нескольких трубок. Замена поврежденных трубок производится без слива используемой жидкости из рабочего контура.

• Резервуар-теплообменник выполняет функции бойлера и используется для аккумулирования и сохранения тепла. Резервуар, как правило, имеет внутри конструкции одну либо две спирали для теплообмена.

• Типичная конструкция системы как правило включает насос, манометр и клапан давления, кран для регулирования количества воды, различные соединительные механизмы и вентили, в том числе набор, обеспечивающий безопасное подсоединение резервуара к отопительной системе, вентиль безопасности давления в 6 атм. Бак дополнительно может быть оснащен электрическим нагревателем мощностью 1-3 кВт.

• Если требуется обеспечить единовременную подачу горячего водоснабжения и отопления, происходит распределение аккумулированной солнечной энергии. Когда заданное значение температуры достигается, подача тепла автоматически переводится на контур отопления. Настройки перераспределения тепла могут быть изменены в зависимости от времени года либо климатической зоны. К данной системе отопления могут быть подсоединены дополнительные отопительные приборы.

• Контроллер водонагревательных систем используется для задания значений температуры в резервуаре теплообменника и коллекторе, а также определения требуемого режима работы вакуумного солнечного коллектора согласно полученным данным.

• Основные функции контроллера заключаются в следующем: индикация температуры в основных блоках: коллекторе, резервуаре, индикация значения температуры в обратном потоке теплоносителя, задание температуры запуска, при которой используется принудительная циркуляция в теплоносителе, таймер пуска и остановки всей системы отопления, определение температуры и продолжительности работы функции дополнительного подогрева, задание минимального значения температуры, индикация датчиков, имеющих повреждения.

Конструктивные отличия

Главным конструктивным отличием вакуумных коллекторов являются стеклянные трубки, которые надежно закреплены на базовой панели. Такие трубки покрыты специальным веществом, которое способно притягивать солнечное тепло. Помимо этого, внутри такой трубки находится еще одна, меньшим диаметром.

Следует отметить, что между ними находится вакуум. Именно благодаря этой вакуумной прослойке удается сохранить большую часть тепла и повысить эффективность коллектора более чем на 30%, по сравнению с плоскими моделями. В таких коллекторах вода способна нагреться до 300 °C.

Следующим не менее важным отличием вакуумных коллекторов является специальная жидкость внизу трубки, которая в результате нагревания превращается в пар, поднимаясь вверх, производит равномерное нагревание жидкости.

Отметим, что именно в регионах с небольшой продолжительностью светового дня и минусовой температурой реализация такой работы аппарата дает существенный выигрыш в количестве добытой тепловой энергии.

Относительно цены такие приборы имеют более высокую стоимость, нежели иные, однако, выходные характеристики оправдываются по истечении нескольких лет.

Как сделать своими руками

Изготовить вакуумный коллектор своими руками возможно, но только в том случае, если воспользоваться вакуумными трубками и блоком концентратором заводского производства. Обусловлено это тем, что в кустарных условиях невозможно создать вакуум внутри основного элемента – трубок, а при попадании воздуха снизится теплопроводность устройства и как следствие КПД создаваемого агрегата.

Для изготовления коллектора понадобятся:

1. Вакуумные трубки – количество определяет конструирующий мастер. Используются трубки промышленного производства;
2. Блок концентратор – в зависимости от количества трубок выбирается тот либо иной размер устройства. Используется агрегат промышленного производства.
3. Материалы для изготовления рамы.

Изготавливается рама коллектора, для этого можно использовать пиломатериалы или профильные элементы из металла. На раме крепится концентратор и вакуумные трубки в следующей последовательности:

• На медный стержень надеваются теплопроводные пластины и заглушки;
• Устанавливается стержень в вакуумную колбу;
• Одеваются фиксирующие чашки;
• Одевается защитный пыльник;
• Стержень помещается в блок-концентратор;
• Процесс повторяется со следующей трубкой.

После сборки солнечный коллектор монтируется на подготовленной плоскости, при этом необходимо учесть следующие условия, как то:

• При монтаже коллектор следует ориентировать на юг;
• Создать условия для недопущения затенения коллектора;
• Создать защиту от перегрева;
• Надежно закрепить коллектор на подготовленной поверхности.

Достоинства вакуумных коллекторов

Для осуществления работы системы используются вакуумные изолированные приспособления. Главным достоинством таких тепловых соединений является постоянная работоспособность и при пониженных температурах (до — 40 °C) и усиленном давлении водопроводных каналов. Сам прибор с накопительным баком устанавливаются по отдельности, которые соединяются при помощи специальных металлопрокатных изделий.

Для получения максимального количества солнечной энергии стандартный вакуумный коллектор устанавливают на крыше дома, а накопительную емкость внутри помещения. Такие установки получили название всесезонных сплит-систем.

Работоспособность косвенных устройств автоматизирована при использовании контроллеров, а бесперебойная циркуляция носителя тепловой энергии в системе осуществляет насос.

Главными достоинствами коллекторов солнечного тепла являются:

1. Высокая эффективность процесса даже в условиях минусовой температуры.
2. Легкость установки всей конструкции.
3. Противоветровая устойчивость коллектора.
4. Продолжительность работы.

К недостаткам использования работы такой системы необходимо отнести высокую стоимость оборудования, окупаемого по истечении нескольких лет.

Средние цены

Как уже писалось выше, вакуумные солнечные коллекторы производят в нашей стране и многих странах мира. Для того чтобы понять порядок цифр, из которых складывается ситуация на рынке этих аппаратов, изучим сколько стоят вакуумные коллекторы, которые рассматривались выше, это:

• Стоимость солнечного коллектора «Сокол-Эффект» выпускаемого ВПК «НПО Машиностроения», по состоянию на года составляет — 21900,00 рублей.
• Стоимость коллекторов компании «АльтЭнергия» составляет для:

1. Серии R1 «SunRain» от 24000,00 до 60000,00 рублей в зависимости от конструкции.
2. Серии U от 18000,00 до 35000,00 рублей в зависимости от конструкции.

• Стоимость вакуумных коллекторов компании ПК «АНДИ Групп» составляет:

1. Серия «УНИВЕРСАЛ», от – 47700,00 до 89700,00 рублей в зависимости от модели;
2. Серия «ДАЧА» от 17500,00 до 36000,00 рублей в зависимости от модели;
3. Серия «ДАЧА ЛЮКС» от 24500,00 до 37500,00 рублей в зависимости от модели;
4. Серия SCH от 25400,00 до 61700,00 рублей в зависимости от модели.

• Стоимость коллекторов компании «GREENoneTEC» составляет:

1. Модель FK 8200N 4H VS7E – 454 евро;
2. FK 8200N 4H VS7E – 420 евро.

• Стоимость коллекторов компании «Guangdong Fivestar Solar Energy Co., Ltd» составляет:

1. Серия AL-HP — от 440 до 880 долларов.

Распространенность солнечных коллекторов

На сегодняшний день ситуация распространения солнечных коллекторов претерпела небольших изменений. Ввиду изменения климата в некоторых областях использование солнечных коллекторов приобрело больше популярности.

Солнечные коллекторы с успехом используют как для реализации бытовых нужд, так и для обогрева жилых помещений, на предприятиях различных масштабов, на овощных плантациях. Такой способ получения энергии стал достаточно популярен в Европейских государствах, для которых экономия средств стоит на первом месте: США, Китай, Германия и так далее.

Для всего мира массовый переход на солнечную энергию означает прорыв в современных технологиях, которые обеспечивают большие возможности обеспечения населения планеты бесплатным электричеством, не оказывающим пагубное воздействие на атмосферу.

Использование такого рода коллекторов является прекрасной альтернативой электрического и газового отопления, так как является экологически чистым устройством, не осуществляющим выбросы в атмосферу. Помимо этого наибольшим достоинством использования такого рода устройств является экономическая выгода.

Плюсы и минусы вакуумных коллекторов

К положительным аспектам использования можно отнести следующие:

• Возможность создания полностью автономной системы теплоснабжения.
• Неисчерпаемый, возобновляемый источник энергии, каким является солнце.
• Надежность устройств.
• Ремонтопригодность устройств.
• Экологическая безопасность устройств.

К недостаткам вакуумных коллекторов относятся:

• Высокая стоимость устройств.
• Влияние погодных условий на производительность аппаратов.
• Невозможность повсеместного использования, определяющаяся регионом проживания потенциальных потребителей.