Вакуумний і плоский сонячний колектор: який краще

Сонячний колектор – це пристрій, що дозволяє перетворювати сонячне випромінювання в теплову енергію, основними перевагами якого є практично невичерпність ресурсу, що використовується - сонячного світла, при цьому немає необхідності оплачувати його або доставляти до місця використання. Крім того, сонячні колектори - повністю екологічно нейтральні, а їх використання дозволяє істотно знизити викиди вуглекислого газу в атмосферу.

Сонячні колектори: особливості конструкції

Найбільшого поширення набули два види сонячних колекторів - плоскі і вакуумні.

Плоский сонячний колектор - це металева рама, в якій пошарово закріплені наступні елементи (починаючи від покрівельного покриття):

• тильна стінка корпусу

• шар термоізоляції

• пластина теплозбірника (адсорбуюча я пластина або теплозбірник)

• теплообмінні трубки, які припаяні / прикріплені до теплозбірника

• світлопропускаюче скло (кришка, загартоване скло, чий коефіцієнт пропускання становить не менше 95%).

​Сонячне випромінювання, проходячи через скло, потрапляє і розігріває пластину теплозбірника. Від якого тепло передається на теплообмінні трубки, по яких протікає теплоносій.

Вакуумний сонячний колектор - це конструкція, яка складається з декількох вакуумних трубок, які об'єднані в єдину систему за допомогою спеціального стикувального вузла-теплозбірника (маніфолда). Візуально такий колектор нагадує радіаторну батарею і має подібний принцип дії. Всередині скляної трубки, з якої відкачано повітря, розташований патрубок який нагрівається, в якому може протікати теплоносій, або знаходиться спеціальна рідина, яка після нагрівання передає теплову енергію теплоносія, що знаходиться в маніфолді (теплозбірнику). Так як вакуумна трубка - це фактично термос з прозорим склом, він має високі показники теплоізоляції, практично все поглинуте сонячне випромінювання передається циркулюючому теплоносія.

Ефективність колектора

​ККД - один з найважливіших показників роботи сонячного колектора. Він показує, яка саме частина сонячного випромінювання буде перетворена колектором в теплову енергію. Теплові втрати можуть бути викликані декількома факторами - відбиттям і поглинанням сонячної енергії склом, відбиття від поглинача, вторинне інфрачервоне випромінювання і т.і. ККД сонячного колектора залежить від його конструкції і може коливатися від 65 до майже 90%.

Найбільшу ефективність мають вакуумні сонячні колектори, які за рахунок вакуумного середовища мають дуже низькі показники тепловтрат. Це особливо яскраво з'являється в холодну пору року, коли продуктивність плоских сонячних колекторів різко падає. У той же час ефективність вакуумного колектора не залежить від температури навколишнього середовища, вона безпосередньо пов'язана з обсягом поглиненої сонячної енергії. У літню пору різниця в ефективності плоских і вакуумних колекторів менш виражена, але останні все ж на 7-10% продуктивніше.

Забруднення

Вакуумні колектори мають більш високу стійкість до зовнішнього забруднення. Завдяки циліндричній формі трубок і наявності відстані між ними, листя, гілки, шматки паперу і целофану прослизають між ними, залишаючи колектор чистим. Плоский сонячний колектор, особливо встановлений з невеликим кутом нахилу, може зажадати додаткового догляду і очищення.

Сніг і обледеніння

Робота в умовах засніженості - важливий фактор, який необхідно врахувати, щоб обрати сонячний колектор для України. Як вже зазначалося вище, вакуумні колектори менше страждають від великих снігопадів, сніг практично не скупчується на трубках, особливо якщо вони мають великий кут нахилу. А ось плоский колектор буде потрібно очистити від снігу, втім, через деякий час, через нагрівання скла, сніг може розтанути самостійно.

Вакуумні колектори значно втрачають в продуктивності через обмерзання або інею. Якщо на плоскому колекторі через нагрівання скла іній самостійно розтане протягом декількох годин, то на вакуумних трубах він може зберігатися дуже тривалий час.

Займана площа

При рівній площі, яку займає колектор, потужність вакуумного колектора буде вищою. Пов'язано це з тим, що абсорбери в трубках поглинають як пряме випромінювання, так і відбите, яке надходить на задню поверхню трубки. У деяких випадках, щоб посилити відбиток від підстильної поверхні, її покривають спеціальним світловідбиваючим матеріалом. В цьому відношенні хорошим відбивачем світла є сніг - при встановленні снігового покриву ефективність вакуумного колектора збільшується.

Дослідження показують, що при рівній площі, яку займають плоский чи вакуумний колектор,  апертурна (корисна, активна) площа останнього майже на 20% більше. Цей фактор особливо важливий, якщо ви хочете досягти установки сонячного колектора певної потужності в умовах дефіциту площі, наприклад, на даху.

Міцність

Аналізуючи цей показник, слід зазначити, що здатність протистояти зовнішнім механічним впливам залежить від обраних матеріалів і якості виготовлення сонячного колектора. Як плоскі, так і вакуумні сонячні колектори, які виробляють провідні світові компанії, мають практично однакові показники міцності.

Довговічність колектора багато в чому залежить від правильності його установки і експлуатації. Ефективність вакуумного колектора знижується, якщо відбувається розгерметизація трубок. Залежно від конструкції, їх заміну можна провести безпосередньо на місці установки (якщо використовуються коаксіальні вакуумні трубки), так і може знадобитися демонтаж всієї системи (U-образні вакуумні трубки).

Парусність

Завдяки своїй конструкції, вакуумний сонячний колектор має меншу парусність, ніж плоский. Тому, він буде відчувати менші вітрові навантаження, відповідно, вимоги до жорсткості і міцності його кріплення будуть нижче.

Втім, велика парусність впливає і на обсяг тепловтрат. Вітер призводить до додаткового знімання тепла з плоского колектора. Чим вище буде сила вітру і чим пряміше кут атаки на площину колектора матиме вітрової потік, тим більше будуть втрати тепла. Природньо, чим нижче буде температура вітру, тим більше кількості тепла вітер буде «здувати» з площини колектора. У вакуумного колектора цей фактор малопомітний, холодне повітря впливає тільки на утеплений теплозбірник (маніфольд) - він має дуже невелику площу, тому і вітровий вплив буде мінімальним.

Вартість

Якщо порівнювати моделі однієї потужності, то вартість плоского сонячного колектора значно менше, ніж вакуумного. При цьому, в залежності від типу вакуумних трубок, що використовуються, ця різниця може становити 50-100%.

Загальні рекомендації

Вибір типу сонячного колектора багато в чому залежить від того, для яких цілей і в яких саме умовах він буде використовуватися.

Плоский сонячний колектор варто вибрати для сезонного використання, він відмінно підійде для літнього табору, для установки на дачі, базі відпочинку і т.д.

Вакуумний сонячний колектор рекомендується встановлювати для цілорічної експлуатації. Крім того, він значно ефективніший в якості частини загальної системи опалення, ніж плоский колектор. В осінньо-весняний період, поки температура не дуже низька, вакуумний колектор може використовуватися як основне джерело опалення. З настанням холодів він може бути задіяний як додаткове джерело обігріву теплоносія. Спостереження показують, що в залежності від потужності і погодних умов, вакуумний колектор може скоротити споживання палива (газ, вугілля, дрова) на 40-80%.

Ваша геліосистема повинна бути заснована на вакуумних колекторах, чим північніше регіон (чим менший рівень інсоляції). Тим більше виправданою є установка вакуумного колектора, який демонструє високий рівень ефективності навіть в регіонах з помірним кліматом і невеликим числом ясних сонячних днів.