Коллекторы

Вакуумные коллекторы
Эксплуатация вакуумных коллекторов основывается на принципе минимизации тепловых потерь за счет создания вакуумного пространства между поглотителем и стеклянным покрытием. Используя также и селективное покрытие поглотителя, сокращающее потери теплового излучения, коэффициент тепловых потерь можно снизить до 1,5 Вт/ (м2К). Различают вакуумно-трубчатые и вакуумные плоские коллекторы. В вакуумно-трубчатых коллекторах поглотитель встроен в вакуумную стеклянную трубку. В коллекторном модуле друг около друга расположено от 6 до 30 вакуумных труб (диаметр 6,5- 10 см). В изолированной коробке стеклянные трубки подключаются к солнечной циркуляции.

Перенос тепла в трубах осуществляется либо посредством протекания теплоносителя через поглотитель, либо по принципу Heatpipe. В первом случае жидкость теплоноситель протекает через теплоносители каждой отдельной вакуумной трубки. В модели коллектора, используется коаксиальная двойная трубка, в которой теплоноситель втекает в поглотитель по внутренней, а вытекает по внешней трубке.

Разновидности коллекторов

Специальное резьбовое соединение позволяет поворачивать вакуумные трубки вместе с поглотителем вокруг своей оси. Тем самым поверхность поглотителя удается установить таким образом, чтобы она откланялась от инсталляционной плоскости коллектора. Это является преимуществом в том случае, если установка инсталляционной плоскости коллектора непосредственно в сторону солнца невозможна.

В вакуумной трубке с тепловой трубой (Heatpipe) полоска поглотителя имеет одну трубку, закрытую на обоих концах. Ее внутренняя стенка покрыта тонкой пленкой воды либо алкоголя, которая испаряется при нагреве поглотителя. Нагретый пар поднимается к верхнему окончанию тепловой трубки (конденсатор), охлажденному солнечной циркуляцией. Это приводит к конденсации пара и передачи тепла теплоносителю солнечной циркуляции. Конденсат вновь проходит через тепловую трубку и образует тем самым жидкостную пленку на ее внутренней стороне. Поэтому минимальный угол наклона Heatpipe-коллектора должен составлять 15-20 °С, в то время как вакуумно-трубчатый коллектор можно устанавливать и горизонтально. Процесс передачи энергии при испарении и конденсации продолжается так долго, пока солнечное тепло попадает с поглотителя в тепловую трубку и поглощается более холодным потоком теплоносителя солнечной циркуляции.

Существует другой способ соединения, при котором конденсатор непосредственно погружают в теплоноситель. Преимущества «сухого соединения» заключаются в том, что нет необходимости в гидроизоляции между тепловой трубой и цепью солнечной циркуляции, а также возможна замена каждой отдельной трубки в рабочем режиме коллектора. Форма стеклянных труб обеспечивает сопротивление силам, возникающим в вакуумном пространстве внутри них. Высокой производительности вакуумных коллекторов противопоставляется их высокая стоимость. Поэтому перед тем как его приобрести, стоит взвесить все «за» и «против» и решить, в пользу какого коллектора Вы сделаете свой выбор.

Еще один вид вакуумных коллекторов - вакуумные плоские коллекторы. Между корпусом коллектора с прозрачным стеклянным покрытием находится вакуум. Распорка между стеклом и задней стенкой коллектора обеспечивает устойчивость к внешнему атмосферному давлению.

Воздушные коллекторы
Использование воздуха в качестве теплоносителя в коллекторах имеет свое преимущество, а именно: это позволяет напрямую сушить напр. сельскохозяйственные продукты или отапливать помещения. Кроме этого при создании такой гелиоустановки возникает значительно меньше проблем, т.к. неполная герметичность не ставит под угрозу функционирование коллектора, а также не существует опасности замерзания жидкого теплоносителя. Учитывая теплоемкость воздуха, которая в 3400 раз меньше теплоемкости воды, требуется относительно большой объем циркулирующего воздуха, соответственно большое поперечное сечение трубы и мощность привода вентиляторов. Для улучшения теплопередачи обратная сторона поглотителя оснащена ребристыми тепловыми дефлекторами.

Мощность и КПД коллектора
Характеристические линии КПД и области применения коллекторов.
В зависимости от сферы применения и данной области температур к коллекторам ставятся различные требования. Показатели КПД коллекторов указывают на то, какая доля излучения может быть выделена теплоносителем в качестве тепловой мощности коллектора.

Различия показателей КПД обусловлены различным качеством теплоизоляции. Только при незначительной разности температур между поглотителем и внешней средой тепловые потери не имеют большого значения. При более существенной разнице температур, напротив, качество защиты от теплопотерь в значительной степени определяет полезную мощность.

Для подогрева воды в бассейнах в летнее полугодие разница температур между поглотителем и внешней средой составляет около 15 К. В этой области температур главным преимуществом простых солнечных поглотителей (отсутствие стеклянного покрытия) являются небольшие оптические потери. В этом случае КПД более дорогих коллекторов со стеклянным покрытием едва превышал бы КПД простых поглотителей, хотя установка первых связана с более высокими финансовыми расходами.

Рабочая температура коллекторов для подогрева водопроводной воды составляет 20-60°С. Наиболее распространенные плоские коллекторы с селективным покрытием поглотителя имеют приемлемый для данной области температур КПД, который лишь незначительно уступает КПД вакуумных коллекторов. Простые солнечные поглотители, наоборот, в виду своих высоких потерь при таких температурах обладают недостаточной производительностью.

При отоплении помещения поглотитель должен нагреться до температуры 40-60 °С, для того чтобы передать тепло теплораспределительной системе либо накопителю. Понижение температуры окружающей среды во время отопительного сезона приводит к тому, что разницы температур между поглотителем и наружным воздухом становится больше, чем при подогреве воды, функционирующем преимущественно в летние месяцы. Тем самым преимущества вакуумных коллекторов становятся здесь очевидным.

Для производства технологического тепла, напр. для чистки бутылок на пивоваренных заводах, необходимы еще более высокие температуры. В этих областях предпочтение отдается вакуумным коллекторам, т.к. по сравнению с другими гелиоустановками они несут наименьшие потери тепла.