В общем, как нагреть воду с помощью солнца понимают все, однако, в точности, как работает солнечный коллектор, знают немногие. Но, чтобы сэкономить на электричестве и выбрать правильный солнечный коллектор, нужно знать, хотя бы основные принципы его работы.
Поэтому, чтобы понимать, как работает солнечный коллектор, мы продолжаем наши публикации: в прошлый раз мы рассказали о принципах работы плоского солнечного коллектора. Сегодня, — наш рассказ о вакуумных солнечных коллекторах.
Вакуумные солнечные коллекторы устроены несколько иначе, чем плоские. Вместо змеевика, пронизывающего всю площадь коллектора, такие модели состоят из множества отдельных трубок, подключённых к общей собирающей магистрали. Различают два типа вакуумных коллекторов — прямоточные и с принципом «тепловой трубки».
В прямоточном вакуумном коллекторе теплоноситель поступает внутрь трубки непосредственно из раздающей магистрали гелиоконтура, протекает по соединённому с абсорбером каналу, а затем возвращается в собирающую магистраль. Такой коллектор обычно дешевле, чем модели с «тепловой трубкой», но у них есть недостатки. Например, из¬за того, что внутренние каналы коллектора являются частью гелиоконтура, в случае необходимости ремонта хотя бы одной трубки (при её разгерметизации) потребуется отключать систему и сливать теплоноситель из контура.
У вакуумного коллектора с «тепловой трубкой» каждая вакуумная трубка — отдельная автономная система, связанная с собирающей магистралью только через теплообменник. Абсорбер соединён с «тепловой трубкой», в которой содержится небольшое количество жидкости с низкой температурой кипения. Нагреваясь от абсорбера, жидкость испаряется, пар поднимается в верхнюю часть трубки — к расположенному там конденсатору. Соприкасаясь с конденсатором, пар отдаёт ему тепло и возвращается при этом в жидкое состояние, стекая по трубке вниз — обратно к абсорберу. Конденсатор, в свою очередь, передаёт полученное тепло циркулирующей в гелиоконтуре жидкости через теплообменник собирающей магистрали. И этот цикл повторяется много раз.
Коллекторы с «тепловой трубкой» более дорогие, чем обычные прямоточные вакуумные модели, однако они более эффективны и обладают ещё рядом преимуществ. Одно из них — простой монтаж. Конструкция модели позволяет сначала установить собирающую магистраль коллектора, а затем уже вставить в неё конденсаторы трубок. Если одна из трубок вышла из строя (например, было разбито стекло), заменить её можно быстро и без слива теплоносителя и демонтажа всего коллектора — просто извлечь старую и поставить на её место новую. Но при выборе гелиоколлектора этого типа нужно учесть, что он должен располагаться в пространстве под углом к горизонту — чтобы обеспечить правильное движение пара и жидкости в «тепловой трубке».
Строение самих вакуумных трубок, также, может различаться. Одна из распространённых конструкций — коаксиальная, при которой стеклянная колба трубки состоит из двух слоёв стекла с вакуумом между ними. В таких трубках поглощающее солнечные лучи покрытие нанесено прямо на внутренний слой стекла, а тепло от стенок колбы к каналу с теплоносителем или «тепловой трубке» передаётся через пластины из металла с высокой теплопроводностью. Другая конструкция вакуумной трубки предполагает один слой стекла с полностью вакуумированным внутренним пространством трубки и с прямоугольным абсорбером в середине колбы, напрямую соединённым с «тепловой трубкой» или трубкой прямоточного коллектора. Абсорбер при этом может иметь как гладкую, так и рифлёную форму — для увеличения площади поглощающего покрытия. Некоторые производители предусматривают возможность поворачивать вакуумные трубки вокруг оси при монтаже — чтобы развернуть абсорбер трубки в более выгодную позицию относительно солнца.
Поскольку между абсорбером и внешним стеклом коллектора нет газа, способного переносить тепло, теплопотери у такой модели низки даже в сильные морозы. Благодаря более совершенной теплоизоляции вакуумные модели могут превосходить плоские коллекторы в 1,5¬2 раза в межсезонье и в 2¬3 раза в наиболее неблагоприятный для гелиосистем зимний период. Это позволяет применять вакуумные коллекторы для поддержки систем отопления, в том числе в регионах с морозными зимами.
Для эффективной работы вакуумного коллектора крайне важно сохранить герметичность трубок. Визуально определить целостность каждой трубки непросто, поэтому ряд производителей снабжают свои коллекторы своеобразным индикатором — покрытием, которое при контакте с атмосферным воздухом изменяет свой цвет. С его помощью легко понять, когда трубку нужно заменить.
Антибликовое стекло (слева) отражает меньше солнечных лучей по сравнению с обычным (справа), поэтому гелиоколлекторы с такими стёклами могут получать больше тепла и работать эффективнее
Вакуумные коллекторы не обладают способностью к оттаиванию снега (из¬за низких тепловых потерь стекло практически не нагревается). Однако и снегу удержаться на узких трубках с покатыми стенками непросто.
