Vakuový solární kolektor: princip činnosti + jak si jej sami sestavit

Značné množství peněz se vynakládá na zásobování teplou vodou a vytápění. Existuje ale alternativní zdroj energie – vakuový solární kolektor.Slyšeli jste o tom? Umožňuje výrazně snížit finanční náklady na udržení komfortu, poskytuje maximální topný efekt s minimálními tepelnými ztrátami.

Toto zařízení lze zakoupit od výrobců domácích spotřebičů nebo si jej sestavit sami doma. Abyste si vybrali ten správný model, musíte si nastudovat spoustu informací. Pomůžeme vám rozhodnout se pro hlavní nákupní kritéria.

Článek se bude zabývat principem činnosti a konstrukcí vakuového rozdělovače. Budeme mluvit o konstrukčních prvcích různých modelů, zvážíme výhody a nevýhody těchto instalací. Kromě toho podrobně popíšeme, jak si vakuový solární kolektor vyrobit a nainstalovat svépomocí.

Materiál je doplněn videi, ze kterých se dozvíte o důležitých vlastnostech a principech fungování vakuových rozdělovačů.

Princip činnosti vakuové jednotky

Vakuový solární kolektor se od běžných solárních systémů liší způsobem zpracování solární energie. Klasická baterie prostě bere světlo a přeměňuje ho na elektřinu. Kolektor se skládá ze skleněných trubic s vakuem vytvořeným uvnitř. Jsou spojeny do jediného systému pomocí speciálních dokovacích jednotek.

Uvnitř každé trubky je kanálek ​​jedné nebo dvou měděných tyčí s chladicí kapalinou. Aktivní prvek zachycující sluneční paprsky ohřívá materiál chladicí kapaliny a zajišťuje tak provoz kolektoru.

Díky této konstrukci se úroveň energetické účinnosti výrazně zvyšuje a tepelné ztráty jsou výrazně sníženy, protože vakuová vrstva umožňuje ušetřit asi 95% zachycené sluneční energie.

Vakuový solární kolektor umístěný na střeše soukromého domu poskytne obyvatelům teplou vodu po celý rok a v chladném období vám umožní pohodlně vytápět místnost, aniž byste za to utráceli spoustu peněz.

Kromě toho se snižuje závislost produktivity kolektorů na sezónnosti, okolní teplotě a různých povětrnostních podmínkách, jako jsou nárazy větru, polojasno, srážky atd.

Jak funguje rozdělovač vakuového typu?

Moderní vakuová zařízení, která poskytují místnostem teplo a teplou vodu pomocí solární energie, se technologicky liší.

Kolektory jsou rozděleny do následujících typů:

• trubkový bez ochranného skla;
• modul se sníženou konverzí;
• standardní ploché provedení;
• zařízení s průhlednou tepelnou izolací;
• vzduchová jednotka;
• ploché vakuové potrubí.

Vakuový solární kolektor je schopen zajistit dodávku teplé vody a vytápění v kteroukoli roční dobu a za každého počasí (+)

Všechny mají společnou designovou podobnost, takže se skládají z:

• vnější průhledná trubka, odkud byl vzduch zcela odčerpán;
• vyhřívaná trubkaumístěné ve velkém potrubí, kde se pohybuje kapalná nebo plynná chladicí kapalina;
• jeden nebo dva prefabrikované rozdělovače, na kterou se napojují trubky většího kalibru a vstupuje do ní cirkulační okruh z tenkých trubiček umístěných uvnitř.

Celý design tak trochu připomíná termosku s průhlednými stěnami, která si zachovává nebývale vysokou úroveň tepelné izolace. Díky této vlastnosti získává tělo duše schopnost efektivně se zahřívat a plně přenášet zdroj energie do chladicí kapaliny cirkulující uvnitř.

Designové nuance a klasifikace

Vakuové kolektory jsou klasifikovány podle typu skleněných trubic instalovaných v konstrukci nebo podle vlastností tepelných kanálů. Trubky jsou obvykle koaxiální a typu s perem a tepelné kanály jsou typu U s přímým prouděním a typu heat pipe. .

Charakteristika koaxiálních elektronek

Koaxiální trubice jsou dvojitá skleněná termoska s uměle vytvořeným vakuovým prostorem mezi stěnami. Vnitřní povrch trubice má vrstvu speciálního teplo pohlcujícího povlaku, takže k vlastnímu přenosu tepla dochází přímo od stěn skleněné baňky.

Koaxiální trubice jsou vyrobeny z vysoce pevného borosilikátového skla, které má vysokou propustnost světla. Prvky mají v závislosti na výrobci až tři vrstvy magnetronového naprašování, vykazují vynikající pevnost a odolnost vůči různým atmosférickým podmínkám (déšť, kroupy atd.), odolávají tlaku 1 MPa a spolehlivě slouží 15 let

Jako absorpční prvek je do skleněné trubice připájena měděná trubice obsahující etherovou kompozici. Během procesu ohřevu se odpařuje, účinně odevzdává své teplo, kondenzuje a proudí na dno trubice.Cyklus se poté opakuje, čímž vzniká nepřetržitý proces výměny tepla.

Vlastnosti péřových trubek

Vakuové pérové ​​trubice mají větší tloušťku stěny než koaxiální a neskládají se ze dvou, ale z jedné baňky. Vnitřní měděný absorpční prvek je po celé délce vybaven odolným zesilovačem - vlnitým plechem s vysokoúrovňovým povlakem pohlcujícím energii.

Díky této konstrukční vlastnosti je vakuum umístěno přímo v tepelném kanálu, jehož část je spolu s absorbentem integrována přímo do baňky.

Péřová vakuová trubice obsahuje uvnitř destičku, která má tvar pírka. Úroveň účinnosti přesahuje možnosti svého koaxiálního protějšku, ale má výrazně vyšší náklady a je obtížné jej vyměnit, pokud je poškozena integrita žárovky nebo selže topné těleso

Kolektory vyrobené z péřových vakuových trubic jsou považovány za nejúčinnější ve své třídě, fungují dobře a poskytují spolehlivou službu po mnoho let.

Princip činnosti tepelné trubice

Tepelné trubice se skládají z uzavřených trubic obsahujících snadno se odpařující kapalnou směs. Vlivem slunečního záření se ohřívá, pohybuje se do horní oblasti kanálu a tam se soustřeďuje ve speciálním kolektoru tepla (rozdělovači).

V tomto okamžiku pracovní tekutina odevzdá veškeré nahromaděné teplo a opět klesne dolů, aby se proces obnovil.

Objímka tepelného výměníku je připojena k rozdělovacímu výměníku přes speciální objímku připájenou do samotného 1trubkového výměníku tepla nebo je obalena kolem 2trubkového výměníku tepla.

Pracovní prvek tepelné trubky je vyroben z mědi a ve vzácných případech z hliníku. Vykazuje vysokou odolnost proti provoznímu zatížení, spolehlivě slouží 15 let, má rozumnou cenu a je jedním z nejoblíbenějších prvků moderních trubicových vakuových solárních systémů.

Uvolněná energie je odebírána z tepelného zásobníku chladivem a přenášena dále systémem, čímž je zajištěna dostupnost teplé vody v kohoutcích a radiátorech. Systém tepelných trubic se snadno instaluje a vykazuje vysokou provozní účinnost.

Kolektory vybavené vakuovými tepelnými trubicemi mají dobrou úroveň spolehlivosti a jsou vhodné pro použití nejen v každodenním životě, ale také ve vysokotlakých solárních termických systémech

V případě poruchy nebo poruchy bez obtíží je možné poškozenou jednotku vyměnit za novou bez nutnosti rekonstrukce celého systému.

Opravné práce lze snadno provést přímo na místě kolektoru, bez demontáže jednotky a bez vynaložení zbytečné námahy na práci.

Popis průchozího výměníku tepla ve tvaru U

Trubka přímoproudého výměníku má tvar písmene U. Uvnitř cirkuluje voda nebo pracovní chladivo topného systému. Jedna část prvku je určena pro studenou chladicí kapalinu a druhá správně odstraňuje již zahřátou.

Při zahřátí se aktivní směs rozpíná a vstupuje do zásobní nádrže, čímž vytváří přirozenou cirkulaci kapaliny v systému. Speciální selektivní nátěr nanesený na vnitřní stěny zvyšuje kapacitu absorpce tepla a zlepšuje účinnost systému jako celku.

Výrobky ve tvaru U mají oproti trubkám typu heat-pipe větší hydraulický odpor, kladou vyšší nároky na chladicí kapalinu a jsou výrazně dražší. Kolektory pracující na přímoproudých U-trubkách nemohou pracovat pod vysokým tlakem a poskytují vysoce kvalitní přenos tepla pouze v teplém období

Trubky typu U vykazují vysoký výkon a poskytují solidní přenos tepla, mají však jednu významnou nevýhodu. Tvoří jednu integrální konstrukci s rozdělovačem a montují se vždy společně s ním.

Samostatnou jedinou trubku, která selhala, nebude možné vyměnit. Pro opravy bude nutné celý areál rozebrat a na jeho místo postavit nový.

Porovnání různých modifikací

Při výrobě solárních jednotek se tepelné kanály a vakuové skleněné trubice pro solární kolektory kombinují v různých kombinacích.

Nejoblíbenější mezi spotřebiteli jsou koaxiální modely s tepelnou trubicí. Zákazníky láká věrná cena zařízení a velmi jednoduchá, cenově dostupná údržba po celou dobu životnosti.

Vakuový solární kolektor s pracovním kanálem heatpipe lze snadno opravit. Výměna poškozených trubek se provádí na místě a nezahrnuje demontáž systému nebo jeho přesun na jiné místo. Přenos tepla u těchto modelů je však obtížný, díky čemuž výstupní účinnost nepřesahuje 65 %

Vakuová zařízení s tepelnými trubicemi vykazují vysokou spolehlivost a nemají žádná omezení pro použití i ve vysokotlakých solárních termických komplexech.

Zařízení s koaxiální baňkou obsahující kanály ve tvaru U s přímým průtokem jsou také zahrnuty do seznamu oblíbených. Vyznačují se takovými parametry, jako jsou nízké tepelné ztráty a účinnost 70 % a vyšší.

Pro správnou funkci musí být vakuové zařízení s U-kanálem správně nainstalováno. Je žádoucí, aby minimální úhel sklonu byl alespoň 20°. Jen tak bude možné zajistit maximální návratnost

Situaci poněkud kazí: složitý proces opravy, specifická údržba za provozu a nemožnost výměny jednotlivé poškozené jednotky. Pokud se se zařízením něco stane, je demontováno a na místo je nasazen zcela nový kolektor.

Pérové ​​trubice jsou konstrukčně jednoválcové ze skla se zesílenými, silnými stěnami (v závislosti na výrobci od 2,5 mm a výše). Vložka absorbující peří obsažená uvnitř těsně přiléhá k pracovnímu kanálu, vyrobenému z tepelně vodivého kovu.

Téměř dokonalou izolaci vytváří vakuový prostor uvnitř skleněné nádoby. Absorbent předává absorbované teplo beze ztrát a poskytuje systému účinnost až 77 %.

V případě poruchy musí být rozdělovače vybavené pérovými trubkami opraveny. Není třeba měnit celý systém, stačí najít poškozenou jednotku, demontovat ji a dát na její místo novou

Modely s peřím jsou o něco dražší než koaxiální, ale díky své vysoké účinnosti poskytují úplné pohodlí v místnosti a rychle se zaplatí.

Nejúčinnější a nejproduktivnější jsou péřové baňky s vnitřními kanály s přímým průtokem. Jejich skutečná účinnost někdy dosahuje rekordních 80 %.

Při instalaci pérových trubek do rámu je na tyč každého dílu umístěna silná krimpovací matice s kroužkem a tepelně odolným těsněním. To zajišťuje těsnost celé konstrukce a umožňuje plnou funkci kolektoru za jakýchkoliv podmínek

Cena výrobků je poměrně vysoká a při provádění oprav je nutné vypustit veškerou chladicí kapalinu ze systému a teprve poté začít s odstraňováním problémů.

Jaký by měl být kolektor tepla?

Tepelný kolektor je dalším velmi důležitým pracovním prvkem vakuového rozdělovače. Prostřednictvím této jednotky se akumulované teplo přenáší z trubek do chladicí kapaliny.

Sběrač tepla je umístěn v horní části zařízení. Jedna z jeho součástí, měděné jádro, přijímá energii a přenáší ji do hlavního chladicího média cirkulujícího v uzavřeném systému výměníku tepla nádrž-kolektor.

Po připojení k systému je zaručen správný provoz. oběhové čerpadlo. Automatizace, která řídí topný komplex, jasně sleduje úroveň teploty v kanálech a pokud klesne pod přípustné kritické minimum (například v noci), zastaví čerpadlo.

To vám umožní vyhnout se zpětnému ohřevu, kdy chladicí kapalina začne odebírat teplo horké vodě shromážděné v akumulační nádrži.

Výhody a nevýhody vakuových kolektorů

Hlavní výhodou jednotek je téměř úplná absence tepelných ztrát během provozu. To zajišťuje vakuové prostředí, které je jedním z nejkvalitnějších přírodních izolantů. Tím ale výčet výhod nekončí.

Zařízení mají další výrazné výhody:

• provozní účinnost při nízkých teplotách (do -30°C);
• schopnost akumulovat teploty až 300°C;
• maximální možná absorpce tepelné energie včetně neviditelného spektra;
• provozní stabilita;
• malá náchylnost k agresivním atmosférickým projevům;
• nízké větrání díky konstrukčním prvkům trubkových systémů schopných procházet vzduchovými hmotami různých hustot;
• vysoká úroveň účinnosti v oblastech s mírným a chladným podnebím s malým počtem jasných a slunečných dnů;
• trvanlivost při dodržení základních provozních pravidel;
• dostupnost pro opravu a možnost změnit ne celý systém, ale pouze jeden neúspěšný fragment.

Mezi nevýhody patří nemožnost samočištění kolektorů od mrazu, ledu, sněhu a vysoká cena komponentů nutných k domácí montáži jednotky.

Solární kolektor je efektivní zařízení, které umožňuje přeměnit sluneční energii na tepelnou energii prakticky beze ztrát.

Sestavení jednotky svépomocí

Proces montáže vakuového rozdělovače začíná výrobou nosného rámu pro pracovní prvky. Instaluje se okamžitě na místo přidělené pro jednotku.

Velikost a rozměry rámu zcela závisí na modelu, který se plánuje vyrobit, a jsou obvykle předepsány v pokynech, které najdete mezi průvodními dokumenty ke komponentám.

Hotový rám pro kolektor je připevněn ke střeše tak, aby zaujímal volnou polohu a nekýval. Pokud je střecha budovy břidlicová, použijte opláštění trámů a tlusté šrouby velkého kalibru. Pro ostatní střešní materiály se používají konvenční kotvy

Místa, kde se rám setkává s povrchem střechy, dodatečně fixuji tmelem, aby se v budoucnu voda nedostala do domu otvory. Poté je zásobník dodán na místo instalace a upevněn šrouby k horní části rámu.

V další fázi se montuje topné těleso, teplotní čidlo a automatický výstup vzduchu. Všechny pomocné komponenty a související díly jsou umístěny na přiložených změkčovacích podložkách. K připevnění teplotního čidla použijte nástrčný klíč.

Dále je uspořádána dodávka vodovodních komunikací. Pro tento účel jsou trubky odebírány z jakéhokoli materiálu, který je odolný vůči nízkým teplotám a snese až 95°C. Dobře osvědčený polypropylenové trubky a tvarovky.

Polypropylenové trubky jsou ideální pro připojení solárního kolektoru k domovnímu vodovodnímu systému. Výztuž má dobré fyzikální vlastnosti a provozní odolnost, spolehlivě slouží mnoho let a v případě prasklin nebo trhlin se snadno vyměňuje.

Po připojení přívodu vody je zásobník naplněn vodou a testován na těsnost. Pokud se někde během 3-4 hodin zjistí netěsnosti, jsou opraveny.

Na konci jsou instalovány topné články. K tomu je měděná trubice zabalena do hliníkového plechu a umístěna do skleněné vakuové trubice. Zespodu je na baňku umístěna fixační miska a botka z odolné pružné pryže.

Horní měděný hrot trubice je zcela zasunut do mosazného kondenzátoru. Viskózní tepelné kontaktní mazivo se z potrubí neodstraňuje. Zaklapněte zajišťovací mechanismus na držák a namontujte všechny zbývající skleněné trubice stejným principem.

Trubkové solární kolektory vyžadují pravidelnou údržbu a povinné čištění, zejména v období aktivního sněžení. Pokud se budete řídit těmito jednoduchými pravidly, budou pracovat po dlouhou dobu a udrží si vysokou úroveň účinnosti po celou dobu své životnosti.

Na konstrukci je umístěn montážní blok, je k němu přiveden zdroj 220 V a k systému jsou připojeny tři pomocné jednotky - topné těleso, odvzdušňovací otvor a teplotní čidlo.

Poslední věcí, kterou je třeba připojit, je ovladač určený ke správnému ovládání komplexu. Požadované provozní parametry se zadají do menu regulátoru a systém se spustí ve standardním režimu.

Návod na sestavení solárního kolektoru krok za krokem je uveden v tento článek.

Jak správně umístit zařízení?

Aby vakuový kolektor plně fungoval a efektivně poskytoval obytnému prostoru potřebnou energii, je nutné pro něj najít nejvýhodnější umístění a správně orientovat zařízení vůči světovým stranám.

Sluneční kolektory vakuového typu jsou mnohem praktičtější než jejich ploché protějšky. Když se jedna z pracovních trubek poškodí a selže, je velmi snadné ji vyměnit za novou. Poté bude systém nadále fungovat jako dříve. Pokud není okamžitá příležitost umístit nový prvek na místo poškozeného, ​​nezáleží na tom. Jednotka bude schopna plnit své „povinnosti“, i když má jednotku s poškozeným prvkem.

Pro sídla na severní polokouli je důležité umístit kolektor v jižní části střechy domu nebo na slunné straně pozemku. Je vhodné zajistit minimální odchylku pro rovinu zařízení.

Pokud není možné nasměrovat povrch na jih, měli byste zvolit nejjasnější úhel v otevřeném prostoru mezi západem a východem.

Vysoká provozní účinnost vakuového kolektoru je dána také tím, že pracuje na principu zrcadla a vyrovnává svůj tepelný výkon na základě aktuální výšky slunce.

Komplex solární energie by neměl být zakrytý komíny, ozdobnými fragmenty střešní krytiny, rozložitými větvemi stromů a vysokými obytnými či technickými budovami. Tím se sníží provozní účinnost a sníží se úroveň zahřívání ovládacích prvků.

Pokud je jednotka správně umístěna, bude poskytovat téměř stejný přenos tepla po celý rok, bez ohledu na roční období.

Pokud nemáte rozsáhlé zkušenosti s prováděním složitých opravárenských, instalačních a instalatérských prací, je iracionální používat vakuové trubice doma. Tento proces je velmi pracný a vyžaduje speciální znalosti a specializované vybavení.

Kromě toho prvky vakuového typu vyrobené nezávisle mají mnohem nižší úroveň účinnosti než tovární díly. Proto je nejrozumnější nakupovat produkty od specializovaného výrobce a poté se pokusit sestavit několik sekcí doma.

Web obsahuje výběr článků o uspořádání solárního systému vytápění, doporučujeme přečíst:

1. Solární systémy vytápění: analýza technologií vytápění založených na solárních systémech
2. Vytápění soukromého domu solárními panely: schémata a zařízení
3. Flexibilní solární panely: typy, vlastnosti + možnosti připojení

Závěry a užitečné video k tématu

Podrobný, podrobný popis vakuové trubice, princip její činnosti a vlastnosti fungování solárního kolektoru jako celku. Autor hovoří o některých zajímavých nuancích a ukazuje, že instalace se může stát skutečnou alternativou plynového kotle.

Zajímavé informace o provozu solárního kolektoru v zimním období.

Jak správně nainstalovat vakuový solární kolektor vlastníma rukama doma. Všechny nuance procesu, doporučení a užitečné tipy.

Se znalostí základního principu fungování trubicového vakuového solárního kolektoru si můžete jednotku sestavit sami. Instalace bude plně přizpůsobena vašim individuálním požadavkům a potřebám.

Nejedná se o příliš obtížný úkol, ale vyžaduje zvýšenou pozornost, svědomitost a určité dovednosti, jinak se výrazně zvyšuje riziko poškození celistvosti baňky a porušení její těsnosti.

Zveme všechny, kteří mají zájem o výběr, instalaci nebo montáž solárního kolektoru, aby zanechali komentáře a položili otázky. Kontaktní formulář se nachází ve spodním bloku.