Próżniowy kolektor słoneczny: zasada działania + jak samemu go zamontować

Znaczne kwoty wydają się na zaopatrzenie w ciepłą wodę i ogrzewanie pomieszczeń. Istnieje jednak alternatywne źródło energii - próżniowy kolektor słoneczny.Czy słyszałeś o tym? Pozwala znacząco obniżyć koszty finansowe utrzymania komfortu, zapewniając maksymalny efekt grzewczy przy minimalnych stratach ciepła.

Urządzenie to można kupić u producentów sprzętu gospodarstwa domowego lub zmontować samodzielnie w domu. Aby wybrać odpowiedni model, musisz przestudiować wiele informacji. Pomożemy Ci wybrać główne kryteria zakupu.

W artykule omówiona zostanie zasada działania i budowa kolektora podciśnieniowego. Porozmawiamy o cechach konstrukcyjnych różnych modeli, rozważymy zalety i wady tych instalacji. Dodatkowo szczegółowo opiszemy jak samodzielnie wykonać i zamontować próżniowy kolektor słoneczny.

Materiałowi towarzyszą filmy, z których dowiesz się o najważniejszych cechach i zasadach działania kolektorów podciśnieniowych.

Zasada działania jednostki próżniowej

Próżniowy kolektor słoneczny różni się od konwencjonalnych systemów fotowoltaicznych tym, czym jest przetwarzanie energii słonecznej. Klasyczna bateria po prostu pobiera światło i zamienia je na energię elektryczną. Kolektor składa się ze szklanych rurek, w których wytworzona jest próżnia. Są one łączone w jeden system za pomocą specjalnych jednostek dokujących.

Wewnątrz każdej rurki znajduje się kanał z jednym lub dwoma miedzianymi prętami z chłodziwem. Wychwytując promienie słoneczne, element aktywny podgrzewa materiał chłodzący, zapewniając w ten sposób pracę kolektora.

Dzięki takiej konstrukcji poziom efektywności energetycznej znacznie wzrasta, a straty ciepła są znacznie zmniejszone, ponieważ warstwa próżniowa pozwala zaoszczędzić około 95% przechwyconej energii słonecznej.

Próżniowy kolektor słoneczny umieszczony na dachu prywatnego domu zapewni mieszkańcom ciepłą wodę przez cały rok, a w chłodnej porze roku pozwoli komfortowo ogrzać pomieszczenie, nie wydając na to dużych pieniędzy.

Ponadto zmniejsza się zależność wydajności kolektora od sezonowości, temperatury otoczenia i różnych warunków atmosferycznych, takich jak porywy wiatru, częściowe zachmurzenie, opady atmosferyczne itp.

Jak działa kolektor próżniowy?

Nowoczesne urządzenia próżniowe, które zaopatrują pomieszczenia w ciepło i ciepłą wodę za pomocą energii słonecznej, są zróżnicowane technologicznie.

Kolektory dzielą się na następujące typy:

• rurowy bez powłoki ochronnej na szkło;
• moduł o obniżonej konwersji;
• standardowa wersja płaska;
• urządzenie z przezroczystą izolacją termiczną;
• jednostka powietrzna;
• płaski kolektor podciśnieniowy.

Próżniowy kolektor słoneczny jest w stanie zapewnić ciepłą wodę i ogrzewanie o każdej porze roku i przy każdej pogodzie (+)

Wszystkie mają wspólne podobieństwo konstrukcyjne, dlatego składają się z:

• zewnętrzna przezroczysta rura, skąd całkowicie wypompowano powietrze;
• podgrzewana ruraznajduje się w dużej rurze, w której przemieszcza się płynny lub gazowy płyn chłodzący;
• jeden lub dwa prefabrykowane dystrybutory, do którego podłącza się rury o większym kalibrze i wchodzi obwód cyrkulacyjny umieszczonych wewnątrz cienkich rurek.

Całość przypomina nieco termos z przezroczystymi ściankami, który zachowuje niespotykanie wysoki poziom izolacyjności termicznej. Dzięki tej właściwości korpus dętki zyskuje zdolność sprawnego nagrzewania się i pełnego przekazywania zasobu energii krążącemu wewnątrz dętki.

Niuanse projektowe i klasyfikacja

Kolektory próżniowe klasyfikuje się ze względu na rodzaj rurek szklanych zamontowanych w konstrukcji lub ze względu na charakterystykę kanałów cieplnych. Rury są zwykle współosiowe i piórowe, a kanały grzewcze mają bezpośredni przepływ w kształcie litery U i są typu rurek cieplnych. .

Charakterystyka lamp koncentrycznych

Rurki koncentryczne to termosy z podwójnego szkła, w których pomiędzy ściankami znajduje się sztucznie wytworzona przestrzeń próżniowa. Wewnętrzna powierzchnia rurki pokryta jest warstwą specjalnej powłoki pochłaniającej ciepło, dzięki czemu faktyczne przekazywanie ciepła następuje bezpośrednio ze ścianek szklanej bańki.

Rurki współosiowe wykonane są z wytrzymałego szkła borokrzemianowego, które charakteryzuje się wysoką przepuszczalnością światła. Elementy w zależności od producenta posiadają aż trzy warstwy napylania magnetronowego, wykazują doskonałą wytrzymałość i odporność na różne warunki atmosferyczne (deszcz, grad itp.), wytrzymują ciśnienie do 1 MPa i niezawodnie służą 15 lat

Jako element pochłaniający rurkę miedzianą zawierającą kompozycję eterową wlutowuje się w rurkę szklaną. Podczas procesu podgrzewania odparowuje, skutecznie oddaje ciepło, skrapla się i spływa na dno rurki.Następnie cykl się powtarza, tworząc w ten sposób ciągły proces wymiany ciepła.

Cechy rurek z piór

Próżniowe rurki piórowe mają większą grubość ścianki niż współosiowe i składają się nie z dwóch, ale z jednej kolby. Wewnętrzny miedziany element absorpcyjny wyposażony jest na całej swojej długości w trwały wzmacniacz – blachę falistą z powłoką pochłaniającą energię o wysokim poziomie.

Dzięki tej konstrukcji podciśnienie umiejscowione jest bezpośrednio w kanale termicznym, którego część wraz z absorbentem jest zintegrowana bezpośrednio z kolbą.

Rura próżniowa z piórami zawiera wewnątrz płytkę w kształcie pióra. Poziom wydajności przekracza możliwości jego współosiowego odpowiednika, ale ma znacznie wyższy koszt i jest trudny do wymiany, jeśli integralność żarówki zostanie uszkodzona lub element grzejny ulegnie awarii

Kolektory wykonane z rur próżniowych piórowych uważane są za najbardziej wydajne w swojej klasie, dobrze się sprawdzają i zapewniają niezawodną pracę przez wiele lat.

Zasada działania rurki cieplnej

Rurki cieplne składają się z zamkniętych rurek zawierających łatwo odparowującą płynną kompozycję. Pod wpływem światła słonecznego nagrzewa się, przemieszcza się do górnej części kanału i tam gromadzi się w specjalnym kolektorze ciepła (rozdzielaczu).

W tym momencie płyn roboczy oddaje całe zgromadzone ciepło i opada ponownie, aby wznowić proces.

Tuleja wymiennika ciepła rury cieplnej jest połączona z wymiennikiem ciepła kolektora za pomocą specjalnego gniazda wlutowanego w sam wymiennik ciepła 1-rurowego lub jest owinięta wokół wymiennika ciepła 2-rurowego.

Element roboczy rurki cieplnej wykonany jest z miedzi, a w rzadszych przypadkach z aluminium. Wykazuje wysoką odporność na obciążenia eksploatacyjne, służy niezawodnie przez 15 lat, ma rozsądną cenę i jest jednym z najpopularniejszych elementów nowoczesnych rurowych próżniowych systemów solarnych

Uwolniona energia jest pobierana ze zbiornika ciepła przez czynnik chłodzący i przekazywana dalej przez system, zapewniając w ten sposób dostępność ciepłej wody w kranach i grzejnikach. System rurek cieplnych jest łatwy w montażu i charakteryzuje się wysoką wydajnością operacyjną.

Kolektory wyposażone w próżniowe rurki cieplne charakteryzują się dobrą niezawodnością i nadają się do stosowania nie tylko w życiu codziennym, ale także w wysokociśnieniowych systemach solarnych

W przypadku awarii lub awarii bez większych trudności możliwa jest wymiana uszkodzonego urządzenia na nowe bez konieczności przebudowy całego układu.

Prace naprawcze można łatwo przeprowadzić bezpośrednio w miejscu kolektora, bez demontażu urządzenia i bez niepotrzebnego wysiłku.

Opis jednoprzejściowego wymiennika ciepła w kształcie litery U

Rura wymiennika ciepła o przepływie bezpośrednim ma kształt litery U. Wewnątrz krąży woda lub czynnik chłodzący instalacji grzewczej. Jedna część elementu przeznaczona jest na zimny płyn chłodzący, a druga prawidłowo usuwa już nagrzany.

Po podgrzaniu aktywna kompozycja rozszerza się i przedostaje się do zbiornika magazynowego, tworząc w ten sposób naturalną cyrkulację cieczy w układzie. Specjalna powłoka selektywna nałożona na ściany wewnętrzne zwiększa zdolność pochłaniania ciepła i poprawia wydajność całego systemu.

W porównaniu do rurek typu heat-pipe, produkty w kształcie litery U mają większy opór hydrauliczny, stawiają wyższe wymagania w stosunku do chłodziwa i są znacznie droższe. Kolektory pracujące na rurkach z przepływem bezpośrednim nie mogą pracować pod wysokim ciśnieniem i zapewniają wysokiej jakości wymianę ciepła tylko w ciepłym sezonie

Rury typu U charakteryzują się wysoką wydajnością i zapewniają solidne przenoszenie ciepła, ale mają jedną istotną wadę. Tworzą z rozdzielaczem jedną integralną konstrukcję i zawsze są z nim montowane.

Wymiana oddzielnej pojedynczej rury, która uległa awarii, nie będzie możliwa. W celu naprawy konieczne będzie rozebranie całego kompleksu i postawienie nowego na jego miejscu.

Porównanie różnych modyfikacji

Przy produkcji jednostek słonecznych kanały termiczne i szklane rurki próżniowe do kolektorów słonecznych są łączone w różnych kombinacjach.

Najpopularniejsze wśród konsumentów są modele koncentryczne z rurką cieplną. Kupujących przyciąga lojalna cena urządzeń oraz bardzo prosta i niedroga konserwacja przez cały okres użytkowania.

Próżniowy kolektor słoneczny z kanałem roboczym rurki cieplnej można łatwo naprawić. Wymiana uszkodzonych rur odbywa się na miejscu i nie wiąże się z demontażem systemu ani przeniesieniem go w inne miejsce. Jednak przenoszenie ciepła w tych modelach jest trudne, przez co wydajność wyjściowa nie przekracza 65%

Urządzenia próżniowe z kanałami cieplnymi charakteryzują się dużą niezawodnością i nie mają ograniczeń w zastosowaniu nawet w wysokociśnieniowych kompleksach solarno-termicznych.

Na liście popularnych produktów znajdują się również urządzenia z kolbą współosiową zawierającą kanały o przepływie bezpośrednim w kształcie litery U. Charakteryzują się takimi parametrami jak niskie straty ciepła i sprawność na poziomie 70% i więcej.

Aby urządzenie próżniowe z kanałem U działało prawidłowo, musi być prawidłowo zainstalowane. Pożądane jest, aby minimalny kąt nachylenia wynosił co najmniej 20⁰. Tylko w ten sposób możliwe będzie zapewnienie maksymalnego zwrotu

Sytuację nieco psują: złożony proces naprawy, specyficzna konserwacja podczas pracy i brak możliwości wymiany pojedynczej uszkodzonej jednostki. Jeśli coś się stanie z urządzeniem, jest ono demontowane i montowany jest zupełnie nowy kolektor.

Rury piórkowe to konstrukcyjnie pojedynczy cylinder wykonany ze szkła o pogrubionych, mocnych ściankach (w zależności od producenta od 2,5 mm wzwyż). Znajdująca się wewnątrz wkładka pochłaniająca pierze ściśle przylega do kanału roboczego, wykonanego z metalu przewodzącego ciepło.

Prawie idealną izolację tworzy próżnia znajdująca się wewnątrz szklanego pojemnika. Absorbent przenosi pochłonięte ciepło bez strat i zapewnia systemowi sprawność sięgającą 77%.

W przypadku awarii kolektory wyposażone w rurki piórowe należy naprawić. Nie ma konieczności wymiany całego układu, wystarczy znaleźć uszkodzoną jednostkę, zdemontować ją i w jej miejsce postawić nową

Modele z elementem piórkowym są nieco droższe od koncentrycznych, ale dzięki wysokiej wydajności zapewniają pełny komfort w pomieszczeniu i szybko się zwracają.

Najbardziej wydajne i produktywne są kolby piórowe z wewnętrznymi kanałami o bezpośrednim przepływie. Ich rzeczywista skuteczność osiąga czasami rekordowe poziomy 80%.

Podczas montażu rurek piórowych w ramie na pręcie każdej części umieszcza się mocną nakrętkę zaciskaną z pierścieniem i uszczelką odporną na ciepło. Zapewnia to szczelność całej konstrukcji i pozwala na pełną funkcjonalność kolektora w każdych warunkach

Cena produktów jest dość wysoka, a podczas naprawy należy spuścić cały płyn chłodzący z układu i dopiero wtedy rozpocząć rozwiązywanie problemów.

Jaki powinien być kolektor ciepła?

Kolektor ciepła to kolejny bardzo ważny element roboczy kolektora podciśnieniowego. Za pośrednictwem tego urządzenia nagromadzone ciepło jest przekazywane z rur do chłodziwa.

Kolektor ciepła znajduje się w górnej części urządzenia. Jeden z jego elementów, rdzeń miedziany, odbiera energię i przekazuje ją do głównego czynnika chłodzącego krążącego w zamkniętym układzie wymiennika ciepła zbiornik-kolektor.

Poprawne działanie jest gwarantowane po podłączeniu do systemu. pompa obiegowa. Automatyka sterująca kompleksem grzewczym wyraźnie monitoruje poziom temperatury w kanałach i jeśli spadnie poniżej dopuszczalnego krytycznego minimum (na przykład w nocy), zatrzymuje pompę.

Pozwala to uniknąć nagrzewania wstecznego, gdy płyn chłodzący zaczyna odbierać ciepło gorącej wody zgromadzonej w zbiorniku.

Plusy i minusy kolektorów próżniowych

Główną zaletą urządzeń jest prawie całkowity brak strat ciepła podczas pracy. Zapewnia to środowisko próżniowe, które jest jednym z najwyższej jakości naturalnych izolatorów. Ale na tym lista zalet się nie kończy.

Urządzenia mają inne wyraźne zalety:

• wydajność pracy w niskich temperaturach (do -30°C);
• zdolność do akumulacji temperatur do 300°C;
• maksymalna możliwa absorpcja energii cieplnej, w tym widma niewidzialnego;
• stabilność operacyjna;
• niska podatność na agresywne objawy atmosferyczne;
• niski nawiew ze względu na cechy konstrukcyjne systemów rurowych zdolnych do przepuszczania przez nie mas powietrza o różnej gęstości;
• wysoki poziom wydajności w regionach o klimacie umiarkowanym i chłodnym z małą liczbą dni pogodnych i słonecznych;
• trwałość z zastrzeżeniem podstawowych zasad eksploatacji;
• dostępność do naprawy i możliwość zmiany nie całego systemu, ale tylko jednego uszkodzonego fragmentu.

Wady obejmują niezdolność kolektorów do samooczyszczania się z mrozu, lodu, śniegu oraz wysoką cenę komponentów niezbędnych do montażu urządzenia w domu.

Kolektor słoneczny to efektywne urządzenie, które pozwala na konwersję energii słonecznej na energię cieplną praktycznie bez strat.

Samodzielny montaż urządzenia

Proces montażu kolektora podciśnieniowego rozpoczyna się od wykonania ramy nośnej dla elementów roboczych. Montuje się go natychmiast w miejscu przeznaczonym dla urządzenia.

Rozmiar i wymiary ramy zależą całkowicie od planowanego modelu i są zwykle określone w instrukcjach znajdujących się w dokumentach towarzyszących komponentom.

Gotową ramę kolektora mocuje się do dachu tak, aby zajmowała jasną pozycję i nie kołysała się. Jeśli dach budynku jest łupkowy, użyj belek poszyciowych i grubych śrub dużego kalibru. W przypadku innych pokryć dachowych stosuje się konwencjonalne kotwy

Miejsca styku ramy z powierzchnią dachu dodatkowo zabezpieczam uszczelniaczem, aby w przyszłości woda nie dostawała się przez otwory do domu. Następnie zbiornik dostarczany jest na miejsce montażu i mocowany śrubami do górnej części ramy.

W kolejnym etapie montuje się element grzejny, czujnik temperatury i automatyczny wylot powietrza. Wszystkie elementy pomocnicze i powiązane części są umieszczone na dołączonych podkładkach zmiękczających. Do zamocowania czujnika temperatury należy użyć klucza nasadowego.

Następnie organizowane jest zaopatrzenie w komunikację wodociągową. W tym celu stosuje się rury z dowolnego materiału odpornego na niskie temperatury i wytrzymującego temperaturę do 95°C. Dobrze udowodnione rury i kształtki z polipropylenu.

Rury polipropylenowe idealnie nadają się do podłączenia kolektora słonecznego do domowej instalacji wodno-kanalizacyjnej. Zbrojenie charakteryzuje się dobrymi właściwościami fizycznymi i wytrzymałością eksploatacyjną, służy niezawodnie przez wiele lat, a w przypadku pęknięć lub rozdarć można go łatwo wymienić.

Po podłączeniu dopływu wody zbiornik magazynujący jest napełniany wodą i sprawdzany pod kątem szczelności. Jeśli w ciągu 3-4 godzin zostaną wykryte nieszczelności, zostaną one naprawione.

Na końcu instalowane są elementy grzejne. W tym celu rurkę miedzianą owinie się blachą aluminiową i umieszcza w szklanej rurze próżniowej. Od spodu na kolbie umieszczono miskę mocującą oraz stopkę wykonaną z wytrzymałej, elastycznej gumy.

Górna miedziana końcówka rurki jest wepchnięta całkowicie do mosiężnego kondensatora. Lepki smar termokontaktowy nie jest usuwany z rur. Zatrzaśnij mechanizm blokujący na wsporniku i zamontuj wszystkie pozostałe szklane rurki, stosując tę ​​samą zasadę.

Kolektory rurowe wymagają regularnej konserwacji i obowiązkowego czyszczenia, szczególnie w okresach aktywnych opadów śniegu. Jeśli zastosujesz się do tych prostych zasad, będą działać przez długi czas i utrzymywać wysoki poziom wydajności przez cały okres użytkowania.

Na konstrukcji umieszcza się blok montażowy, doprowadza się do niego zasilanie 220 V, a do systemu podłącza się trzy jednostki pomocnicze - element grzejny, nawiewnik i czujnik temperatury.

Ostatnią rzeczą do podłączenia jest sterownik przeznaczony do prawidłowego sterowania kompleksem. Pożądane parametry pracy wprowadza się do menu sterownika i system uruchamia się w trybie standardowym.

Instrukcje krok po kroku dotyczące budowy kolektora słonecznego podano w Ten artykuł.

Jak prawidłowo umieścić urządzenie?

Aby kolektor próżniowy mógł w pełni działać i efektywnie dostarczać do przestrzeni mieszkalnej niezbędną energię, należy znaleźć dla niego najkorzystniejszą lokalizację i prawidłowo zorientować urządzenie względem stron świata.

Kolektory słoneczne typu próżniowego są znacznie bardziej praktyczne niż ich płaskie odpowiedniki. Gdy jedna z rur roboczych ulegnie uszkodzeniu i ulegnie awarii, bardzo łatwo jest ją wymienić na nową. Następnie system będzie nadal działał jak poprzednio. Jeśli nie ma od razu możliwości wstawienia nowego elementu w miejsce uszkodzonego, nie ma to znaczenia. Jednostka będzie mogła wykonywać swoje „obowiązki”, nawet jeśli posiada jednostkę z uszkodzonym elementem.

W przypadku osiedli na półkuli północnej ważne jest umieszczenie kolektora w południowej części dachu domu lub po słonecznej stronie działki. Wskazane jest zapewnienie minimalnego odchylenia płaszczyzny urządzenia.

Jeśli nie ma możliwości skierowania powierzchni na południe, należy wybrać najjaśniejszy kąt na otwartej przestrzeni pomiędzy zachodem i wschodem.

Wysoka sprawność działania kolektora próżniowego wynika również z faktu, że działa on na zasadzie zwierciadła i wyrównuje swoją moc cieplną w zależności od aktualnej wysokości słońca

Kompleksu fotowoltaicznego nie należy zakrywać kominami, ozdobnymi fragmentami pokrycia dachowego, rozłożystymi gałęziami drzew oraz wysokimi budynkami mieszkalnymi lub technicznymi. Zmniejszy to wydajność pracy i zmniejszy poziom nagrzewania się elementów roboczych.

Jeśli urządzenie zostanie ustawione prawidłowo, zapewni prawie taki sam przepływ ciepła przez cały rok, niezależnie od pory roku.

Jeśli nie masz dużego doświadczenia w wykonywaniu skomplikowanych prac naprawczych, instalacyjnych i hydraulicznych, nieracjonalne jest stosowanie lamp próżniowych w domu. Proces ten jest bardzo pracochłonny i wymaga specjalistycznej wiedzy oraz specjalistycznego sprzętu.

Ponadto wykonane samodzielnie elementy typu próżniowego mają znacznie niższy poziom wydajności niż części fabryczne. Dlatego najrozsądniej jest kupować produkty od wyspecjalizowanego producenta, a następnie próbować złożyć kilka sekcji w domu.

Na stronie można znaleźć wybór artykułów na temat aranżacji instalacji ogrzewania słonecznego, polecamy zapoznać się z:

1. Słoneczne systemy grzewcze: analiza technologii grzewczych w oparciu o systemy solarne
2. Ogrzewanie prywatnego domu za pomocą paneli słonecznych: schematy i urządzenie
3. Elastyczne panele słoneczne: rodzaje, charakterystyka + cechy połączeń

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Szczegółowy, szczegółowy opis rury próżniowej, zasady jej działania i cech funkcjonowania kolektora słonecznego jako całości. Autor opowiada o kilku ciekawych niuansach i pokazuje, że instalacja może stać się realną alternatywą dla kotła gazowego.

Ciekawe informacje na temat pracy kolektora słonecznego w okresie zimowym.

Jak prawidłowo zainstalować próżniowy kolektor słoneczny własnymi rękami w domu. Wszystkie niuanse procesu, zalecenia i przydatne wskazówki.

Znając podstawową zasadę działania rurowego próżniowego kolektora słonecznego, można samodzielnie zmontować urządzenie. Instalacja zostanie w pełni dostosowana do Twoich indywidualnych wymagań i potrzeb.

Nie jest to bardzo trudne zadanie, ale wymaga większej uwagi, skrupulatności i pewnych umiejętności, w przeciwnym razie ryzyko uszkodzenia integralności kolby i zerwania jej szczelności znacznie wzrasta.

Zapraszamy wszystkich zainteresowanych wyborem, montażem lub samodzielnym montażem kolektora słonecznego do pozostawiania komentarzy i zadawania pytań. Formularz kontaktowy znajduje się w dolnym bloku.