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
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
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.
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
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.
Вакуумный солнечный коллектор
Виды вакуумных солнечных коллекторов
С прямой тепловой подачейВакуумные 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
С косвенной тепловой подачейПринцип 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
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.
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.