Вакуумные (трубчатые) солнечные коллекторы
В основе конструкции вакуумного солнечного коллектора заложена трубчатая система изоляции медного абсорбера. Тут каждая медная трубка вставлена в запаянный по концам стеклянный сосуд цилиндрической формы и имеет свою собственную изоляцию. Причём, как видно из названия, теплоизолирующим материалом в таком коллекторе служит вакуум. Он совсем не проводит тепла, поэтому полностью исключает потери на конвекцию и теплопроводность и, таким образом, сводит общие тепловые потери коллектора к минимуму.
Это позволяет обеспечить высокий и стабильный КПД коллектора даже при слабом рассеянном солнечном излучении в облачный день, а также при отрицательной температуре наружного воздуха.
Поэтому вакуумные солнечные коллекторы производят в среднем на 30-40% больше тепловой энергии в течение года по сравнению с другими типами коллекторов.
Стеклянные трубы вакуумных коллекторов позволяют солнечным лучам всегда падать на приёмную поверхность медных трубок под прямым углом, сводя отражения к минимуму.
Трубки вакуумного коллектора выполнены из ударопрочного стекла, способного выдержать удары града даже большого размера или падение коллектора с небольшой высоты.
Тем не менее стеклянные трубки имеют тонкие стенки — за счёт минимальной толщины стенок стеклянных трубок вакуумные коллекторы обладают наименьшей тепловой инерцией. Благодаря этому
Приходя в рабочее состояние практически сразу на рассвете, он начинает производить горячую воду, в то время как плоские коллекторы все ещё простаивают.
Все части коллектора, контактирующие с теплоносной жидкостью, выполнены из высококачественной меди.
Трубки абсорбера, по которым перемещается теплопроводящая жидкость, выполняются или U-образной формы, или коаксиально, то есть в виде двух трубок разного диаметра, вставленных друг в друга. При этом по внутренней трубке вниз подаётся холодная жидкость, нагревающаяся по мере движения. А потом, уже частично прогретая, она устремляется вверх по наружной трубке, где ещё сильнее нагревается и часть своего тепла отдаёт внутренней трубке, которая уже греет очередную порцию воды.
Очень часто внутренняя сторона стеклянной трубки, обращённая к солнцу, покрывается зеркальным слоем, чтобы лучи, проходящие мимо медной трубки, отразились от изогнутого зеркала и все же попали на неё, только с обратной стороны.
Таким образом, в нагреве теплоносной жидкости принимает участие вся поверхность медной трубки.
И это опять-таки выгодное отличие от абсорбера плоского коллектора.
Обладая низкой парусностью, вакуумные коллекторы просто, легко и надёжно крепятся к кровле. Снег, дождь и ветер свободно проходят между трубками. Поэтому такие коллекторы могут успешно использоваться даже в районах, где часто бывают штормовые ветры и ураганы, на побережье или в горах. При механическом повреждении одной или нескольких вакуумных трубок их легко можно заменить без остановки и слива всей системы. Одна трубка стоит значительно дешевле, чем весь коллектор.
Высокая надёжность и долговечность вакуумных коллекторов обеспечивают потребителей теплом и горячей водой на долгие годы. Такие коллекторы могут использоваться и в системах с принудительной циркуляцией теплоносной жидкости, и в системах с естественной циркуляцией. Есть даже модели, у которых теплоаккумулирующий бак не отнесён от коллектора на некоторое расстояние, а соединён с трубками напрямую, Это позволяет системе занимать наименьшее пространство и сокращает потери тепла, неизбежно получаемые при перемещении горячей жидкости по трубопроводам.
До недавнего времени высокая стоимость вакуумных коллекторов была чуть ли не единственным их недостатком, что в значительной степени ограничивало число лиц, желающих их приобрести, и было серьёзным препятствием к началу их широкого потребления. Бал правили плоские коллекторы. В некоторых странах их производство налажено не только на государственном и высокопрофессиональном уровне, но даже в небольших гаражных мастерских.
С приходом на рынок солнечных коллекторов производителей из Азиатского региона, цены на вакуумные коллекторы существенно упали. И теперь даже модели известных европейских производителей можно приобрести по вполне умеренным ценам.
Инвестиции в солярные системы, как показывает практика, окупаются уже за 1-5 лет. После окупаемости системы начинается период, при котором природа и технологии начинают работать на потребителя и приносить ему доход в виде экономии средств на энергопотребление последующие тридцать или сорок лет.
ТИПЫ ВАКУУМНЫХ СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ.Вакуумный коллектор с прямой теплопередачей воде
К преимуществам этих систем относится непосредственная передача тепла воде без участия других элементов. Термосифонные системы работают на принципе явления естественной конвекции, когда теплая вода стремится вверх. В термосифонных системах бак должен быть расположен выше коллектора. Когда вода в трубках коллектора нагревается, она становится легче и естественно поднимается в верхнюю часть бака. Более прохладная вода в баке течет вниз в трубки, таким образом, обеспечивается циркуляция во всей системе.
В этих системах бак объединен с коллектором и не рассчитан на магистральное давление, поэтому термосифонные системы нужно использовать либо с подачей воды из выше расположенной емкости, либо через уменьшающие давление редукторы. Такая система имеет минимальное гидравлическое сопротивление.
Вакуумный коллектор с прямой теплопередачей воде и встроенным теплообменником
Такой коллектор имеет все преимущества и особенности предыдущего типа коллекторов.
Отличием является наличие встроенного в бак эффективного теплообменника, что позволяет подсоединить коллектор с баком к напорной сети водоснабжения. При этом в трубках по-прежнему практически нет давления.
Одним из преимуществ также является возможность заполнения водонагревательного контура незамерзающей жидкостью, что позволяет использовать его и при небольших минусовых температурах.
Другим преимуществом является то, что в коллекторе не откладываются соли жесткости и другие загрязнения, так как объем теплоносителя один и тот же, а расходуемая вода проходит только по внутреннему медному теплообменнику.
Вакуумный коллектор с термотрубками
Главным элементом солнечных коллекторов данной конструкции является термотрубка – закрытая медная труба с небольшим содержанием легкокипящей жидкости.
Работа высокотехнологичных вакуумных трубок основана на простом принципе тепловой трубы, которая представляет собой полый медный стержень, запаянный с обоих концов с расширением в верхней части. Внутри него находиться нетоксичная жидкость (иноргатик). При нагревании жидкости до температуры кипения она закипает и в парообразном состоянии поднимается в верхнюю часть – наконечник (конденсатор), температура на котором может достигать 250-380°С. И там конденсируется, отдавая тепло. А конденсат стекает по стенкам трубки вниз и процесс повторяется. Тепловая трубка вставляется в стеклянную трубу и фиксируется между двумя алюминиевыми ребрами. Форма ребер такова, что площадь их контакта с тепловой трубкой и внутренней поверхностью вакуумной трубы максимальна. Такая модель ребер обеспечивает максимальную передачу тепла к медной тепловой трубке, а потом теплоносителю в проточном теплообменнике. Внутренняя полость тепловой трубки – вакуумирована, поэтому эта жидкость испаряется даже при температуре около 30°С. При меньшей температуре трубка «запирается» и дополнительно сохраняет тепло.
Солнечные коллекторы всех указанных типов есть в арсенале нашей компании.
ВАКУУМНЫЙ КОЛЛЕКТОР С ПРЯМОЙ ТЕПЛОПЕРЕДАЧЕЙ ВОДЕ.
Бренд АНДИ Групп Серия ДАЧА Модель XF-II. Cистема без давления сезонной эксплуатации.
Использование этих коллекторов наиболее выгодно в регионах, где нет отрицательных температур. В этом случае, их установка окупается меньше чем за сезон. Поскольку данный вид коллектораработает исключительно без давления (не допускается давление в баке более 0,2 атмосфер), то подключение данного оборудование к магистральным трубопроводам возможно только с использованием понижающего редуктора или открытого бака с поплавковым механизмом. Поэтому, если на выходе необходим напор (например, для работы сантехнических приборов — кранов, санузла и т.п.),
ВАКУУМНЫЙ КОЛЛЕКТОР С ПРЯМОЙ ТЕПЛОПЕРЕДАЧЕЙ ВОДЕ И ВСТРОЕННЫМ ТЕПЛООБМЕННИКОМ.
Бренд АНДИ Групп Серия УНИВЕРСАЛ Модель CP-II. Система под давлением круглогодичной эксплуатации.
Это более технологичный вариант предыдущего вида коллектора. За счет неизменности теплоносителя (можно залить незамерзающую жидкость, увеличивая диапазон эксплуатации до круглогодичного использования) в вакуумных трубках он не подвержен риску загрязнения внутренних поверхностей. Кроме того возможно подключение коллектора к трубам с магистральным давлением.
ВАКУУМНЫЙ КОЛЛЕКТОР С ТЕРМОТРУБКАМИ.
Бренд АНДИ Групп Серия ПАНЕЛЬ Модель SCH. Круглогодичное применение в сплит-системах солнечного водонагревателя
Самый технологичный на данный момент тип коллектора. Может эффективно работать при температуре до -35°С без электрического догрева.
В отличие от плоского коллектора, при механическом повреждении одной или нескольких вакуумных трубок, они легко заменяются без остановки и слива всей системы. Из-за формы трубок и более эффективного поглощения солнечной радиации с одного м2 вакуумный коллектор собирает в 1,5 раза больше тепловой энергии. К недостаткам данного типа приборов можно отнести относительно большую цену. Но этот «минус» компенсируется большим количеством « плюсов».
Солнечные коллекторы. Часто задаваемые вопросы.
1. Могут ли солнечные водонагреватели являться конкурентоспособной альтернативой газа или электричества?
Солнечная энергия не должна рассматриваться в качестве альтернативы газа или электричества, скорее в качестве дополнения к ним. Она не может полностью заменить потребность в газе или электрическом отоплении, поскольку есть дни с недостаточным уровнем солнечного освещения. Правильный расчёт системы, солнечного нагрева воды, может обеспечить 60% -70% от потребности горячей воды.
Можно точно утверждать что, гелиосистема будет выгодна в том случае, если на объекте отсутствует газ или нагрев воды происходит за счет электричества.
2. В течение какого срока солнечный коллектор сможет окупить мои инвестиции?
Для семи из 3-5 человек, стоимость гелиосистемы будет схожа со стоимостью газовой или электрической системой нагрева воды. Сроки окупаемости напрямую зависят от того, в каком колличестве будет потребляться вода, нагретая солнечным коллектором и размера системы.
Эсли на объекте нагрев воды осуществляется за счет электричества, то срок окупаемости будет от 1 года до 2 лет, причем необходимо учитывать, что и работоспособность электрокотлов, электробойлеров и другого отопительного оборудование имеет не такой уж большой срок службы, в отличие от гелиосистемы, которая может проработать не менее 20-25 лет без замены главных и дорогостоящих частей системы. Работая совместно с действующей системой нагрева воды, солнечные коллектора могут экономить до 75% топлива или электроэнергии в осенне-весенний период.
3. Могут ли солнечные коллекторы быть использованы в холодных условиях?
Да. Наши вакуумные трубчатые коллекторы могут использоваться при очень низких температурах, в солнечных системах водонагрева, установленных в регионах России, температура в которых достигает -45°C. Удивительно, но даже при этих температурах система может производить горячую воду с хорошей эффективностью за счет вакуума в трубках коллекторов, который является идеальным теплоизолятором. В яркий солнечный день, эффективность коллектора будет примерно одинаковой как в зимний период времени, так и в летний.
4. Что произойдет, если целостность одной из вакуумных трубок нарушится?
Вакуумные трубки достаточно прочные, и их нелегко разбить, но если это всё-таки произошло, это с лёгкостью решается заменой вакуумной трубки на новую. Хотя наши солнечные коллекторы обладают способностью работать с некоторым количеством повреждённых трубок, рекомендуется повреждённые трубки немедленно заменить, чтобы удерживать эффективность солнечного коллектора на должном уровне. Запасные трубки Вы всегда можете приобрести в нашем магазине.
5. Будет ли вода нагреваться в пасмурный день?
Да. Несмотря на то, что тепловая мощность солнечного коллектора снижается в пасмурные дни, поглощаемой энергии хватает для нагрева воды. Если это, по большей степени, туманный день или дождь, то может потребоваться больше ресурсов газового или электрического нагрева, чтобы сохранить температуру воды оптимальной для использования. Солнечная система нагрева воды является автоматизированной, так что вам не придется беспокоиться о нехватке горячей воды в дождливый день.
За своевременным включением котлов, ТЭНов и др нагревательных приборов следит контроллер гелиосистемы.
6. Могу ли я использовать солнечный коллектор с системой горячего водоснабжения, которая у меня уже есть?
ДА. Клапаны попросту модернизированы, и они зачастую могут быть использованы, чтобы позволить солнечной энергии подключаться к существующей подаче холодной воды. Если ваш бак не может принять солнечную энергию напрямую, вы можете установить дополнительный накопительный бак для предварительного нагрева холодной воды перед входом в уже существующий. Любая действующая система отопления и водоснабжения может быть доработана гелиосистемой без глобальной реконструкции котельной. Действующая котельная прекрасно будет работать совместно с гелиосистемой, причем экономия топлива и электроэнергии традиционной котельной будет значительной.
7. Могут ли солнечные коллекторы быть установлены на плоской поверхности?
Да. Они могут быть установлены на плоской крыше или на земле с помощью алюминиевых опорных подставок. Для оптимальной работы солнечного коллектора, его следует установить под углом 45 градусов, чтобы гарантировать оптимальную работу тепловых трубок.
8. Как я могу защитить свою солнечную систему при минусовых температурах?
Если ваша солнечная система нагрева воды работает в регионах с минусовыми температурами, то Вам следует принять меры по защите от замерзания. Самым простым способом предотвращения замерзания является использование солнечного контроллера с настройками низких температур. Таким образом, когда температура падает ниже определенной заранее установленной температуры (5°C), насос будет циркулировать и нагревать коллектор водой снизу из резервуара. Насос будет работать сессионно, частота сессий которого зависит от температуры наружного воздуха. В особо холодных регионах целесообразно использовать замкнутый контур с помощью пропиленгликоля, температура замерзания которого ниже 30 градусов.
9. Может ли солнечный коллектор стать причиной возникновения пожара во время жаркой и засушливой погоды?
Нет. Все компоненты наших тепловых солнечных коллекторов рассчитаны на воздействие высоких температур и не воспламеняются, так что даже при сильном солнечном свете система нагрева воды не загорится и не подожжёт сухой материал. Даже самым жарким летом к вакуумным трубкам можно прикоснуться и не обжечься, т. к. вся температура находится в самой трубке, за вакуумом.
10. Может ли солнечный коллектор нагревать воду до достаточно высокой температуры?
Да, в хорошую погоду коллектор может довести воду до кипения. Как правило, это не является необходимым, поэтому система должна быть разработана грамотно. Нелогично доводить воду до кипения в домашних условиях солнечным коллектором, т. к. из за температуры близкой к кипению может произойти деформация пластиковых и резиновых уплотнителей в системе, тем самым увеличивается риск протечек. Если горячая вода не используется в течение одного дня, то на следующий день система будет сбрасывать воду через предохранительный клапан. Это пустая трата энергии и воды! Пожалуйста, используйте разумно энергию, получаемую солнечным водонагревателем, для обеспечения оптимальной производительности и минимального расхода воды.
11. Что требуется для обслуживания солнечного коллектора?
При нормальных обстоятельствах обслуживание не требуется. Хотя солнечные коллекторы могут работать с несколькими сломанными трубами, тепловая эффективность будет снижена незначительно. Но разбитые трубки всё же следует заменить как можно скорее.
12. Могут ли солнечные коллекторы быть использованы для крупномасштабного производства горячей воды?
Да. Наши солнечные тепловые коллекторы могут быть соединены последовательно или параллельно, чтобы обеспечить крупномасштабное производство горячей воды для нужд коммерческих и муниципальных организаций, таких как школы, гостиницы или офисные здания.
13. Могу ли я нагреть воду в своём бассейне или спа, используя солнечный коллектор?
Да. Вакуумные трубчатые коллекторы могут быть использованы для нагрева спа или жилого плавательного бассейна. Для любого бассейна, который необходимо нагреть, должен быть использован изолирующий защитный слой, чтобы свести к минимуму потери тепла и испарение.
14. Вакуумные трубчатые коллекторы более эффективные, чем плоские?
Существует небольшая разница между вакуумным трубчатым коллектором и плоским коллектором при сравнении максимальной эффективности. На самом деле, эффективность плоской пластины коллектора может быть выше трубки вакуумного коллектора, но при условиях с минимальными потерями тепла. При средних же показателях за год, вакуумный трубчатый коллектор имеет явные преимущества. Ключевыми являются следующие моменты:
1) Солнечные вакуумные трубки могут пассивно отслеживать положение солнца в течение дня из-за цилиндрической формы трубок. Пластина плоского солнечного коллектора обеспечивает выходной импульсной энергии в полдень, когда солнце находится в зените
2) Вакуум в трубках значительно снижает потери конвективного тепла из внутренней части трубки. Таким образом, ветра и низкие температуры оказывают намного меньшее влияние на эффективность вакуумного коллектора.
3) Вакуумные трубки прочны и долговечны, так как сделаны из сверхпрочного боросиликатного стекла. По отдельности трубки стоят недорого и сломанную легко заменить.
4) Из-за различных преимуществ вакуумной трубки коллектора над плоской пластиной коллектора, понадобится меньшее количество коллекторов, чтобы обеспечить такую же производительность нагрева. Например, в семье из 4-5 человек, как правило, потребуется резервуар с 250-300 литров воды. В зависимости от вашего местоположения, летом все 30 вакуумных трубок коллектора будут обязаны предоставлять все потребности в горячей воде и большой процент в другие сезоны.
5) Плоские солнечные коллекторы могут производить подобный выход тепла в вакуумных трубчатых коллекторах, но, как правило, исключительно в солнечных условиях. При среднем в течение всего года, тепловая мощность вакуумной трубки коллектора на квадратный метр на 25%-40% больше, чем плоской пластины коллектора.
Различия параметров солнечных коллекторов — вакуумного и плоского
Вакуумные коллекторы
1. Tрубчатый коллектор работает при рассеянном излучении, в том числе в зимний период и в пасмурную погоду, так как он способен абсорбировать диффузионную радиацию благодаря высокоселективной абсорбционной поверхности.
Зависимость КПД коллекторов от разности температур теплоносителя и окружающей среды
2. При равенстве площади воспринимающей поверхности (для плоского это площадь абсорбера, для вакуумного – апертурная площадь), вакуумный коллектор имеет мощность почти в 2 раза больше, чем плоский, так как он поглощает полное излучение даже с задней поверхности вакуумной трубки. Этот эффект можно усилить, если располагать за коллектором отражающую поверхность. Отражение от снега также увеличивает выработку тепла вакуумным коллектором.
3. Высокая мощность коллектора позволяет достичь 70% экономии электроэнергии, необходимой для обогрева технологической воды.
4. Вакуумные трубки обладают высокой стойкостью относительно механического повреждения, так как они изготовлены из упрочненного боросиликатного стекла с толщиной стенки 2,5 мм.
5. Вакуумные трубки обладают высокой стойкостью относительно внешнего загрязнения благодаря их цилиндрической форме и расстоянию между ними – это позволяет снегу, листьям, веткам, пыли и т. п. проходить между трубками под коллектор и таким образом дать коллектору возможность работать максимально эффективно без необходимости технического ухода.
6. Вакуумный коллектор обладает меньшей парусностью (препятствие ветру), так как вакуумные трубки находятся на расстоянии друг относительно друга и дают возможность продува ветра между ними. Плоский коллектор, наоборот, должен противостоять ветру всей своей поверхностью – этим самым прочность конструкции плоского коллектора должна быть существенно выше, чем вакуумного.
7. Вакуумный коллектор с тепловыми трубками очень просто устанавливается. Подсоединение трубок реализуется сухим путем, т. е. без прямого контакта с рабочей жидкостью солнечного контура – в результате этого возникает надежное подсоединение трубок, которое позволяет также производить замену отдельных трубок в ходе эксплуатации коллектора под давлением. В случае повреждения плоского коллектора необходимо сначала осуществить отключение всей системы и лишь тогда производить ремонт или замену.
Термоснимок коллекторовПлоский коллектор излучает значительное количество тепла в окружающую среду
8. Трубчатый коллектор обладает незначительными тепловыми потерями, так как внутри вакуумных трубок имеется вакуум 5×10-3 Па. Поэтому температура окружающей среды оказывает на мощность вакуумного коллектора влияние лишь в очень незначительной степени. По этой причине вакуумная трубка не нагревается даже несмотря на то, что теплоноситель в контуре солнечного коллектора нагрелся, например, до 150 °С. В случае плоских коллекторов внутри коллектора не находится вакуум, а теплоизоляция и воздух, которые не обладают такими термо-изоляционными характеристиками, как вакуум. Поэтому при низких температурах плоский коллектор должен сначала подогреть “самого себя“ и лишь затем он способен передавать тепло теплонесущей жидкости в системе солнечного нагрева.
Плоские коллекторы
- Плоский солнечный коллектор производится современным промышленным методом пайки, без заклепочных соединений, винтов или классических уплотняющих материалов, которые со временем оказываются неплотными.
- Высокоэффективный плоский коллектор обеспечивает высокую степень абсорбции тепла прежде всего летом и в переходные сезоны года.
- В качественных коллекторах селективный абсорбционный слой наносится специальным методом в вакууме. Простые плоские коллекторы используют черную термостойкую краску. Они дешевле, но их эффективность может быть на 20-30% меньше, чем у коллекторов с селективным покрытием.
- Простой монтаж с возможностью последовательного или параллельного подсоединения в целях увеличения мощности.
- Высококачественные материалы, обеспечивающие срок службы 20 и более лет.
- Высокая мощность плоского коллектора позволяет летом при оптимальных условиях достичь до 70% экономии энергии для обогрева технологической воды.
Сравнение эффективности работы плоских и вакуумных солнечных коллекторов для нагрева воды
Какой солнечный коллектор лучше – плоский или вакуумный? По этому вопросу сломано много копий. Несмотря на то, что вакуумный коллектор дороже, его преимущества перевешивают разницу в цене.
Солнечные системы нагрева воды с вакуумными коллекторами:
- Более эффективны при передаче тепла – до 163% по сравнению с плоскими в условиях умеренного климата!
- Могут работать при отрицательных температурах воздуха
- Долговечны. Если ломается трубка, ее можно легко заменить без замены всего коллектора
- Отлично работают в пасмурную погоду
- Для получения одинакового количества тепла требуется меньшая площадь крыши, чем в случае с плоскими коллекторами.
- Проблема коррозии гораздо меньше, по сравнению с плоскими солнечными коллекторами.
Сравнение КПД солнечных коллекторов
Ниже приведены результаты сравнительных испытаний плоских и вакуумных коллекторов в различных климатических условиях. Результаты говорят сами за себя – лучший КПД вакуумных коллекторов наблюдается практически в любых условиях.
Результаты испытаний, приведенные ниже, даны при нагреве воды солнечными коллекторами с температуры окружающей среды до 75 °C – данные предоставлены Hills Solar. Плоские солнечные коллекторы были испытаны в National Solar Test Facility, Канада.
Сидней
Зима:
Уровень солнечной радиации во время испытаний был 426 Вт/м² и температура окружающего воздуха была 13.1 °C. Вакуумный коллектор оказался лучше на 104%, чем плоский, из расчета на один м² апертурной поверхности для вакуумного коллектора или общей площади для плоского коллектора.
Лето: Солнечная радиация была 840 Вт/м², температура воздуха 21.3 °C. Вакуумный коллектор оказался на 150.5% более эффективным из расчета на м² апертурной поверхности**.
** Данные взяты из отчета Hills Solar – hills-collector-efficiency (380kb PDF)
Мельбурн, Виктория
Зима:
Уровень солнечной радиации во время испытаний был 296 Вт/м² и температура окружающего воздуха была 9.9 °C. Вакуумный коллектор оказался лучше на 163,5%, чем плоский, из расчета на один м² апертурной поверхности для вакуумного коллектора или общей площади для плоского коллектора.
Лето: Солнечная радиация была 861 Вт/м², температура воздуха 19.8 °C. Вакуумный коллектор оказался на 151.5% более эффективным из расчета на м² апертурной поверхности**.
Брисбан, Квинсланд
Зима:
Уровень солнечной радиации во время испытаний был 546 Вт/м² и температура окружающего воздуха была 17.8 °C. Вакуумный коллектор оказался лучше на 81%, чем плоский, из расчета на один м² апертурной поверхности для вакуумного коллектора или общей площади для плоского коллектора.
Лето: Солнечная радиация была 828 Вт/м², температура воздуха 25.1 °C. Вакуумный коллектор оказался на 54.5% более эффективным из расчета на м² апертурной поверхности**.
Аделаида, Южная Австралия
Зима:
Уровень солнечной радиации во время испытаний был 452 Вт/м² и температура окружающего воздуха была 10.9 °C. Вакуумный коллектор оказался лучше на 132%, чем плоский, из расчета на один м² апертурной поверхности для вакуумного коллектора или общей площади для плоского коллектора.
Лето: Солнечная радиация была 953 Вт/м², температура воздуха 22.1 °C. Вакуумный коллектор оказался на 52% более эффективным из расчета на м² апертурной поверхности**.
Как видим, чем ниже температура окружающей среды, тем больше заметна разница в работе вакуумного и плоского коллектора. Чем холоднее, т.е. чем больше дельта температур, на которую нагревается вода в солнечном коллекторе, тем более явные преимущества у вакуумного солнечного коллектора.
Справедливости ради, в исследовании, результаты которого приведены выше, использовалось приведение выработки вакуумного солнечного коллектора к апертурной поверхности, а для плоского использовалась общая поверхность. Если в расчетах принимать общую площадь для обоих типов коллекторов, разница в эффективности будет существенно меньше.
Ниже приведено соотношение поверхностей и теплопроизводительность для разных типов коллекторов (Источник).
| № | Параметр | Вакуумный с 30 трубками AP-30 | Плоский SS-32 |
| Размеры | |||
| 1 | Полная площадь, м² | 4.15 | 2,96 |
| 2 | Апертурная площадь, м² | 2,79 | 2,78 |
| 3 | Площадь абсорбера, м² | 2,45 | 2,78 |
| Теплопроизводительность при среднем уровне солнечной радиации, Категория С | |||
| 4 | На коллектор, кВт*ч/день | 8,59 | 6.68 |
| 5 | Приведённая к общей площади коллектора, кВт*ч/день | 2.065 | 2.15 |
| 6 | Приведённая к площади абсорбера, кВт*ч/день | 3.066 | 2.3 |
Заметьте, что разница между общей и апертурной площадью плоского коллектора около 0,18 м². Это площадь металлической рамы вокруг остекления.
Категория С – это условия умеренно тёплого климата. При испытаниях в более суровых условиях Категории D преимущества вакуумного коллектора намного ощутимее.
Можно видеть, что данные могут быть использованы для обоснования преимуществ как одного, так и другого типа коллекторов. Выбор нужно делать для конкретного климата и температуры окружающего воздуха. Этот выбор делается на основе решения проектировщика, решения владельца или на основе общего бюджета солнечного системы теплоснабжения. Также, могут быть другие факторы, которые влияют на выбор типа солнечного коллектора для системы солнечного горячего водоснабжения. К таким факторам могут относиться: термосифонное самоохлаждение, укрываемость снегом, способность противостоять граду, эктремальные погодные и климатические условия в месте установки, или наоборот, высокие температуры во время работы системы.
Но, очень часть окончательное решение определяется ценой системы. После анализа всех параметров и доводов за и против, решение может быть принято после ответа на простой вопрос. Например, если один коллектор стоит на 30% дороже, чем другой, будет ли он экономить на 30% больше денег на водоподготовку в реальных условиях эксплуатации? Вдумчивый анализ технических характеристик и каталожных данных для оборудования должен быть отправной точкой, но окончательное решение принимается на основе технико-экономической эффективности разных вариантов.
Эта статья прочитана 13865 раз(а)!
Продолжить чтение
73
Интересные ссылки по солнечным коллекторам Солнечные коллекторы: правда и мифы. Приведено сравнение плоских и вакуумных коллекторов. Написано все, на удивление, правильно, видно что писал не журналист, а практик. Видео о солнечных коллекторах https://youtu.be/Bm-hgBhgwL0 Процесс кипячения воды в вакуумной трубке Испытания…
69
Энергия Солнца на все случаи жизни Источник: Аква-терм №3 (19) май 2004 Самым простым и наиболее дешевым способом использования солнечной энергии является нагрев воды в плоских солнечных коллекторах.Принцип действия такого устройства весьма прост: видимые лучи солнца, проникая сквозь стекло (проходит…65
Плоские и вакуумные солнечные коллекторы: правда и мифы Источник: svetdv.ru — сейчас уже не работает Когда нам рассказывают об очередной чудо-технологии, то обычно во всех красках расписывают достоинства и деликатно умалчивают о недостатках. Также очень часто потребителям дают нелестные отзывы…65
Пластинчатый TopSon F3-1/F3-Q Назначение Солнечные коллекторы разного типа позволяют получить тепловую энергию, которая, в первую очередь, используется для приготовления горячей воды, что особенно актуально в летний период года, когда наблюдается максимальная солнечная активность и максимальное потребление горячей воды. Фирма Wolf предлагает комплексное использование…64
Расчеты систем солнечного горячего водоснабжения Нагреть 1 кг воды на 1 градус можно, затратив 1,16 Вт*ч. Значит, нагреть тонну воды на 30 градусов (от 20 до 50) можно, затратив 1,16х1000х30=34800 Вт*ч. Считается, что минимальная мощность, при которой еще более-менее будет…59
Солнечное тепло: горячее водоснабжение и отопление В среднем по году, в зависимости от климатических условий и широты местности, поток солнечного излучения на земную поверхность составляет от 100 до 250 Вт/м2, достигая пиковых значений в полдень при ясном небе, практически в…
Типы солнечных коллекторов | Atmosfera™. Альтернативные источники энергии. Солнце. Ветер. Вода. Земля.
Плоские солнечные коллекторы
Основным элементом плоского солнечного коллектора является абсорбер — металлическая пластина со специальным поглощающим покрытием и напаянным на нее проточным трубопроводом. Абсорбер заключен в специальный корпус, у которого лицевая стенка прозрачная (через нее в коллектор проникает солнечное излучение), а тыльная утеплена минераловатной плитой либо слоем другого утеплителя.
Внутренний трубопровод, по которому циркулирует теплоноситель, на абсорбере может располагаться по-разному. Выделяют 2 основных типа расположения: “меандр” и “арфа”. Компания Атмосфера предлагает плоские солнечные коллекторы обоих типов.
Для повышения эффективности коллектора на абсорбер может быть нанесено специальное селективное покрытие. Наличие селективного покрытия значительно увеличивает производительность плоского коллектора, но, в то же время, увеличивает его стоимость.
Для уменьшения теплопотерь в холодное время года корпус плоского коллектора делают максимально герметичным. Таким образом теплоизоляция абсорбера достигается за счет слоя воздуха или инертного газа со стороны прозрачной передней стенки, и слоя утеплителя со стороны задней стенки.
Плоские коллекторы являются более эффективными в теплое время года, однако в зимнее время их эффективность значительно снижается по причине достаточно высоких теплопотерь.
Существуют также еще один вид плоских солнечных коллекторов — вакуумный плоский коллектор. В вакуумном плоском коллекторе теплоизоляция абсорбера от окружающей среды достигается не за счет слоя теплоизоляции, а за счет создания внутри короба глубокого вакуума, предотвращающего теплопотери. Такие коллекторы обладают максимальной продуктивностью среди плоских коллекторов, однако, являются более сложными в монтаже и эксплуатации, и, что существенно, очень дорогими.
Неоспоримыми преимуществами плоских солнечных коллекторов являются их невысокая цена при высокой эффективности в теплое время года. К недостаткам можно отнести низкую производительность в зимний период, а также сравнительное неудобство их монтажа на труднодоступные кровли. Плоский коллектор являются цельной неразборной конструкцией, из-за чего поднимать и устанавливать на крышу его приходится целиком.
|
Всесезонный трубчатый вакуумный коллектор эффективен для применения вкруглогодичном режиме в любом регионеУкраины. КПД коллектора — до 95%. Обладаетвысокой производительностью в условиях низкой солнечной инсоляции. Термоизоляция теплообменника 75 мм. Алюминиевая рамаколлекторапозволяет уменьшить нагрузку на несущие конструкциикровли. Универсальная конструкция рамы рассчитана на установкуколлектора на любой тип кровли: от горизонтальной до вертикальной поверхностей. Трубчатый вакуумный коллектор устанавливается на крыше, а аккумулирующий бак с водой устанавливается в помещении, удобном для развода сети горячей воды (котельная, санузел и др.). Бак и коллектор соединены трубами, циркуляцию обеспечивает комплексная гелиостанция, в баке возможна установка электрического нагревателя (моновалентный бак) либо использование дублирующего греющего контура (бивалентный бак) от существующего теплогенератора , за температурой воды следит электронный контроллер. Солнечный коллектор обеспечивает сбор солнечного излучения в любую погоду, вне зависимости от внешней температуры. Коэффициент поглощения энергии составляет 95 %. Установка происходит непосредственно на крыше зданий таким образом, чтобы наиболее эффективно использовать площадь крыши для сбора энергии. Коллекторы монтируются под углом, от 30 до 50 градусов. Для поддержания отопления в системе применяется буферный бак, который представляет собой автоматизированную систему преобразования, поддержания и сохранения тепла, полученного от энергии солнца, а также и от других источников энергии (например, традиционный котел, работающий на электричестве, газе или дизтопливе), которые поддерживают систему при недостаточном количестве солнечного излучения. Нагретая от доступных источников тепла вода используется как теплоноситель для существующей системы отопления. Контроллер автоматически поддерживает самые оптимальные параметры циркуляции и обеспечивает комфортную заданную температуру. При отсутствии достаточной солнечной активности или в ночное время, автоматика системы обеспечивает минимально необходимое привлечение дополнительной энергии для поддержания заданной температуры внутри помещения. Система обладает малой инерционностью, быстрым выходом на рабочий режим и позволяет обеспечить среднегодовую экономию энергоносителей до 50 %. Основные преимущества всесезонных вакуумных трубчатых
солнечных коллекторов: 1.солнечные лучи, 2.трубчатый вакуумный солнечный коллектор, 3.датчик температуры коллектора, 4.расширительный мембранный бак, 5.комплектная гелиостанция, 6.контроллер, 7.электронагреватель, 8.датчик температуры бака-аккумулятора, 9.предохранительный клапан, 10.входное отверстие (холодная вода), 11.выходное отверстие (горячая вода), 12.бак-аккумулятор с двумя теплообменниками (бивалентный), 13.основная система отопления на основе газового, электрического или другого котла. |
энергоэффективное отопительное оборудование: поставка, монтаж, сервис
Приглашаем в шоу-рум салона отопительного оборудования «АТМОС», где можно купить пиролизный котел длительного горения ATMOS, купить пеллетный котел с автоматической подачей пеллет ATMOS, купить накопительный косвенный и комбинированный бойлер DRAZICE, купить вакуумный солнечный коллектор и тепловой насос REGULUS, купить теплоаккумулятор DRAZICE, купить электрический котел MORA-TOP, насосные группы быстрого монтажа REGULUS, купить группы быстрого монтажа HANSA и многое другое, необходимое для качественного монтажа и установки твердотопливных и газовых котлов.
Доступные цены, рассрочки, акции, скидки — множество выгодных предложений от импортера чешского отопительного оборудования.
ОФИЦИАЛЬНЫЙ ДИСТРИБЬЮТОР
Акции
Новое на сайте
ООО «Торговый дом «Атмос» ООО «Торговый дом «Атмос» — официальный дилер в Беларуси торговых марок — ATMOS , DRAZICE , MORA-TOP , REGULUS, HANSA . г. Минск, ул.Каменногорская, 47, офис 4 +375 29 374-13-45 +375 29 604-04-11 тел.+375 17 323-69-47 Демонстрационный зал широкого ассортимента
подробнееПри выборе вакуумного солнечного коллектора рекомендуем обратить внимание на вид и строение трубки, покрытие внутренней части вакуумной трубки. Существуют следующие виды трубок вакуумных солнечных коллекторов: 1. U-образные трубки; 2. Стержневые термотрубки Heat Pipe. Основные различия — в
подробнееИспользование возобновляемых источников энергии для загородных домов способствует улучшению эколологической обстановки и снижению потребления традиционных энергоресурсов. В частных домах солнечная энергия может использоваться на нужды горячего водоснабжения. В настоящее время наиболее применяемыми
подробнееЧасто при выборе водонагревателя потребитель оценивает стоимость и базовые характеристики, оставляя без внимания немаловажные, на первый взгляд, параметры. Однако именно они способны повлиять на эффективность и качество приобретаемого изделия. Быстрый переход: 1. Виды водонагревателей. 2. Как
подробнееВ нашем климатическом поясе отопление является насущной необходимостью. Не просто так в городах выросли громады теплоэлектроцентралей (ТЭЦ), районных котельных и прочих больших и малых тепловых станций. На большинстве предприятий режим работы собственных котельных и ТЭЦ неразрывно связан с
подробнееПри выборе электрического котла помимо мощности необходимо обратить внимание на следующие вопросы: 1. Из какого материала изготовлены ТЭНы? 2. Есть ли ротация ТЭНов и почему эта функция необходима? 3. Какой насос установлен в электрическом котле? 4. Можно ли заливать «Теплый дом» в электрокотел? 5.
подробнееНиже приведены наиболее частые вопросы владельцев водонагревателей по эксплуатации и обслуживанию бойлеров DRAZICE. 1. Для чего необходимо устанавливать предохранительный клапан? 2. Как установить обратный клапанан в комбинированных бойлерах? 3. Почему горячая вода может иметь запах? 4. Как слить
подробнееС 2021 года бойлер комбинированного нагрева DRAZICE OKC 200/1м² объемом 200 литров выпускается в новом современном дизайне с усовершенствованными пластиковыми крышками и держателями для удобной эксплуатации бойлера. Купить комбинированный бойлер DRAZICE OKC 200/1м² в новом дизайне!
подробнееИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ Солнечная энергия представляет собой большую часть энергии, которая находится и используется на Земле. Количество солнечной энергии, ежегодно поступающей на Землю, варьируется в Европе от 900 кВт/ч/м2 на севере до примерно 1500 кВт/ч/м2 на юге. Солнечные тепловые
подробнееООО «Торговый дом Атмос» − официальный представитель брендов ATMOS, DRAZICE, MORA-TOP, REGULUS, HANSA в Республике Беларусь.
Купить пиролизный котел Атмос или пеллетный котел Atmos у прямого поставщика в Минске с доставкой по всей Беларуси. Купить бойлер косвенного нагрева Дражице и комбинированный водонагреватель чешского производителя Drazice с гарантией 5 лет в рассрочку до 8 месяцев. Купить электрокотел для отопления частного дома мощностью 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24 кВт MORA-TOP (Мора топ) чешский, заказать монтаж и проект системы отопления в Минске. Купить чешский одноконтурный или двухконтурный настенный газовый котел MORA-TOP в Минске с доставкой. Купить трубчатый солнечный коллектор для нагрева воды в бассейне чешского производства REGULUS (Регулус), заказать проект с солнечными коллекторами, монтаж и установку солнечного коллектора.
Вакуумированный трубчатый солнечный коллектор |
Поддержание вакуума ниже 1,33 Па в пространстве между лучепоглощающей поверхностью абсорбера и светопрозрачным покрытием солнечного коллектора наряду с применением селективных покрытий на поверхности абсорбера существенно повышает эффективность солнечного коллектора благодаря почти полному исключению тепловых потерь путем теплопроводности и конвекции, с одной стороны, а также повышению поглощательной способности и снижению потерь теплоты путем излучения, с другой.
Рис. 1. Поперечное сечение вакуумированных стеклянных трубчатых коллекторов:
1 — стеклянная оболочка; 2 — трубка для нагреваемой жидкости; 3 — лучепоглощающая поверхность; 4 — отражатель; 5 — теплоизоляция.
Возможны различные варианты конструктивного выполнения вакуумированных стеклянных трубчатых солнечных коллекторов. Некоторые из них показаны на рис. 1 (в разрезе) и 2. Внутри стеклянной оболочки из высококачественного боросиликатного стекла диаметром 100…150 мм помещаются трубка для теплоносителя, лучепоглощающая поверхность, отражатель. Трубка может иметь U— образную форму (а и в) или представляет собой тепловую трубу (б и г). Внутреннее пространство оболочки вакуумировано. Отражатель может быть выполнен в виде фоклина (в), составлять часть оболочки (г) или находиться в виде полос на боковых стенках вакуумированных труб, используемых в качестве прозрачной изоляции (д). В конструкции, показанной на рис. 1, д, лучепоглощающая поверхность расположена под вакуумированными трубами и надежно соединена с трубками для нагреваемой жидкости, помещенными в теплоизоляцию. Обычно модуль солнечного коллектора включает ряд (до 10) стеклянных вакуумированных труб, присоединенных к общей трубе, по которой движется нагреваемая жидкость. Как правило, модуль помещается в теплоизолированный корпус. В конструктивном отношении слабым местом является узел соединения стеклянных и металлических деталей, имеющих различные коэффициенты линейного расширения при нагревании.
Для повышения эффективности вакуумированных солнечных коллекторов используются селективные покрытия, отражатели и т.п. На внутреннюю поверхность верхней части стеклянной оболочки наносят покрытие, например из диоксида индия, обладающее хорошей отражательной способностью для теплового (инфракрасного) излучения и не влияющее на коэффициент пропускания коротковолнового излучения. На лучепоглощающую поверхность абсорбера наносят селективное покрытие, например из черного хрома, благодаря чему снижаются оптические потери солнечного коллектора и потери теплоты путем излучения и повышается КПД. Нижняя поверхность стеклянной оболочки может быть выполнена зеркальной. Отражающая поверхность может быть размещена под стеклянной оболочкой на небольшом расстоянии от нее. Это способствует повышению КПД солнечного коллектора благодаря использованию рассеянного излучения.
Рис. 2. Общий вид вакуумированного стеклянного трубчатого коллектора:
1 — вакуумированная стеклянная оболочка; 2 — труба для нагреваемой жидкости; 3 — соединение металла со стеклом.
В качестве теплоносителя используются различные среды, в частности вода, растворы органических веществ, силиконовое масло. Температура нагрева теплоносителя достигает 90…300°C.
Вакуумные трубчатые коллекторы — Solar Tribune
Вакуумный трубчатый солнечный коллектор состоит из полых стеклянных трубок. Воздух между трубками откачивается, а внешняя часть трубок нагревается, создавая вакуум. Этот механизм создает отличную изоляцию, удерживая тепло внутри трубки, что делает трубки с отводом горячей воды от солнечных батарей высокоэффективными.
Поглотительное покрытие внутри трубки поглощает солнечное излучение.Вакуумные трубчатые солнечные коллекторы нагревают теплоноситель (часто просто воду), проходящий через коллектор, а затем в резервуар для хранения горячей воды. В более прохладном климате теплообменник используется для отделения питьевой воды от нетоксичного антифриза в коллекторе.
Фото: Solar Colorado
Обычно вакуумные трубчатые коллекторы используются для нагрева больших объемов воды или для нагрева воды до более высоких температур, как это часто бывает в коммерческих приложениях. Эти типы коллекторов также могут использоваться для производства пара и солнечного обогрева помещений.
Эффективность вакуумных трубчатых коллекторов
Вакуум — очень эффективный изолятор, который сохраняет воду внутри коллектора горячей, в то время как сами трубки всего на несколько градусов теплее температуры окружающего воздуха. Эти низкие тепловые потери делают их наиболее эффективными из всех солнечных тепловых коллекторов.
Вакуумный трубчатый коллектор может хорошо работать в облачных условиях и при температурах до -40 ° F. Эта характеристика наиболее выгодна в более холодном климате или зимой, когда другие солнечные коллекторы могут не производить столько энергии.Цилиндрическая форма также позволяет коллектору улавливать отраженное от земли излучение, известное как «эффект пассивного слежения», когда он смотрит на юг.
Тем не менее, менее эффективного коллектора (такого как коллектор с плоской пластиной) часто бывает достаточно для бытовой системы водяного отопления в более теплом климате, поскольку добавленное солнечное излучение компенсирует любую потерю эффективности. Но более высокая эффективность делает систему откачанных труб предпочтительной, когда пространство коллектора ограничено.
Стоимость и долговечность вакуумных трубчатых коллекторов
Стоимость вакуумных трубчатых коллекторов может быть значительно выше, чем у плоских пластинчатых коллекторов, хотя дополнительные первоначальные затраты могут быть компенсированы за счет экономии на счетах за коммунальные услуги.Поскольку плоские пластинчатые коллекторы обычно более рентабельны для бытовых солнечных водонагревательных систем, солнечные вакуумные трубчатые коллекторы для горячей воды чаще используются в коммерческих целях.
Фото: metaefficient.com
Вакуумные трубчатые солнечные коллекторы используются с 1980-х годов, и на большинство из них предоставляется гарантия, аналогичная плоским пластинчатым коллекторам — около 20 лет. Но эти типы коллекторов, как правило, нуждаются в большем ремонте по следующим причинам:
- тонкое стекло (толщиной менее 2 миллиметров) более подвержено разрушению, а
- Использование вакуумного уплотнения означает, что со временем уплотнение может быть потеряно
Несмотря на эти проблемы, трубки можно заменять по отдельности без необходимости замены всего коллектора.
Обслуживание вакуумных трубчатых коллекторов несколько сложнее, чем для других типов коллекторов. Это правда, что солнечный водонагреватель с вакуумной трубкой можно легко очистить падающей дождевой водой. Но снег на этих коллекторах имеет тенденцию таять медленнее, и из-за хрупкости стекла его невозможно удалить снегоочистителями. Таким образом, практичность очистки солнечного коллектора может варьироваться в зависимости от климата.
Плоские пластинчатые или вакуумные трубчатые коллекторы?
В нашем Руководстве по выбору солнечного водонагревателя мы говорили о различных типах солнечных водонагревателей, таких как активные, пассивные, термосифонные и дренажные системы.В этой статье мы обсудим еще один ключевой компонент любой солнечной системы водяного отопления: солнечные тепловые коллекторы. Эти продукты для солнечной энергии важны, поскольку торговые посредники часто классифицируют солнечные водонагреватели по коллекторам. В этой обучающей статье мы сравниваем и сопоставляем два основных типа солнечных тепловых коллекторов: плоские пластинчатые нагреватели и вакуумные трубчатые нагреватели.
Статьи по теме:
Руководство по выбору солнечного водонагревателя
Солнечные водонагреватели: высокоэффективные возобновляемые источники энергии
Что такое солнечный коллектор?
Энергия Солнца поступает на Землю в виде электромагнитного излучения в виде инфракрасного, видимого и ультрафиолетового света.Солнечный тепловой коллектор , также называемый солнечным коллектором , представляет собой устройство, которое собирает тепло путем поглощения солнечного света. Это одно из ключевых устройств в системе солнечного нагрева воды. Существует два основных типа коллекторов: плоские солнечные коллекторы и вакуумные трубчатые солнечные коллекторы .
Чаще используются плоские солнечные коллекторы. В этих устройствах застекленный коллектор с плоской пластиной монтируется на изолированных, защищенных от атмосферных воздействий коробках, снабженных темной поглощающей пластиной под одной или несколькими пластиковыми или стеклянными крышками (известными как остекление).С другой стороны, солнечные коллекторы с вакуумными трубками содержат ряды трубок, которые построены путем заключения металлических трубок-поглотителей внутри прозрачных стеклянных трубок. Воздух в пространстве между двумя трубками удаляется для создания вакуума, который предотвращает конвективные или кондуктивные потери тепла. В оставшейся части этой обучающей статьи мы сравниваем на основе различных критериев эти два основных солнечных тепловых коллектора для солнечного нагрева воды.
Стоимость
Стоимость, очевидно, является одним из важнейших факторов при выборе солнечного водонагревателя.Преимущество явно проявляется в коллекторах с плоскими пластинами. Вакуумные трубчатые коллекторы обычно стоят на 20-40% дороже плоских пластинчатых коллекторов.
КПД
Поскольку в вакуумных трубчатых коллекторах отсутствуют потери тепла за счет конвекции и теплопроводности, эти системы нагревают воду более эффективно, чем плоские пластинчатые поглотители. Обратите особое внимание на термин «эффективность», который означает эффективность нагрева на единицу активного поглотителя, а не общую эффективность устройства или мощность. Отношение площади поглотителя и общий размер коллектора вместе определяют активную площадь.Хотя вакуумные трубчатые коллекторы имеют более высокий КПД, особенно зимой, плоские пластинчатые коллекторы могут соответствовать своей эффективности летом, когда существует небольшая разница между температурой нагретой воды и температурой окружающей среды.
Соотношение площадей поглотителя
При описании коллектора часто используется общий размер, например 4 x 7 квадратных футов. Это размер всего устройства. Однако более важным фактором является размер абсорбера, в котором фактически нагревается жидкость, который является активной абсорбирующей площадью.
Посмотрите на соотношение площадей поглотителя. Это определяется как размер поглотителя, деленный на размер брутто. Соотношение для плоских пластинчатых коллекторов обычно превышает 90%, в то время как соотношение для вакуумных трубчатых коллекторов обычно составляет от 60% до 80%. Следовательно, два коллектора с одинаковым размером брутто могут иметь очень разный общий КПД в зависимости от того, являются ли они плоской пластиной или откачиваемой трубкой. Коллектор с плоской пластиной, хотя он менее эффективен в расчете на единицу абсорбции, может работать так же хорошо, как его конкурент, из-за большей площади абсорбера.
Защита от перегрева и замерзания
В вакуумированном солнечном водонагревателе риск замерзания отсутствует. Даже если в устройстве используется вода, конструкция системы делает невозможным его замораживание. Однако перегрев — серьезная проблема, потому что вы не можете слить откачанные трубки так, как это делаете с плоскими пластинчатыми коллекторами. Для предотвращения перегрева в откачиваемом солнечном водонагревателе необходимо приобрести отвод тепла .
Чувствительность
Цилиндрические вакуумные трубки благодаря своей форме могут эффективно поглощать солнечный свет в широком диапазоне направлений.В течение дня падающий свет проходит через коллектор довольно непрерывно под разными углами. Таким образом, откачанные трубчатые коллекторы более эффективно работают в пасмурные или дождливые дни. Напротив, плоские коллекторы более чувствительны к направлению падающего излучения. Этим системам необходимы стеллажные системы для оптимизации угла наклона.
Работа на снегу
Хотя низкие потери тепла в вакуумированных трубках обычно рассматриваются как преимущество, на самом деле они могут отрицательно сказаться на характеристиках водонагревателя на снегу.Высокая инсоляция этих систем предотвращает избыточное тепло от таяния снега или инея на коллекторе. С другой стороны, плоские пластинчатые коллекторы менее эффективны и поэтому выделяют больше тепла, таяя снег быстрее, чем вакуумные трубные системы. Поскольку эффективность водонагревателя снижается из-за снежного покрова, препятствующего передаче солнечного света, плоские пластинчатые коллекторы имеют преимущество в заснеженных областях.
Установка
Установка плоских пластинчатых коллекторов затруднительна.Тяжелые коллекторы, имеющие форму панелей, необходимо поднять на крышу и установить . В то же время вакуумные трубчатые коллекторы, в которых используются легкие отдельные трубки, намного проще собрать.
Прочность
Конвекция вызывает коррозию. Поскольку в откачанных трубчатых коллекторах нет воздуха, в этих устройствах также может отсутствовать конвекция. Это делает их более прочными, чем плоские коллекторы. В настоящее время на большинство солнечных тепловых коллекторов предоставляется 10-летняя гарантия производства и 25-летняя гарантия 80% мощности.
Техническое обслуживание
Вакуумные трубчатые коллекторы практически не требуют обслуживания. Если в трубке пропадет вакуум, можно просто заменить компонент. С другой стороны, если плоский коллектор поврежден, вся пластина должна быть заменена. Это может стоить вам значительных затрат времени и денег.
Выбор между вакуумными трубчатыми коллекторами и плоскими пластинчатыми коллекторами
У вас кружится голова после обдумывания выбора? Мы можем попытаться облегчить ваш выбор с помощью следующих двух таблиц.В первом кратко сравниваются два типа солнечных водонагревателей.
Таблица 1: Сравнение характеристик плоских и вакуумных солнечных коллекторов
Типы вакуумных солнечных коллекторов
Солнечные коллекторы с вакуумными трубками очень эффективны и могут достигать очень высоких температур. Они могут быть очень дорогими по сравнению с плоскими пластинчатыми коллекторами или солнечными коллекторами периодического действия, хотя некоторые из интегрированных резервуарных коллекторов являются самыми дешевыми в приобретении и эксплуатации, поскольку они не нуждаются в большинстве компонентов Balance-Of-System.Солнечные коллекторы с вакуумными трубками хорошо подходят для коммерческих (прачечных) и промышленных систем отопления и могут быть эффективной альтернативой плоским коллекторам для отопления жилых помещений, особенно в районах, где часто бывает облачно.
Коллектор из вакуумных трубок содержит несколько рядов стеклянных трубок, соединенных с коллекторной трубой. Из каждой трубки удаляется (откачивается) воздух для устранения потерь тепла за счет конвекции и теплопроводности. Внутри стеклянной трубки к металлической трубке прикреплено плоское или изогнутое алюминиевое или медное ребро.Ребро покрыто селективным покрытием, которое передает тепло жидкости, циркулирующей по трубе. Существует два основных типа вакуумных трубчатых коллекторов:
Коллекторы прямоточные вакуумные
Прямоточный вакуумный трубчатый коллектор имеет две трубы, идущие вниз и назад внутри трубы. Одна труба предназначена для входящей жидкости, а другая — для выходной жидкости. Поскольку жидкость течет в каждую трубку и выходит из нее, заменить трубки нелегко.Кроме того, если трубка сломается, возможно, что вся жидкость может быть выкачана из системы — если используется замкнутый контур, или ваша вода будет вытекать, как в сломанной трубе, если используется открытый цикл.
Вакуумные коллекторы с тепловыми трубками
Вакуумные трубчатые коллекторы с тепловыми трубками содержат медную тепловую трубку, которая прикреплена к пластине абсорбера внутри герметичной солнечной трубки.Тепловая трубка полая, и пространство внутри тоже вакуумированное. Внутри тепловой трубки находится небольшое количество жидкости, например спирта или очищенной воды, плюс специальные добавки. Вакуум позволяет жидкости кипеть при более низких температурах, чем при нормальном атмосферном давлении. Когда солнечный свет падает на поверхность поглотителя, жидкость в тепловой трубке быстро превращается в горячий пар и поднимается к верху трубы. Вода или гликоль протекает через коллектор и забирает тепло. Жидкость в тепловой трубке конденсируется и стекает обратно по трубке.Этот процесс продолжается, пока светит солнце.
Поскольку между абсорбером и коллектором существует «сухое» соединение, установка намного проще, чем с прямоточными коллекторами. Отдельные трубки также можно заменять, не опорожняя всю систему от жидкости, и если одна трубка сломается, это мало повлияет на всю систему.
Коллекторы с тепловыми трубками должны быть установлены с минимальным углом наклона около 25 °, чтобы внутренняя жидкость тепловой трубки могла возвращаться к горячему поглотителю.
Интегрированные резервуарные солнечные коллекторы
Там, где температура вряд ли упадет до зоны замерзания, многие солнечные коллекторы с вакуумированными трубками сделаны со встроенным накопительным баком в верхней части коллектора. Эта конструкция имеет много преимуществ по сравнению с системой, в которой используется отдельный автономный резервуар теплообменника. При отдельном резервуаре вам необходимо использовать солнечные контроллеры, водяные насосы, расширительные баки и т. Д. Все это дополнительное оборудование может значительно увеличить стоимость системы.Отдельный резервуар теплообменника также может быть самым дорогим компонентом вашей системы.
С баком, включенным в конструкцию, поток воды регулируется с помощью стандартного давления воды в доме. Уменьшение количества электроники не только снижает стоимость, но также снижает количество точек отказа и операционную сложность.
Globe Solar Energy недавно представила на канадском рынке модель (да, это в районе с отрицательными температурами), которая получила одобрение правительства для включения в их программу ecoAction.Этот блок поставляется со встроенным нагревательным проводом для внешнего трубопровода и контроллером для включения нагревателя при необходимости. Стоимость этой простой системы составляет половину стоимости гликолевой системы с замкнутым контуром. Этот продукт может значительно увеличить распространение солнечных водонагревателей в более прохладных регионах земного шара.
Прочие аспекты откаченных солнечных коллекторов
Коллекторы с вакуумными трубами могут сильно нагреваться, превышая точку кипения воды, и могут вызвать серьезные проблемы в существующей бытовой солнечной системе водоснабжения.Вам нужно использовать горячую воду каждый день, чтобы температура в баках не перегревалась. Смесители легко устанавливаются сразу после последнего бака с горячей водой и смешивают обычную (холодную) воду с горячей водой, чтобы температура никогда не превышала установленный предел.
Обратите внимание на рисунок выше, черный шланг, ведущий от клапана сброса давления в верхней части бака. После всего лишь одного дня без использования этот резервуар может превысить уровни температуры и давления, выплескивая горячую воду на лужайку и убивая траву.Черная труба была добавлена для безопасного отвода горячей воды в дренажную систему. На наземной панели вы также можете накрыть агрегат перед тем, как покинуть дом на продолжительное время. При накрытии будьте осторожны с трубками, так как они изготовлены из закаленного стекла, которое более хрупкое, чем закаленное. При выборе места для панелей необходимо учитывать выступы (скользящие ледяные и снеговые нагрузки), падающие ветки и т. Д.
Вакуумные коллекторы не нагреваются, как плоские.Таким образом, зимой они не будут растапливать большое количество снега, выпадающего на них за один раз. Очистить стеклянные трубки от снега без поломки может быть очень сложно, будьте осторожны. Конечно, вакуумные трубки с тепловыми трубками не повлияют на систему, если они сломаются — у вас просто на одну трубку меньше для нагрева воды. Если прямоточная трубка сломается, у вас проблема!
Вакуумные трубчатые коллекторы — солнечные водонагреватели
Чем вакуумные трубчатые коллекторы по сравнению с плоскими солнечными коллекторами.Узнайте, как они работают, ознакомьтесь с их функциями и преимуществами. Кому стоит подумать о покупке трубчатых солнечных коллекторов?
Принцип работы вакуумных трубок и их преимущества
Одна из самых популярных и используемых вакуумных трубок состоит из множества длинных параллельных герметичных трубок с одинарными или двойными стенками. Обычно их 10 или более, обычно они сделаны из стекла или пластика и связаны сверху изолированным коллектором или коллектором.
Внутри каждой трубки находится небольшая медная трубка, покрытая специальным материалом, который увеличивает ее способность поглощать солнечную энергию.Медная труба (тепловая труба) герметизирована и прикреплена к черному медному ребру, называемому пластиной поглотителя. Небольшое количество жидкого теплоносителя (метанол или смесь спирта и воды) нагревается внутри тепловой трубы, и когда он превращается в пар, он поднимается к верху системы, где охлаждается, сжижается и возвращается в теплообменник. низ трубы.
Во время этого процесса скрытая теплота высвобождается, поэтому жидкость, протекающая через коллектор (теплообменник), получает тепло от трубок и далее передает его воде, хранящейся в резервуаре для воды.При изменении состояния выделяется большое количество энергии, что делает этот тип коллектора очень эффективным.
В случае одностенных вакуумных трубчатых коллекторов абсорбирующая пластина и тепловая трубка устанавливаются внутри вакуума, в то время как в двустенных (двойных) системах вакуум находится между слоями стекла.
Селективный материал поверхности, который поглощает солнечную тепловую энергию, делает эту систему эффективной, поскольку может значительно повысить производительность водонагревателя. Как было сказано ранее, эти трубки также известны как вакуумные трубки, поскольку воздух удаляется из стеклянной или пластиковой трубки, и как только создается вакуум, он значительно снижает тепловые потери.Поскольку потери на конвекцию и проводимость уменьшаются, откачиваемая трубка работает более эффективно и лучше работает при более высоких температурах, чем плоские коллекторы.
Преимущества
Вакуумные трубки работают лучше, чем популярные плоские коллекторы, не только в более холодном, но и в более теплом климате. Благодаря эффективному обогреву они рекомендуются для северных регионов с более холодной и пасмурной погодой. В качестве коллекторов плоского типа вакуумные лампы собирают как прямое, так и рассеянное излучение.Тем не менее, благодаря цилиндрической форме они могут повысить эффективность за счет улавливания излучения, когда солнце находится под низкими углами.
Вакуум не только помогает удерживать тепловую энергию внутри трубок, но также помогает уменьшить или исключить конденсацию внутри коллектора, как это было в случае с плоскими коллекторами, что предотвращает преждевременный выход из строя. Отсутствие воздуха в трубке создает отличную изоляцию, позволяя достичь более высоких температур, чем у других типов коллекторов.Такая конструкция также устраняет проблемы замерзания воды в холодные зимние дни.
Недостатки
Вакуумные трубчатые коллекторы также имеют недостатки. Поскольку они являются хорошими теплоизоляторами, снег, который скапливается на трубке, не тает; он застревает наверху и между трубками, в некоторых случаях всю зиму, что снижает эффективность и способность притягивать солнечный свет. Вот почему важна установка трубки под рекомендуемым углом (некоторые профессионалы рекомендуют не менее 25 градусов для обеспечения потока испарения и конденсации).В случае прямого протока через откачиваемые трубчатые коллекторы их также можно установить горизонтально на плоской крыше.
Вакуумные трубки хрупкие и требуют более тщательного обслуживания. У них более тонкое стекло, поэтому они чаще ломаются, но их можно заменить по отдельности.
Другой причиной замены трубки является потеря вакуумного уплотнения. Трубки можно установить индивидуально, но это займет больше времени, в то время как плоские коллекторы требуют больше усилий для подъема на крышу, и сборка не требуется.
Вследствие своей цилиндрической конструкции вакуумные трубки занимают больше места, чем плоские пластинчатые коллекторы, что может быть важным фактором при ограниченном пространстве. При отсутствии надлежащего ухода и возможности достижения высокой температуры жидкость может перегреться и закипеть.
Связанные
Сравнить с вакуумными трубчатыми коллекторами
Сравнить с вакуумными трубчатыми коллекторами Вернуться домойЧисло средней производительности 1000кВтч / м 2 может сбить с толку некоторые люди, поскольку солнечные водонагреватели с вакуумной трубкой обычно требуют только около 500кВтч / м производительности 2 .
Это связано только с разницей в методике вычислений. В производительность вакуумного трубчатого солнечного коллектора рассчитывается по формуле все проем внутри рамы коллектора. Однако это пространство содержит множество щелей, которые большую часть времени не пропускают солнечный свет. Эти зазоры включают пространство между двумя соседними трубками, а также пространство внутри откачанной трубки, которая не принимает свет.
Быстрое вычисление часто дает около 55% эффективного сбора пространство в пределах расчетной площади для вакуумного трубчатого солнечного коллектора.
С другой стороны, из-за трекинга параболический желобный коллектор всегда ориентирован так, что его поверхность почти максимально подвержена воздействию солнечный свет, в случае установки под наклоном. Поскольку мои вычисления используют сеть собирая поверхность для моих коллекционеров, разница почти в два раза между поверхностными вычислениями двумя методами.
Можно утверждать, что вакуумный трубчатый коллектор также получает диффузную свет, чего не может сделать концентрирующий коллектор.Однако у первого есть гораздо больший коэффициент тепловых потерь, поэтому дополнительный сбор тепла больше или меньше потеряно.
Цитируется из Power From the Sun, где сравнение проведено с концентраторами с низкой производительностью в течение 1970-х: Было обнаружено, что количество диффузной энергии, собираемой плоские коллекторы в большинстве регионов прилегающих к США недостаточно для компенсации отслеживаемости желобов. Кроме того, обычно более высокая оптическая эффективность плоской пластины коллектор лишь частично компенсирует более высокий термический КПД концентраторы.За год эксплуатации желоб север-юг ориентация и ориентация плоской пластины широта-наклон обеспечили наибольшую энергия.
Фактически, вакуумные трубчатые коллекторы обычно требуют коэффициента тепловых потерь. около 1,5 Вт / м 2 .K (через несколько лет она выйдет из строя из-за гелиевая проницаемость). Поскольку эффективная поверхность сбора — это всего лишь примерно половина, это эквивалентно коэффициенту потерь 3 Вт / м 2 .K для концентрирующие коллекторы. Коэффициент для последнего меньше, чем 1Вт / м 2 .K (коммерческие продукты будут около 0,5 Вт / м 2 .K). Эта разница очень важна, особенно во время холодное время года.
Таким образом, как показывает практика, один м 2 параболического желоба соответствует 2м 2 вакуумного трубчатого коллектора. Должен быть отметил, что параболическому желобу обычно требуется дополнительное пространство вокруг него, когда установлен. Следовательно, в конечном итоге землепользование будет равнозначно между два типа коллекционеров.
Что касается плоских пластинчатых коллекторов, то они, как известно, имеют нижнюю эффективность.
Еще одно важное отличие состоит в том, что коллектор с параболическим желобом имеет гораздо меньше внутренняя теплоемкость циркулирующей в нем жидкости. Эта жара емкость составляет около 0,1 л / м 2 , в то время как обычно несколько литров для неконцентрирующие коллекторы. Большая внутренняя теплоемкость приводит к значительная потеря тепла при включении системы каждое утро, особенно если важна разница температур воды в коллекторе и окружающая среда. Такие потери незначительны для параболического желоб, поэтому он может эффективно нагревать воду до высокой температуры во время холодное время года.
См. Также сравнение эффективности с большим параболический желоб.
Вертикальные вакуумные трубчатые коллекторы, использующие солнечное излучение со всех сторон
Различные конфигурации 3D-принтеров, такие как декартовы принтеры, работают аналогично обрабатывающему центру с ЧПУ и принтерам Delta, которые имеют стационарную платформу для сборки с использованием трех двигателей, расположенных на столбы, контролирующие расположение рабочего органа. Менее популярной конфигурацией является система Polar, в которой используется вращающийся стол, перемещение по оси Z, управляемое линейным приводом, расположенным за краем поворотного стола, и горизонтальный рычаг, соединенный с осью Z, который перемещает концевой эффектор по центру. ось.Конфигурация 3D-принтера Polar, будучи самой простой, была выбрана для масштабирования для создания и тестирования недорогого крупномасштабного 3D-принтера с габаритами сборки 1,83 м x 1,83 м x 1,53 м (6 футов x 6 футов x 5 футов). Этот аппаратный 3D-принтер с открытым исходным кодом (OSALS-Polar) может быть произведен примерно за 5000 долларов США за материалы, при условии, что рабочая сила предоставляется пользователем. Для трехмерной печати детали любое программное обеспечение САПР используется для вывода файла стереолитографии (.stl), программное обеспечение с открытым исходным кодом (Cura) для создания файла G-кода и программное обеспечение с открытым исходным кодом (Франклин) для управления трехмерным принтером.Тестирование 3D-принтера требует калибровки трех осей для обеспечения желаемого позиционирования вращения тета-оси, перемещения горизонтального рычага оси R и вертикального перемещения оси Z с входными данными в программное обеспечение Франклина. Кроме того, система настроена на запуск в нулевом месте в соответствии с расстояниями, установленными от концевых выключателей конечных положений. В результате окончательного тестирования OSALS-Polar были получены небольшие экструдированные детали, хотя точность и масштабирование до более крупных деталей не были достигнуты в ходе этого исследования.В ходе будущих испытаний могут возникнуть ограничения в размере отпечатков из-за охлаждения материала с различной скоростью, вызывающего коробление. Введение Технология 3D-печати стала довольно распространенной, и все чаще внедряются приложения для прямого цифрового производства. RepRap (самовоспроизводящиеся машины) 3D-принтеры (Sells, Bailard, Smith, Bowyer, & Olliver, 2010; Gibb, 2014) — это проекты 3D-принтеров с открытым исходным кодом, которые может построить любой. По данным Wittbrodt et al. (2013), стоимость 3D-принтера с открытым исходным кодом, используемого для печати бытовых компонентов, таких как форма для вареников или держатель для бумажных полотенец, может быть возмещена в течение года или двух, если на 3D-принтере будет напечатано достаточно большое количество предметов домашнего обихода. (Виттбродт и др.2013; Виттбродт, 2014). Конверт сборки 3D-принтера (высота платформы принтера, умноженная на высоту печати) может быть ограничением прямого цифрового производства, если деталь превышает этот размер сборки. Обычные настольные 3D-принтеры имеют габариты 203 мм (8 дюймов), длину x 203 мм (8 дюймов) и ширину x 153 мм (6 дюймов) в высоту. Крупномасштабные 3D-принтеры, в 5-10 раз превышающие размер обычных настольных 3D-принтеров, обычно очень дороги в производстве. Методы соединения деталей, напечатанных на 3D-принтере, с помощью ацетона оказались успешными при производстве таких деталей, как лопасти ветряных турбин (Deshpande, Rao, Pradhan, & Irwin, 2016), хотя этот метод требует нескольких этапов производства и может снизить общую точность детали.Целью OSALSPolar является изготовление более крупных деталей, напечатанных на 3D-принтере (таких как лопасти ветряных турбин или лопастей пропеллера), которые можно печатать за одну установку без необходимости соединения вместе. Лопасти ветряных турбин могут работать на потенциально высоких оборотах, и любые структурные проблемы напрямую приводят к проблемам безопасности, что делает выгодным 3D-печать как одну непрерывную деталь. Чтобы преодолеть ограничения по размеру настольных 3D-принтеров, OSALS-Polar может стоить менее 5000 долларов за материалы, если пользователь предоставляет рабочую силу.В этой статье авторы описывают сборку и тестирование OSALS-Polar с габаритами сборки 1,83 м x 1,83 м x 1,53 м (6 футов x 6 футов x 5 футов). Инструкции по сборке для этой системы также описаны здесь. Для создания файла среза использовалось программное обеспечение с открытым исходным кодом Cura; для работы OSALS-Polar использовалось программное обеспечение с открытым исходным кодом Franklin.