Солнечный вакуумный коллектор

Максимально задействовать в повседневной жизни альтернативные источники энергии – ключевая задача, над которой постоянно работают инженерные умы. И в этом вопросе они достигли весомых результатов, регулярно представляя все новые устройства, позволяющие организовать комфортное существование при условии значительного сокращения потребления традиционной электроэнергии. Одной из таких интересных разработок является вакуумный солнечный коллектор. Ознакомление с устройством и принципом работы оборудования поможет лучше узнать его достоинства и определиться с назначением в быту.

Солнечный вакуумный коллектор 1Солнечный вакуумный коллектор 2

Назначение и устройство оборудования

Конструкция солнечных коллекторов весьма различна. Это могут быть плоские или вакуумные нагреватели, а также оборудование, где в качестве теплоносителя вместо воды задействован воздух. Подробно мы остановимся на вакуумной модификации, так как именно этот тип солнечных коллекторов обладает высоким КПД и массой других неоспоримых достоинств.

Назначение вакуумного коллектора, работа которого основана на преобразовании солнечного излучения в тепловую энергию, имеет широкий вариативный ряд. Наибольшая востребованность наблюдается при необходимости нагрева воды в значительных объемах. Ступенькой ниже стоит цель организовать отопление помещения за счет установки солнечного оборудования в форме вакуумного коллектора. Ему под силу подогреть в воду в бассейне или обеспечить теплый пол в холодный сезон. Важным аспектом эксплуатации солнечного коллектора является его экологическая безвредность и безопасность.

Главным отличием вакуумных нагревателей от других конструкций солнечных коллекторов – это наличие на базовой панели закрепленных стеклянных трубок. В качестве материала применяется боросиликатное стекло, характеризующееся повышенной прочностью и сохраняющее оптические свойства на протяжении длительного периода. Для покрытия применяется специальное вещество, которое обеспечивает притяжение солнечных лучей. Внутри большей трубки расположено меньшее по диаметру изделие, пространство между ними заполнено вакуумом.

Замечание! Именно вакуумная прослойка способствует сохранению тепловой энергии, повышая КПД трубчатого коллектора по сравнению с плоскими моделями на 30% в условиях слабой освещенности. Также вакуумный элемент дает возможность подогревать жидкость при минусовой температуре окружающей среды.

Внизу трубки находится специальная жидкость, которая под действием солнечной энергии преобразуется в пар и поднимается вверх, обеспечивая тем самым равномерный прогрев воды в вакуумном коллекторе. Устройство оборудования представлено на схеме ниже:

Солнечный вакуумный коллектор 3Солнечный вакуумный коллектор 4

Солнечный вакуумный коллектор 5Солнечный вакуумный коллектор 6

Принцип работы

Наличие в конструкции вакуумного отсека обеспечивает работу солнечного коллектора по принципу термоса. Базовые элементы оборудования в основном включают следующие части:

  • коллектор;
  • тепловой аккумулятор, в его роли зачастую выступает водяной бак;
  • контур для теплообменника;
  • температурные датчики;
  • приемник.

Солнечный вакуумный коллектор 7Солнечный вакуумный коллектор 8

Разберем функции каждой детали подробно. Приемник выполняется из меди, изолированной полиуретановым способом. Дополнительная защита представлена покрытием из анодированного алюминия. Через него осуществляется подача тепловой энергии. При выявлении неисправности в приемнике, процедура замены проходит беспроблемно, для этого не требуется слив жидкости из теплообменника.

На конце вакуумных трубок солнечного коллектора и на обратной стороне отопительного устройства установлены температурные датчики. На основе их показателей осуществляется работа циркуляционного насоса. 

Замечание! При перегреве теплоносителя возможно образование в системе избыточного давления. Установка расширительного бака помогает нейтрализовать возникшую проблему.

Принцип работы солнечного нагревателя заключается в следующем:

  • В роли теплоносителя выступает незамерзающая жидкость, которая проходя через верхнюю зону оборудования, поглощает тепловую энергию, выдаваемую специальными наконечниками из медных сплавов.
  • В результате применения механизма змеевика в накопителе вакуумного солнечного коллектора происходит нагрев жидкости.
  • Передача тепла по замкнутому циклу осуществляется до тех пор, пока градус самой жидкости не будет выше температуры воды в накопительном баке.

Факторами, определяющими период работы подобной системы, являются температурные показатели атмосферы и продолжительность светового дня. 

Солнечный вакуумный коллектор 9Солнечный вакуумный коллектор 10

Вакуумные накопители, использующие энергию солнечного света, бывают с прямой и косвенной тепловой подачей. Первый вариант вакуумных коллекторов характеризуется использованием воды в качестве теплоносителя, поэтому его относят к сезонному оборудованию, работающему от солнечной энергии. Во втором случае возможна круглогодичная эксплуатация устройства.

Солнечный вакуумный коллектор 11Солнечный вакуумный коллектор 12

Солнечный вакуумный коллектор 13Солнечный вакуумный коллектор 14

Особенности установки

Соблюдение рекомендаций по установке вакуумного коллектора – залог высокоэффективной работы солнечного нагревателя. Правильное расположение обеспечивает нагрев жидкости в холодный сезон на 50-60%, для летнего периода этот показатель составляет 100%.

Предупреждение! Жаркая погода может спровоцировать нагрев воды в коллекторе до 300оС, поэтому необходимо предусмотреть теплоизоляцию горячего контура трубной обвязки.

Для этих целей не годятся оцинкованные стальные или полимерные трубопроводы. Нержавеющая сталь или медь – оптимальный материал. Итак, на что следует обратить внимание:

  • При креплении на крыше сооружений, угол наклона вакуумного коллектора к горизонту равняется географической широте местности.
  • Размещение на открытых пространствах солнечного нагревателя должно осуществляться вблизи строений, потребляющих тепло.
  • Затеняющие факторы следует исключить.
  • Максимальной эффективности в работе солнечные коллекторы достигают, когда угол падения лучей солнца составляет 90о.

Однако добиться соблюдения этого условия сложно ввиду постоянного движения вакуумного нагревателя относительно солнечных лучей. Идеальное решение проблемы – установка мобильного коллектора, который поддерживает требуемый угол наклона благодаря функции поворота за солнцем. Но стоимость такого оборудования непомерно высока, поэтому гораздо выгодней эксплуатировать более простые в техническом плане вакуумные коллекторы.

Солнечный вакуумный коллектор 15Солнечный вакуумный коллектор 16

При выборе угла наклона ориентируются на основное предназначение солнечного нагревателя, при этом выбирается направление в южную сторону. Максимальное отклонение не должно превышать 30о. В северных регионах установка вакуумного коллектора осуществляется практически вертикально. Такие устройства эффективны в зимний сезон, так как используют свет, отраженный от снежного покрова. Иногда солнечные коллекторы фиксируют на стенах домостроений, получая следующие выгоды:

  • простота в обслуживании;
  • меньшее скопление пыли, соответственно облегчается уход;
  • риск получения повреждений при граде сведен к минимуму;
  • низкое крепление вакуумного коллектора относительно бака с нагреваемой жидкостью способствует увеличению скорости конвекции, потребность в активной системе отпадает.
  • настенный солнечный коллектор вакуумного типа снижает тепловые потери помещения, сокращая потребность в дополнительной энергии для отопления.

Совет! Установка электрического или газового подогревателя осуществляется после солнечного вакуумного коллектора, параллельное подключение следует исключить. В этом случае дополнительные источники тепла будут работать в экономном режиме, осуществляя доведение жидкости до требуемой температуры после основного нагрева от солнечных лучей.

Солнечный вакуумный коллектор 17Солнечный вакуумный коллектор 18

Достоинства вакуумных коллекторов

Бесперебойную работу солнечного вакуумного оборудования обеспечивают изолированные приспособления. Это позволяет функционировать всей системе при температурах до -40оС. В этом случае прибор с накопительным баком располагают отдельно, соединяя с основной частью вакуумного коллектора при помощи металлопрокатных изделий.

Автоматизированную работу косвенных устройств вакуумного коллектора обеспечивают контролеры, насос осуществляет бесперебойную циркуляцию жидкости в системе. Среди преимуществ солнечных коллекторов вакуумного типа отмечаются следующие позиции:

  • высокая эффективность в условиях пасмурной погоды или минусовых температурах;
  • монтаж конструкции вакуумного оборудования не требует специальных навыков;
  • устойчивость солнечного нагревателя к негативным воздействиям окружающей среды;
  • длительный период эксплуатации.

Единственным отягощающим моментом может стать высокая стоимость солнечного нагревателя, но благодаря длительному сроку службы, вложенные средства окупятся в ближайший период, обеспечивая в дальнейшем существенную экономию расходов на электроэнергию.