Различия вакуумного и плоского коллекторов

Какой коллектор лучше — вакуумный или плоский?

Вакуумные коллекторы

1. Tрубчатый коллектор работает при рассеянном излучении, в том числе в зимний период и в пасмурную погоду, так как он способен абсорбировать диффузионную радиацию благодаря высокоселективной абсорбционной поверхности.

Зависимость КПД коллекторов от разности температур теплоносителя и окружающей среды
Зависимость КПД коллекторов от разности температур теплоносителя и окружающей среды

2. При равенстве площади воспринимающей поверхности (для плоского это площадь абсорбера, для вакуумного — апертурная площадь), вакуумный коллектор имеет мощность почти в 2 раза больше, чем плоский, так как он поглощает полное излучение даже с задней поверхности вакуумной трубки. Этот эффект можно усилить, если располагать за коллектором отражающую поверхность. Отражение от снега также увеличивает выработку тепла вакуумным коллектором.

3. Высокая мощность коллектора позволяет достичь 70% экономии электроэнергии, необходимой для обогрева технологической воды.

4. Вакуумные трубки обладают высокой стойкостью относительно механического повреждения, так как они изготовлены из упрочненного боросиликатного стекла с толщиной стенки 2,5 мм.

5. Вакуумные трубки обладают высокой стойкостью относительно внешнего загрязнения благодаря их цилиндрической форме и расстоянию между ними – это позволяет снегу, листьям, веткам, пыли и т. п. проходить между трубками под коллектор и таким образом дать коллектору возможность работать максимально эффективно без необходимости технического ухода.

6. Вакуумный коллектор обладает меньшей парусностью (препятствие ветру), так как вакуумные трубки находятся на расстоянии друг относительно друга и дают возможность продува ветра между ними. Плоский коллектор, наоборот, должен противостоять ветру всей своей поверхностью – этим самым прочность конструкции плоского коллектора должна быть существенно выше, чем вакуумного.

7. Вакуумный коллектор с тепловыми трубками очень просто устанавливается. Подсоединение трубок реализуется сухим путем, т. е. без прямого контакта с рабочей жидкостью солнечного контура – в результате этого возникает надежное подсоединение трубок, которое позволяет также производить замену отдельных трубок в ходе эксплуатации коллектора под давлением. В случае повреждения плоского коллектора необходимо сначала осуществить отключение всей системы и лишь тогда производить ремонт или замену.

Термоснимок коллекторов

Плоский коллектор излучает значительное количество тепла в окружающую среду

8. Трубчатый коллектор обладает незначительными тепловыми потерями, так как внутри вакуумных трубок имеется вакуум 5×10-3 Па. Поэтому температура окружающей среды оказывает на мощность вакуумного коллектора влияние лишь в очень незначительной степени. По этой причине вакуумная трубка не нагревается даже несмотря на то, что теплоноситель в контуре солнечного коллектора нагрелся, например, до 150 °С. В случае плоских коллекторов внутри коллектора не находится вакуум, а теплоизоляция и воздух, которые не обладают такими термо-изоляционными характеристиками, как вакуум. Поэтому при низких температурах плоский коллектор должен сначала подогреть “самого себя“ и лишь затем он способен передавать тепло теплонесущей жидкости в системе солнечного нагрева.

Плоские коллекторы

  1. Плоский солнечный коллектор производится современным промышленным методом пайки, без заклепочных соединений, винтов или классических уплотняющих материалов, которые со временем оказываются неплотными.
  2. Высокоэффективный плоский коллектор обеспечивает высокую степень абсорбции тепла прежде всего летом и в переходные сезоны года.
  3. В качественных коллекторах селективный абсорбционный слой наносится специальным методом в вакууме. Простые плоские коллекторы используют черную термостойкую краску. Они дешевле, но их эффективность может быть на 20-30% меньше, чем у коллекторов с селективным покрытием.
  4. Простой монтаж с возможностью последовательного или параллельного подсоединения в целях увеличения мощности.
  5. Высококачественные материалы, обеспечивающие срок службы 20 и более лет.
  6. Высокая мощность плоского коллектора позволяет летом при оптимальных условиях достичь до 70% экономии энергии для обогрева технологической воды.

Сравнение эффективности работы плоских и вакуумных солнечных коллекторов для нагрева воды

flat panel vs. evacuated tube collectors

Какой солнечный коллектор лучше — плоский или вакуумный? По этому вопросу сломано много копий.Несмотря на то, что вакуумный коллектор дороже, его преимущества перевешивают разницу в цене.

Солнечные системы нагрева воды с вакуумными коллекторами:

  • Более эффективны при передаче тепла –  до 163% по сравнению с плоскими в условиях умеренного климата!
  • Могут работать при отрицательных температурах воздуха
  • Долговечны. Если ломается трубка, ее можно легко заменить без замены всего коллектора
  • Отлично работают в пасмурную погоду
  • Для получения одинакового количества тепла требуется меньшая площадь крыши, чем в случае с плоскими коллекторами.
  • Проблема коррозии гораздо меньше, по сравнению с плоскими солнечными коллекторами.

Сравнение КПД солнечных коллекторов

Ниже приведены результаты сравнительных испытаний плоских и вакуумных коллекторов в различных климатических условиях. Результаты говорят сами за себя — лучший КПД вакуумных коллекторов наблюдается практически в любых условиях.

Результаты испытаний, приведенные ниже, даны при нагреве воды солнечными коллекторами с температуры окружающей среды до  75 °C – данные предоставлены Hills Solar. Плоские солнечные коллекторы были испытаны в National Solar Test Facility, Канада.

Сидней

Flat plate vs. evacuated tube efficiency for Sydney, New South Wales

Зима:
Уровень солнечной радиации во время испытаний был 426 Вт/м²  и температура окружающего воздуха была 13.1 °C. Вакуумный коллектор оказался лучше на 104%, чем плоский, из расчета на один м² апертурной поверхности для вакуумного коллектора или общей площади для плоского коллектора.

Лето: Солнечная радиация была 840 Вт/м², температура воздуха 21.3 °C. Вакуумный коллектор оказался на 150.5% более эффективным  из расчета на м² апертурной поверхности**.

** Данные взяты из отчета Hills Solar  – hills-collector-efficiency (380kb PDF)

Мельбурн, Виктория

Flat plate vs. evacuated tube efficiency for Melbourne, Victoria

Зима:
Уровень солнечной радиации во время испытаний был 296 Вт/м²  и температура окружающего воздуха была 9.9 °C. Вакуумный коллектор оказался лучше на 163,5%, чем плоский, из расчета на один м² апертурной поверхности для вакуумного коллектора или общей площади для плоского коллектора.

Лето: Солнечная радиация была 861 Вт/м², температура воздуха 19.8 °C. Вакуумный коллектор оказался на 151.5% более эффективным  из расчета на м² апертурной поверхности**.

 ** Data taken from Hills Solar report on collector efficiencies – hills-collector-efficiency (380kb PDF)

Брисбан, Квинсланд

Flat plate vs. evacuated tube efficiency for Brisbane, Queensland

Зима:
Уровень солнечной радиации во время испытаний был 546 Вт/м²  и температура окружающего воздуха была 17.8 °C. Вакуумный коллектор оказался лучше на 81%, чем плоский, из расчета на один м² апертурной поверхности для вакуумного коллектора или общей площади для плоского коллектора.

Лето: Солнечная радиация была 828 Вт/м², температура воздуха 25.1 °C. Вакуумный коллектор оказался на 54.5% более эффективным  из расчета на м² амертурной поверхности**.

 Аделаида, Южная Австралия

Flat plate vs. evacuated tube efficiency for Adelaide, South Australia

Зима:
Уровень солнечной радиации во время испытаний был 452 Вт/м²  и температура окружающего воздуха была 10.9 °C. Вакуумный коллектор оказался лучше на 132%, чем плоский, из расчета на один м² апертурной поверхности для вакуумного коллектора или общей площади для плоского коллектора.

Лето: Солнечная радиация была 953 Вт/м², температура воздуха 22.1 °C. Вакуумный коллектор оказался на 52% более эффективным  из расчета на м² апертурной поверхности**.

** Data taken from Hills Solar report on collector efficiencies – hills-collector-efficiency (380kb PDF)

Как видим, чем ниже температура окружающей среды, тем больше заметна разница в работе вакуумного и плоского коллектора. Чем холоднее, т.е. чем больше дельта температур, на которую нагревается вода в солнечном коллекторе, тем более явные преимущества у вакуумного солнечного коллектора.

Справедливости ради, в  исследовании, результаты которого приведены выше, использовалось приведение выработки вакуумного солнечного коллектора к апертурной поверхности, а для плоского использовалась общая поверхность. Если в расчетах принимать общую площадь для обоих типов коллекторов, разница в эффективности будет существенно меньше.

Ниже приведено соотношение поверхностей и теплопроизводительность для разных типов коллекторов (Источник).

ПараметрВакуумный с 30 трубками AP-30Плоский SS-32  
 Размеры  
1Полная площадь, м²4.152,96
2Апертурная площадь, м²2,792,78
3Площадь абсорбера, м²2,452,78
 Теплопроизводительность при среднем уровне солнечной радиации, Категория С
4На коллектор, кВт*ч/день8,596.68
5Приведённая к общей площади коллектора, кВт*ч/день2.0652.15
6Приведённая к площади абсорбера, кВт*ч/день3.0662.3

Заметьте, что разница между общей и апертурной площадью плоского коллектора около 0,18 м². Это площадь металлической рамы вокруг остекления.

Категория С — это условия умеренно тёплого климата. При испытаниях в более суровых условиях Категории D преимущества вакуумного коллектора намного ощутимее.

Можно видеть, что данные могут быть использованы для обоснования преимуществ как одного, так и другого типа коллекторов. Выбор нужно делать для конкретного климата и температуры окружающего воздуха. Этот выбор делается на основе решения проектировщика, решения владельца или на основе общего бюджета солнечного системы теплоснабжения. Также, могут быть другие факторы, которые влияют на выбор типа солнечного коллектора для системы солнечного горячего водоснабжения. К таким факторам могут относиться: термосифонное самоохлаждение, укрываемость снегом, способность противостоять граду, эктремальные погодные и климатические условия в месте установки, или наоборот, высокие температуры во время работы системы.

Но, очень часть окончательное решение определяется ценой системы. После анализа всех параметров и доводов за и против, решение может быть принято после ответа на простой вопрос. Например, если один коллектор стоит на 30% дороже, чем другой, будет ли он экономить на 30% больше денег на водоподготовку в реальных условиях эксплуатации? Вдумчивый анализ технических характеристик и каталожных данных для оборудования должен быть отправной точкой, но окончательное решение принимается на основе технико-экономической эффективности разных вариантов.

Эта статья прочитана 3417 раз(а)!

Продолжить чтение

  • 73
    Интересные ссылки по солнечным коллекторам Солнечные коллекторы: правда и мифы. Приведено сравнение плоских и вакуумных коллекторов. Написано все, на удивление, правильно, видно что писал не журналист, а практик. Видео о солнечных коллекторах https://youtu.be/Bm-hgBhgwL0 Процесс кипячения воды в вакуумной трубке Испытания…
  • 69
    Энергия Солнца на все случаи жизни Источник: Аква-терм №3 (19) май 2004 Самым простым и наиболее дешевым способом использования солнечной энергии является нагрев воды в плоских солнечных коллекторах.Принцип действия такого устройства весьма прост: видимые лучи солнца, проникая сквозь стекло (проходит…
  • 68
    Расчеты систем горячего водоснабжения Нагреть 1 кг воды на 1 градус можно, затратив 1,16 Вт*ч. Значит нагреть тонну воды на 30 градусов (от 20 до 50) можно, затратив 1,16х1000х30=34800 Вт*ч. Допустим солнце греет с 8 до 20 часов, т.е. 12…
  • 62
    Солнечное тепло: горячее водоснабжение и отопление с вакуумными солнечными коллекторами В вакуумном водонагревателе-коллекторе объем, в котором находится темная поверхность, поглощающая солнечное излучение, отделен от окружающей среды вакуумированным пространством, что позволяет практически полностью устранять потери теплоты в окружающую среду за счет…
  • 59
    Солнечное тепло: горячее водоснабжение и отопление В среднем по году, в зависимости от климатических условий и широты местности, поток солнечного излучения на земную поверхность составляет от 100 до 250 Вт/м2, достигая пиковых значений в полдень при ясном небе, практически в…
  • 59
    Пластинчатый TopSon F3-1/F3-Q Назначение Солнечные коллекторы разного типа позволяют получить тепловую энергию, которая, в первую очередь, используется для приготовления горячей воды, что особенно актуально в летний период года, когда наблюдается максимальная солнечная активность и максимальное потребление горячей воды. Фирма Wolf предлагает комплексное использование…

Google рекомендует

Реклама

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *