Солнечный коллектор. Разновидности солнечных коллекторов, преимущества и недостатки.

С резким ростом тарифов на энергоносители, так же возрос и спрос и на солнечные коллектора. Действительно — солнце источник огромной и Бесплатной энергии. Если представить что на участок размером 15*10м в течение года, солнце может перенести энергии от 135 до 210МВт в год. На участке таких размеров с легкостью может быть построен жилой дом площадью 250кв.м.для обеспечения тепловой энергии такого дома необходимо примерно 27Мвт энергии в год. Как мы видим энергия, которую передает солнце, гораздо больше чем нужно потребителю.

Конструкция солнечных коллекторов. То, что можно определить сразу, при визуальном осмотре солнечных коллекторов, это то, что одни имеют плоские панели, а другие в виде наборки из стеклянных трубок.

Плоский солнечный коллектор ,внешний вид. Вакуумный солнечный коллектор ,внешний вид.
Плоский коллектор Вакуумный коллектор

Те солнечные коллектора, которые выглядят как наборка из стеклянных трубок, это вакуумные коллектора, ну а плоские так и есть плоские.

Вакуумные солнечные коллектора. Вакуумные коллектора, как правило, имеют более высокую производительность. Однако существует несколько разновидностей вакуумных коллекторов.

Устройство вакумной трубки солнечного коллектора.Трубка. Стеклянная труба представляет собой сосуд Дьюара или как в народе говорят термос.Колба с двойными стенками с откачанным из межстеночного пространства воздухом. Вакуум является отличным теплоизолятором.

Качество стекла. Часто потребитель видя, что труба выполнена из стекла задается вопросом, насколько она надежна. Качественные вакуумные трубки изготавливаются из борсиликатного стекла ,которое очень стойкое к механическим повреждениям. Немецкая компания Paradigma выпускает настолько надежные вакуумные трубки, что дает на них пожизненную гарантию.

Покрытие трубки вакуумного солнечного коллектора.Качество покрытия. На внутреннюю стенку вакуумной трубки( со стороны вакуума) наносится покрытие, которое поглощает солнечное излучение и преобразует его в тепло. В качестве покрытия могут использовать: черную краску, селективная черная краска, черное хромированное покрытие, высокоселективное покрытие.

Наименование Поглощение Отражение КПД
Плазменное напыление 100% 5% 95%
Высокоселективное покрытие 95% 5% 90%
Черное хромированное покрытие 92% 15% 78%
Селективная черная краска 94% 40% 56%
Черная краска 94% 88% 11%

Качественное покрытие обеспечивает более высокий КПД.

Теплообменник. Вакуумные коллектора могут быть, как укомплектованы теплообменником, так и без него.

Солнечные вакуумные коллектора, в которых нет теплообменника, называют еще термосифонными. Принцип работы такой системы достаточно простой. Вода, которая находится в трубках, нагревается солнцем. Вода при нагревании расширяется и становится легче холодной, теплая вода поднимается наверх и попадет в бак аккумулятор, откуда подается потребителю.

Термосифонная система без теплообменника,вакуумный солнечный коллектор. Термосифонная система с теплообменником,вакуумный солнечный коллектор.

Принцип работы солнецных коллекторов в термосифонных системах.

Вакуумные коллектора без теплообменника применяются, как правило, в сезонных системах или как их еще называют термосифонных. Термосифонные системы существуют в 2х вариантах.

Безнапорная термосифонная система проста в эксплуатации и не требует насосной станции для продвижения потока воды, так как теплая вода, нагреваясь в трубках, поднимается вверх и накапливается в баке.

Напорная термосифонная система  (вода нагревается в проточном режиме, проходя через спиральный теплообменник). Бак используется как аккумулятор тепла.

Принцип работы термосифонных систем вакуумных коллекторов.

Системы идеально подходят для дачных участков, летних душевых кабинок, сезонного обеспечения ГВС гостиниц и пансионатов. Такие системы обеспечивают автономное горячее водоснабжение, нагрев воды для технических целей.

Теплообменник виде стержневой трубки— термотрубка Heat pipe. Вакуумные солнечные коллектора с термотрубкой , имеют более сложную конструкцию по сравнения с термосифонными коллекторами.. Принцип работы термо трубки вакуммного солнечного коллектораТермотрубка – это закрытая медная труба с небольшим содержанием легкокипящей жидкости. Под воздействием тепла жидкость испаряется и забирает тепло вакуумной трубки. Пары поднимаются в верхнюю часть – головку, где конденсируются и передают тепло теплоносителю основного контура водопотребления или незамерзающей жидкости отопительного контура. Конденсат стекает вниз, и все повторяется снова. Приемник солнечного коллектора медный с полиуретановой изоляцией, закрыт нержавеющим листом. Передача тепла происходит через медную «гильзу» приемника. Благодаря этому отопительный контур отделен от трубок, при повреждении одной трубки коллектор продолжает работать. Процедура замены трубок очень проста, при этом нет необходимости сливать незамерзающую смесь из контура теплообменника.

Другим важным преимуществом коллекторов с тепловыми трубками является их способность работать при температурах до -35°С (полностью стеклянные коллекторы с тепловыми трубками) или даже до -50°С (коллекторы с металлическими тепловыми трубками). Обычно испарение начинается при температуре трубки более 30°С, таким образом при низких температурах трубка как бы «запирается» и не происходит потерь тепла через коллектор (например ночью или в пасмурную погоду).

Вакуумные трубки солнечного коллектора установленные в круглом  регистре Вакуумные трубки солнечного коллектора установленные в плоском регистре Площадь  медного теплообменника вакумной трубки солнцного коллектора. фольга для увеличения площади теплообмена в вакуумной трубке солнечного коллектора
А Б С D

Регистры солнечных коллекторов могут быть укомплектованы как магистралью с круглой трубой (рис А), так и магистралью с плоской трубой (рис Б). Для увеличения КПД солнечного коллектора увеличивают площадь передающей головки. (Рис С).Часто медную трубку укомплектовывают дополнительным теплообменником для увеличения КПД солнечного коллектора. Дополнительный теплообменник может быть выполнен в виде алюминиевой фольги или других материалов хорошо поглощающих тепло, Рис (C, D).

Вакуумные трубки системы U-PIPE. Основное отличие вакуумных труб солнечных коллекторов с системой U-PIPE по отношению к вакуумным трубам с системой HIT-PIPE , состоит в том ,что теплоноситель в системе U-PIPE нагревается при прохождении петли (U) , в системе HIT-PIPE теплоноситель нагревается в регистре которому тепло передается от испарителя трубы HIT-PIPE. Система U-PIPE работает эффективней ,так как меньше теплопотерь.