Вакуумные и плоские солнечные коллекторы

Поделиться ссылкой на статью

Обновлено 22 апреля, 2022

Какой солнечный коллектор лучше — вакуумный или плоский?

Тепловые солнечные коллекторы бывают двух основных типов — плоские и вакуумные. В свою очередь, каждый из этих типов солнечных коллекторов может быть выполнен из разных материалов и по разным технологиям. В статье описаны основные параметры и популярные конструкции солнечных тепловых коллекторов, даны рекомендации по выбору типа в зависимости от области и условий применения. Описаны преимущества и недостатки плоских и вакуумных солнечных коллектров.

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.

Эффективность при различной температуре окружающей среды. Солнечные коллекторы
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.

Термоснимок коллекторов
termofotka солнечные коллекторы,вакуумный коллектор,плоский коллектор
Плоский коллектор излучает значительное количество тепла в окружающую среду

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.

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

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

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

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**.

Брисбан, Квинсланд

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 апертурной поверхности**.

 Аделаида, Южная Австралия

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**.

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 21335 раз(а)!

Продолжить чтение

  • 81
    Солнечные коллекторы: правда и мифыПлоские и вакуумные солнечные коллекторы: правда и мифы Источник: svetdv.ru - сейчас уже не работает Когда нам рассказывают об очередной чудо-технологии, то обычно во всех красках расписывают достоинства и деликатно умалчивают о недостатках. Также очень часто потребителям дают нелестные отзывы…
  • 76
    Солнечные коллекторы: 2 параметра площадиСолнечные коллекторы: общая и апертурная площади  Каждый проект солнечного отопления неизбежно начинается с оценки размера коллектора. Например, обычно используемое «эмпирическое правило» для условий отопления юга России: 10 процентов площади обогреваемого пола плюс 1 квадратный метр на каждые 100 литров в…
  • 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
    Нагрев воды солнечными коллекторамиЭнергия 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…
  • 67
    Вакуумные солнечные коллекторыСолнечное 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…
  • 65
    Солнечный коллектор для нагрева воды "TopSon"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…
Реклама

6 комментариев “Вакуумные и плоские солнечные коллекторы

  1. Аалы Ответ

    Сравнение надо приводить не только по техническим параметрам, а ещё и по экономическим. В конечном итоге всё сводится к экономической, а не технической целесообразности. Недаром при расчёте эффективности проводится технико-экономическое обоснование. В итоге надо показать удельный выход энергии не на квадратный метр апертуры, а на единицу капитальных и текущих затрат. Капитальные это закупка и монтажные+пуско-наладочные работы, текущие — эскплуатационные и ремонтные работы за расчётный период эксплуатации. Учитывая, что вакуумные дороже плоских экономический расчёт будет отличаться от технического. В условиях сезонного потребления (летние курортные заведения, дачный кооператив и т.п.) или теплого климата (ниже 45 градусов по широте) применение плоских коллекторов будет явно выгоднее вакуумных

    • Solarhome Автор записиОтвет

      Вы совершенно правы. Мы на своем сайте показываем, что эффективность плоского солнечного коллектора летом примерно такая же, как и у вакуумного. Вакуумные коллекторы имеют смысол применять, если вы используйте солнечную систему теплоснабжения в холодную погоду. То есть при температурах меньше +10 °C. Во всех остальных случаях плоский коллектор действительно более выгодное вложение денег. Ещё одним случаем для применения вакуумных солнечных коллекторов является потребность в высоких температурах, то есть более +60…+70 °C. Плоский коллектор такие температуры сможет обеспечить только в очень тёплую погоду. Вакуумные же легко греют воду до 80 – 120 °C

  2. Андрей Ответ

    Очень странное сравнение абсорбирующей площади плоских коллекторов с площадью апертурной вакуумных….
    То есть Вы утверждаете, что вакуумный вместе с промежутками между трубками эффективнее абсорбера плоского?
    А как же оптический КПД, что у плоского выше?

    • solarh Автор записиОтвет

      Есть разные методы сравнения. Некоторые сравнивают «грязную» площадь, то есть вместе с промежутками. Некоторые — только площадь трубок. Есть даже расчеты для внутренней площади воспринимающей поверхности трубок (то есть за минусом не только площади между трубками, но и площади, занимаемой вакуумом).
      Почему оптический КПД у плоского выше? КПД тоже можно по-разному посчитать… И он зависит от качество антиотражающего покрытия и свойств воспринимающего излучение покрытия, а не от конструкции или площади поверхности этого покрытия.

  3. Олег Ответ

    Здравствуйте, я вот сейчас читаю про КПД, площадь, эксплуатационные расходы и бла…бла..бла… А теперь немного реалий жизни)) ) Эксплуатирую! Подчёркиваю…я ЭСПЛУАТИРУЮ вакуумник в течении девяти лет. Широта 60, Свердловская обл., г. Краснотурьинск. Бак 150, 15 трубок, Крыша двускатная, сторона установки: юго-запад, угол наклона к горизонтальной плоскости примерно 50 (фото если нужно могу отправить). Монтировал и эксплуатирую эту установку самостоятельно, поэтому открытых вопросов почти не осталось-опыт есть, а поэтому и мнение своё сформировалось. И вот что я имею сообщить, господа.
    Плюсы: нагревается быстро. Бак 150 литров до 50 в ясную солнечную погоду (температура за бортом практически не влияет на время разогрева, я про плюсовые интервалы в этой широте) нагревает за 4-5 часов. Из скважины вода приходит с температурой порядка 10-12. БЫСТРО, тут ничего не скажешь…но вот тут одна загвоздка — плюсы закончились!
    Теперь МИНУСЫ: 1. быстрая замена вышедших трубок. Это очень спорно. В Росси нет ни одной транспортной компании (как выяснилось), которая смогла бы привезти эти трубки ЦЕЛЫМИ. Вы посмотрите сколько раз я у Вас их заказывал. Моя фамилия Штыков О.В. адрес почты 89530418498@mail.ru . Легко пробить по базе. А как я сам комплект )))) ) доставлял «КИТом» в 14 году-это вообще отдельная книга будет. Короче-крайне сложная транспортировка. Эти трубки не держат точечной нагрузки-град с дождём ломает их на раз, пришлось сделать защитный экран сетку, понятно, что КПД резко упал…. Про аномальные погодные изменения замалчивать глупо. Покупал у Вас эти трубки два года назад, договаривался с частником-он в спальнике фуры мне их привёз, СПАСИБО ОГРОМНОЕ ВАШИМ РЕБЯТАМ, они в МОСКВЕ довезли их до промзоны, где грузилась фура.
    Со сломанной трубкой систему эксплуатировать нельзя-начинает подтекать ввод нагревающей трубки. Да и если честно, герметичность этой установки отвратительная, силиконовые кольца в уплотнении тепловых трубок побежали на второй год-качество ни о чём, всё посадил на авто герметик, но буду менять кольца всё равно…. ЭТО ПРО ТРУБКИ.
    2. Про круглогодичную эксплуатацию-я вот вчера мыл эти трубки с химией от налёта и Ваши прайсы вспоминал. Нужно ведь покупателю на старте по честному сказать , что толщина снежного покрова определяет сроки эксплуатации и среднегодовая температура, а не басни в цветных прайсах.
    Осенью, количество энергии уменьшается, начинает подключаться внутренний подогреватель (устанавливал самостоятельно, выставлен на 40 гр.) И какой бы хорошей не была теплоизоляция бака-в какой то момент начинаешь понимать-греешь улицу. Без подогревателя в нашей широте не комфортно использовать эту систему, а под конец сентября может уже прихватить подводящие трубы. В них то вода стоит-я использую установку для получения расходной воды. Использовать систему для отопления-это бред полный. Тепло нужно зимой. Её снегом засыпает по самое не балуй… и лазить обметать её ещё тот цирк, ВЫ ХОТЬ ИЗ ПРАЙСА УБЕРИТЕ ЭТОТ СЛАЙД…если кто то из ваших инженеров поспорить хочет на этот счёт, пусть пишет в почту свои цифры…будет интересно.
    Теперь про экономику))) 3. Если сложить затраты на приобретение, доставку, монтаж, эксплуатацию, время простоев из-за отсутствия трубок, а если еще и нанимать на обслуживание-а Вы именно так позиционируете будущее — вывод очевиден! И звучит он так: обычная водогрейка на 80-100 л. даст фору этому супер мега девайсу. Нужно в коммерческом предложении чётко определить — до какой широты и как эта штука работает, по честному и не водить людей за нос.
    Зачем же ты купил-то её мужик…слышу я вопрос)))… Да интересно мне, хобби такое. Тестирую разные альтернативные источники энергии, делаю свои… в общем живу.
    Больше всего, если честно огорчает качество изготовления….ну это могу отдельно, кому интересно с фото…т.д.
    Никого не хотел обидеть или как-то задеть своим опусом, Родину свою люблю, у нас должно быть всё самое лучшее. С уважением, Олег.

    • solarh Автор записиОтвет

      Олег, спасибо за ваш отзыв. У вас, судя по вашему описанию, интегрированный бак + трубки, который установлен снаружи дома, да еще и без тепловых трубок. Такие установки в нашем климате эксплуатируются сезонно, об этом мы всем говорим. Для круглогодичной эксплуатации нужны сплит-системы, с вакуумными коллекторами с тепловыми трубками снаружи помещения, и с баком и остальным оборудованием — внутри. Такие системы описаны на нашем сайте и есть в нашем Интернет-магазине.
      По поводу зимней работы — да, вы правы, даже сплит-системы не будут давать много тепла в нашем климате, да еще и под снегом. И это не их вина — просто Солнца зимой в нашей стране мало. Основное количество энергии вырабатывается с марта по октябрь. И тут ничего не поделаешь — так звезды и планеты «встали».
      По поводу налета на трубках — вы имеете ввиду налет внутри трубок? Если так, то вы вряд ли у нас покупали коллекторы, мы такие продавали только несколько штук¸и это было до 2008 года. Мы посмотрели на их эксплуатационные показатели и отказались от дальнейшей их продажи. Скорее всего, вы купили дешевую систему у кого-то из наших конкурентов. И емайл вашего в нашей базе нет. В Москве до сих пор есть фирма, которая продает такие дешевые солнечные коллекторы.

      С нашими тепловыми трубками нет никакого налета, они не замерзают и не подтекают зимой, и никаких силиконовых уплотнителей в них нет — контур с теплоносителем полностью медный, трубки гидравлически не связаны с этим контуром. Во внешнем контуре циркулирует незамерзающий теплоноситель — пропиленгликоль. Тепло он отдает в баке в доме, поэтому ничего не теряется, даже теплопотери бака будут греть ваш дом зимой.

      Для отопления такие системы тоже используются, но только некоторых регионах нашей страны, там где зимой в основном ясная погода — это Бурятия, Алтай и Дальний Восток. В других регионах нашей страны не стоит ожидать большого количества энергии от солнечных коллекторов и солнечных фотоэлектрических батарей зимой.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *