Сравнение плоских и вакуумных солнечных коллекторов

Исходя из нашей практики, мы попытаемся объективно сравнить характеристики плоских и вакуумных солнечных коллекторов.

Часто можно услышать, что вакуумные коллекторы эффективнее, так как в их трубках содержится вакуум. И поэтому их тепловые потери ниже.

В этом есть доля правды, т.к. вакуум является хорошим теплоизолятором. Но на сегодняшний день, например, в плоских коллекторах большинства про между стеклом и абсорбером находится инертный газ, который, предотвращает тепловые потери, обеспечивает быстрый прогрев коллектора и исключает выпадение конденсата в утренние часы.

Для более детальной оценки свойств, рассмотрим конструкцию плоского и вакуумного коллекторов.

В основе конструкции плоских коллекторов лежит абсорбер (поглотитель) и медные трубки с жидкостью (смесь гликоля с водой с очень низкими показателями точки кипения — максимальная температура около 200°С). Теплоноситель забирает тепло у поглотителя через медную трубку. Поглотитель защищён корпусом коллектора и имеет эффективную тепловую защиту (минеральная вата толщиной около 50 мм), что обеспечивает минимальные тепловые потери. Сверху коллектор покрывается стеклом с низким содержанием железа.

Вакуумный коллектор состоит из трубок и основного корпуса. В трубке вакуумного коллектора находится медный поглотитель с тепловой трубкой (трубчатый теплообменник), заполненной испаряющейся жидкостью. Теплоноситель через трубчатый теплообменник забирает тепло. Максимальная температура в состоянии простоя около 270°С. Вакуум в стеклянных трубках обеспечивает оптимальную теплоизоляцию, и почти полностью исключаются потери на конвекцию между стеклянной трубкой и поглотителем. Все трубки подсоединяются к сборному коллектору.

Одним из самых важных показателей эффективности работы солнечного коллектора является коэффициент полезного действия, который показывает, какая доля солнечного излучения, которое попадает на коллектор, может быть превращена в полезную тепловую энергию.

Часть солнечного излучения, которое попадает на коллектор, отражается и поглощается на стекле, а также отражается на поглотителе. По соотношению поступающего на коллектор солнечного излучения и мощности излучения, преобразуемой на поглотителе в тепло, определяют оптический КПД.

Для плоских коллекторов в зависимости от типа и производителя, оптических КПД находится в диапазоне 75-85%. Для вакуумный коллекторов этот показатель составляет 80-83%. Т.е. по значениям оптического КПД два типа коллекторов приблизительно равны. Для более наглядного сравнения работы плоского и вакуумного коллекторов приведем следующие данные.

Центр повышения уровня разработок в солнечной энергетике (The centre of excellence for solar engineering) при Ингольстадком университете прикладной науки (Ingolstadt University of Applied Sciences) провел исследование системы солнечного теплоснабжения двухсемейного частного дома. Цель проекта — сравнение работы современного вакуумного трубчатого и плоского солнечного коллектора для нужд нагрева воды и отопления здания.

Приведем график выработки тепловой энергии плоского и трубчатого вакуумного коллекторов в период осень-весна. картинка график.

Несмотря на более низкую номинальную эффективность, за весь период испытаний, плоский солнечный коллектор выработал больше тепловой энергии для общей площади. Правильно сравнивать именно общую площадь коллектора, т.к. величина общей площади коллектора занимает пространство на крыше для выработки тепла, следовательно, стоит учитывать и представленную стоимость для владельца здания. Кроме этого, доступная область крыши часто ограничивает число коллекторов, особенно в системах солнечного отопления, где зачастую необходимы большие площади коллекторов.

Выработка тепловой энергии для апертурной площади коллектора выше для вакуумного трубчатого коллектора осенью и весной. Хотя ожидалось, что в зимний период, когда температура окружающей среды ниже, вакуумный трубчатый коллектор выработает большее количество тепловой энергии, чем плоский коллектор (как обещают производители). Несмотря на это, показатели выработки тепловой энергии зимой у плоского и у вакуумного трубчатого коллекторов приблизительно равны.

Была исследована работа вакуумного и плоского коллектора в зимний период. Выбран зимний январский день с наиболее идеальными условиями для работы вакуумного трубчатого коллектора: хорошее солнечное излучение при низкой температуре окружающей среды.

Вакуумный трубчатый коллектор вошел в рабочее состояние только в небольшой промежуток времени во второй половине дня, когда солнечная интенсивность начинала падать. Причина этому то, что вакуумный трубчатый коллектор был покрыт изморозью и снегом в данный период, и размораживался очень долго из-за эффективной вакуумной изоляции. А сход снежного слоя на вакуумном трубчатом коллекторе был затруднен, из-за того, что снег задерживается между стеклянными трубками коллектора даже при угле наклона 33°.

Важным достоинством плоских коллекторов является устойчивость к механическим повреждениям. Риск повреждения каленого стекла значительно ниже, так как стекло почти в три раза толще (3-4 мм), чем в вакуумных трубках, которые, в свою очередь, не всегда могут выдержать даже град. И тому причина разница давления вакуум/воздух между стеклянными трубками.

Плоские коллекторы производятся современным промышленным методом пайки, исключены всякого рода заклепочные соединения, винты и уплотняющие материалы. Высококачественный материал обеспечивает длительный срок службы.

А у вакуумных необходимо производить замену некоторых трубок, так как со временем вакуум исчезает, и коллектор тогда работает неэффективно.

В зависимости от типа и количества трубок вес вакуумного коллектора составляет от 25 до 95 кг. Устанавливать его можно под любым необходимым углом, на плоской кровле, на наклонной кровле, на фасаде, на отдельно стоящей конструкции.

Хотя конструкция плоского коллектора каркасная, а не собирается из отдельных трубок – монтировать его не составляет труда, весит он чуть больше сорока килограмм. Плоский коллектор, возможно, также монтировать под любым необходимым углом, всеми перечисленными способами, как и для вакуумного коллектора, а также возможен монтаж плоского коллектора, встроенного в крышу.

Наша компания предлагает Вам посмотреть такие солнечные комплекторы: