Вакуумные солнечные коллекторы и их классификация

Вакуумные солнечные коллекторы и их упрощенная классификация

У стандартного солнечного вакуумного коллектора существенно меньшие теплопотери в окружающее пространство, ведь вакуум просто безупречен как теплоизолятор. Впрочем, вакуум создать довольно непросто. Стоит напомнить, что так называют разреженный воздух, обладающий давлением гораздо ниже атмосферного. У промышленного вакуума давление не должно быть больше 300 мбар. Удержание такого состояния в солнечном коллекторе в процессе использования тоже нетривиальная задача. Особенно затруднительно добиться надлежащей герметичности для поддержания вакуума в плоских коллекторах из-за их конструктивных особенностей корпуса и значительного объема. Существует проблемы и с прогибом стекла. Для избежания таких затруднений, используются вспомогательные опорные стойки, приводящие к дополнительному затенению.

Трубчатая форма в виде колбы больше всего подходит для удерживания или создания вакуума. Неудивительно, что именно вакуумные трубчатые коллекторы получили наибольшую популярность в бытовой сфере. Есть несколько вариантов трубчатых коллекторов, которые отличаются по некоторым характерным особенностям своей конструкции. Поэтому очевидно, что разные вакуумные коллекторы имеют разную эффективность, различное целевое использование и эксплуатационные параметры. Чаще всего, распространенные вакуумные коллекторы разделяют по 2 базовым особенностям конструкции теплового канала, используемых для абсорбера солнечного коллектора и стеклянных трубок:

• по формату теплового канала (прямоточная или «Heat pipe» тепловая трубка)
• по формату трубки (перьевая или коаксиальная)

Сейчас более тщательно рассмотрим классификацию по виду стеклянной трубки. Как указывалось выше, сейчас есть 2 базовые конструкции стеклянной трубки:

• перьевая трубка
• коаксиальная трубка

Коаксиальный вариант на практике является термосом, так как по сути это двойная колба из стекла, а в пустом пространстве создан вакуум (из пустого пространства между трубками выкачан воздух). Внутренние стенки трубки дополнительно обработаны поглощающим покрытием, а значит теплопередача происходит исключительно от самой колбы.
Перьевой вариант выглядит как стеклянная колба с единственной стенкой. В такой трубке вакуум находится в пространстве теплового канала. В таких стеклянных трубках часть абсорбера и теплового канала включено в саму колбу, во внутрь.

По формату теплового канала, как говорилось выше, солнечные трубчатые вакуумные коллекторы классифицируют на 2 типа:

• прямоточный тепловой канал
• «Heat pipe» тепловой канал

Солнечные вакуумные коллекторы с трубкой последнего типа еще часто называют тепловой трубой. Такая вариация доминирует на рынке солнечных коллекторов. Ее принцип работы базируется на том, что в сделанных из теплопроводящего металла (алюминия либо меди) закрытых трубках находится легкоиспаряющаяся жидкость. Теплопередача выполняется из-за того, что жидкость греется под воздействием солнечных лучей и испаряется на нижней части этой трубки, поглощая при этом тепло от испарений, после чего конденсируется в теплосборнике (верхней части). Потом она снова течет вниз и циркуляция возобновляется. Теплоноситель, благодаря поглотителю, забирает выделяемое тепло.

В трубчатых вакуумных солнечных коллекторах с прямоточным каналом, теплоноситель сразу течет и греется во всех трубках коллектора.

Разнообразные формы тепловых каналов вполне могут сочетаться с разнообразными форматами вакуумных колб. Теперь давайте более глубоко рассмотрим доступные варианты солнечных вакуумных коллекторов.

«Heat pipe» тепловой канал отлично может дополнятся вакуумными коаксиальными трубками. Такой вариант солнечного вакуумного коллектора самый популярный из-за присущей ему бюджетности и легкости замены износившихся трубок.

У таких коллекторов весьма сложный процесс теплопередачи. Тепло передается от стекла к алюминиевому оребрению несколько раз, после чего от алюминия к, собственно, тепловой трубке и лишь после этого передается теплоносителю гелиосистемы. Именно из-за этого небольшого нюанса, в сочетании с круглым форматом абсорбирующей поверхности, конечная эффективность такого солнечного коллектора не особенно высока. Максимальные показатели КПД, а точнее оптического КПД, такого коллектора менее 65%.

Для коллектора оснащенного прямоточным тепловым каналом тоже может использоваться коаксиальная вакуумная трубка. Такая вариация солнечного вакуумного коллектора еще часто называется коллектором с «U»-видной трубкой.

В таком варианте коллектора, из-за уменьшения объема и количества теплопередач (тепло от слоя алюминия передается непосредственно самим трубкам, в которых и происходит циркуляция теплоносителя гелиосистемы). Наибольший потенциальный КПД может достигать целых 76% (у некоторых моделей). Незначительным недостатком такого варианта можно назвать то, что при некоторых характерных повреждениях менять придется сразу целый солнечный коллектор, а не только одну лишь колбу.

«Heat pipe» тепловой канал может дополнятся перьевой трубкой. Такой вариант вакуумного солнечного трубчатого коллектора обладает гораздо более высокими оптическими параметрами, чем у аналогичных коллекторов с коаксиальной трубкой. У некоторых именитых производителей эта продукция может достигать наивысшего уровня эффективности с КПД в 77% Этому помогают небольшие особенности конструкции: плоский вид абсорбера с прямой теплопередачей к тепловой трубке. Кроме того, единственный стеклянный слой существенно уменьшает отражение солнечных лучей. Также особенно удобно и то, что процедура замены сломанных трубок не потребует замены абсолютно всего солнечного коллектора с сопутствующим сливом теплоносителя из всей гелиосистемы.

Самым эффективным сочетанием заслуженно считается прямоточный тепловой канал и перьевая трубка. У таких вакуумных солнечных коллекторов высший уровень КПД может достигать впечатляющих 80%. Для замены износившихся трубок в этом случае понадобится сливать со всей гелиосистемы теплоноситель. Немаловажно и то, что такие коллекторы довольно дорого стоят.