ТЕХНОЛОГИЯ

Наиболее мощным источником энергии для человечества является Солнце, которое будет светить еще как минимум 3-4 миллиарда лет. Годовое количество солнечной энергии почти в 15 тысяч раз превышает потребности населения нашей планеты, однако только незначительная ее часть используется на хозяйственные нужды.

Для преобразования солнечной энергии в тепловую служат гелиосистемы.
Самый примитивный гелиоколлектор который используется с незапамятных времен— окрашенная в черный цвет бочка для летнего душа.

Плоский солнечный коллектор- первый из промышленных гелиосистем. Он представляет собой хорошо изолированный короб, в котором находится светопоглощающая панель, по которой течет теплоноситель, передавая полученное тепло воде.

Плоские гелиоколлекторы широко эксплуатируются, успешно выполняя задачу снабжения коттеджа горячей водой. Система автономна, к тому же недорога. В наших климатических условиях она прекрасно подходит для домов сезонного проживания, например, дач или садовых домиков.

Благодаря современным высокоселективным покрытиям среднее КПД плоских гелиоколлекторов достигает 50%, хотя у более старых моделей из-за значительных теплопотерь оно ниже — 20 – 40. Эффективность работы оборудования падает при облачной погоде, а при температуре воздуха HИЖЕ -5°С теплопотери настолько высоки, что в его функционировании нет смысла. К тому же даже в солнечные дни при восходе и заходе солнца лучи не попадают на плоскость такого гелиоколлектора, поэтому он практически бездействует.

После того как британской компанией Thermomax впервые был разработан вакуумный солнечный коллектор, в этой сфере был достигнут новый качественный уровень. Это открытие сделало технически возможным выпуск солнечных батарей с особо высокими эксплуатационными характеристиками. В результате того, что солнечную батарею поместили в вакуум, разработчикам удалось сделать так, чтобы собирать с ее помощью максимум энергии и чтобы при этом она не была потеряна.

Во всех наиболее эффективных трубчатых 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.

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 показывает превосходные результаты 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.

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 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.


Leave a Reply