Гелиосистема

Огромным источником энергии для человечества является Солнце. За год солнце предоставляет нам энергии почти в 15 тысяч раз больше, чем необходимо всему населению нашей планеты. И только сейчас человечество начинает осваивать эту экологически чистую и абсолютно бесплатную энергию. Одним из способов преобразования солнечной энергии в тепловую являются гелиосистемы.

Простой гелиоколлектор

Первый самый простой гелиоколлектор был давно придуман и давно используется — это обычная бочка окрашенная в черный для летнего душа, которая очень популярна на летних дачных участках.

Плоский солнечный коллектор

В промышленном исполнении выпускается так называемый – плоский солнечный коллектор. Его конструкция – это хорошо изолированный короб, в котором находится светопоглощающая панель по которой течет теплоноситель, передающий полученное тепло воде. Благодаря своей автономности и недорогой цене плоские гелиоколлекторы стали популярны в тех же летних дачных и садовых домиках, где они успешно подогревают воду для необходимых домашних нужд.

Используя современные высокоселективные покрытия,в современных плоских гелиоколлекторах удалось добиться довольно высокого КПД – около 50%, против 20 -40% в старых конструкциях. Эффективность работы плоских гелиоколлекторов снижается при облачной погоде, а при температуре воздуха ниже -5°С теплопотери резко возрастают, и использование этой системы становится неэффективным. В солнечные дни при восходе и заходе солнца лучи не попадают на плоскость такого гелиоколлектора, поэтому он практически бездействует.

Вакуумный солнечный коллектор

Для круглогодичного применения выгоднее использовать трубчатый вакуумный солнечный коллектор, в котором всю конструкцию коллектора поместили в вакуум, благодаря чему стало возможным собирать максимум энергии и при этом практически не терять ее.

При нагревании жидкость поднимается вверх и отдает свое теплоВо всех наиболее эффективных коллекторах используется физический принцип тепловой трубы, которая представляет собой полый расширяющийся кверху медный стержень, запаянный с обоих концов с расширением в верхней части. Внутри находится нетоксичный реагент, который при нагревании закипает и испаряясь, поднимается в верхнюю часть – наконечник, температура на котором может достигать 2500С. И там конденсируется, отдавая тепло. Конденсат стекает по стенкам вниз, и процесс повторяется.

Одноконтурные и двухконтурные гелиосистемы

Все гелиосистемы подразделяются на одноконтурные и двухконтурные.

В одноконтурных системах циркулирует вода, которая затем расходуется из бака аккумулятора.

В двухконтурных системах нагревается какая-нибудь незамерзающая нетоксичная жидкость, а затем в емкости теплообменнике передает свою тепловую энергию воде.

Теплопередача может осуществляться по-разному, например, непосредственно с наконечника через стакан, впаянный в трубу, по которому протекает нагретая жидкость. В закрытом контуре это может быть незамерзающая жидкость на основе гликоля (тепло поступает в накопительный бак), в открытой системе – вода (она попадает непосредственно на бойлер). Чтобы этого не было, тепло сразу после поглощения отдается теплоносителю и не уходит в окружающую среду. В этом заключается ключевое отличие между тепловыми и плоскими солнечными коллекторами.

Вакуумные тепловые трубы

Эффективность U-образных тепловых труб (самых простых, используемых в трубчатых системах) на порядок выше, чем у плоских коллекторов. Благодаря цилиндрической форме они прекрасно работают в течение дня, потому что их поверхность постоянно освещена солнцем. Это приводит к получению стабильной энергии при различных углах падения солнечных лучей. Трубки хорошо защищены от неблагоприятных природных воздействий (града, ветра и прочего), но у таких систем есть и слабые места.

Из-за того, что в этих коллекторах теплоноситель протекает непосредственно через трубу, возникают сложности при монтаже. Каждая трубка должна подключаться к системе по отдельности, чтобы не было подтекания теплоносителя. Требуется и серьезное эксплуатационное обслуживание, ведь утечка или механическое повреждение даже одной трубы вызывает остановку коллектора. Вакуумная тепловая труба (Heat pipe) автономна и состоит из 2 труб, выполненных из сверхпрочного боросиликатного стекла. Внешняя — прозрачная, а внутренняя имеет специальное селективное покрытие, которое обеспечивает максимальное поглощение тепла при минимальном отражении. Во избежание теплопотерь между трубами создан вакуум.

Для поддержания вакуума используется бариевый газопоглотитель, который в производственных условиях подвергается воздействию высоких температур, вследствие чего нижний конец вакуумной трубы покрывается слоем чистого бария. Он поглощает СО, СО2, N2, О2, Н2О и Н2, выделяющиеся из трубы в процессе хранения и эксплуатации, и является четким визуальным индикатором состояния вакуума. Когда вакуум исчезает, бариевый слой из серебряного становится белым. Это дает возможность легко определить, исправна ли труба.

Поглощение тепла происходит в медной тепловой трубке, которая находится внутри вакуумной трубы. Способ передачи тепла от нее теплопроводу очень прост.

Медная трубка внутри полая и содержит запатентованную неорганическую нетоксичную жидкость. При нагревании эта жидкость испаряется, а поскольку в трубке создан вакуум, это происходит даже при температуре 25-30°С.

Пар поднимается к наконечнику (конденсатору) тепловой трубки, где отдает тепло воде, которая течет по теплопроводу. Затем он конденсируется и стекает вниз, и процесс повторяется сначала.

Солнечный коллектор с вакуумными трубами продолжает работать и в облачные дни, потому что трубы способны поглощать энергию инфракрасных лучей, которые проходят через облака. Благодаря изоляционным свойствам вакуума воздействие ветра и низких температур на их работу также незначительно по сравнению с воздействием на плоский СК. Система успешно работает до -35°С

Вакуумированные трубы круглые, поэтому количество солнечного излучения, попадающего на коллектор, остается постоянным с утра до вечера. Благодаря этому общее количество поглощаемого солнечного излучения возрастает.
Форма труб обеспечивает превосходную степень поглощения, поскольку солнечные лучи всегда падают на ее поверхность под прямым углом, сводя отражение к минимуму.

Трубы уложены в коллекторе параллельно, угол их наклона зависит от географической широты данного места. Ориентированные с севера на юг, в течение дня они пассивно следуют за солнцем.

Такой коллектор практически не требует эксплуатационного обслуживания: производители дают на подобную продукцию гарантию до 25 лет. Система полностью ремонтопригодна: в случае необходимости трубу можно заменить без остановки коллектора. По необходимости трубки можно добавлять (при недостатке тепла) или частично снимать (если произошел его переизбыток), уменьшая гелиополе. Их эксплуатационное обслуживание сводится практически к нулю.

Вакуумные трубы сверхвысокой теплопроводности (SV-трубы)

Последними из тепловых появились SV-трубы (вакуумные трубы сверхвысокой теплопроводности). SV-трубы работают по тому же принципу, что и обычные вакуумные трубы, и обладают всеми перечисленными достоинствами. Но они имеют ряд принципиальных отличий, существенно повышающих их эффективность.

В SV-трубах вакуумируется не колба, а все внутреннее пространство трубы. В результате теплопотери сводятся к минимуму, и оборудование может эффективно работать до -50°С.

Поскольку в них используется не двойное, а одинарное стекло, толщина стенки трубы увеличена на 0,6 мм, и она может без ущерба выдерживать попадание града размером 35 мм.

Благодаря высокоселективному абсорбирующему слою такие трубы воспринимают диффузионный свет, а это значит, что они будут работать, даже если небо затянуто тучами, — лишь немного потеряют производительность. Они готовы к работе сразу же, как только на их поверхность упадут солнечные лучи, а буквально через 3-5 минут температура на наконечнике уже поднимется до+100°С (максимально — до +300°С). Ее эффективность на 15-20% выше, чем у вакуумной тепловой трубы (Heat pipe).

Трубчатые гелиосистемы отлично справляются с задачей снабжения дома горячей водой, подогревом бассейнов и теплиц, работают в системах вентиляции, кондиционирования и даже отопления зданий.

---
---

Комментарии:

  1. А вы занимаетесь установкой таких систем?

    — Игорь · фев 12, 03:46 · #

  2. Интересно во сколько обойдется такая система для обогрева дома груглый год. И возможно ли вообще такое?

    — Максим · фев 29, 11:11 · #

  3. НАДО БЫСТРО ВНЕДРИТЬ!

    — Борис Николаевич Русский Поэт · июл 5, 22:33 · #

  4. Сейчас уже даже есть выбор гелиоколлекторов. Надежнее и дороже, дешевле(китайское) но риск больше. Я себе одну секцию поставил сам. Теперь 40 литров теплой воды чтобы руки помыть есть всегда. Летом еще пару секций буду добавлять, хорошо, что на крыше места хватает ))))

    — Николай · мар 3, 18:48 · #

 

---