Вакуумный трубчатый солнечный коллектор

Солнечные коллекторы представляют собой устройства для сбора солнечной тепловой энергии.

Они делятся на следующие типы:

• вакуумные;
• плоские;
• воздушные;
• коллекторы-концетраторы;

Солнечные вакуумные коллекторы применяются для обеспечения небольших жилых и производственных зданий горячим водоснабжением и отоплением. Устанавливаются такие конструкции на крышах для повышения эффективности работы.

Преимущественно эти установки предпочитают для частных домов, небольших загородных гостиниц и даже дачных домиков. Это самый экономичный способ обеспечения теплом и горячей водой. Также использование коллекторов актуально для туристических баз, которым удается значительно сэкономить за счет коллекторов.

Главной особенностью и одним из существенных преимуществ данного нагревательного прибора является использование только холодной воды. Она значительно дешевле горячей и также позволяет экономить на использовании электроэнергии. На вакуумных, в отличие от плоских, не скапливается зимой снег, и они продолжают максимально эффективно поглощать солнечную энергию, принося пользу.

Первым фактором, который влияет на выбор, является размер отапливаемой площади, или требуемый объем горячей воды. Для обогрева 3-х комнат вполне достаточно коллектора из 10 трубок (диаметр 85 см.), стоимость которого составляет примерно 12 000 руб.

Если вы хотите приобрести установку для коттеджа, то лучше обратить внимание на коллекторы из 20-25 трубок. Стоимость такого составит примерно 20 000 руб.

Обзор моделей

«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:

1. Бак объёмом 100 литров изготовлен из высококачественной нержавеющей стали.
2. Вакуумная трубка имеет длину 150 см.
3. Диаметр трубки (внешний) 4,8 см.
4. Максимально возможное давление в трубке 0,6 Мп.
5. Конструкция устойчива к граду до 0,5 см.
6. Трубки изготавливаются из боросиликатного стекла, обладающего поглощающим эффектом.
7. 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»

В комплект входят:

• 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.

Достоинства и недостатки

Главными достоинствами считаются:

1. 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.
2. 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.
3. 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).
4. Коллектор препятствует образованию в устройстве микробов. Это обусловлено обеспечением высоких температур, при которых размножение бактерий становится невозможным.
5. 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.
6. 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.
7. 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.

Устройство и принцип работы

Солнечным коллектором называется тепловой преобразователь солнечной энергии, обеспечивающий сбор излучения (солнечного) независимо от температуры воздуха. Монтаж осуществляется под углом в 5-90°, что дает возможность установить его так, чтобы рабочая поверхность максимально была направлена на получение энергии.

Вся установка в основном состоит из:

1. Коллектор солнечный, через систему которого циркулирует жидкость. Она нагревается при помощи солнечной энергии и отдает уже тепловую энергию через теплообменник (он монтируется в бак-аккумулятор).
2. Контур теплообменный.
3. Бак с водой носит название аккумулятор тепла. В нем вода хранится до момента необходимости ее использования (при условии, что данная система применяется именно для горячего водоснабжения).

Энергию солнца притягивает к себе система вакуумных трубок. Эта конструкция напоминает устройством термос: в трубки (выполненные из ударопрочного стекла, выдерживающего воздействия окружающей среды) вставляются трубки меньшей длины и диаметра. Между них обеспечено вакуумное пространство, которое является лучшей теплоизоляцией.

Внутренние трубки покрываются специализированным селективным слоем, максимально поглощающим солнечную энергию. В середине данной конструкции располагается запаянная медная трубка, содержащая некоторый объем жидкости (легкокипящей). Эта жидкость служит самим нагревательным элементом коллектора.

Типы вакуумных солнечных коллекторов

Самые популярные и востребованные типы делятся по виду конструкции коллектора.

Они бывают:

1. Вакуумная колба с тепловой трубкой. Они сложны в эксплуатации и изготовлении, т.к. в данном виде конструкции теплоизоляция вакуумного типа обеспечивается по всей колбе. Данные устройства обеспечивают наибольший КПД. Абсорбером тут является пластина, которая покрыта селективным всепоглощающим покрытием. Тепловая трубка надежно крепится к пластине и подает энергию в конденсатор (верхняя часть трубки). В свою очередь конденсатор подключается к теплообменнику коллектора. Тут и происходит нагрев теплоносителя.
2. «Колоба в колбе» с трубкой тепловой. Эта конструкция немного проще предыдущей и отличается меньшей производительностью при пониженных температурах. Абсорбирующая поверхность расположена на внутренней трубке. На тепловую трубку, изготовленную из меди, тепло передается через металлические ребра. Тепловая трубка – это наиболее эффективное устройств, предназначенное для передачи тепла.
3. «Колба в колбе». Этот вид устройства вакуумного коллектора дает возможность достигать наивысшей степени теплоизоляции покрытия (поглощающего), не мешая при этом проникновению солнечных лучей. Как и в предыдущем типе, покрытие для поглощения энергии расположено на внутренней колбе. Теплоноситель, который контактирует с поглощающей поверхностью, может нагреваться без промежуточных преобразований.

Советы

В завершении, хотелось бы дать еще несколько советов:

1. Если вам не требуется использование солнечного вакуумного коллектора зимой, то следует купить дополнительный прибор (водонагревательный).
2. Подключать коллектор необходимо параллельно нагревательному прибору и установить кран на подачу холодной воды.
3. Аварийную и запорную арматуру лучше разместить в помещении с постоянной положительной температурой, т.к. это поможет в будущем сливать воду и с коллектора, и с труб.
4. Мембранный бак-компенсатор или сбросной предохранительный клапан поможет компенсировать линейное расширение воды при ее нагревании.
5. Установленный обратный клапан нужен на подаче холодной воды. Также возможно применение комбинированных обратных клапанов, которые могут сбрасывать избыточное давление.
6. В некоторых случаях необходимо наличие сливного крана, который должен быть установлен в помещении для подачи холодной воды после клапана обратного.
7. Бак накопительного типа может быть использован как бак, предназначенный для хранения ресурсов на время аварийного отключения или хлорирования воды. Дальнейший слив жидкости будет производиться через смеситель.
8. Не забывайте об изоляции всех наружных проводов к водонагревателю.

В среднем солнечный вакуумный коллектор служит не меньше 20 лет. Срок службы зависит от климата и правильного монтажа конструкции. Никакого ухода данная конструкция не требует, а экономия очевидна.

Все товары этой категории отгружаются только транспортной компанией со склада поставщика из Москвы – за счет клиента.

Предназначены для всесезонного использования. Вакуумные трубки представляют собой полый медный стержень низкого давления, запаянный с обоих концов и с расширением в верхней части. Внутри него находится нетоксичная жидкость (солёная вода с медной крошкой примерно 30 мг).

Сегодня коллекторы используют все тот же принцип преобразования солнечных лучей в тепло. Но накопленные человечеством знания и технологический прогресс позволили сделать такую систему намного производительней. Основу любого солнечного коллектора составляет материал с высоким коэффициентом поглощения и большой теплоемкостью. Самым простым примеров будет металлическая деталь черного цвета.

Виды коллекторов

На сегодняшний день существует два основных типа коллекторов – панельные и вакуумные. Именно последние показывают высокую эффективность зимой, поэтому про них и пойдет речь.

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:

1. Нагрев воды для летнего душа, хозяйственных нужд на даче.
2. Нагрев воды в бассейне в тёплый период времени.
3. 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.

Принцип работы вакуумного агрегата

От обычных гелиосистем вакуумный солнечный коллектор отличается способом переработки солнечной энергии. Классическая батарея просто принимает свет и преобразовывает его в электричество. Коллектор же состоит из стеклянных трубок с воссозданным внутри вакуумом. В единую систему они объединяются посредством специальных стыковочных узлов.

Внутри каждой трубки располагается канал из одного или двух медных стержней с теплоносителем. Улавливая солнечные лучи, действующий элемент нагревает материал-теплоноситель, таким способом обеспечивая работу коллектора.

За счет такой конструкции уровень энергоотдачи значительно возрастает, а теплопотери существенно снижаются, так как вакуумная прослойка позволяет сохранить около 95 % улавливаемой солнечной энергии.

Кроме того, уменьшается зависимость производительности коллектора от сезонности, температуры окружающей среды и различных погодных условий, как то: порывы ветра, переменная облачность, выпадение осадков и пр.

Как устроен коллектор вакуумного типа?

Современные вакуумные приборы, обеспечивающие помещения теплом и горячей водой за счет солнечной энергии, технологически разнятся.

Коллекторы подразделяют на такие виды:

• трубчатый без стеклянного защитного покрытия;
• модуль с редуцированной конверсией;
• стандартный плоский вариант;
• устройство с прозрачной теплоизоляцией;
• воздушный агрегат;
• плоский вакуумный коллектор.

Все они имеют общее конструктивное сходство, так состоят из:

• внешней прозрачной трубы, откуда полностью выкачан воздух;
• нагреваемого патрубка, расположенного в большой трубе, где перемещается жидкий или газообразный теплоноситель;
• одного или двух сборных распределителей, к которым присоединяются трубы большего калибра и входит циркуляционный контур тонких, размещенных внутри, трубок.

Целиком конструкция чем-то напоминает термос с прозрачными стенками, в котором выдержан беспрецедентно высокий уровень тепловой изоляции. Благодаря этой особенности корпус внутренней трубки приобретает способность качественно прогреваться и полноценно отдавать энергетический ресурс циркулирующему внутри теплоносителю.

Конструкционные нюансы и классификация

Коллекторы вакуумного типа классифицируют по виду стеклянных трубок, установленных в конструкции, либо по характеристикам тепловых каналов. Трубки обычно бывают коаксиальными и перьевыми, а тепловые каналы – U-образными прямоточными и heat pipe типа. .

Характеристика коаксиальных трубок

Коаксиальные трубки представляют собой двойную стеклянную колбу-термос с искусственно созданным между стенками вакуумным пространством. Внутренняя поверхность трубки имеет слой специального теплопоглащающего покрытия, поэтому фактическая передача тепла происходит непосредственно от стенок стеклянной колбы.

В качестве поглощающего элемента в стеклянную трубку впаивают медную трубку, содержащую эфирный состав. В процессе нагревания он испаряется, эффективно отдает свое тепло, конденсируется и стекает на нижнюю часть трубки. Затем цикл повторяется, создавая таким образом непрерывный процесс теплообмена.

Особенности перьевых трубок

Вакуумные перьевые трубки имеют большую толщину стенок, нежели коаксиальные, и состоят не из двух, а из одной колбы. Внутренний абсорбционный элемент из меди снабжается по всей длине прочным усилителем – гофрированной пластиной с высокоуровневым энергопоглощающим напылением.

Благодаря такой конструкционной особенности вакуум располагается непосредственно в тепловом канале, часть которого вместе с абсорбентом интегрируется непосредственно в колбу.

Коллекторы, изготовленные на основе перьевых вакуумных трубок, считаются наиболее эффективными в своем классе, отлично справляются с поставленными задачами и надежно служат в течение многих лет.

Принцип работы теплового канала heat pipe

Тепловые каналы heat pipe состоят из закрытых трубок, содержащих легко испаряющийся жидкий состав. Под воздействием солнечных лучей он прогревается, переходит в верхнюю область канала и сосредотачивается там в специальном теплосборнике (manifold).

Рабочая жидкость в этот момент отдает все накопленное тепло и снова опускается вниз для возобновления процесса.

Гильза теплообменника heat-pipe соединяется с теплообменником manifold’а посредством специального гнезда, впаянного в сам в 1-трубный теплообменник, либо огибается 2-трубным теплообменником.

Выделенную энергию из теплового резервуара отбирает теплоноситель и переносит ее дальше по системе, обеспечивая таким способом наличие горячей воды в кранах и батареях отопления. Система heat pipe легко монтируется и демонстрирует высокую эффективность при работе.

В случае поломки или выхода из строя без всяких сложностей существует возможность заменить испорченный узел на новый, не прибегая к реконструкции всей системы.

Ремонтные работы можно легко осуществить прямо на месте расположения коллектора, не демонтируя агрегат и не прикладывая к работе излишних усилий.

Описание U-образного прямоточного теплообменника

Трубка прямоточного теплообменника имеет форму буквы U. Внутри циркулирует вода или рабочий теплоноситель греющей системы. Одна часть элемента предназначается для холодного теплоносителя, а вторая корректно отводит уже нагретый.

При накаливании действующий состав расширяется и поступает в бак накопления, создавая таким образом естественную циркуляцию жидкости в системе. Специальное селективное покрытие, нанесенное на внутренние стенки, увеличивает теплопоглощающую способность и повышает эффективность системы в целом.

Трубки U-типа демонстрируют высокую производительность и дают солидную теплоотдачу, но при этом имеют один существенный недостаток. Они составляют одну целостную конструкцию с manifold’ом и всегда монтируются вместе с ним.

Заменить отдельную одиночную трубку, вышедшую из строя, не получится. Для ремонта потребуется демонтировать весь комплекс полностью и на его место поставить новый.

Сравнение различных модификаций

При изготовлении гелиоагрегатов тепловые каналы и вакуумные стеклянные трубки для солнечных коллекторов комбинируют в самых разных сочетаниях.

Самой большой популярностью у потребителей пользуются коаксиальные модели с тепловым каналом heat pipe. Покупателей привлекает лояльная цена приборов и очень простое, доступное обслуживание в течение всего срока эксплуатации.

Вакуумные приборы с каналами heat pipe демонстрируют высокую надежность и не имеют никаких ограничений по использованию даже в высоконапорных гелиотермальных комплексах.

Приборы с коаксильной колбой, содержащей прямоточные U-образные каналы, тоже входят в перечень востребованных. Их характеризуют такие параметры, как низкая теплопотеря и КПД от 70% и выше.

Ситуацию несколько портят: сложный процесс ремонта, специфическое обслуживание в процессе эксплуатации и невозможность заменить отдельный испорченный узел. Если с прибором что-то случается, его демонтируют и на место ставят абсолютно новый коллектор.

Перьевые трубки конструкционно представляют собой одинарный цилиндр из стекла с утолщенными прочными стенками (в зависимости от производителя от 2,5 мм и выше). Содержащаяся внутри вставка из перьевого абсорбента плотно облегает рабочий канал, изготовленный из теплопроводящего металла.

Почти безупречную изоляцию создает вакуумное пространство внутри стеклянной емкости. Абсорбент передает поглощенное тепло без потерь и обеспечивает системе КПД до 77%.

Модели с перьевым элементом стоят несколько дороже, нежели коаксиальные, но за счет высокой эффективности обеспечивают полноценный комфорт в помещении и быстро окупаются.

Наиболее эффективными и производительными являются перьевые колбы с внутренними прямоточными каналами. Их фактический КПД порой достигает рекордных показателей в 80%.

Цена изделий довольно высока, а при проведении ремонта обязательно требуется сливать из системы весь теплоноситель и только потом приступать к устранению неполадок.

Каким должен быть теплосборник?

Теплосборник – еще один очень важный рабочий элемент вакуумного коллектора. Посредством этого узла осуществляется передача накопленного тепла от трубок к теплоносителю.

Теплосборник располагают в верхней части прибора. Один из его компонентов, медный сердечник, принимает энергию и передает ее основному теплоносителю, циркулирующему в замкнутой системе «теплообменник бака-коллектор».

Корректную работу гарантирует подключенный к системе циркуляционный насос. Управляющая греющим комплексом автоматика, четко следит за уровнем температуры в каналах и, в случае ее падения ниже допустимого критического минимума (например, в ночное время суток), останавливает работу насоса.

Это позволяет избежать обратного прогрева, когда теплоноситель начинает забирать тепло горячей воды, собравшейся в накопительном баке.

Плюсы и минусы коллекторов вакуумного типа

Главным достоинством агрегатов называют практически полное отсутствие теплопотерь в процессе эксплуатации. Это обеспечивает вакуумная среда, являющаяся одним из самых качественных естественных изоляторов. Но на этом список преимуществ не заканчивается.