Солнечный водонагреватель (солнечный коллектор)

Наиболее мощным источником энергии для человечества является Солнце, которое будет светить еще по меньшей мере 3-4 миллиарда лет. Годовое количество солнечной энергии почти в 15 000 раз превышает потребности отопления домов, однако лишь незначительная ее часть используется в солнечных системах отопления.

Для превращения солнечной энергии в тепловую используют гелиосистемы.

Солнечный водонагреватель (солнечный коллектор) – это устройство, которое предназначено для поглощения солнечной энергии, которая переносится видимым и ближним инфракрасным излучением и для последующего ее превращения в тепловую энергию, пригодную для использования.

В гелиосистемах производства Прогресс-ХХI используется высокоэффективный вакуумный трубчатый солнечный коллектор. Вакуумная тепловая труба автономна и состоит из сверхпрочного боросиликатного стекла. Внешняя трубка – прозрачная, а внутренняя имеет специальное селективное покрытие, которое обеспечивает максимальное поглощение тепла при минимальном отражении. Для предотвращения теплопотерь между трубками гелиоколлектора предусмотренный вакуум. Для поддержания вакуума солнечный водонагреватель Прогресс-ХХI  использует бариевый газопоглотитель, который в производственных условиях подлежит влиянию высоких температур, в результате чего нижний конец вакуумной трубы покрывается слоем чистого бария. Он поглощает СО, СО2, N2, O2, H2o и H2, которые выделяются из трубы в процессе хранения и эксплуатации, и является четким визуальным индикатором состояния вакуума в трубке солнечного коллектора. Когда вакуум исчезает, бариевый слой из серебристого становится белым. Это дает возможность легко определить, целая ли труба вакуумного солнечного водонагревателя.

При наличии солнечных лучей (прямых, рассеянных) поглощение тепла происходит в медной трубке, которая находится внутри вакуумной трубы. Способ передачи тепла от нее теплопроводу вакуумного солнечного коллектора следующий. Медная труба внутри пустая и содержит запатентованную неорганическую нетоксичную жидкость. При нагревании эта жидкость испаряется, а поскольку в трубке созданный вакуум, то это происходит даже при температуре минус 25-30°С. Пар поднимается к наконечнику (конденсатора) тепловой трубки, где отдает тепло теплоносителю (антифризу), который течет по теплопроводу гелиоколлектора. Потом он конденсируется и стекает вниз, и процесс повторяется снова. Солнечный водонагреватель с вакуумными трубами показывает отличные результаты даже в пасмурные дни, потому что вакуумные трубы способны поглощать энергию инфракрасных лучей, которые проходят через тучи. Благодаря изоляционным свойствам вакуума, влияние ветра и низких температур на работу гелиосистемы также незначительно по сравнению с влиянием на плоский солнечный коллектор. Система с вакуумным солнечным коллектором успешно работает до -35°С.


Теплообмен в тепловой трубе вакуумного солнечного коллектора

Вакуумные трубы круглые, благодаря этому количество солнечного излучения, которое попадает на гелиоколлектор остается постоянным с утра до вечера. Именно поэтому общее количество солнечного излучения, которое поглощается вакуумным солнечным коллектором увеличивается в сравнении с плоским. Форма труб в солнечных системах отопления обеспечивает отличную степень поглощения, поскольку солнечные лучи всегда падают на ее поверхность под прямым углом, возводя отражение к минимуму. Трубы заключены в солнечном водонагревателе параллельно, угол их наклона зависит от географической широты места установки системы отопления. Ориентированные из севера на юг, на протяжении дня трубки  вакуумного солнечного коллектора  пассивно двигаются за солнцем.  Они практически не нуждается в эксплуатационном обслуживании: мы даем на гелиосистемы Прогресс-ХХІ гарантию. Вакуумные солнечные коллекторы полностью пригодны для ремонта: в случае необходимости трубку можно заменить без остановки солнечного водонагревателя. За необходимостью вакуумные трубки можно добавлять (при недостаче тепла) или частично снимать (если есть его избыток), уменьшая площадь гелиоколлектора. Эксплуатационное обслуживание солнечного водонагревателя сводится практически к нулю. Вакуумные солнечные коллекторы отлично справляются с заданием обеспечения дома горячей водой, отоплением квартиры, подогревом бассейнов, теплиц, работают в системах вентиляции, кондиционирования и отопления зданий. Благодаря всему этому работа гелиосистемы проста, как с точки зрения эксплуатации, так и обслуживания. 

Гелиосистема PROGRESS-XXI состоит из таких частей: 

-  вакуумный солнечный коллектор;

-  насосный узел для перекачки теплоносителя от солнечного коллектора к баку;

-  контроллер, который руководит работой солнечной системы;

-  бак-аккумулятор горячей воды;

-  пиковый доводчик (тепловой насос, электрический тэн или другой источник).


Схема гелиосистемы

Солнечные коллекторы в Украине способны обеспечить дом или квартиру бесплатной тепловой энергией с апреля по октябрь.  В другой период года они дают часть тепловой энергии на отопление и горячее водоснабжение, другую часть обеспечивает пиковый доводчик: электрический тэн, тепловой насос или газовый котел. В Крыму работа гелиоколлектора на 30 % эффективней чем в Киеве, благодаря географическому размещению полуострова.

В ООО “Прогресс -ХХІ” представлены гелиоколлекторы трёх типов:

-  вакуумные с тепловыми трубами типа “Heat pipe”;

-  вакуумные с тепловыми трубами сверхвысокой теплопроводимости;

-  вакуумные с тепловыми трубами типа-U.


Вакуумный трубчатый солнечный коллектор 


Характеристика вакуумного гелиоколлектора с тепловими трубам типа “Heat pipe”

Длина труб и наружный диаметр трубы

1800 мм, 58 мм

Толщина стекла стенки трубы

1,6 мм

Материал трубы

боросиликатное стекло

Коэффициент теплового расширения материала

3,3×10-6°С

Поглощающее покрытие

Al-N/Al

Коэффициент поглощения

> 90%

Излучающая способность

7 % (100°С)

Вакуум

P < 5×10-3Па

Сопротивление ветру

30 м/с

Температура стагнации

< 220°С

Теплопотери

< 0,8 Вт/м2×°С)

Отражатель

алюминиевый

Материал рамы

алюминий, нержавеющая сталь

Давление испытания

1,0 МПа

Рабочее давление

0,6 МПа

Работает при температуре

до –30°С


Характеристика вакуумного гелиоколлектора со сверхвысокой теплопроводностью

Материал стекла

высококачественное боросиликатное стекло

Диаметр стекляной трубки

70 мм

Толщина вакуумного пространства

10 мм

Толщина стенки

2 мм

Масса одной трубки

2 кг

Высокий вакуум

5×10-3Па

Материал абсорбера

алюминий

Покритие абсорбера

нитрит алюминия

Коэффициент поглощения

α ≥ 0,94

Сопротивление ветру

30 м/с

Работает при температуре

до –30°С

Выдерживает удары града

размером до 35 мм

Температура изоляции

250 °С


Характеристика вакуумного гелиоколлектора с тепловими трубами типа-U

Длина труб и наружный диаметр

1800 мм, 58 мм

Толщина стенки стекла трубы

1,6 мм

Материал трубы

боросиликатное стекло

Поглощающее покритие

Al-N/SS

Коэффициент поглощения

> 93%

Излучающая способность

8 % (100°С)

Вакуум

P < 5×10-3Па

Сопротивление ветру

30 м/с

Температура стагнации

< 230°С

Теплопотери

< 0,8 Вт/м2×°С

Отражатель

алюминиевой

Материал рамы

алюминий, нержавеющая сталь

Давление испытания

1,0 МПа

Робоче давление

0,6 МПа

Работает при температуре

до –30°С

Цены на солнечные коллекторы Прогресс-ХХІ и сопутствующее оборудование гелиосистем 

Характеристика вакуумного коллектора для солнечного отопления

1. Солнечный водонагреватель Прогресс-ХХI способен выдерживать давление теплоносителя до 0,6 МПа.

2. Замкнутый и незамкнутый контуры

В гелиосистемах с замкнутым контуром, как правило, используется теплообменник, который может размещаться как внутри, так и извне бака-аккумулятора горячей воды. Солнечный коллектор с незамкнутым контуром часто используется в теплых климатических зонах, где нет опасности замерзания. Вакуумные солнечные коллекторы Прогресс-ХХI подходят как для закрытых, так и открытых систем, так как имеют функции контроля давления, температуры, и защиту от замерзания.

3. Циркуляционный насос

Солнечный коллектор Прогресс-ХХI не имеет вмонтированного бака-аккумулятора, и теплопровод вмещает достаточно малое количество теплоносителя (около 2 л для  коллектора на 30 вакуумных труб). Для того, чтобы теплоноситель циркулировал от гелиоколлектора к аккумулирующей емкости и назад, необходимо использовать циркуляционный насос гелиосистемы. Циркуляционным насосом, как правило, руководит солнечный контроллер с датчиками. Скорость потока, необходимая для работы большинства солнечных водонегревателей, не превышает 2 л/мин, поэтому достаточно циркуляционного насоса малой мощности. Более мощные циркуляционные насосы нужны лишь в случае объединения нескольких солнечных коллекторов в один контур, или когда циркуляционный насос должен компенсировать потери напора теплоносителя. Перепад давления при малой скорости потока незначителен, всего 700 Па при скорости 3,3 л/мин, для теплопровода на 24 трубки, потому это не является весомым критерием при выборе мощности циркуляционного насоса вакуумного солнечного водонагревателя.


4. Эффективность

Преимущества солнечных коллекторов Прогресс-ХХI заключается в том, что ее внутренняя тепловая трубка надежно защищена от потерь тепла. Это значит, что тепло сразу после поглощения отдается антифризу теплосборника и не поступает в окружающую среду. Такие теплоизоляционные свойства составляют ключевую разницу между солнечными водонагревателями с тепловыми трубами и плоскими солнечными коллекторами. А поскольку эффективность передачи тепла тепловыми трубами очень высокая, то вакуумные трубчатые солнечные коллекторы Прогресс-ХХІ, как показывает расчет, имеют высокую теплопродуктивность круглый год.


5. Стоимость

Высокая стоимость гелиоколлекторов с тепловыми трубами, до недавнего времени была главным препятствием к началу их широкого употребления. Тем не менее продажа солнечных коллекторов постоянно набирает обороты. Вакуумный солнечный коллектор   Прогресс-ХХІ  - это высококачественный, надежный в эксплуатации солнечный водонагреватель, который обладает высокой теплопроводимостью. Рациональная схема работы солнечных коллекторов и низкие затраты на их производство сделали их широкодоступными и такими, которые имеют короткий срок окупаемости.


6. Эстетика

Если Вы хотите установить вакуумные солнечные коллекторы у себя на крыше, то для Вас, конечно, достаточно важно, как он будет выглядеть. Гелиоколлектор Прогресс-ХХI имеет низкопрофильный дизайн и размещается близко к поверхности крыши. Трубы вакуумного солнечного водонагревателя имеют черный цвет отлично сочитаясь с крышей любого цвета. Теплопровод гелиоколлектора изготовлен из меди, и может иметь соединительные выходы сзади и сбоку. Теплопровод с задним выходом позволяет спрятать трубы за теплопроводом. Кроме того, соединение сзади позволяет поставить рядом впритык два и больше солнечных коллекторов. Боковое соединение чаще используется в масштабных проектах с целью облегчения объединения гелиоколлекторов в ряды и снизить перепад давления в трубопроводе.

7. Образование накипи

Образование накипи является предметом для волнения во многих регионах, так как это постепенно приводит к блокированию водопровода, особенно в системах с горячей водой. Поскольку вакуумные солнечные коллекторы Прогресс-ХХI работают при высоких температурах, в теплопроводе может образовываться накипь. Если вода в трубопроводе очень жесткая, то можно предусмотреть образование накипи следующим образом:

1. Использовать электрический или магнитный смягчитель воды для водопроводной сети.

2. Использовать гелио систему с замкнутым контуром.

8. Использование гелиоколлекторов в широких масштабах

Вакуумные трубчатые солнечные коллекторы Прогресс-ХХI идеальны для отопления, подогрева большого количества воды и могут использоваться в гостиницах, аэропортах, жилищных зданиях и других местах, где нужна горячая вода. Экономичность таких гелио систем значительно выше, чем домашних, так как вместо циркуляционного насоса и бака-аккумулятора для каждого одного-двух гелиоколлекторов используется один бак и один насос на 30-50 солнечных коллекторов. Солнечные водонагреватели Прогресс-ХХІ выдерживают гидростатическое давление, владеют антикоррозийной стойкостью и могут устанавливаться рядами и/или паралельно, вследствии чего они подходят, как для масштабных, так и для малых проектов.

Характеристика солнечных коллекторов PROGRESS-XXI

Материал покрытия

Нержавеющая сталь 304 или слой порошкового алюминия

Материал рамы

Нержавеющая сталь 304

Материал трубы теплосборника

Медь С12200

Тепловая изоляция

Полиуретан 55 мм

Резиновые уплотнители и кольца

Стабилизированная термостойкая силиконовая резина

Оптимальный угол установки

30-70º вертикально, 0º горизонтально

Максимальное рабочее давление

6 бар,

Падение давления

700 Па при расходе 3,3 л/мин для коллектора с 20 трубок

Оптимальная скорость потока

0,1 л/мин./трубку – 0,026 г/мин./трубку

Коэффициент  сезонного использования (SPF)

Коэффициент преобразовпания: ho = 0,717.

Уменьшение коэффициентов: a1 = 1,52; а2= 0,0085.


Характеристика вакуумного солнечного коллектора с тепловыми трубам типа “Heat pipe” 

               Модель

Розмеры (мм)

Количество труб (шт.)

Полезная площадь (м2)

Подача гогячей воды (л/°С)

PRG/VSHP – 58/1800-12

1090×1520×1400

12

1,99

110 (60°С)

PRG/VSHP – 58/1800-18

1570×1520×1400

18

2,66

150 (60°С)

PRG/VSHP – 58/1800-20

1730×1520×1400

20

2,98

175 (60°С)

PRG/VSHP – 58/1800-24

2050×1520×1400

24

3,56

220 (60°С)

PRG/VSHP – 58/1800-30

2530×1520×1400

30

4,43

260 (60°С)


Характеристика вакуумного солнечного коллектора со сверхвысокой теплопроводностью

Модель

Размеры (мм)

Количество труб (шт.)

Полезная площадь (м2)

Подача горячей воды (л/°С)

PRG/VSHPР – 70/1700-10

1065×1360×1265

10

1,5

120 (60°С)

PRG/VSHPР – 70/1700-20

2015×1360×1265

20

3,1

240 (60°С)

PRG/VSHPР – 70/1700-25

2490×1360×1265

25

4,0

300 (60°С)


Характеристика вакуумного солнечного коллектора с тепловыми трубами типа-U

Модель

Размеры (мм)

Количество труб (шт.)

Полезная площадь (м2)

Подача горячей воды (л/°С)

PRG/VSHPU – H58/1800-12

1050×1520×1400

12

1,99

110 (60°С)

PRG/VSHPU – H58/1800-18

1530×1520×1400

18

2,66

260 (60°С)

PRG/VSHPU – H58/1800-30

2490×1520×1400

30

4,43

300 (60°С)

 

Преимущества использования солнечных коллекторов PROGRESS-XXI:

  1. Высокая надёжность в системах отопления
  2. Максимальное использование каждого солнечного луча
  3. Способность обеззараживать воду
  4. Сохранение высокой работоспособности в холодный период года
  5. Быстрое возвращение в рабочее состояние при обледенении, покрытии снегом или инеем
  6. Сменные модули, легкость в установке
  7. Антикоррозионный медный теплосборник
  8. Высокие теплоизоляционные способности теплосборника
  9. Рама и кожух теплопровода изготовлены из высококачественной нержавеющей стали
  10. Выдерживают высокое давление теплоносителя, що особенно актуально для больших гелиосистем


Теплообмен в вакуумном солнечном коллекторе типа “Heat Pipe”

1. Поглощение солнечного излучения. Солнечный луч  попадает на абсорбер гелиоколлектора (специальное покрытие, которое характеризуется повышенной способностью поглощать тепловую энергию) превращается в тепло и передается во внутреннюю часть трубки, откуда тепло передается в систему отопления.

2. Передача тепла. Тепловые медные трубки вакуумного трубчатого солнечного коллектора, которые размещены внутри стеклянной трубки получают тепловую энергию от абсорбера. Низкокипящая жидкость начинает кипеть, пар этой жидкости поднимается вверх. Происходит процесс передачи тепла от всей трубки по длине к верхней колбе (конденсатор).

3. Теплообмен между колбой (конденсатором) и теплосборником. Пар низкокипящей жидкости собран в верхней части трубки под воздействием теплообмена с теплосборником, через который прокачивается антифриз и который имеет температуру значительно ниже, конденсируется. При конденсации происходит передача тепла от низкокипящей  жидкости к антифризу, сконденсированная жидкость по медным стенкам тепловой трубы стекает в низ и процесс поглощения солнечного луча начинается опять. Нагретый антифриз попадает в от гелиоколлектора в бак-аккумулятор.

4. Сбережение солнечной энергии. Антифриз (незамерзающая жидкость) забрав тепло от солнечного коллектора передает его через теплообменник в бак-аккумулятор, вследствие этого температура антифриза снижается и он направляется к солнечному водонагревателю за новой порцией тепловой энергии. Температура воды в баке-аккумуляторе постепенно повышается, а определенный объем бака позволяет обеспечить достаточное аккумулирование солнечной тепловой энергии для Ваших потребностей.


 Схема солнечного коллектора

Характеристика солнечного коллектора с вакуумными тепловыми трубками

Основным компонентом вакуумных трубчатых солнечных коллекторов являются стеклянные вакуумные трубки. Внешняя труба сделана из прозрачного сверхпрочного боросиликатного стекла, которое выдерживает удары града диаметром 25 мм Внутренняя труба вакуумного гелиоколлектора также изготовлена из прозрачного боросиликатного стекла, покрытая специальным селективным покрытием (Al-N/al), которое обеспечивает отличное поглощение тепла с минимальным отражением. Для избежания кондуктивних и конвективных теплопотерь из пространства между двумя трубками солнечного водонагревателя выкаченый воздух и образован вакуум. Для поддержания вакуума между двумя стекляными трубками используется газопоглотитель (такой же, как и телевизионных трубках).

При производстве систем солнечного отопления Прогресс-ХХI газопоглотитель попадает под влияние высоких температур, в результате чего нижний конец вакуумной трубки покрывается слоем чистого бария. Этот слой бария поглощает СО, СО2, N2, O2, H2o и Н2, которые выделяются из трубы в процессе хранения и эксплуатации, поддерживая таким образом состояние вакуума. Слой бария также представляется четким визуальным индикатором состояния вакуума. Когда вакуум исчезает, бариевый слой из серебряного становится белым. Это дает возможность легко определить, исправная ли трубка вакуумного гелиоколлектора. См. рисунок ниже.

Вакуумные солнечные коллекторы трубками типа “Heat pipe” показывают отличные  результаты также в облачные дни, потому что трубы способны поглощать энергию инфракрасных лучей, который проходит через тучи. Благодаря изоляционным свойствам вакуума влияние ветра и низких температур на работу вакуумированных труб также незначительно в сравненных с влиянием на плоский солнечный коллектор. Стеклянные вакуумные трубки солнечной системы отопления размещены параллельно; угол наклона зависит от географической широты данной местности. Ориентированные из Севера на Юг трубки пассивно «двигаются по солнцу» в течение всего дня. Форма трубок обеспечивает отличную степень поглощения вакуумных коллекторов в сравненнии с плоскими коллекторами в результате целого ряда причин, а именно:

1. Трубка солнечного водонагреватель круглая, поэтому солнечные лучи всегда попадают на поверхность трубы под прямым углом, возводя отражение к минимуму.

2. Если поверхность солнечного водонагревателя плоская, то количество солнечного излучения, которое на него попадает, достигает своего максимума лишь в полдень, когда солнце находится прямо над солнечным коллектором. Утром и вечером солнечные лучи падают на поверхность гелиоколлектора под углом, и количество поглощенного солнечного излучения уменьшается.

Вакуумные трубки круглые, как следствие, количество солнечного излучения, которое попадает на трубки, остается постоянным с утра до вечера. Благодаря этому общее количество поглощенного солнечного излучения увеличивается. Более того, угол падения солнечных лучей всегда перпендикулярен поверхности трубы, и отражение, таким образом, уменьшается. 

Поскольку солнечный коллектор достаточно сложное устройство, которое работает в одной системе с современной автоматикой,  не пытайтесь сделать его своими руками! Кроме того, вы должны понимать, что не достаточно просто купить солнечный коллектор, гелиосистема нуждается в правильном расчете, квалифицированных проектировщиках и качественном монтаже.

 
Интересная статья? Поделись ей с другими:

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

солнце

Эксплуатация солнечных батарей

Самодельные солнечные батареи | Воскресенье, 6 Февраля 2011

Практические испытания солнечных батарей...

Самодельная солнечная батарея

Самодельные солнечные батареи | Среда, 1 Февраля 2012

Начинаю свой проект по...

Монтаж солнечных панелей

Самодельные солнечные батареи | Суббота, 12 Февраля 2011

При монтаже, солнечные панели...

Солнечную батарею сделать своими руками

Самодельные солнечные батареи | Понедельник, 6 Февраля 2012

Солнечные батареи своими руками...

Солнечные батареи и аккумуляторы

Самодельные солнечные батареи | Воскресенье, 6 Февраля 2011

На первых спутниках Земли...

Инвертор

Самодельные солнечные батареи | Вторник, 4 Января 2011

   Инвертор превращает постоянный ток...

ветер

Ветроустановка своими руками

Самодельные ветрогенераторы | Вторник, 7 Февраля 2012

Автор: Евгений ВасильевичЯ сделал...

5-метровый самодельный ветрогенератор (Часть 4)

Самодельные ветрогенераторы | Вторник, 20 Марта 2012

Предыдущая часть здесьСхема проводки простая...

5-метровый самодельный ветрогенератор (Часть 2)

Самодельные ветрогенераторы | Вторник, 20 Марта 2012

Начало этой статьи можете найти...

Самодельный ветрогенератор

Самодельные ветрогенераторы | Вторник, 4 Января 2011

Хочу предложить читателям интересное на...

Самодельный ветряк с лопастями из алюминиевой трубы

Самодельные ветрогенераторы | Вторник, 7 Февраля 2012

Автор: Бурлака Виктор Афанасьевич.Самодельный ветряк. Я...

Ветроустановка 3.1м

Самодельные ветрогенераторы | Вторник, 7 Февраля 2012

Данная установка планировалась как...