Вакуумные солнечные коллекторы и их особенности

Современный вакуумный солнечный коллектор все чаще используется в системах ГВС и контурах отопления. По принципу действия и конструкции такие устройства во многом аналогичны более простым плоским коллекторам с пластинчатым абсорбером. Иными словами, они представляют собой точно такой же корпус (обязательно теплоизолированный) со стеклянной верхней частью.

Главное же отличие заключается в том, что все преобразования энергии солнца происходят в специальных стеклянных трубках, из которых полностью удален воздух. Поэтому такие модели и получили название «вакуумных». Внутри трубки располагается тепловой канал (один или два медных стержня с теплоносителем). Между собой трубки соединяются при помощи отдельных стыковочных узлов.

Современный вакуумный солнечный коллектор все чаще используется в системах ГВС и контурах отопления. По принципу действия и конструкции такие устройства во многом аналогичны более простым плоским коллекторам с пластинчатым абсорбером. Иными словами, они представляют собой точно такой же корпус (обязательно теплоизолированный) со стеклянной верхней частью.

Главное же отличие заключается в том, что все преобразования энергии солнца происходят в специальных стеклянных трубках, из которых полностью удален воздух. Поэтому такие модели и получили название «вакуумных». Внутри трубки располагается тепловой канал (один или два медных стержня с теплоносителем). Между собой трубки соединяются при помощи отдельных стыковочных узлов.

Именно эти конструктивные особенности и определяет все преимущества подобных коллекторов. Да, из-за более сложного строения вакуумные модели стоят дороже, и требуют несколько большего ухода, но это вполне окупается их солидной производительностью и прочими эксплуатационными преимуществами. Дело в том, что если плоский коллектор эффективно работает главным образом в летний период, то вакуумное устройство вполне можно использовать и зимой (в том числе и для отопления).

Достоинства вакуумных коллекторов

Одно из главных преимуществ – это практически полное отсутствие теплопотерь, поскольку вакуум является одним из лучших изоляторов. Также к плюсам этих устройств относятся:

• способность эффективно работать при температуре до -30°С;
• способность генерировать температуры до 300°С;
• практически полное поглощение тепловой энергии (включая невидимый спектр);
• малая парусность;
• способность работать в пасмурную погоду;
• надежность, так как при выходе из строя одной трубки коллектор все равно продолжит работу;
• ремонтопригодность, поскольку вышедший из строя узел можно легко заменить.

Однако устанавливая такой солнечный коллектор для отопления или ГВС стоит помнить, что его предельный угол наклона не должен превышать 20°. Кроме того, рабочую поверхность устройства нужно обязательно регулярно очищать от снега или иных загрязнений.

Особенности конструкции и классификация

Классифицируют вакуумные коллекторы либо по типу стеклянных трубок, либо по типам тепловых каналов. Трубки бывают коаксиальными или перьевыми, а тепловые каналы – прямоточными или типа «Heat pipe».

Коаксиальные трубки

По сути, они представляют собой простой термос, состоящий из двойной стеклянной колбы. Между стенками колбы создан вакуум, а внутренняя трубка покрыта специальным теплопоглощающим составом. Таким образом, передача тепла осуществляется непосредственно от стеклянной колбы.

Стекло, как правило, изготовлено на основе боросиликатов, чтобы пропускать как можно больше солнечного излучения. Для поглощения тепла в трубку впаивается медная трубка, которая содержит эфирную жидкость. Нагреваясь, жидкость испаряется, отдает свое тепло, конденсируется и стекает вниз трубки. Затем цикл повторяется.

Перьевые трубки

Эти вакуумные трубки представляют собой одностенные колбы, причем толщина стенок у них несколько больше, чем у коаксиальных моделей. Абсорбционная трубка из меди в этом случае по всей длине усилена гофрированной пластиной с высокопоглощающим покрытием. Таким образом получается, что вакуум находится непосредственно в тепловом канале, при этом часть канала и абсорбера интегрирована в колбу.

Тепловые каналы «Heat pipe»

Также эти каналы часто называют «тепловыми трубами». Принцип их действия основан на том, что находящаяся в закрытых трубках легкоиспаряющаяся жидкость нагревается под воздействием солнечных лучей, поднимается в верхнюю часть канала и конденсируется там в специальном теплосборнике. При этом жидкость отдает все накопленное тепло. Далее она стекает вниз трубки и процесс возобновляется. Теплоноситель коллектора отбирает выделенную энергию из теплосборника и передает ее далее в систему. Металлические трубки чаще всего изготавливаются из меди, но иногда применяется и алюминий.

Прямоточные каналы

В этом случае внутри стеклянной колбы расположены две соединенные между собой металлические трубки. По одной трубке теплоноситель поступает в колбу, прогревается и вытекает по другой.

Особенности модификаций

Стоит заметить, что и стеклянные трубки и тепловые каналы вполне могут комбинироваться в различных сочетаниях. Однако наиболее популярны модели с каналом «Heat pipe», поскольку цена их довольно низка, а обслуживание очень простое. Такие устройства также отличаются хорошей ремонтопригодностью, замена поврежденных трубок в них не представляет сложности. Однако в силу сложного процесса теплообмена эти модели имеют не очень высокий КПД (около 65%).

Востребованы и коаксиальные колбы с прямоточными каналами. Они получили название U-образных колб. Такие модели отличаются более низкими теплопотерями, однако они более капризны в ремонте и обслуживании, при определенных повреждениях придется менять весь коллектор. КПД их составляет свыше 70%.

Перьевые трубки с каналами «Heat pipe» отличаются более высокой производительностью, чем коаксиальные аналоги. Их КПД может достигать 77%. Стоят эти модели дороже, но при этом также обладают неплохой ремонтопригодностью.

Самыми высокопроизводительными являются перьевые колбы с прямоточными каналами. Их КПД достигает 80%, однако при повреждениях необходимо полностью сливать весь теплоноситель. Кроме того, эти модели довольно-таки дороги.

Сделать или купить?

Если изготовление пластинчатого солнечного коллектора для отопления или ГВС не представляет особой сложности, то с вакуумными моделями все гораздо сложнее. Вакуумированные трубки представляют собой достаточно сложные конструктивные узлы, недаром во всем мире не так много заводов, выпускающих подобную продукцию. Поэтому в этом случае можно говорить лишь о сборе подходящей секции из заводских колб.

Однако даже такая сборка коллектора своими руками сопряжена с определенными трудностями. И дело не только в теоретических знаниях, но и в соответствующих практических навыках, не имея которых можно нарушить герметичность колб. Иными словами, качественный и надежный вакуумный коллектор проще купить в специализированном магазине. Да, он обойдется дороже самодельной модели, зато будет иметь гарантию качества и прослужит не один год. Кроме того, обратившись к специалистам можно получить и подробную консультацию по обслуживанию коллектора и подбору подходящих параметров.

Сегодня существует множество фирм, производящих такие устройства. А поскольку современные коллекторы различаются и по габаритам, и по производительности, и по конструктивным особенностям подобрать оптимальную модель не составит труда. Причем если ранее считалось, что самые качественные изделия делают только в Европе (в частности – в Германии), то сегодня в число лидеров входит и Китай. Китайский солнечный коллектор стоит гораздо дешевле европейского аналога, а их эксплуатационные параметры практически идентичны.