Устройство вакуумного солнечного коллектора

В Украине немало граждан уже оценили преимущества вакуумного солнечного коллектора. Устройства являются экономным и современным способом преобразования солнечной энергии в тепло, которое используется для нагрева воды. Использовать их можно для нужд отопления, подогрева пола или бассейна, горячего водоснабжения и т. д.

Рассмотрим принцип работы солнечных вакуумных коллекторов, предназначенных для нагрева воды.

Основными элементами этих устройств являются внутренний блок — резервуар-теплообменник, а также наружный — собственно вакуумный коллектор. Последний представляет собой медные зачернённые вакуумные трубки с водой или антифризом, которые нагреваются от солнечных лучей, а также отражающий слой, благодаря которому лучи фокусируются на обратной стороне трубок.

Такая конструкция работает по принципу термоса. Вокруг заполненной жидкостью полости, между внешней и внутренней стеклянной трубкой, образовывается вакуум. Именно он служит для уменьшения непродуктивных потерь тепла — безвоздушная прослойка дает возможность сохранить около 95% улавливаемой тепловой энергии. С помощью вакуумного элемента можно нагреть воду даже в том случае, если температура окружающей среды минусовая. Внешняя оболочка коллектора изготавливается из боросиликатного стекла, имеющего повышенную прочность и длительное время не теряющего своих оптических свойств.

Использование такого устройства позволяет достичь большего КПД (по сравнению с плоскими коллекторами) при работе в условиях низких температур и слабой освещенности.

В последнее время распространены солнечные коллекторы, оснащенные тепловыми трубками (наподобие тех, которые используются в системе охлаждения дорогих компьютеров). Эти трубки наполняются жидкостью, имеющей пониженную точку кипения, например, аммиаком. Один конец трубки вставляется в теплообменный бак. Нагреваясь от солнечного излучения, жидкость закипает; пар, поднявшись вверх, передает тепло воде. Солнечные коллекторы такого типа отличаются повышенной эффективностью, высоким коэффициентом полезного действия. Кроме того, они чрезвычайно устойчивы к механическим воздействиям.

Важным фактом является то, что любые солнечные вакуумные коллекторы работают даже в пасмурную и прохладную погоду – в тепло преобразуются также рассеянные лучи, инфракрасное излучение, которое проходит сквозь облака.

Коэффициент поглощения энергии коллекторов достигает 98%, но ниже он бывает из-за потерь, связанных с отражением света стеклянными трубками и их неполной светопроницаемостью. Резервуар-теплообменник преобразовывает тепло, а потом поддерживает и сохраняет его. Он может работать с солнечной либо другой энергией (газ, дизтопливо), ведь система должна функционировать и в том случае, если энергии солнца не хватает. Обратите внимание, что газовый или электрический подогреватель должен быть установлен после солнечного водонагревателя, а не параллельно ему. Тогда он будет не отдавать всю энергию холодной воде, а лишь догревать нагретую солнцем жидкость. Если солнечные водонагреватели устанавливаются на крышах домов, то угол наклона к горизонту должен быть равен географической широте местности.

Также их можно размещать на открытых пространствах, но как можно ближе к сооружению, которое будет поглощать тепло. Но следует принять во внимание, что нагреватель не выключается, поэтому в жаркие дни температура воды может достигнуть 300 градусов по Цельсию. Поэтому в целях безопасного использования следует позаботиться о теплоизоляции горячего контура трубной обвязки. Нельзя использовать полимерные и стальные трубопроводы с цинковым покрытием, а вот изготовить их из меди или нержавеющей стали – идеальный вариант.

Солнечные коллекторы будут работать максимально эффективно, если угол падения солнечных лучей равен 90 градусам. Этот принцип легко понять, вспомнив школьный курс физики. Но в течение дня солнце описывает дугу, а в разное время года еще и поднимается на различную высоту. Поэтому идеальным теоретически можно считать вариант, когда коллектор поворачивается вслед за солнцем, поддерживая постоянную величину угла падения лучей. Однако нетрудно догадаться, что стоимость такой конструкции может превысить стоимость всего дома. Так что специалисты советуют использовать более простые технологии – которые гораздо дешевле, да и КПД Вас не расстроит.

Обычно угол наклона солнечного коллектора выбирают в зависимости от основного назначения устройства, при этом стараются ориентироваться на южную сторону (отклоняться от юга не более чем на 30 градусов), учесть особенности рельефа местности. В северных районах коллекторы можно устанавливать почти вертикально. Такие конструкции более эффективны в зимние месяцы; они позволяют использовать свет, отраженный от снежной поверхности. Подобные устройства иногда устанавливают на боковых стенах домов. Эти коллекторы проще обслуживать, ведь на них собирается меньше пыли, их легче мыть, меньше риск повреждения при граде. К тому же, такие коллекторы находятся довольно низко относительно бака с нагреваемой водой — скорость конвекции увеличивается, исчезает потребность в активной системе. Настенные коллекторы уменьшают теплопотери помещения. Таким образом, снижается потребность в энергии для отопления.

Стоит упомянуть, что срок службы вакуумных коллекторов — как минимум 15 лет. Этого периода более чем достаточно, чтобы Ваша покупка окупилась!