Вакуумный солнечный коллектор

Альтернативные источники энергии пользуются огромной популярностью. Трубчатые вакуумные солнечные коллекторы для отопления дома и горячего водоснабжения позволяют снизить затраты на оплату коммунальных услуг, обеспечивают достаточным количеством дополнительного дешёвого тепла.

Чтобы определить теплоэффективность гелиосистем, следует разобраться как работают солнечные водонагреватели, а также правильно рассчитать их мощность.

Как работает вакуумный коллектор

Классические гелиосистемы используют принцип преобразования тепла в электричество (солнечные батареи). Вакуумные солнечные коллекторы работают как обычные водонагреватели.

При поглощении ультрафиолетового излучения продуцируется достаточное количество тепла, чтобы обеспечить потребности ГВС. Можно подогреть воду для бассейна, душа. В зимнее время года коллекторы обеспечат некоторым количеством тепловой энергии для обогрева дома.

Существует два типа вакуумных трубок. Устройства отличаются принципом нагрева и хранения воды:

«Мокрая трубка» — особенность внутреннего устройства в том, что накопительный бак установлен непосредственно на краях блока. Вода нагреваясь поступает в бак, холодная стекает в трубки. Второе название — солнечный коллектор на вакуумных трубках прямого нагрева.
Конструкция U-образного типа, heat-pipe — в этом случае накопительная емкость не соединена непосредственно с ёмкостью. Бак может устанавливаться в любом месте дома, подключаясь к системам водоснабжения и отопления.В последнее время получили распространение перьевые солнечные водонагревательные коллекторы с вакуумными трубками, своеобразный гибрид системы heat-pipe и плоского абсорбера. Все перечисленные типы водонагревателей используют режим косвенного нагрева.

Независимо от принципа теплопередачи устройство вакуумных трубок остается практически без изменений. Используется идентичный способ абсорбции.

Устройство вакуумных трубок

Внутренняя конструкция схожа для всех типов гелиоколлекторов. Трубка вакуумного солнечного водонагревателя устроена следующим образом:

прозрачная стеклянная колба, из которой полностью выкачан воздух;
медная трубка, расположенная внутри коллектора, с газообразным или жидким теплоносителем;
один или два сборных распределителя;
отражатели, фокусирующие излучение на колбы.

Вакуумные трубки солнечного коллектора изготавливают из прочного боросиликата. Дополнительно внутренняя поверхность обработана специальным поглощающим слоем.

Покрытие трубок выполнено с использованием бариевого газопоглотителя. В исправном состоянии цвет колбы серый, при разгерметизации становится белым.

Трехслойное покрытие обеспечивает максимальную абсорбцию и моментальную теплопередачу. Эффективность поглощения тепла не менее 70%.

Солнечный коллектор на вакуумных трубках работает следующим образом:

при попадании прямых солнечных лучей происходит абсорбция тепла и передача его медной сердцевине;
теплоноситель в трубке закипает и испаряясь поднимается вверх к конденсатору;
пар отдает энергию возвращаясь в первоначальное состояние;
жидкость стекает обратно в медную трубку, играющую роль теплообменника.

В устройстве вакуумных коллекторов обязательно присутствует накопительная емкость. В режиме косвенной теплопередачи конденсатор соединен с магистралью, отводящей энергию в буферный бак, установленный внутри дома. В режиме прямой теплоотдачи вакуумные трубки соединены с накопительным баком, подключаемым непосредственно к точке водоразбора.

Система водоснабжения работает:

Под давлением — при открытии крана ГВС горячую воду из емкости вытесняет холодная. В систему обязательно устанавливают циркуляционный насос. Рабочее давление 0,6 Мпа. Решение применяется в коммерческих целях. Оптимальный вариант для нагрева воды в кемпингах, гостиницах и пансионатах.
Без давления — вода к точкам разбора сбегает самотеком. Второе название гелиосистемы: термосифонная или работающая с использованием естественной конвекции.

Технические характеристики коллекторов во многом зависят от принципа передачи тепловой энергии конечному потребителю.

Работа в режиме прямой теплоотдачи

бак объемом до 200 л, подсоединен к колбам коллектора;
нагретый до состояния пара теплоноситель подается в медный змеевик, выполняющий функции теплообменника и расположенный внутри накопительной емкости;
разогретый теплообменник отдает тепло воде, окружающей его;
после охлаждения теплоноситель возвращается обратно внутрь колбы.

Циркуляция осуществляется при помощи естественной конвекции. Баки с прямой теплопередачей способны разогреть до 300 л. воды в сутки, с номинальной температурой до 60°C. Система предназначена исключительно для сезонного использования, с апреля до сентября (период зависит от территориального расположения вакуумного коллектора).

Режим косвенной теплопередачи

Преимущество систем с БКН в том, что их можно использовать вне зависимости от времени года. Зимой солнечный водонагреватель продолжает работать, абсорбируя дополнительную тепловую энергию, направляемую в систему отопления дома. Максимальная температура нагрева теплоносителя в вакуумных трубках достигает 250-300°, чего более чем достаточно для подогрева воды.

Медный теплообменник расположенный в вакуумных колбах заполняют антифризом, что дает возможность коллектору работать даже при температуре до –50°C.

Работа системы в зимний период

Для зимы используется всесезонная гелиосистема с косвенной теплопередачей. Интенсивность солнечного излучения снижается в течении зимы. Для отопления дома зимой одних только коллекторов будет недостаточно.

Гелиосистемы используют исключительно в качестве дополнительного источника тепла, подключая их через буферную емкость к системе отопления.

При условии правильных расчетов вакуумные гелиоколлекторы способны компенсировать до 53% всех теплозатрат здания.

Для зимы, как видно из графиков, способны удовлетворить около 15-20% тепловых затрат:

Плюсы и минусы коллекторов с вакуумными трубками

Опыт использования гелиоустановок на территории РФ достаточно продолжительный, что позволяет увидеть реальную картину теплоэффективности систем. При описании достоинств и недостатков учитывают возможности работы в режиме отопления и горячего водоснабжения, технические характеристики и реальные отзывы о вакуумных коллекторах.

Для определения рентабельности важно принимать в расчет сроки окупаемости гелиоустановок, с учетом существующих законов, действующих на территории Российской Федерации.

Об эффективности в режиме отопления

Важно помнить, что коллекторы не используются в качестве основного источника тепла в доме. Цель подключения компенсировать определенные энергозатраты. Причем изначально в отапливаемом здании должен быть установлен котел, способный полностью обогреть здание.

Эффективность гелиоустановки определяется тем, на сколько процентов система с солнечными вакуумными коллекторами способна компенсировать затраты на отопление дома. Максимальные показатели достигают 40-50%.

За время эксплуатации в регионах с холодным и средним климатом были выявлены следующие преимущества вакуумного коллектора, по сравнению с плоскими гелиоколлекторами:

оптимальное соотношение стоимости и теплоотдачи;
теплопотери минимальны, 75% абсорбируемой энергии передается в буферную емкость;
трубчатая гелиосистема способна работать при отрицательных температурах и при низком ультрафиолетовом излучении, что делает возможным всесезонное солнечное отопление с использованием вакуумных коллекторов;
простая установка и демонтаж.

Практика показывает, что в зимнее время года аккумулируемого тепла достаточно для полноценного отопления системой теплых полов. Даже при низкой солнечной активности теплоноситель будет прогреваться до температуры 30-40°C. Водяные полы соответственно будут нагреваться до комфортных 26-35°C.

Отопление частного дома солнечными вакуумными коллекторами имеет несколько недостатков:

высокая стоимость — необходимость первоначальных вложений;
жесткие требования к монтажу, при неправильном угле наклона, относительно земли теплоэффективность резко снижается;
обслуживание — еще один недостаток вакуумных коллекторов: в зимнее время года трубки, нередко заметает снегом, их приходится чистить.

В зимнее время года работают исключительно коллекторы с выносным баком. Буферная емкость к которой подключаются вакуумные трубки, используется для обеспечения многовалентных систем отопления.

Использование для горячей воды

Зимой для нагрева воды мощности может быть недостаточно. В внешних накопительных баках дополнительно устанавливают электроТЭН, предназначенный компенсировать недостаток нагрева. Существуют решения, в которых для подогрева воды гелиосистемы работают одновременно с бойлером.

Горячее водоснабжение от солнечных вакуумных коллекторов, также, как и аналогичная система отопления, требует значительных первоначальных вложений, что и остается главным недостатком. Рентабельность применения достигается при коммерческом использовании гелиоводонагревателей. В гостиницах, кемпингах, отелях окупаемость систем достигается через 3-4 года.

Как выбрать коллектор вакуумного типа

Для начала следует определиться для какой цели выбирается гелиосистема. Для удовлетворения потребностей в ГВС в течение дачного сезона, подойдет моноблочный водонагреватель. Объем накопительного бака до 200 л.

Чтобы отапливать помещение используются исключительно вакуумные коллекторы с внешним баком косвенного нагрева. Следует ознакомиться со следующими техническими характеристиками:

коэффициент тепловых потерь;
параметры оптического КПД;
площадь установки.

По указанным параметрам можно определить производительность вакуумного коллектора и в конечном счете высчитать окупаемость системы.

Как рассчитать мощность гелиоколлектора

Подбор гелиосистемы по производительности осуществляется в индивидуальном порядке. Во время расчетов вакуумных солнечных коллекторов учитывают: территориальное размещение, количество необходимой нагретой воды и т.д. Точные вычисления требуют наличия инженерных навыков.

Для приблизительных расчетов потребуется:

определить коэффициент инсоляции (для Московской обл. равен 1137,7);
узнать активную площадь абсорбции вакуумной трубки (в среднем 0,15 м²);
с помощью технической документации узнать КПД коллектора (0,67).

Имея перечисленные данные можно высчитать мощность одной вакуумной трубки. Для этого умножаем все числители между собой. В итоге получаем, что в течение года одна колба способна произвести 117,95 кВт/час, что равняется 0,325 кВт/час в течение одного дня. Дальнейшие расчеты не представляют сложности. Умножаем полученную производительность на количество вакуумных колб:

Вакуумные солнечные коллекторы — цена на модели для отопления с тепловыми трубками

Солнечные коллекторы представляют собой устройства для сбора солнечной тепловой энергии.

Они делятся на следующие типы:

вакуумные;
плоские;
воздушные;
коллекторы-концетраторы;

Солнечные вакуумные коллекторы применяются для обеспечения небольших жилых и производственных зданий горячим водоснабжением и отоплением. Устанавливаются такие конструкции на крышах для повышения эффективности работы.

Преимущественно эти установки предпочитают для частных домов, небольших загородных гостиниц и даже дачных домиков. Это самый экономичный способ обеспечения теплом и горячей водой. Также использование коллекторов актуально для туристических баз, которым удается значительно сэкономить за счет коллекторов.

Главной особенностью и одним из существенных преимуществ данного нагревательного прибора является использование только холодной воды. Она значительно дешевле горячей и также позволяет экономить на использовании электроэнергии. На вакуумных, в отличие от плоских, не скапливается зимой снег, и они продолжают максимально эффективно поглощать солнечную энергию, принося пользу.

Первым фактором, который влияет на выбор, является размер отапливаемой площади, или требуемый объем горячей воды. Для обогрева 3-х комнат вполне достаточно коллектора из 10 трубок (диаметр 85 см.), стоимость которого составляет примерно 12 000 руб.

Если вы хотите приобрести установку для коттеджа, то лучше обратить внимание на коллекторы из 20-25 трубок. Стоимость такого составит примерно 20 000 руб.

Если дом внушительных размеров, то предпочтительнее выбирать модели с 30-ю трубками. Их стоимость начинается с 22 000 руб. Цена любого коллектора так же будет зависеть и от дополнительных комплектующих. Поэтому выбирая установку необходимо заранее учесть все пожелания.

Обзор моделей

«Дачник»

Эта модель стоит около 18500 руб. Этот коллектор способен нагревать воду до 95 градусов и прекрасно подходит для дачных домиков. Имеет гарантию от производителя 12 месяцев. Этого времени достаточно, чтобы убедиться в его надежности.

Данная модель обладает следующими техническими характеристиками:

Бак объёмом 100 литров изготовлен из высококачественной нержавеющей стали.
Вакуумная трубка имеет длину 150 см.
Диаметр трубки (внешний) 4,8 см.
Максимально возможное давление в трубке 0,6 Мп.
Конструкция устойчива к граду до 0,5 см.
Трубки изготавливаются из боросиликатного стекла, обладающего поглощающим эффектом.
Общий вес коллектора составляет 45 кг.

Комплектация:

набор пыльников (уплотнительных) – 1 шт.;
трубки вакуумные – 16 штук;
станина и комплект болтов – 1 шт.;
расширительный бак – 1 шт.;
бак-термос на 100 л. – 1 шт.;

CP-II-20-175 от «АНДИ Групп»

В комплект входят:

бак водяной объемом 175 л., внутренний контур выполнен из нержавеющей стали, а наружный из гальванизированной окрашенной стали;
трубки вакуумные – 20 шт.;
TNC-2 (контроллер).;

Теплоизоляция бака выполнена из полиуретана (50 мм.). Диаметр внутренний 36 см., внешний 46 см., рама из стали толщиной 1,5 мм., имеющая гальваническое покрытие. Чистый вес установки 86 кг.

Достоинства и недостатки

Главными достоинствами считаются:

Низкая парусность и высокая надежность. Практически все детали и элементы солнечных коллекторов, которые контактируют с теплоносителями, выполняются из меди высокого качества. Ударопрочное стекло трубок позволяет противостоять ударам крупного града. Солнечные нагреватели такого типа распространены в регионах с непостоянным и суровым климатом. При необходимости замены одной из трубок не придется полностью останавливать и сливать всю систему. При сильном ветре и ураганах, они способны выдерживать колоссальные нагрузки, а за счет низкой парусности, их не сорвет порывом ветра.
Простота транспортировки и монтажа. При перевозке коллектора не придется переживать за его сохранность, т.к. трубки имеют малый вес и собираются в единую конструкцию только на месте установки. Такой вид транспортировки позволяет максимально быстро доставить коллектор без повреждений. Трубки оборачиваются материалом, сохраняющим их в целости и сохранности на протяжении всей перевозки.
Высокая эффективность. Начиная с раннего утра при первых солнечных лучах, коллектор начинает собирать энергию, что позволяет пользоваться теплом и горячей водой в любое время суток (за ночь остывать практически не успевает).
Коллектор препятствует образованию в устройстве микробов. Это обусловлено обеспечением высоких температур, при которых размножение бактерий становится невозможным.
Работоспособность в зимнее время. Несмотря на морозы до -35°С, коллектор прекрасно справляется со своими обязанностями. Благодаря цилиндрической форме трубок солнечная энергия преобразовывается в тепловую максимально быстро, поэтому данный вид коллектора является наиболее производительным в любое время года.
Низкие показатели теплопотери. Вакуум – это лучший теплоизолятор, который позволяет максимально долго сохранять тепло. Благодаря этому КПД будет высоким даже в пасмурную погоду. Информация о том, что в пасмурную погоду коллектор неэффективен – это миф. Солнечная энергия способна проникать сквозь тучи, а трубки коллектора обладают свойством их принимать.
Прекрасное соотношение низкой цены и высокого качества. За сет простоты устройства, коллекторы имеют довольно низкую себестоимость, что позволяет каждому его приобрести.

Минусов на настоящий момент не выявлено. Все, что говорят и пишут негативного о данном виде коллекторов, является неправдой.

Устройство и принцип работы

Солнечным коллектором называется тепловой преобразователь солнечной энергии, обеспечивающий сбор излучения (солнечного) независимо от температуры воздуха. Монтаж осуществляется под углом в 5-90°, что дает возможность установить его так, чтобы рабочая поверхность максимально была направлена на получение энергии.

Вся установка в основном состоит из:

Коллектор солнечный, через систему которого циркулирует жидкость. Она нагревается при помощи солнечной энергии и отдает уже тепловую энергию через теплообменник (он монтируется в бак-аккумулятор).
Контур теплообменный.
Бак с водой носит название аккумулятор тепла. В нем вода хранится до момента необходимости ее использования (при условии, что данная система применяется именно для горячего водоснабжения).

Энергию солнца притягивает к себе система вакуумных трубок. Эта конструкция напоминает устройством термос: в трубки (выполненные из ударопрочного стекла, выдерживающего воздействия окружающей среды) вставляются трубки меньшей длины и диаметра. Между них обеспечено вакуумное пространство, которое является лучшей теплоизоляцией.

Внутренние трубки покрываются специализированным селективным слоем, максимально поглощающим солнечную энергию. В середине данной конструкции располагается запаянная медная трубка, содержащая некоторый объем жидкости (легкокипящей). Эта жидкость служит самим нагревательным элементом коллектора.

Типы вакуумных солнечных коллекторов

Самые популярные и востребованные типы делятся по виду конструкции коллектора.

Они бывают:

Вакуумная колба с тепловой трубкой. Они сложны в эксплуатации и изготовлении, т.к. в данном виде конструкции теплоизоляция вакуумного типа обеспечивается по всей колбе. Данные устройства обеспечивают наибольший КПД. Абсорбером тут является пластина, которая покрыта селективным всепоглощающим покрытием. Тепловая трубка надежно крепится к пластине и подает энергию в конденсатор (верхняя часть трубки). В свою очередь конденсатор подключается к теплообменнику коллектора. Тут и происходит нагрев теплоносителя.
«Колоба в колбе» с трубкой тепловой. Эта конструкция немного проще предыдущей и отличается меньшей производительностью при пониженных температурах. Абсорбирующая поверхность расположена на внутренней трубке. На тепловую трубку, изготовленную из меди, тепло передается через металлические ребра. Тепловая трубка – это наиболее эффективное устройств, предназначенное для передачи тепла.
«Колба в колбе». Этот вид устройства вакуумного коллектора дает возможность достигать наивысшей степени теплоизоляции покрытия (поглощающего), не мешая при этом проникновению солнечных лучей. Как и в предыдущем типе, покрытие для поглощения энергии расположено на внутренней колбе. Теплоноситель, который контактирует с поглощающей поверхностью, может нагреваться без промежуточных преобразований.

Советы

В завершении, хотелось бы дать еще несколько советов:

Если вам не требуется использование солнечного вакуумного коллектора зимой, то следует купить дополнительный прибор (водонагревательный).
Подключать коллектор необходимо параллельно нагревательному прибору и установить кран на подачу холодной воды.
Аварийную и запорную арматуру лучше разместить в помещении с постоянной положительной температурой, т.к. это поможет в будущем сливать воду и с коллектора, и с труб.
Мембранный бак-компенсатор или сбросной предохранительный клапан поможет компенсировать линейное расширение воды при ее нагревании.
Установленный обратный клапан нужен на подаче холодной воды. Также возможно применение комбинированных обратных клапанов, которые могут сбрасывать избыточное давление.
В некоторых случаях необходимо наличие сливного крана, который должен быть установлен в помещении для подачи холодной воды после клапана обратного.
Бак накопительного типа может быть использован как бак, предназначенный для хранения ресурсов на время аварийного отключения или хлорирования воды. Дальнейший слив жидкости будет производиться через смеситель.
Не забывайте об изоляции всех наружных проводов к водонагревателю.

В среднем солнечный вакуумный коллектор служит не меньше 20 лет. Срок службы зависит от климата и правильного монтажа конструкции. Никакого ухода данная конструкция не требует, а экономия очевидна.

Загрузка…

Вакуумный солнечный коллектор для отопления дома

В условиях непрекращающегося роста тарифов ЖКХ экономия на отоплении и горячем водоснабжении — насущный вопрос многих домохозяйств.

С развитием технологий появляются новые альтернативные способы получения энергии из света, обеспечивающие максимальный эффект при минимуме теплопотерь. Один из таких способов — вакуумный солнечный коллектор.

Его можно и собрать самостоятельно, и приобрести готовые варианты у продавцов.

Принцип работы

Идея улавливать и преобразовывать световую энергию не нова. В мире достаточно давно и успешно эксплуатируются ветряные электростанции и солнечные батареи, последние в регионах с большим количеством ясных дней позволяют обеспечивать практически полностью автономное снабжение жилищ, коммерческих помещений и техники.

Классическая гелиобатарея принимает и конвертирует в электричество падающий на нее свет. Далее энергия поступает к потребляющим аппаратам. Вакуумный гелиоколлектор устроен иначе: он состоит из крепких стеклянных трубок с откачанным для образования вакуума воздухом. Трубки объединены в систему.

Внутри такой стеклянной трубки находятся один-два медных стержня с заключенным в них теплоносителем. Падающие на медь лучи разогревают ее, и тепло передается носителю. Таким образом улавливается и накапливается солнечная энергия.

Конструкция позволяет обеспечить высокую энергоотдачу при низких потерях. Происходит это благодаря вакууму: поскольку нет отнимающей тепло среды, практически все оно остается в носителе.

Такой солнечный коллектор сохраняет примерно 95 % уловленной им энергии.

В качестве теплоносителя может использоваться жидкость или воздух. Первый вариант встречается чаще всего.

Конструктивное решение также снижает зависимость от погоды и окружающей температуры. Зимой комплекс будет работать так же эффективно, как и летом.

При текущих темпах неуклонного роста цен на органические энергоносители гелиоустановка для отопления дома окупится, в среднем, через 3–5 лет, а прослужит около 25.

То есть ее владелец спустя относительно недолгое время станет получать энергию бесплатно.

Рабочие температуры

Коллекторы делятся на виды по температуре рабочей среды:

низкотемпературные — в них теплоноситель прогревается до 50 градусов. Их используют при подогреве емкостей с водой для полива, устройстве летних ванн и душевых, создании комфорта прохладной весной или осенью и других задачах, не требующих высоких температур;
среднетемпературные, разогревающиеся до 80 градусов. С этой отметки гелиоколлектор можно использовать для отопления помещений (в том числе зимой), и подобные варианты распространены в проектах частных домов;
высокотемпературные, где носитель нагревается вплоть до 300 градусов. Такие системы применяют в коммерческих зданиях, цехах и других подобных местах. Высокотемпературные комплексы нуждаются в сложном механизме аккумулирования и передачи тепла и занимают много места, из-за чего мало пригодны для частно-бытовых задач. Кроме того, они трудоемки в изготовлении и монтаже, требуют особого инструмента и соответствующих навыков.

Сфера применения

Вакуумные солнечные коллекторы используются везде, где необходимо обеспечить тепло и горячую воду в условиях ограниченности топлива, невозможности подвода традиционных коммуникаций или нестабильности их работы. Их устанавливают на различных объектах:

сельскохозяйственных производствах;
предприятиях;
медицинских учреждениях;
санаториях и других оздоровительных комплексах;
детсадах, школах, летних лагерях;
местах отдыха туристов и гостиницах;
частных и многоквартирных домах;
офисных зданиях;
железнодорожном транспорте и тому подобное.

Такое устройство как вакуумный солнечный коллектор будет работать везде, где есть дневной свет и подвод холодной воды на объект. С его помощью решаются задачи:

организации сезонного и круглогодичного снабжения объектов горячей водой;
модернизации и оптимизации имеющейся водопроводной инфраструктуры;
дежурного и полного отопления помещений;
подогрев бассейнов;
обогрев в нуждах сельского хозяйства (питомники, инкубаторы и так далее);
подготовки технической подогретой воды и прочее.

Как устроен солнечный коллектор

Существуют различные варианты реализации преобразующих энергию Солнца вакуумных приборов. Основные виды коллекторов:

без применения защищающего стекла — это трубчатый;
аппарат с сокращенной конверсией;
плоский;
с прозрачной тепловой изоляцией;
воздушный прибор;
плоский вакуумный.

Все эти аппараты конструктивно похожи и несут следующие базовых компоненты:

прозрачная вакуумная трубка;
смонтированный в ней подогреваемый патрубок, где циркулирует рабочий теплоноситель;
сборные распределители, соединяемые с трубами большего диаметра. В них находится циркуляционный контур внутренних трубок.

Упрощенно конструкцию можно представить как обычный термос с прозрачными стенками, через которые свет падает на внутреннюю колбу. Благодаря вакууму между стенками и колбой последняя хорошо прогревается и почти целиком передает тепло своему содержимому.

Правильной работой комплекса может управлять циркуляционный насос. Этот элемент обеспечит безопасное и слаженное взаимодействие всех частей гелиоколлектора.

Автоматизированная система управления нагревательным комплексом следит за температурой и, если она падает ниже разрешенного уровня (например, ночью), насос останавливается.

Благодаря этому удается избежать ситуации обратного прогрева и других связанных проблем.

Классификация по конструктивным отличиям

Вакуумные коллекторы разделяют по типужу стеклянных трубок и параметрам теплоканалов. Трубки обычно встречаются двух категорий:

А каналы бывают прямоточные U-образные и разновидности heat pipe (смотреть ниже).

Коаксиальные вакуумные трубки

Это классический «термос» — колба, в которой вакуум создается между двойными стеклянными стенками. Кроме того, внутренняя поверхность колбы покрыта особым теплопоглощающим слоем.

Их делают из боросиликатного высокопрочного стекла с хорошим светопропусканием.

Такие вакуумные трубки для солнечного коллектора должны служить не менее 15 лет, справляться с давлением 1 МПа и не бояться плохих погодных условий.

Поглотителем служит полый стержень из меди с эфирным наполнением. Нагреваясь, эфир испаряется, поднимается, передает набранное тепло и выпадает вниз конденсатом. Далее процесс повторяется, обеспечивая непрерывный теплообмен внутри модуля.

Перьевые

Их стенки толще коаксиальных и состоят из единственной колбы. Медный абсорбционный элемент обрамлен гофрированной пластиной с теплопоглощающим слоем. Это позволяет вакууму находится прямо в канале модуля.

КПД такой трубки выше, но перьевая система дороже, а заменить ее в случае поломки медного абсорбера или нарушения герметичности колбы сложнее. Но именно этот вариант считается самым надежным, эффективным и долговечным среди похожих устройств.

Технология Heat pipe

Выполненные по этой технологии модули несут в себе трубки с испаряющимся жидким теплоносителем. При нагреве паром он поднимается наверх и собирается в манифольде (manifold) — теплосборнике. Здесь носитель отдает тепло, осаждается, и цикл повторяется. Из манифольда носитель передает энергию по всей системе, обеспечивая нагрев в контурах отопления и горячего водоснабжения.

Рабочий элемент такого канала делается медным, реже — из алюминия. Срок службы должен составлять 15 лет. Стоимость решения на базе «хит-пайп» относительно невелика и делает его самым популярным вариантом для создания современных трубчатых гелиосистем. Если какой-то узел испортится, его легко заменить без разборки всего комплекса. Ремонт можно проводить на месте с минимумом инструментов.

Прямоточные U-образные обменники

Как видно из названия, трубка такого теплообменника похожа на букву U. В ней циркулирует или рабочее тело теплоносителя, или вода системы. При этом одна часть компонента работает с нагретой средой, другая — с холодным носителем.

Нагревшись, состав расширяется и попадает в накопитель; таким способом обеспечивается простая циркуляция жидкости. На внутренние стенки накопительного бака нанесено эффективно забирающее тепло покрытие.

Эти трубки весьма эффективны, но обладают недостатком: конструктивно они едины с манифольдом и ставятся только вместе с таковым. Замена одной испортившейся трубки невозможна, для этого придется снимать всю систему.

Преимущества и недостатки вакуумных коллекторов

Основное достоинство данного класса устройств — минимальные эксплуатационные теплопотери благодаря вакууму, идеальному природному изолятору. Среди прочих плюсов:

эффективная работа обогревателей при температурах до −30 градусов и ниже, что делает их пригодными для зимней эксплуатации;
сбор тепла с нагревом до 300 градусов включительно (у больших промышленных образцов);
надежность и долговечность;
поглощение как световой энергии, так и невидимого теплового излучения;
стойкость к неблагоприятным погодным факторам;
небольшая парусность и способность почти свободно пропускать воздушные массы (благодаря чему системы почти не боятся ветра);
даже в местностях с малым числом ясных дней и холодным климатом способны показать высокую эффективность работы;
ремонтопригодность распространенных heat pipe решений на высоком уровне;
гелиобатарея остается работоспособной даже без контроллера (или при его отключении).

Установка одного или нескольких таких устройств дает возможность существенно сэкономить на отоплении и горячем водоснабжении любых нуждающихся в этом объектов и построек.

В среднем, затраты на нагрев воды снижаются на 60 %, а расходы на отопление — на 30 %. Достигается также оптимизация и снижение трат на эксплуатацию и поддержку коммуникаций.

Вакуумный солнечный коллектор выступает как автономный источник тепла и обеспечивает потребителей горячей водой даже при перебоях с газом или электропитанием.

Еще один плюс — продление срока службы имеющихся систем отопления.

Нагрузка на них снижается, и бойлер, например, способен прослужить до двух раз дольше: гелиоколлектор снижает нагрузку на него до 97 % от обычной. То же касается газовых котлов.

При этом вакуумные солнечные модули легко интегрируются в существующие коммуникации. Можно запланировать их установку и на этапе планирования возводимого объекта.

Немаловажный бонус — экологическая чистота. Рассматриваемый класс устройств не производит вредных выбросов, не загрязняет окружающую среду и использует фактически неисчерпаемый источник энергии — солнечный свет. При этом каждый поступающий в систему джоуль используется оптимальным образом.

Интересно: считается, что к 2020 году около 20 % мировой потребности в электроэнергии станут удовлетворяться за счет Солнца. Особенно актуально это для регионов с интенсивным солнечным излучением и большим количеством ясных дней. За год в среднем в эксплуатацию вводится около 3 млн гелиоэнергетических систем.

Отметим также обеззараживающие свойства: под нагревом гибнут многие вредоносные микроорганизмы, вакуум также затрудняет их размножение.

Но есть и минусы. К ним относят высокую стоимость при покупке комплектующих и инструмента для самостоятельной сборки, а также неспособность недорогих трубчатых комплексов самоочищаться от налипшего/намерзшего зимой снега, льда и прочих загрязнений. Хотя существуют и варианты с режимами антизамерзания, и образцы с иными дополнительными возможностями.

Самостоятельная сборка

В начале создания вакуумного коллектора необходимо собрать раму. Желательно ставить ее сразу там, где будет находиться будущий обогревательный комплекс. Размеры рамы зависят от запланированных характеристик будущей системы и собираемой модели. Как правило, подробные указания прописаны в прилагаемой к комплектующим инструкции.

Важно: на дне короба будущего коллектора обязательно должна быть теплоизоляция.

Пример проекта для сборки:

Собирая раму на крыше, в местах прилегания ее дополнительно укрепляют герметиком. Это необходимо для защиты от попадания воды через монтажные отверстия. Далее на место ставят бак накопителя и прикрепляют к раме.

Далее монтируется воздухоотвод, ТЭН и датчик температуры (если есть). Все узлы устанавливаются на смягчающие прокладки (должны быть в комплекте).

После этого к системе необходимо подвести водные коммуникации здания — для этого обычно используют фитинги и трубы из полипропилена, такая арматура достаточно вынослива, долговечна и легко меняется при выходе из строя. Трубы должны выдерживать температуру до 95 градусов.

Когда водопровод подключен, в накопительный бак заливают воду и несколько часов проверяют герметичность комплекса. При нахождении утечек их следует немедленно устранить. Финальный этап — монтаж нагревающих модулей.

В вакуумную стеклянную колбу помещают медную трубку, снизу конструкция фиксируется чашкой и резиновым пыльником.

В латунный конденсатор до упора задвигают наконечник медной трубки, затем фиксирующий механизм защелкивается на кронштейне.

Установка остальных трубок выполняется по тому же принципу.

После этого к системе подсоединяется монтажный блок (если предусмотрен). На него заводится электропитание от сети 220 В.

Также подключаются вспомогательные модули — температурный датчик, отвод воздуха и ТЭН. На финальном этапе монтируется управляющий контроллер комплекса (также если предусмотрен).

В него вносятся необходимые настройки, после чего новая система обогрева запускается в работу в обычном режиме.

Все основные детали можно собрать самостоятельно.

Но при отсутствии опыта слесарно-монтажных работ лучше обратиться к заводским комплектующим, поскольку собранный «с нуля» комплекс может содержать существенные огрехи и не давать требуемой эффективности.

На рынке Москвы готовый комплект подключаемого к холодному водопроводу нагревателя на 30 вакуумных трубок с баком объемом в 260 литров стоит около 90 тысяч рублей.

Где лучше размещать

Для эффективной и полноценной работы вакуумный солнечный коллектор должен быть правильно размещен и сориентирован по сторонам света. В северных широтах желательно ставить устройство на солнечной стороне земельного участка или в южной части крыши. Если сориентировать точно на юг возможности нет, следует выбрать максимально освещенную позицию в направлении запада или востока.

Важно: гелиоэнергетический комплекс не должен перекрываться деревьями, дымоходами, декоративными частями кровли, соседними домами и прочими строениями. Это способно существенно снизить эффективность. При правильном расположении обогреватель обеспечит отличную теплоотдачу на весь год вне зависимости от сезона.

Заключение

Солнечный коллектор — интересная и технологичная альтернатива как традиционным способам получения тепла, так и современным экологически чистым, наподобие фотоэлектрических панелей или ветряков. Все, что требуется такой системе — наличие холодной воды и света, все остальное она сделает сама или с помощью простого управляющего блока и насоса, которые не обязательны.

Вакуумный уловитель солнечной энергии автономен, не производит вредных выбросов, прост в устройстве и надежен: если систему собрать из качественных компонентов и следить за ней, она прослужит до четверти века и дольше.

Её отличают высокие показатели преобразования света и невидимого теплового излучения в полезное тепло и малый коэффициент потерь — используется до 95 % поступившей энергии. Такое сочетание эксплуатационных свойств делает данный класс устройств привлекательным для широких кругов потенциальных владельцев, от оборудующих дом/участок частных лиц до крупного бизнеса.

А с учетом нестабильной ситуации с ценами на энергоносители и тарифами ЖКХ, можно рассчитывать, что популярность вакуумных коллекторов будет лишь расти.

Видео по теме

Вакуумный солнечный коллектор для отопления и горячего водоснабжения

Одним из самых популярных и самых универсальных видов альтернативной энергетики в мире являются солнечные коллекторы, с помощью которых потребитель получает тепло и горячую воду практически по нулевому тарифу.

А при сегодняшнем динамичном росте тарифов на энергоносители решение вопроса горячего водоснабжения и теплоснабжения практически любых объектов по назначению, принадлежности и объему за счёт солнца более, чем актуально.

Солнечная энергия — самый крупный энергетический источник на Земле. Количество тепла, поступающего на 1 кв. м поверхности Земли в год, оценивается в 3,16х109 КДж. Общее количество солнечной энергии в 20 тыс. раз превышает современное потребление энергии мировым хозяйством.

Производство установок для использования альтернативной энергии солнца за последние 4 года увеличилось в мире в несколько раз. Предполагают, что к 2020 г. за счет солнечной энергии мировые потребности в электроэнергии будут удовлетворяться на 15-20%.

На сегодняшний день вводится в эксплуатацию более 3 млн. гелиосистем в год, и эта статистика получена не только за счет стран с теплым климатом. Свою эффективность солнечные коллекторы доказали даже в климатических условиях Аляски. Система солнечных коллекторов подходит для всех типов климата.

В связи с использованием контроллеров система автоматически поддерживает самые оптимальные параметры циркуляции, имеет режим антизамерзания, обеспечивает комфортную заданную температуру.

При отсутствии достаточной солнечной активности контроллер может включать дополнительный электронагреватель, установленный в теплоаккумуляторе.

Производительность системы зависит от параметров солнечного излучения в конкретном регионе. Интенсивность солнечной радиации нашего региона, где около 300 солнечных дней в году, позволяет достигнуть высоких показателей продуктивности солнечных коллекторов.

Технико-экономические расчеты по действующим солнечным системам показывают, что при существующих ценах на органическое топливо, увеличивающихся последние годы, срок окупаемости гелиоустановок с учетом эксплуатационных затрат составляет от 2 до 5 лет, в то время как срок их службы 25-30 лет. Таким образом, использование системы после срока её окупаемости дает дает возможность получать всю вырабатываемую солнечной установкой энергию бесплатно!

При этом гелиоустановки являются экологически чистым источником энергии, к которому можно, в отличие от традиционных котельных, применить термин «срок окупаемости затрат».

Область применения солнечных коллекторов:

производственные комплексы любого направления и масштаба;
сельскохозяйственные предприятия;
учреждения здравоохранения: больницы, поликлиники, санатории, профилактории, центры здоровья и др.;
спортивно-оздоровительные комплексы: бассейны открытые и закрытые, стадионы, туристические базы, зоны отдыха;
детские учреждения: детские сады, школы, центры детского творчества, летние лагеря и др.;
гостинично-туристические комплексы;
торгово-развлекательные комплексы, небольшие автономные магазины;
рестораны, кафе, столовые и другие пункты общественного питания;
мобильные социально ориентированные пункты;
частные дома, коттеджи, дачи;
офисы;
объекты железнодорожного транспорта, портов, МЧС и пр.;
автомойки, автозаправочные станции, теплицы и еще многие разнообразные объекты;

– практически везде, где есть холодная вода и дневной свет.

Солнечные водонагреватели позволяют решить целый ряд вопросов:

автономное горячее водоснабжение (круглогодичное или сезонное);
поддержка полного или дежурного отопления для помещений любой площади;
оптимизация существующих систем горячего водоснабжения и отопления;
подогрев воды в закрытых или открытых бассейнах;
обогрев теплиц;
использование горячей воды в технологических целях.

Преимущества солнечных установок:

Существенное уменьшение затрат на горячее водоснабжение, обогрев дома или любого другого здания. Использование солнечных коллекторов дает возможность уменьшить затраты в год: на нагрев воды — на 60%, на отопление — на 30%!

Оптимизация и уменьшение эксплуатационных затрат при отоплении зданий и обеспечении потребителей горячей водой в случае перебоев в электро- и газоснабжении, т.к. система является автономным источником тепловой энергии.

Увеличение срока службы основной или вспомогательной отопительной системы: уже имеющегося бойлера или газового котла в 2 раза, т.к. дает возможность до 97% уменьшить его нагрузку на существующую систему;

Возможность интегрирования в существующую систему теплоснабжения и горячего водоснабжения.

Сохранение природы и экологии в целом, защита здоровья людей за счет отсутствия загрязнения окружающей среды.

Солнечная установка может быть запланирована еще на стадии строительства дома или другого объекта, а может быть подсоединена к существующей системе теплоснабжения. В последнем случае вместо традиционного бойлера устанавливается бойлер гелиосистемы, а на крыше здания — солнечный коллектор.

Кроме того, система отопления на солнечных коллекторах идеально соответствует системе водяных теплых полов и обогрева плавательных бассейнов и экономично расходует утилизированную тепловую энергию.

Особенную эффективность утилизации энергии окружающей среды имеют комбинированные системы, использующие солнечные коллекторы вместе с тепловыми насосами.

Среди всех типов солнечных коллекторов самыми популярными являются плоские коллекторы и коллекторы с вакуумными трубками.

Вакуумный солнечный коллектор – система, применяющаяся для преобразования энергии солнца в любое время года. При его производстве используются современные материалы, созданные на основе вакуумных нанотехнологий. Удобство в эксплуатации, большая долговечность и эффективность предлагаемых водонагревательных систем гарантирована.

Преимущества использования вакуумного солнечного коллектора:

Гелиосистема имеет высокую производительность даже в осенне-зимний сезон.

При производстве вакуумного солнечного коллектора используется наилучший теплоизолятор – вакуум. Общие потери тепла в коллекторе минимальны, т.к.

в вакууме не происходит потерь на теплопроводность и конвекцию.

Поэтому КПД вакуумного коллектора сохраняется стабильно высоким даже при неблагоприятных погодных условиях – температуре воздуха до -45°С и рассеянном солнечном свете, а его производительность до 40% выше, чем у других видов коллекторов.

Каждый солнечный луч используется в гелиосистеме оптимальным образом.

Абсорбер, являющийся важной деталью конструкции вакуумного солнечного коллектора, имеет форму цилиндра, что позволяет максимально эффективно использовать для преобразования каждый солнечный луч от восхода и до заката солнца.

Благодаря цилиндрической форме абсорбера вакуумный коллектор в три раза эффективнее и способен улавливать рассеянную энергию солнца по сравнению с коллекторами, имеющими плоскую форму, и может произвести до 40% тепловой энергии больше, чем другие системы с аналогичной площадью абсорбера.

Вакуумные солнечные коллекторы отличаются повышенной надежностью.

Вакуумный солнечный коллектор будет радовать Вас своим теплом долгие годы. Залог его высокой долговечности и надежности – использование в конструкции высококачественных современных материалов.

Так, все детали, находящиеся в непосредственном контакте с теплоносителем, изготовлены из меди высокого качества, а трубки коллектора выполняются из особого ударопрочного (боросиликатного) стекла, которому не страшен даже град до 35 мм. Вакуумные коллекторы хорошо зарекомендовали себя в регионах с суровым климатом, где нередки шквальные ветра и даже ураганы, т.к.

панель коллектора имеет небольшую парусность. Замена вакуумных трубок в случае их повреждения не вызывает особого затруднения, т.к. не требует полной остановки и слива всей системы.

После оледенения, покрытия снегом или инеем система быстро вновь готова к работе.

По сравнению с другими видами коллекторов, вакуумный коллектор быстрее возвращается в рабочее состояние, избавляясь от снега, льда или инея и снова готов дарить Вам свое тепло. Это объясняется тем, что стеклянное покрытие коллектора имеет очень небольшую толщину, благодаря чему тепловая инерция прибора сводится к минимуму.

Вакуумный солнечный коллектор способен обеззараживать воду.

В нагреваемой коллектором воде под действием высоких температур и вакуума размножение различных бактерий становится невозможным.

Вакуумные солнечные коллекторы отличаются простотой монтажа и удобством эксплуатации.

Число желающих сэкономить на расходах на обычные виды энергоресурсов за счет перехода на использование солнечной энергии постоянно растет.

Вакуумные солнечные коллекторы «АНДИ Групп» пользуются достаточно большой популярностью в Центральном и Южном регионах России. Это еще раз подтвердилось на проведенных в сентябре этого года в г.

Ростове-на-Дону двух специализированных выставках («15-я юбилейная аграрная выставка» и выставка «МЧС России»), где солнечное оборудование «АНДИ Групп» вызвало большой интерес у представителей разных регионов и слоев населения страны. Производственники и аграрии, владельцы зон отдыха и простые рядовые потребители живо интересовались этим оборудованием.

Подтверждением успеха солнечного оборудования «АНДИ Групп» на выставках является награждение ПК «АНДИ Групп» Дипломами выставки «За успешное продвижение на юге России инновационных и энергосберегающих технологий и оборудования».

Руководящий состав МЧС России рекомендовал позиционировать эти солнечные системы на специализированной выставке МЧС в качестве водонагревателей в сложных полевых условиях для создания комфортных и санитарно-гигиенических условий для граждан и личного состава в чрезвычайных ситуациях. Это является убедительным аргументом того, что нет границ для применения солнечных коллекторов ни по территории, ни по назначению, ни по масштабу и сложности системы.

Производственная компания «АНДИ Групп» предлагает оптимальное решение проблемы обеспечения горячей водой как малых так и больших потребителей (от душевых кабин, летних бассейнов и дачных домов до гостиниц, пансионатов, больниц, автозаправочных станций и др.автономных объектов) в условиях сезонного или круглогодичного использования:

Солнечные водонагреватели серия «ДАЧА» модель XF-II и XF-II система без давления. Используются сезонно — с апреля по октябрь месяцы.

Сезонный солнечный коллектор для дачи Производственной компании «АНДИ Групп», поможет решить проблему горячего водоснабжения на Вашем дачном участке, обеспечив Вас горячей водой: для принятия душа, мойки посуды, подогрева летнего бассейна, полива растений и прочих бытовых и хозяйственных нужд.

Солнечные коллекторы серия «УНИВЕРСАЛ» модель CP-II. Проточные солнечные водонагреватели — система под давлением. Солнечные коллекторы с тепловыми трубками Heat Pipe круглогодичного использования.

Преимущества системы является возможность круглогодичной эксплуатации в регионах с умеренным климатом и высокая эффективность солнечного водонагревателя при низкой интенсивности солнечного излучения.

Солнечные сплит-системы. Также такие системы называют всесезонными или раздельными. Это закрытая система, которая может работать под давлением водопровода.

Система обладает малой инерционностью, быстрым выходом на рабочий режим и позволяет обеспечить: круглогодично— горячее водоснабжение; сезонное отопление с экономией традиционных источников тепловой энергии до 70% (в зависимости от географической широты и климатических условий).

ЗАКАЗАТЬ РАСЧЁТ

Если выбор солнечной сплит-системы вызывает у Вас затруднение, оставьте заявку на расчёт и квалифицированные специалисты нашей компании помогут подобрать солнечную водонагревательную систему, удовлетворяющую Вашим потребностям.