Вакуумный солнечный коллектор с трубками - разновидности, плюсы и минусы

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.

Устройство и область применения в быту

На сегодняшний день применяются такие типы гелиоустановок: плоскопластинчатые и вакуумные

Плоскопластинчатые

Это самые простые и дешевые устройства. Они состоят из улавливающей солнечное излучение пластины (абсорбера), прозрачного покрытия и закрывающей нижнюю поверхность теплоизоляции. На обращенную к солнцу поверхность пластины наносят черную краску или особое покрытие, например, из оксида титана или черного никеля. Оно называется селективным. Наиболее эффективными являются абсорберы, изготовленные из меди.

Светопропускающее покрытие выполняют из специального профильного поликарбонатного листа (с рифлением) или закаленного стекла, почти полностью очищенного от металлических примесей.

Все зазоры между корпусом коллектора и прозрачной крышкой герметизируются, что способствует уменьшению теплопотерь вследствие конвекции.

Плоский пластинчатый коллектор

В воздушных коллекторах используемый в качестве теплоносителя воздух омывает непосредственно абсорбер – с одной или с двух сторон. В устройствах, ориентированных на применение жидкостного теплоносителя (вода, масло или антифриз), к абсорберу могут быть прикреплены медные или алюминиевые трубки, в которые этот теплоноситель подается.

Если не отбирать накапливаемое плоско-пластинчатым коллектором тепло, он сможет нагреть воду до температуры в 190 – 210 градусов.

Для повышения эффективности таких установок применяют покрытия из особых материалов, не излучающих тепло в виде инфракрасных волн.

Вакуумные

Роль абсорбера в таком коллекторе играет поверхность трубки, по которой протекает теплоноситель. При этом сама она заключена в круглый прозрачный кожух, из которого выкачан воздух. Таким образом, каждая трубка с теплоносителем окружена, подобно колбе термоса, вакуумом.

Вакуумный коллектор стоит дороже, но зато является более эффективным: с его помощью воду можно нагреть уже до 250 – 300 градусов.

Вакуумные коллекторы

Значительно повысить производительность вакуумного коллектора можно при помощи параболоцилиндрических отражателей. Это продолговатые элементы с вогнутой зеркальной поверхностью, которая в поперечном сечении образует параболу. Такие отражатели устанавливаются в коллекторе за трубками, фокусируя на них весь неусвоенный солнечный свет.

Оснащенная такими элементами установка может нагревать теплоноситель (применяется масло) до температуры в 300 – 390 градусов. Чтобы еще больше увеличить производительность коллектора, его оснащают системой слежения за солнцем.

Прочие элементы системы

Помимо собственно коллектора в гелиоустановке имеется накопительный бак с водой, которой при помощи встроенного теплообменника передается накопленная теплоносителем энергия.

Существуют системы как с естественной циркуляцией теплоносителя (накопительный бак устанавливается выше коллектора), так и с принудительной – при помощи насоса (бак можно устанавливать на любом уровне).

Гелиоколлекторы в системе отопления

Применение

В быту гелиоустановки применяются для приготовления горячей воды, в том числе для бань, подогрева бассейна либо в качестве дополнительного источника тепла для системы отопления. В промышленности сфера применения таких систем является более широкой: на их основе сооружают опреснители воды, парогенераторы (пар приводит в движение различные машины) и даже электростанции.

Распространение и эффективность

Солнечные коллекторы активно используют в Европе и Америке, Китай очень активно увеличивает производство и наращивает общую площадь. За ним подтягивается и Россия, ведь именно из Китая завозят всё больше недорогих моделей солнечных коллекторов. Но до лидеров ещё очень далеко – по оценкам экспертов, в расчёте на 1000 человек у нас 0,2-0,3 квадратных метра площади коллектора. Например, в странах Северной Европы 150-300 квадратных метров, а на Кипре 800.

Впрочем, даже по этим цифрам заметно, что климат – важный фактор, от которого зависит распространённость солнечных коллекторов. В солнечных странах, вроде Кипра или Израиля, ими пользуются очень многие, иногда существенно больше половины всего населения. В Северной Европе же этот показатель в разы ниже. Потому возникают вопросы насчёт того, насколько вообще эффективны коллекторы в российских условиях.

Расчёты отечественных учёных из Института высоких температур РАН показывают, что их эффективность достаточно высока, но важна и рентабельность – пока они стоили дорого, срок окупаемости был слишком долгим для массовой установки. Теперь, когда они стремительно дешевеют, всё большее количество домовладельцев начинает ими обзаводиться. В особенности это относится к южным районам страны.

Максимальной эффективности может достичь коллектор, ориентированный на юг. Отклонение не должно превышать 40°, при этом выработка энергии может упасть на 20%. Оптимальный угол наклона – 35-45°, иначе оптические потери энергии значительно возрастут, так как её будет отражать защитное стекло. При этом коллектор должен находиться на открытом пространстве, как можно реже находящемся в тени, так что рядом не должны располагаться возвышенности, здания такой же или большей высоты, деревья.

Из-за таких требований лучше всего, если ещё при проектировании жилища предусматривается, что на нём будет установлен коллектор, так можно будет добиться от него максимальной производительности в тех пределах, которые позволяет климат местности. Срок окупаемости – примерно 8 лет, но может сильно отличаться в зависимости от особенностей конструкции, стоимости, природных условий.

Обзор моделей

Дачник

Коллектор Дачник

Эта модель стоит около 18500 руб. Этот коллектор способен нагревать воду до 95 градусов и прекрасно подходит для дачных домиков. Имеет гарантию от производителя 12 месяцев. Этого времени достаточно, чтобы убедиться в его надежности.

Данная модель обладает следующими техническими характеристиками:

Бак объёмом 100 литров изготовлен из высококачественной нержавеющей стали.
Вакуумная трубка имеет длину 150 см.
Диаметр трубки (внешний) 4,8 см.
Максимально возможное давление в трубке 0,6 Мп.
Конструкция устойчива к граду до 0,5 см.
Трубки изготавливаются из боросиликатного стекла, обладающего поглощающим эффектом.
Общий вес коллектора составляет 45 кг.

Комплектация:

набор пыльников (уплотнительных) – 1 шт.;
трубки вакуумные – 16 штук;
станина и комплект болтов – 1 шт.;
расширительный бак – 1 шт.;
бак-термос на 100 л. – 1 шт.;

CP-II-20-175 от «АНДИ Групп»

Коллектор CP-II-20-175 от «АНДИ Групп»

В комплект входят:

Солнечные коллекторы

бак водяной объемом 175 л., внутренний контур выполнен из нержавеющей стали, а наружный из гальванизированной окрашенной стали;
трубки вакуумные – 20 шт.;
TNC-2 (контроллер).;

Теплоизоляция бака выполнена из полиуретана (50 мм.). Диаметр внутренний 36 см., внешний 46 см., рама из стали толщиной 1,5 мм., имеющая гальваническое покрытие. Чистый вес установки 86 кг.

Самодельный коллектор

Самодельный коллектор Для изготовления коллектора понадобятся:

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

Комплектующие коллектора

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.
Надеваются фиксирующие чашки.
Надевается 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 и недостатки

Главными достоинствами считаются:

Низкая парусность и высокая надежность. Практически все детали и элементы солнечных коллекторов, которые контактируют с теплоносителями, выполняются из меди высокого качества. Ударопрочное стекло трубок позволяет противостоять ударам крупного града. Солнечные нагреватели такого типа распространены в регионах с непостоянным и суровым климатом. При необходимости замены одной из трубок не придется полностью останавливать и сливать всю систему. При сильном ветре и ураганах, они способны выдерживать колоссальные нагрузки, а за счет низкой парусности, их не сорвет порывом ветра.
Простота транспортировки и монтажа. При перевозке коллектора не придется переживать за его сохранность, т.к. трубки имеют малый вес и собираются в единую конструкцию только на месте установки. Такой вид транспортировки позволяет максимально быстро доставить коллектор без повреждений. Трубки оборачиваются материалом, сохраняющим их в целости и сохранности на протяжении всей перевозки.
Высокая эффективность. Начиная с раннего утра при первых солнечных лучах, коллектор начинает собирать энергию, что позволяет пользоваться теплом и горячей водой в любое время суток (за ночь остывать практически не успевает).
Коллектор препятствует образованию в устройстве микробов. Это обусловлено обеспечением высоких температур, при которых размножение бактерий становится невозможным.
Работоспособность в зимнее время. Несмотря на морозы до -35°С, коллектор прекрасно справляется со своими обязанностями. Благодаря цилиндрической форме трубок солнечная энергия преобразовывается в тепловую максимально быстро, поэтому данный вид коллектора является наиболее производительным в любое время года.
Низкие показатели теплопотери. Вакуум – это лучший теплоизолятор, который позволяет максимально долго сохранять тепло. Благодаря этому КПД будет высоким даже в пасмурную погоду. Информация о том, что в пасмурную погоду коллектор неэффективен – это миф. Солнечная энергия способна проникать сквозь тучи, а трубки коллектора обладают свойством их принимать.
Прекрасное соотношение низкой цены и высокого качества. За сет простоты устройства, коллекторы имеют довольно низкую себестоимость, что позволяет каждому его приобрести.

Минусов на настоящий момент не выявлено. Все, что говорят и пишут негативного о данном виде коллекторов, является неправдой.

Конструкция вакуумной трубки для солнечного коллектора

Независимо от производителя и модели, вакуумные трубки состоят из четырех элементов:

Стеклянной вакуумированной двустенной колбы;
Абсорбера (селективного покрытия);
Теплоприемника;
Теплообменника.

Стеклянная колба состоит из двух стенок, между которыми откачан воздух. Вакуум не позволяет внутренней части отдавать тепло наружной стенке за счет отсутствия конвекции и какого-либо газа или жидкости между ними.

Абсорбер – селективное покрытие, которое поглощает солнечное излучение в широком диапазоне и преобразует его в тепловую энергию. Он не излучает тепло наружу вакуумной трубки, а передает внутрь на теплоприемник.

В качестве теплоприемника в вакуумных трубках может использоваться вода, металлическая трубка, наполненная водой или жидкостью с высокой температурой кипения, проточные трубки для воды, металлические конструкции.

Теплообменник – место в корпусе солнечного коллектора или бойлере, в котором тепло передается теплоносителю или воде.

В нижней части, между стенками из стекла, находится барий. Он выполняет роль абсорбента. Если происходит разгерметизация трубки, барий поглощает излишнюю влагу из попавшего внутрь воздуха.

Принцип работы вакуумной трубки типа СКЕ.

Ключевым моментом работы солнечной системы является стеклянная вакуумная трубка. Каждая вакуумная трубка состоит из двух стеклянных колб.

Внешняя колба выполнена из чрезвычайно крепкого боросиликатного стекла которое выдерживает удары града который падает со скоростью 18 м/с и имеет до 35 мм диаметре.

Внутренняя колба также выполнена из боросиликатного стекла и покрытая специальным трехуровневым покрытием с постепенным изменением поглощающих слоев ALN/AIN-SS/CU. За счет применения новых технологий достигается высокий коэффициент поглощения и низкая отбивающая способность, что позволяет достичь +380°С в середине трубки при прямом солнце, без вреда самому изделию.

Между двумя стеклянными колбами выкачивается воздух, чтобы создать вакуум, который препятствует обратной теплопроводности и конвекционным потерям тепла. В середине стеклянной колбы расположена герметическая тепловая трубка (HEAT PIPE), изготовленная из чистой красной меди в середине которой находится легкокипящая и испаряющаяся жидкость, которая выполняет функцию передачи тепла теплоносителю. Ниже на рисунке показан принцип работы вакуумной трубки.

Основная интенсивность солнечного излучения в наземных условиях находится в спектральном интервале 0.28 мкм – 3 мкм. Боросиликатное стекло пропускает волны солнечной радиации в диапазоне 0,4 мкм — 2,7 мкм. Проникая сквозь внешнюю прозрачную колбу, энергия задерживается на второй колбе, на которую нанесен высокоселективный непрозрачный слой абсорбера.

В результате поглощения света абсорбером и последующего его излучения длина волны увеличивается до 11 мкм. Стекло является непроницаемым барьером для электромагнитной волны такой длины. Солнечная энергия, попадая на абсорбер, находится в ловушке. Поглощая солнечное излучение, абсорбер даже без внешней колбы может нагреться до температуру +80°С. Нагретый до такой температуры абсорбер излучает тепловую энергию, которая, проникая сквозь тело второй колбы, передается на HEAT PIPE. За счет возникновения парникового эффекта, который базируется на накопленные энергии под стеклом, в середине второй колбы температура поднимается до +180°С. Это тепло нагревает легкокипящую и испаряющуюся жидкость, которая при +25°С — +30°С, превращаясь в пар, поднимаясь, переносит тепло в рабочую часть HEAT PIPE, где и происходит теплообмен с теплоносителем. Отдача тепла вынуждает пар конденсироваться и течь в нижнюю часть HEAT PIPE, и цикл повторяется опять.

Высокий коэффициент передачи тепла легко кипящей и испаряющейся жидкостью, незначительное её количество и относительно не большие размеры HEAT PIPE дают эффективную термическую теплопроводность. HEAT PIPE работает как термический диод. Теплопроводность очень высока в одном направлении (вверх) и низкая в обратном (вниз).

Для того, чтобы поддерживать вакуум между двумя стеклянными колбами на нижнюю внутреннюю часть колбы наносят слой бария. Он активно поглощает CO, CO, N, O, HO и H во время хранения и работы трубки. Слой бария также обеспечивает явное визуальное указание вакуумного статуса. Белый цвет означает, что нарушены условия вакуума.

Идеальная комбинация вакуумной и тепловой медной трубок дают нам следующие преимущества перед плоскими коллекторами:

Высокая тепловая эффективность. благодаря современным методам передачи тепла, высококачественное поглощающее покрытие.

Широкий спектр работы: благодаря малой тепловой емкости она способна работать при высокой облачности (в инфракрасном диапазоне лучей которые проходят сквозь тучи).

Каждая трубка работает не зависимо одна от другой. Так как антифриз не затекает в середину трубки, а его доступ ограничивается теплообменником, то в случае физического повреждения коллектор продолжает работать.

Меньший вес коллектора при лучшей эффективности работы самого коллектора.

Лучшая эффективность работы зимой благодаря вакууму. Трубка выдерживает морозы в -50°С.

Обзор цен

Кроме мирового имени на стоимость нагревателя могут влиять:

качество сборки;
материал абсорбера и корпуса;
толщина и вариант укладки изоляции;
толщина стекла и др.;

Так как, конструктивных различий, которые могут влиять на стоимость оборудования немало, то и цены колеблются в большом диапазоне. К примеру, коллектор российского производства будет стоить в пределах 21 тыс. руб. (Сокол-Эффект), вакуумный коллектор 30HP – 795 $ (тм «Atmosfera» Китай), водонагреватель VFK 150V – 690 евро (Vaillant, Германия), Solar 7000TF – 875 евро (Bosch, Германия).

Немецкие производители в комплект включают оригинальные крепежи, которые зачастую изготовлены из нержавейки или алюминия, а это также оказывает влияние на цену. В конечную стоимость войдет оплата за проведение монтажных работ, покупка необходимых расходных и вспомогательных материалов.

Как работает солнечный коллектор?

Принцип действия коллектора основан на поглощении (абсорбции) тепловой энергии солнца специальным приемным устройством и передачей его с минимальными потерями теплоносителю. В качестве приемника используются медные или стеклянные трубки, окрашенные в черный цвет.

Ведь известно, что лучше всего абсорбируют тепло предметы, имеющие темную или черную окраску. Теплоносителем чаще всего выступает вода, иногда – воздух. По конструкции солнечные коллекторы для отопления дома и горячего водоснабжения бывают таких видов:

воздушные;
водяные плоские;
водяные вакуумные.

Среди прочих воздушный солнечный коллектор отличается простотой конструкции и, соответственно, самой низкой ценой. Он представляет собой панель – приемник солнечной радиации из металла, заключенный в герметичный корпус. Стальной лист для лучшей теплоотдачи снабжен с задней стороны ребрами и уложен на дно с тепловой изоляцией. Спереди установлено прозрачное стекло, а по бокам корпуса имеются проемы с фланцами для подключения воздуховодов или других панелей, как показано на схеме:

Надо сказать, что установка солнечных коллекторов с нагревом воздуха имеет свои особенности. Из-за их невысокой эффективности для обогрева помещений нужно применять несколько подобных панелей, объединенных в батарею. Кроме того, обязательно понадобится вентилятор, поскольку нагретый воздух из коллекторов, находящихся на кровле, самостоятельно вниз не пойдет. Принципиальная схема воздушной системы показана ниже на рисунке:

Устройство и принцип работы воздушного солнечного коллектора

Солнечный воздушный коллектор состоит из нескольких основных частей:

Схема работы воздушного солнечного коллектора

Вся конструкция коллектора помещена в прочный и герметичный корпус, который обязательно снабжен тепловым изолятором. Тепло, попавшее внутрь коллектора не должно «утекать» наружу.
Главная деталь любого коллектора – это солнцеприемная панель, которую еще называют поглотителем или абсорбером. Задача этой панели принять солнечную энергию, а затем передать ее воздуху, поэтому она должна быть изготовлена из материала с наибольшей теплопроводностью. Такими свойствами из доступных в быту являются медь и алюминий, реже сталь. Для лучшей теплоотдачи нижнюю часть абсорбера делают как можно большей площади, поэтому могут применяться ребра, волнистая поверхность, перфорация и другие способы. Для лучшего поглощения солнечной энергии приемная часть абсорбера окрашивается в темный матовый цвет.
Верхняя часть коллектора герметично закрывается прозрачной изоляцией в качестве которой может применяться закаленное стекло или оргстекло, или поликарбонатное стекло.

Солнечный коллектор ориентируют на юг и придают поверхности такой наклон, чтобы максимальное количество солнечной энергии попадало на поверхность. Как говорят специалисты – для максимальной инсоляции. Холодный наружный воздух естественно или принудительно попадает в приемную часть, проходит через ребра абсорбера и выходит с другой части, снабженную фланцем для стыковки с воздуховодом, ведущим внутрь отапливаемого помещения. Стоит отметить, что вариантов конструкций солнечных коллекторов существует масса и вышеописанная показана только для примера.

Воздушное отопление при помощи солнечных коллекторов не может в нашей климатической зоне полностью заменить основное отопление, но оно будет очень хорошим подспорьем даже в морозные зимние солнечные дни.

Виды и различия солнечных коллекторов

На сегодняшний день распространение среди промышленно изготавливаемых солнечных коллекторов получили два вида систем:

плоские солнечные панели;
вакуумные (вакуумированные) трубчатые коллекторы.

Плоская солнечная панель

Является распространенным типом солнечного коллектора, используемого в современных системах гелиоэнергетики. Широкое распространение данный тип получил вследствие относительной дешевизны и простоты, как устройства, так и эксплуатации. Недостатком плоских солнечных коллекторов является значительное (до двух раз) понижение КПД в условиях отрицательных температур наружного воздуха.

Конструкция плоского солнечного коллектора.

Конструктивно представляет собой панель с площадью поглощающей поверхности 2-2,5 м2, выполненную из алюминиевых или стальных сплавов. Лицевая часть выполнена в виде листа специального гелиостекла, что обеспечивает максимальное поглощение энергии солнечного света и минимальные потери энергии с отраженными и рассеянными лучами. Непосредственно под гелиостеклом расположен поглотитель, выполняемый в виде плоской трубки из медных или алюминиевых сплавов, имеющих высокий коэффициент теплопередачи.

Трубка, как правило, имеет радиальное оребрение, что значительно повышает коэффициент теплопередачи поглотителя. На поглотитель наносится покрытие с высоким коэффициентом поглощения в спектрах теплового излучения, что повышает общий КПД коллектора. Под поглотителем располагается слой тепловой изоляции, уменьшающий тепловые потери системы в окружающую среду. Необходимая тепловая мощность солнечного коллектора достигается включением нескольких панелей в единую солнечную батарею или коллектор.

Вакуумный (вакууммированный) трубчатый коллектор

Дорогостоящий вид солнечного коллектора вследствие сложного изготовления и ряда преимуществ перед плоскими солнечными панелями. Конструктивно представляет собой ряд парных стеклянных труб, спаянных между собой, из пространства между которыми откачан воздух. Вакуум в пространстве между трубками является прекрасным тепловым изолятором и предотвращает тепловые потери в окружающую среду от теплоносителя. В меньшую трубу вводится медная, алюминиевая или стеклянная трубка поглотителя. Трубы верхней частью вводятся в распределитель, в котором циркулирует теплоноситель. Вакуумные (вакуумированные) трубчатые коллекторы по типу распределителя подразделяются на два типа: с плоской тепловой трубой и прямоточные.

Коллекторы с плоской трубой

Вакуумный трубчатый солнечный коллектор с плоской тепловой трубой – конструкция.

Представляют собой рекуперативный теплообменник, расположенный в распределителе. В этом случае теплопередача от нагретого теплоносителя вакуумной трубы к теплоносителю циркуляционного контура теплоснабжения здания происходит через стенку и теплоносители этих контуров не смешиваются. Преимущества перед прямоточными коллекторами состоят в сохранении высоких показателей работы при температуре окружающей среды до -45оС, возможности замены отдельной вакуумной трубки, вышедшей из строя, без разбора коллектора и прекращения его работы, а также в возможности регулирования угла установки каждой вакуумной трубки в пределах одного коллектора.

Прямоточные коллекторы

Прямоточный вакуумный трубчатый солнечный коллектор – конструкция.

Объединяют циркуляционный и обогревающийся контур. В распределителе проходят подающий и циркуляционный трубопроводы, к которым непосредственно присоединяются вакуумные трубки. Теплоноситель подается в распределитель по подающему трубопроводу, из которого попадает в вакуумную трубку, где проходит обогрев. Нагретый теплоноситель возвращается в обратный трубопровод и уходит непосредственно на нужды теплоснабжения. Преимущества прямоточных коллекторов перед вакуумными состоят в отсутствии промежуточной стенки между теплоносителями, что снижает тепловые потери и в возможности устанавливать коллектор на любых поверхностях под любыми углами, поскольку циркуляция теплоносителя в пределах всего коллектора будет осуществляться насосом.

Преимущества и недостатки

Солнечные вакуумные коллекторы имеют меньшие теплопотери, по сравнению с плоскими. Применение вакуумных нанотехнологий в производстве коллекторов позволило добиться высокой эффективности и надежности гелиосистем.

Рассмотрим главные плюсы использования вакуумных коллекторов:

Производительность. В трубках коллектора имеется вакуум – идеальный теплоизолятор, что позволяет поддерживать оптимальный уровень тепла даже в осенне-зимний период. За счет сохранения КПД на высоком уровне, производительность вакуумного коллектора на 40% превышает производительность плоского коллектора.
Надежность. Срок службы эксплуатации вакуумных коллекторов около 30 лет. Их долговечность и бесперебойность работы обязаны современным прочным материалам. В состав вакуумных трубок входит высококачественная медь. Внешний корпус трубок отлит из боросиликатного стекала, которое способно выдерживать высокие нагрузки. Применение вакуумных коллекторов особенно актуально для климатических зон, где шквалы, ураганы, град – не редкость.
Эффективность использования солнечной энергии. Цилиндрическая форма абсорбера вакуумного коллектора улавливает и удерживает даже рассеянную солнечную энергию, которую не способен преобразовать плоский корректор. С одного квадратного метра абсорбера вакуумной гелиосистемы можно удержать солнечной энергии на 40% больше, чем с аналогичной площади солнечной установки плоского типа. Закругленность трубок позволяет получать до 97% солнечной энергии с раннего утра и до позднего вечера.
Удобство в эксплуатации. В случае повреждения вакуумной трубки, ее замена происходит без остановки работы системы (не требуется слив циркулирующей жидкости). При недостатке тепла можно добавить несколько трубок, а при его избытке – временно снять. После чистки вакуумного коллектора от снега или оледенения, он быстро приходит в рабочее состояние. Поверхность коллектора обладает низкой тепловой инерцией, за счет тонкого стеклянного покрытия.
Дезинфекция воды. Температура нагрева воды при работе гелиосистемы достигает высоких показателей, что обеспечивает ее обеззараживание и предотвращает размножение патогенных организмов.
Легкость монтажа. При установке вакуумных коллекторов особых трудностей не возникает, главное, чего надо придерживаться – расположить коллектор под углом, чтоб дать возможность жидкости, внутри трубок, стекать вниз.

Недостатки солнечного отопления сводятся к крайне низкой эффективности при низких температурах и в ночное время, тем самым стоит вопрос о том, что эта система отопления не может быть единственной в доме. Так же вакуумные солнечные коллекторы стоят дороже плоских.

Солнечные установки вакуумного типа приобретают всю большую популярность среди населения и крупных компаний. Если раньше многих отпугивала цена вопроса, то сегодня стоимость оборудования несколько снизилась, а функциональные возможности – улучшились и модифицировались.

Устройство вакуумного солнечного коллектора с трубками