Принцип работы вакуумного солнечного коллектора с трубками

Устройство вакуумного солнечного коллектора с трубками

Здесь вы узнаете:

Вакуумный солнечный коллектор с трубками – экологичный способ накопления энергии солнца и использования ее для теплоснабжения дома и обеспечения горячей водой. Размещаются такие устройства на крыше частных домов в правильно выбранном месте.

Что такое коллектор и назначение солнечных коллекторов

Под солнечным коллектором понимают устройство, которое собирает энергию излучения, а затем перемещает накопленную теплоту потребителям. На практике используют еще один термин – гелиоколлектор.

По назначению солнечные установки (гелиоустановки) использования подразделяют:

  • гелиоконцентраторы – устройства, собирающие солнечную энергию в узкий поток. Их используют для плавки металла. В институте НПО «Физика-Солнце» (г. Ташкент) были разработаны и изготовлены плавильные печи, в которых достигнуты температуры более 5000…5500 °С;
  • солнечные батареи – устройства для преобразования излучения от Солнца в электрическую энергию;
  • гелиоопреснительные установки – машины, предназначенные для получения пресной воды из воды с высоким содержанием минеральных солей;
  • гелиосушильные установки – тепловые устройства, в которых осуществляется удаление влаги из овощей и фруктов с использованием энергии Солнца;
  • гелионагреватели (воздушный солнечный коллектор) – установки для передачи теплового потока от инфракрасного излучения к теплоносителям.

Принцип работы вакуумного солнечного коллектора

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.


Вакуумный солнечный коллектор, размещенный на крыше частного дома, будет обеспечивать горячей водой жильцов на протяжении всего года, а в сезон холодов позволит комфортно отапливать помещение, не затрачивая на это больших финансовых средств

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.

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.

Разновидности вакуумных коллекторов

Разновидности вакуумных коллекторов

В конструкции коллекторов используются два типа стеклянных трубок:

Ознакомимся подробнее с каждым из них.

Трубка коаксиальная

Это своего рода термос, который состоит из двойной колбы. Наружная колба покрывается специальным веществом, поглощающим тепло. Между двумя трубками создается вакуум. Это позволило добиться того, что тепло при работе передается непосредственно от стеклянных колб.

Обратите внимание! В вакуумных коллекторах используется специальное стекло, изготовленное из боросиликатов. Такой материал пропускает большее количество солнечной энергии.

Внутри каждой трубки находится еще одна – медная (ее заполняют эфирной жидкостью). При повышении температуры эта жидкость испаряется, передает накопленное тепло и стекает обратно в виде конденсата. Далее цикл повторяется снова и снова.

Трубка перьевая

Такого рода трубки состоят из одностенной колбы. К слову, по толщине стенок они существенно превышают коаксиальные аналоги. Медная трубка усиливается специальной гофрированной пластиной, обработанной влагопоглощающим веществом. Выходит, что воздух в данном случае выкачивается из всего теплового канала.

Такие каналы, к слову, тоже бывают разными:

Каналы типа «Хит пайп»

Теплообмен в вакуумном солнечном коллекторе типа “Heat Pipe”

Другое их название – тепловые трубы. Они работают следующим образом: эфирная жидкость в закрытых трубах при повышении температуры поднимается вверх по каналу, после чего конденсируется там в специально оборудованном теплосборнике. В последнем жидкость передает тепловую энергию и опускается вниз по трубке. Из теплосборника тепло передается дальше в систему при помощи циркулирующего теплоносителя.

Коаксиальная вакуумная трубка heat-pipe с 2-трубным manifold’ом

Характерно, что металлические трубки здесь могут быть не только медными, но и алюминиевыми.

Прямоточные каналы

В каждом из таких каналов в стеклянной трубке находятся сразу два металлических патрубка. По одному из них жидкость попадает в колбу, нагревается там и выходит по второму.

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.


Вакуумный солнечный коллектор с рабочим каналом heat pipe прекрасно ремонтируется. Замена поврежденных трубок осуществляется на месте и не предусматривает демонтажа системы или переноса ее на другое место. Однако теплообмен в этих моделях осуществляется сложно, за счет чего и КПД на выходе составляет не более 65%

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.


Для корректного функционирования, вакуумный прибор с U-каналом нужно правильно установить. Желательно, чтобы минимальный угол наклона составлял не менее 20⁰. Только в таком варианте получится обеспечить максимальную отдачу

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%.


В случае неисправности коллекторы, оснащенные перьевыми трубками, подлежат ремонту. Менять всю систему не требуется, достаточно обнаружить поврежденный узел, демонтировать его и поставить на это место новый

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%.


При монтаже перьевых трубок в раму на стержень каждой детали одевают прочную обжимную гайку с кольцом и термостойкой прокладкой. Это обеспечивает герметичность всей конструкции и дает возможность коллектору полноценно функционировать в любых условиях

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

Изготовление вакуумного коллектора своими руками

Важно! Сделать солнечный коллектор своими руками вакуумного типа крайне сложно. Затраты могут быть весьма высокими.

Вакуумный солнечный коллектор своими руками изготовить можно. Потребуется приобрести стеклянные трубки для молочной промышленности или доильных установок. Они реализуются вместе со специальными резиновыми патрубками, с помощью которых могут монтироваться в разные монтажные схемы.

Внутри стеклянных труб потребуется расположить стальные или медные трубки, окрашенные в черный цвет. Сварку или пайку придется дополнительно защищать теплоизолирующими лентами, например, вырезанными из вспененного полиэтилена.

Изготавливая солнечный коллектор вакуумного типа, потребуется произвести откачку воздуха из стеклянных труб. Откачку воздуха выполняют с помощью вакуумного насоса. Здесь понадобится использовать специальный штуцер, который плотно закроется сразу после отсоединения всасывающего трубопровода от вакуум-насоса. Современные пластинчатые устройства позволяют получать разряжение до 25…30 % от исходного атмосферного значения.

Перед началом работ следует оценить свои силы. Подобные устройства довольно дороги в изготовлении. Здесь нужны не только дорогие инструменты и приспособления. Нужен еще и навык выполнения работ с вакуумными установками.

Можно собрать установку из готовых элементов:

  1. Изготавливают раму для монтажа.
  2. Ориентируют ее относительно сторон света.
  3. Приобретают коаксиальные трубки в сборе с теплообменниками.
  4. Производят монтаж подводящих и отводящих трубопроводов.
  5. Устанавливают вакуумные трубки и соединяют их с магистральными трубопроводами.
  6. Выполняют работы по тепловой изоляции всех точки стыковки колб и трубопроводов.

Особенности правильного расположения вакуумного солнечного коллектора

Для того, чтобы вакуумный солнечный коллектор работал с максимальной эффективностью необходимо правильно расположить его в пространстве. Для северного полушария плоскость внешнего блока должна быть обращена на юг. Также имеет значение угол его наклона к горизонту. Он должен равняться широте местности, на которой происходит установка агрегата.

Кроме географических особенностей, необходимо учитывать геометрию крыши, где он устанавливается. Установить коллектор нужно таким образом, чтобы тень от надстроек крыши не падала на него ни при каких обстоятельствах.

Таким образом, солнечный коллектор вакуумного типа является эффективным решением для отопления и снабжения дома горячее водой. Однако его конструктивные особенности и зависимость от движения солнца, которое является для него источником энергии, требует соблюдения ряда особенностей при его монтаже.

Вакуумный солнечный коллектор

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.

Принцип работы вакуумного коллектора

Основной составляющей конструкции вакуумных солнечных коллекторов является стеклянная трубка, которая крепится в каркасе (панели) коллектора. В одной панели устанавливается несколько подобных трубок, в зависимости от конструкции количество их может различаться.

Трубка состоит из нескольких составных частей, это:

  • Стеклянная трубка с поглощающим солнечные лучи слоем;
  • Медная трубка меньшего диаметра, помещенная в стеклянную трубку.

Между трубками – вакуумное пространство.

Принцип работы подобных устройств следующий

  1. Солнечные лучи попадают на стеклянные трубки, обработанные специальным слоем и их энергия поглощается этим элементом конструкции.
  2. В трубках меньшего диаметра помещена специальная жидкость, которая под воздействием энергии поглощенной абсорбером (стеклянные трубки с поглощающим слоем) нагревается и при достижении определенных параметров – испаряется. В парообразном состоянии вещество поднимается вверх трубок.
  3. Комплекты трубок помещены в общий блок, в котором контактируют с циркулирующим теплоносителем.
  4. В парообразном состоянии энергия передается теплоносителю, после чего вещество конденсируется и в жидком состоянии стекает вниз.
  5. Процесс повторяется снова.

Популярные марки вакуумных коллекторов

Сегодня, на рынке альтернативных источников энергии вакуумные коллекторы представлены отечественными и зарубежными производителями.

В России их производят в таких компаниях, как: «АльтЭнергия» (г. Анапа), ВПК «НПО Машиностроения» (г. Реутов), ПК «АНДИ Групп» (г. Москва).

В мире наиболее широко представлена продукция компании: «GREENoneTEC» (Австрия), «Soletrol» (Бразилия), «Guangdong Fivestar Solar Energy Co., Ltd» (Китай).

ВПК «НПО Машиностроения» выпускает солнечный коллектор «Сокол-Эффект»

Технические характеристики устройства:

  • Материал поглощающей панели – медь/алюминий;
  • Габаритные размеры – 2008х1093х76,7 мм;
  • Поглощающая площадь – 2,06 м2;
  • Мощность – 1,5 кВт;
  • Масса – 36,5/32 кг;
  • Рабочее давление – до 0,6 МПа;
  • КПД – 82%;
  • Теплоизоляция – минеральное волокно.

«АльтЭнергия» выпускает солнечные коллекторы серии R1 «SunRain»

Технические характеристики устройства:

  • Материал поглощающей панели – трехслойное селективное покрытие;
  • Габаритные размеры – 2420х2010х145 мм;
  • Поглощающая площадь – 2,41 м2;
  • Масса – 106,0 кг;
  • КПД – 95%.
Читайте также:  Солнечная энергия как альтернативный источник энергии: виды гелиосистем

ПК «АНДИ Групп» выпускает солнечные коллекторы

Серии «ДАЧА» и «ДАЧА ЛЮКС».
Технические характеристики:

  • Габаритные размеры – от 2350х950х1600 до 2350х2050х1600 мм (в зависимости от модели);
  • Поглощающая площадь – от 1,32 до 3,17 м2 (в зависимости от модели);
  • Масса – от 58,0 до 108,0 кг (в зависимости от модели);
  • Количество вакуумных трубок – от 10 до 24 шт. (в зависимости от модели).

Серия «УНИВЕРСАЛ».
Технические характеристики:

  • Габаритные размеры – от 2350х1350х1600 до 2350х3200х1600 мм (в зависимости от модели);
  • Поглощающая площадь – от 1,97 до 4,76 м2 (в зависимости от модели);
  • Мощность – 1,5 – 2,0 кВт;
  • Масса – от 64,0 до 152,0 кг (в зависимости от модели);
  • Количество вакуумных трубок – от 15 до 36 шт. (в зависимости от модели).

Серия SCH.
Технические характеристики:

  • Габаритные размеры – от 2000х950х1420 до 2000х2300х1420 мм (в зависимости от модели);
  • Поглощающая площадь – от 1,58 до 3,96 м2 (в зависимости от модели);
  • Масса – от 37,0 до 93,0 кг (в зависимости от модели);
  • Количество вакуумных трубок – от 12 до 30 шт. (в зависимости от модели).

Компания «GREENoneTEC» (Австрия)

Выпускает вакуумные солнечные коллекторы 2-х типов, это: FK 8200N 4H VS7E и FK 8200N 4H VS7E, которые отличаются по материалу абсорбера и мощности.
Технические характеристики устройств:

  • Материал поглощающей панели – Cu-Al сплав Blue TiNox/Cu-Al сплав Black Ch;
  • Габаритные размеры – 1730х1170х83 мм;
  • Поглощающая площадь – 1,91 м2;
  • Мощность – 1,91/1,81 кВт;
  • Масса – 35,0 кг;
  • Количество вакуумных трубок – 10 шт.

Вакуумные коллекторы компания «Soletrol» (Бразилия)

Представлены единичными экземплярами, техническая информация по ним отсутствует.

Компания «Guangdong Fivestar Solar Energy Co., Ltd» (Китай)

Выпускает вакуумные коллекторы серии AL-HP.
Технические характеристики:

  • Габаритные размеры – от 2020х1240х180 до 2020х2440х180 мм (в зависимости от модели);
  • Масса – от 51,0 до 97,0 кг (в зависимости от модели).

Пригоден ли вакуумный коллектор для отопления дома

Альтернативные источники энергии получают все большее распространение в повседневной жизни.

Солнечные вакуумные коллекторы не исключение, их используют для подогрева воды в бассейнах, горячего водоснабжения и отопления помещений, как в комплексе с другими источниками, так и в качестве самостоятельных систем.

При устройстве системы отопления при помощи вакуумного коллектора, помимо самого агрегата, который служит приемником солнечной энергии, потребуются следующие приборы и устройства:

1 — Солнечные лучи;

2 — Вакуумные трубки коллектора;

3 — Теплообменник коллектора;

4 — Расширительный бак;

5 — Приборы контроля;

6 — Приборы учета;

7 и 8 — Приборы контроля теплоносителя;

9 — Аварийный клапан бака накопителя;

10 — Подача теплоносителя;

11 — Выход теплоносителя;

12 — Бак накопитель;

13 — Приборы управления теплоносителем;

14 — Регулирующая аппаратура системы отопления, горячего водоснабжения и подогрева воды;

15, 16, 17 — Потребители тепловой энергии (система отопления, ГВС и подогрева воды в бассейне).

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.

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 01.03.2017 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.

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.

Принцип работы вакуумного солнечного коллектора с трубками — описываем подробно

Опубликовано Артём в 12.02.2019 12.02.2019

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

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.

Читайте также:  Строительство эко-дома своими руками: виды и схемы экодомов

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.

Кол-во блоков: 10 | Общее кол-во символов: 13852
Количество использованных доноров: 3
Информация по каждому донору:

Типы вакуумных трубок

Основным узлом любого солнечного вакуумного водонагревателя или солнечного вакуумного коллектора является батарея вакуумных трубок. Существуют шесть основных типов вакуумных трубок. В зависимости от типа вакуумной трубки различается и физический принцип нагрева воды в баке солнечного водонагревателя или в манифолде солнечного коллектора.

У вакуумных трубок коаксиального типа основным элементом является стеклянный термос выполненный по технологии «колба в колбе» (как в бытовом термосе). Основные типоразмеры диаметров колб на нашем рынке 70, 58, 48, 37 мм. Длина колб на нашем рынке 1500, 1800, 2100 мм. Чем больше диаметр трубки и ее длина, тем больше площадь абсорбции и выше теплотворность трубки. Колбы вакуумной трубки выполнены из прочного боросиликатного стекла, стойкого к граду и механическим повреждениям.

На поверхности внутренней колбы наносится специальное многослойное селективное покрытие, которое позволяет утилизировать в тепло 92-96% спектра солнечного излучения (инфракрасного, видимого, ультрафиолетового). Чаще всего на рынке представлены трубки с 3-слойным покрытием, потому что 7-ми и 9-тислойное покрытие существенно удорожает стоимость трубок, а выигрыш дает всего на 2-3 процента. На рынке РФ трубки из-за покрытия имеют темно-синий цвет. В Китае и ЮВА более распространены трубки с покрытием серо-стального или серо-розоватого цвета.

После откачки воздуха из межстеночного пространства перед запаиванием носика колбы внутрь впрыскивается соль бария, которая образует на внутренней стенке колбы зеркальный слой. Этот зеркальный слой и является индикатором вакуума. При нарушении вакуума в трубке зеркальный слой превращается в мутный молочно-белый.

1. Вакуумные трубки первого типа (самые первые по времени изобретения) представляют собой колбу термоса (колба в колбе). Конструкция двух стеночная. Стенки стеклянных цилиндров имеют различную толщину: внешняя колба более прочная – 1,8±0,15мм, внутренняя колба – 1,6±0,15мм. Цилиндры вставлены один в другой и запаяны в верхней части (устье) трубки. Противоположный конец внутренней колбы удерживает в центре четырех лепестковая пружина. Пространство между стеклянными стенками заполнено техническим вакуумом (менее 5х10-3 Па) и создает преграду для потерь тепла (принцип работы колбы термоса).

Верхние концы (устья) вакуумных трубок вставляются через уплотнители в бак-термос, расположенный на раме над ними, и образуют с ним одну ёмкость. Принцип действия – термосифон между вакуумными трубками и баком- термосом водонагревателя. Теплоноситель системы – вода. Тип циркуляции – пассивный. Абсорбционный слой на поверхности внутренней колбы утилизирует солнечную энергию и нагревает стекло колбы, вода в вакуумной трубке нагревается от стекла, и она естественным образом поднимается вдоль верхней стенки колбы и поступает в бак- термос, одновременно более холодная вода из бака-термоса поступает вдоль задней стенки колбы в вакуумную трубку. Таким образом, происходит циркуляция воды внутри системы. Показатель максимального КПД (оптического КПД “??”) солнечного водонагревателя с вакуумными трубками достигает 92-96%.

2. Вакуумные трубки второго типа (не по времени изобретения, а как развитие первого типа) представляют собой колбу термоса (колба в колбе) как и первый тип, Отличием является то, что из внутренней колбы тоже откачан воздух до 1х10 -4 Па и внутрь залито 20 мл легкоиспаряющейся жидкости (аналог пропиленгликоля). На устье вакуумной трубки наварен стеклянный теплообменник-конденсатор длинной 150 мм и диаметром как внутренняя колба вакуумной трубки. Толщина стенок стеклянных колб, марка стекла, внешние типоразмеры у вакуумных трубок всех типов одинаковые, как и у вакуумных трубок первого типа. Вакуумные трубки такого типа в литературе и у производителей носят названия вакуумные трубки двойного вакуумирования (double vacuum tube (сокращенно DVT) или super vacuum tube).

Верхние запаянные концы вакуумных трубок (с теплообменником) вставляются через уплотнители в бак-термос, расположенный на раме над ними, и НЕ образуют с ним одну ёмкость. Теплоноситель системы – легкоиспаряющаяся жидкость находящаяся во внутренней колбе. Тип циркуляции – пассивный. Принцип действия – прямой теплообмен между теплообменником-конденсатором вакуумной трубки двойного вакуумирования (DVT) и водой в баке-термосе. Легкоиспаряющаяся жидкость в вакуумной трубке нагревается внутренней стеклянной колбы, которая нагревается от солнца, и при +35°С начинает испаряться. Пар поднимается и поступает в верхнюю часть вакуумной трубки, где расположен конденсатор-теплообменник, там контактируя через стекло с водой в баке- термосе, отдает тепло, конденсируется и стекает вниз в вакуумную трубку. Затем цикл повторяется, создавая таким образом непрерывный процесс теплообмена. Таким образом, происходит нагрев воды внутри бака-термоса. Прямого контакта между теплоносителем и водой – НЕТ! Показатель максимального КПД (оптического КПД “ηo“) солнечного водонагревателя с вакуумными трубками DVT достигает 90-92%.

3. Вакуумные трубки третьего типа (вторые по времени изобретения) тоже являются продолжением развития вакуумных трубок первого типа с включением элементов с теплопроводностью выше чем стекло и вода. Называются тепловые трубки этого типа «Heat Pipe». В верхней части колба закрыта пробкой с отверстием в центре диаметром 8 мм.

Внутри вакуумной трубки «Heat Pipe» помещена медная трубка диаметром 8 мм, запаянная с обоих концов и имеющая на верхнем конце расширение до 14 мм или 24мм (конденсатор-теплообменник).

Внутри медной трубки находится теплоноситель – легкоиспаряющаяся жидкость имеющая температуру кипения +35°С. Тип циркуляции – пассивный.

Рис.5
Вакуумная коаксиальная трубка в сочетании с тепловым каналом “Heat pipe”. 1-внешняя стеклянная колба, 2-высокоселективное поглощающее покрытие, 3-алюминиевая пластина-пружина, 4-вакуумная прослойка, 5-тепловой канал с легкоиспаряющейся жидкостью, 6-внутренняя стеклянная колба.

Медная трубка располагается в центре внутренней стеклянной колбы при помощи алюминиевой пластины-пружины, которая передает тепло от внутренней колбы к медной трубке.

Принцип действия – прямой теплообмен между конденсатором-теплообменником и водой в баке-термосе или антифризом в манифолде. Стеклянная стенка внутренней колбы нагревается от абсорбционного слоя и передает тепло алюминиевой пластине-пружине, которая удерживает медную трубку в центре колбы. От алюминиевой пластины тепло передается медной трубке. Легкоиспаряющаяся жидкость в вакуумных трубках «Heat Pipe» нагревается от стенок медной трубки, и при +35°С начинает испаряться. Пар поднимается и поступает в верхнюю часть медной трубки трубки, где расположен конденсатор-теплообменник, там контактируя через медную стенку с водой в баке- термосе или с теплоносителем-антифризом в манифолде, отдает тепло, конденсируется и стекает вниз в медную трубку. Затем цикл повторяется, создавая таким образом непрерывный процесс теплообмена.

Конструктивный контакт тепловой медной трубки «Heat Pipe» с медным манифолдом показан на рисунке приведенном ниже.

В связи с многократно теплопередачей от одних узлов к другим эффективность вакуумных трубок такого типа не высокая. Показатель максимального КПД (оптического КПД “ηo“) солнечного коллектора с тепловыми трубками «Heat Pipe» достигает всего 65%.

4. Вакуумные трубки четвертого типа. В этом типе вакуумных трубок внутри колбы-термоса проходит прямоточный «U»-образный тепловой канал из медной трубки диаметром 8 мм. А в манифолде потоки теплоносителя холодного и горячего разведены в две медные трубки диаметром 25 мм.

Фиксируется «U»-образная медная трубка алюминиевой пластиной-пружиной на внутренней поверхности которой находятся расположенные в диаметральной плоскости два канала для фиксации медной трубки. Данный тип солнечного вакуумного коллектора получил название коллектор с «U»-образной трубкой.

Рис.10
Вакуумная коаксиальная трубка с прямоточным тепловым каналом 1-внешняя стеклянная колба, 2-высокоселективное поглощающее покрытие, 3-алюминиевая вставка, 4-тепловой канал с теплоносителем, 5-вакуумная прослойка, 6-внутренняя стеклянная колба.

В коллекторе с «U»-образной медной трубкой, за счет уменьшения количества теплопередач (теплота от алюминиевого слоя передается сразу трубкам, в которых циркулирует теплоноситель), максимальный КПД может достигать 76%. Недостатком может являться то, что при определенном характере повреждения замены может потребовать весь солнечный коллектор, а не только колба.

По сравнению с трубками «Heat Pipe», U-образные изделия имеют большую гидравлическую сопротивляемость, предъявляют повышенные требования к теплоносителю и стоят значительно дороже. Коллекторы, функционирующие на прямоточных U-трубках, не могут работать под высоким давлением и обеспечивают качественную теплоотдачу только в период теплого сезона.

5. Вакуумные трубки пятого типа. Вакуумные трубки этого типа имеют большую толщину стеклянных стенок нежели коаксиальные вакуумные трубки (в зависимости от производителя от 2,5 мм и выше), и состоят не из двух, а из одной колбы. Внутренний абсорбционный элемент «трубка» из меди (диаметр 8мм) снабжается по всей длине прочным усилителем — гофрированной пластиной с высокоуровневым энергопоглощающим напылением темного синего цвета, своей формой напоминающую перо. Отсюда и название «Вакуумные перьевые трубки». В верхней части тепловая трубка, вне стеклянной колбы, снабжена конденсатором-теплообменником длинной 80мм и диаметром 14 или 24мм. Внутри стеклянной колбы создан технический вакуум до 5*10-3 Па. Внутри медной трубки находится теплоноситель – легкоиспаряющаяся жидкость имеющая температуру кипения +35°С. Тип циркуляции – пассивный.

Рис.11
Перьевая трубка с тепловым каналом типа “Heat pipe” 1-стеклянная колба, 2-вакуумная прослойка, 3-медный абсорбер с высокоселективным покрытием, 4-тепловой канал с легкоиспаряющейся жидкостью.

Читайте также:  Как сделать биотопливо своими руками из навоза в домашних условиях

Солнечный свет попадая на пластину покрытую абсорбирующим составом нагревает ее. От нее тепло передается к медной тепловой трубке. При нагреве медной тепловой трубки внутри ее нагревается легкоиспаряющаяся жидкость, пар поднимается вверх и попадая в конденсатор-теплообменник остывает отдавая тепло антифризу в манифолде.

«Вакуумные перьевые трубки» с тепловой трубкой имеют более высокие оптические характеристики, чем коаксиальные вакуумные трубки «Heat Pipe». У некоторых производителей значение максимального КПД достигают 77%. Этому способствуют следующие конструктивные особенности: плоский абсорбер с непосредственной передачей теплоты к тепловой трубке, а так же один слой стекла, что значительно уменьшает отражение солнечного излучения. Так же удобным является процесс замены поврежденных трубок, не требующий замены всего коллектора и сливания теплоносителя всей системы.

6. Вакуумные трубки шестого типа. Вакуумные трубки этого типа являются продолжением развития вакуумных трубок пятого типа. Это тоже «Вакуумная перьевая трубка» только вместо тепловой трубки в ней организован более эффективный внутренний прямоточный канал. Т.е. вместо тепловой трубки вставлен в плотно облегающий перьевой абсорбент рабочий канал, изготовленный из медных трубок вставленных друг в друга, диаметром 8 и 5 мм. Трубка большего диаметра запаяна на нижнем конце, более тонкая трубка имеет открытый конец и не касается дна наружной трубки.

Рис.13
Перьевая трубка с прямоточным тепловым каналом 1-стеклянная колба, 2-вакуумная прослойка, 3-медный абсорбер с высокоселективным покрытием, 4- внутренний тепловой канал с теплоносителем (подающий), 5-наружный тепловой канал с теплоносителем (нагреваемый).

В манифолде потоки теплоносителя холодного и горячего разведены в две отдельные медные трубки. Принцип действия – прямой теплообмен. Солнечный свет попадая на пластину покрытую абсорбирующим составом нагревает ее. От нее тепло передается к медной трубке большего диаметра. Теплоноситель из водовода холодной воды в манифолде попадает в тонкую трубку и по ней опускается до низа вакуумной трубки, где попадает в межстеночное пространство между медными трубками нагревается и поднимается под давлением вверх в манифолд, попадая в водовод горячей воды.

Рис.14
Схема циркуляции теплоносителя в вакуумном коллекторе с перьевой трубкой и прямоточным тепловым каналом

При монтаже перьевых трубок в раму на стержень каждой детали одевают прочную обжимную гайку с кольцом и термостойкой прокладкой. Это обеспечивает герметичность всей конструкции и дает возможность коллектору полноценно функционировать в любых условиях.

Солнечная вакуумная трубка шестого типа имеет максимальный КПД для такого типа трубок, до 80%. Существует довольно заметное неудобство при эксплуатации солнечных коллекторов с таким типом трубок, так же как и у трубок с «U»-образной медной трубкой. При замене поврежденных трубок требуется сливать теплоноситель всей гелиосистемы. Так же эти коллекторы обладают довольно высокой ценой.

Как работает вакуумный солнечный коллектор

Дата публикации: 10 апреля 2019

Вакуумный гелиоколлектор преобразовывает энергию солнечных лучей в тепло, которое пригодно для бытового использования. Причем делает он это, в отличие от солнечных панелей, в любое время года, в любую погоду и с минимальными теплопотерями.

Устройство вакуумных солнечных коллекторов

Базовый набор элементов устройства:

  • длинная прозрачная труба, из которой выкачан воздух;
  • нагреваемый элемент в виде медного стержня, который размещен внутри прозрачной трубы с вакуумом;
  • система распределителей, которая объединяет стержни и внешние трубы, позволяет аккумулировать тепло со всех нагреваемых элементов;
  • каркас или рамка, на которую крепится под нужным углом конструкция из трубок.

Классифицируют их в зависимости от вида внешних трубок, а также свойств нагреваемых элементов. Трубки бывают перьевыми и коаксиальными, а элементы — прямоточными U-образными и типа heat pipe. Из-за вакуумной среды эти устройства сложно изготовить самостоятельно. Но есть несколько видов солнечных коллекторов, которые можно изготовить дома.

Основная характеристика солнечного коллектора — это мощность. На нее влияют два фактора: полезная площадь нагреваемого элемента и уровень инсоляции для конкретной местности, где будет установлен прибор. Уровень инсоляции измеряется в килоВаттах в час на метр квадратный. А примерная полезная площадь стандартной вакуумной трубки равняется 0,093 метрам квадратным. Перемножив эти два значения, вы получите показатель мощности гелиоколлектора.

Принцип работы вакуумного солнечного коллектора

Вакуумный гелиоколлектор можно представить себе как прозрачный термос с необычайно высокими термоизоляционными свойствами. Медный теплоноситель хорошо прогревается благодаря прозрачности внешней оболочки, а вакуумная среда не позволяет теплу уйти. Теплопотери, которые несет прибор, составляют всего 5%.

Поскольку все стержни соединены между собой, то мало того что тепло не уходит, так еще возникает аккумулирующий эффект. Поэтому даже при неблагоприятных для других солнечных устройств условиях (облачность, дождь, низкие температуры) такой гелиоколлектор собирает достаточно тепла для отопления дома.

Применяются вакуумные солнечные коллекторы для отопления дома зимой, а также для круглогодичного нагрева воды. Летом устройство может вырабатывать лишнее тепло, которое невозможно накопить и сохранить. Чтобы не разбирать конструкцию, несколько трубок коллектора нужно обернуть материей или закрыть чехлами. Это решит проблему с переизбытком тепла.

Преимущества и недостатки

Поскольку вакуум — один из самых эффективных природных изоляторов, то потери тепла в вакуумных приборах стремятся к нулю. Это главное достоинство подобных коллекторов. Но у них есть также другие преимущества:

  • высочайший уровень поглощения солнечных лучей;
  • способность к накоплению тепла до 300 градусов;
  • устойчивость к атмосферным явлениям, включая сильный ветер и низкие температуры;
  • высокий КПД даже в холодном климате с небольшим количеством ясных дней;
  • большой срок эксплуатации и возможность замены пришедших в негодность элементов.

К недостаткам можно отнести высокую стоимость как готовых устройств, так и отдельных элементов. Кроме того, вакуумные солнечные коллекторы зимой следует регулярно очищать от снега, а в другое время года протирать от пыли. Своевременный уход очень важен, так как прозрачность внешней оболочки влияет на производительность коллектора.

Вакуумный гелиоколлектор — это высокоэффективное устройство, которое служит для получения тепловой энергии из солнечной и помогает сэкономить на отоплении и нагреве воды.

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.

Конструкция и принцип работы вакуумного солнечного коллектора

Коэффициент полезного действия такого типа коллекторов, при обеспечении высокой степени вакуума, составит около 98%. Как правило, установка солнечных вакуумных коллекторов производится на крыше объекта, что позволяет максимально полезно использовать ее площадь. Угол монтажа коллектора выбирается производно в диапазоне от 5 до 90 градусов. Минимальные значения угла наклона солнечного коллектора позволяют обеспечить циркуляцию теплоносителя. Срок использования вакуумных солнечных батарей достаточно высок и составляет более 20 лет. Вариантов у потребителя несколько: можно вакуумный солнечный коллектор купить либо изготовить своими руками. Цена вакуумных солнечных батарей вполне доступна, таким образом использование таких систем весьма целесообразно.

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.

Содержание:

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

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.

Типы гелиосистем

Выделяют два основных типа гелиосистем: сезонные, всесезонные или круглогодичные.

Вакуумные солнечные батареи, сконструированные на базе технологии прямой теплопередачи, относятся к сезонным системам. Принцип действия таких систем достаточно прост: вода из бака поступает в соединенные медные трубки, где нагревается и затем возвращается в контур.

Тепло в таком типе солнечных батарей передается воде без использования в работе дополнительных элементов и блоков. При этом требуется большой объем воды в контуре теплообменника (от 60 до 200 л). Основными преимуществами сезонных систем являются низкая стоимость при высоком КПД, составляющий до 98%. Это конечно при условии использования и покупки селективного покрытия для солнечных коллекторов.

К круглогодичным системам относят вакуумные солнечные батареи, в которых дополнительно установлены термотрубки. Принцип работы таких коллекторов схож с работой установок центрального отопления. Через коллектор и змеевик протекает специальная жидкость («незамерзайка»). Эта жидкость предназначена для забора тепла из медных трубок. Далее она поступает в бак, аккумулирующий тепло для непосредственного нагрева воды через змеевик. Процесс протекает до тех пор, пока значения температуры бака и теплового приемника не сравняются. Насос контролируется электроникой, датчики температуры при этом устанавливаются как в коллекторе, так и в баке-аккумуляторе. Давление в системе может быть выше требуемых значений при недостатке потребления воды. Расширительный бак также позволяет избежать подобных ситуаций.

Области применения гелиосистем многогранны и включают: обеспечение жилых помещений, социальных и культурных объектов горячим водоснабжением и отоплением. При этом экономия ресурсов достигает 50%. Используются в сочетании с «теплыми полами». Если вам требуется обеспечить ваш дом теплом, то вы можете купить вакуумный солнечный коллектор, либо сделать его своими руками. Стоимость вакуумных коллекторов для отопления дома достаточна высока, но продуктивность и энергоемкость таких систем компенсирует материальные издержки. При этом следует учитывать, что надежность коллектора, собранного и установленного профессионалами выше, чем у самодельного.

Ссылка на основную публикацию