Geräte, die solarthermische Energie sammeln, werden als Solarkollektoren bezeichnet. Solarkollektoren können das wärmeleitende Material erwärmen. So unterscheiden sie sich von Sonnenkollektoren, die nur elektrische Energie erzeugen können. Aufgrund dieses Vorteils werden Vakuumkollektoren häufig für Raumheizungs- und Warmwasserversorgungssysteme eingesetzt. Es gibt zwei Arten von Solarkollektoren: Flach- und Vakuumkollektoren. Der Zweck dieses Artikels ist es, über Vakuumsolarkollektoren zu sprechen.
Arten von Vakuumröhren
Es gibt fünf Arten von Vakuumröhren für Solarkollektoren. Sie unterscheiden sich in interner Struktur und Gestaltung. Zusätzlich kann jeder von ihnen mit einem Metallabsorber (normalerweise Aluminiumabsorber) ergänzt werden, der in Form eines Rohrs in einem Glaskolben angeordnet ist.
Wichtig! Die meisten Hersteller füllen den unteren Spalt zwischen den Glaswänden mit Barium - es absorbiert Gasverunreinigungen und verbessert die Wärmedämmeigenschaften. Durch seine Abwesenheit kann der Wirkungsgrad des Kollektors um bis zu 15% verringert werden.
Thermosiphon (offen) Vakuumröhren
Diese Art von Solarkollektorrohr wird in Kollektoren mit einem externen Speichertank verwendet. Sie sind mit Wasser gefüllt und bilden mit dem Reservoir ein Volumen. Das erwärmte Wasser aus dem Kolben steigt in den Tank und das abgekühlte Wasser fällt ab.
Thermosiphon-Vakuumkollektoren werden in folgenden Fällen eingesetzt:
- Zum Anschluss an ein Warmwasserversorgungssystem;
- In Regionen mit hoher Sonneneinstrahlung während der kalten Jahreszeit;
- Für den saisonalen Gebrauch (Frühling, Sommer, Herbst).
Koaxialrohr (Heat Pipe)
Dies ist die häufigste Art von Vakuumröhre. Es enthält ein Kupferrohr in einem Glaskolben, der mit einer Flüssigkeit mit niedrigem Siedepunkt oder Niederdruckwasser gefüllt ist.
Beim Erhitzen beginnt die Flüssigkeit oder das Wasser zu kochen, der Dampf steigt auf und erwärmt sich gleichzeitig von den Kupferwänden. Oben tritt es in den Wärmetauscher ein - eine Erweiterung am Ende, bei der es Wärme durch die Wände an das Wasser abgibt, das um ihn herum zirkuliert.
Nach dem Abkühlen kondensiert der Dampf an den Wänden des Wärmetauschers und strömt nach unten. Der Zyklus wird erneut wiederholt.
Schematische innere Struktur eines Koaxialrohrs und eines Wärmetauschers.
Doppelkoaxialrohre
Das Funktionsprinzip eines solchen Kühlkörpers ist bis auf eine Ausnahme das gleiche wie beim vorherigen - zwei Kupferrohre mit Flüssigkeit sind an einen Wärmetauscher angeschlossen. Das Tandem-System ermöglicht eine effizientere Wärmeabfuhr, und dank der großen Kapazität und Wandfläche des Wärmetauschers können Sie das Wasser schnell erwärmen.
Bei Bedarf wird ein doppelter koaxialer Vakuumverteiler installiert:
- Sorgen Sie für eine kleine Erwärmung großer Wassermengen.
- An einem sonnigen Tag wird Wärmeenergie benötigt.
- Hohe durchschnittliche Sonneneinstrahlung;
- Es wird schnell Wasser durch das System gepumpt.
Federvakuumröhren
Sie haben einen zusätzlichen Wärmetauscher in ihrer Konstruktion, der eine effizientere Wärmeabfuhr von der Innenseite des Glaskolbens ermöglicht. Es besteht normalerweise aus zwei Längsplatten, die sich an den Seiten des Kupferkühlkörpers befinden.
Ansonsten ist das Funktionsprinzip genau das gleiche wie bei einem Koaxialrohr.
U-förmige Vakuumröhren (U-Typ)
Dieses System unterscheidet sich grundlegend von den vorherigen. Es werden zwei Leitungen verwendet - für kaltes und erwärmtes Wasser.
Ein Wärmetauscher in Form eines englischen Buchstabens U ist in einem Glaskolben installiert, durch den Wasser fließt.Aus der Leitung mit kaltem Wasser tritt es ein, erwärmt sich und kehrt mit erwärmtem Wasser zum Rohr zurück.
Der Vakuumröhrenverteiler vom U-Typ ist am effizientesten, die Installation ist jedoch schwierig. Während der Montage werden die Durchflussleitungen mit den Kupferrohren im Inneren des Glaskolbens verschweißt. Das Ergebnis ist ein einzelnes integrales System mit hoher Energieeffizienz, aber geringer Wartbarkeit.
Anbringen des Kolbens an einem U-förmigen Kupferrohr.
Stecker
Wenn es nicht möglich ist, fertige Stecker zu kaufen, müssen Sie diese selbst herstellen. Hierfür eignet sich jedes Polymer mit einem Schmelzpunkt über 150 Grad. Zum Beispiel Polyurethan.
Sie müssen einen Kreis mit einem solchen Durchmesser schneiden, dass er mühelos in den Kolben gelangt. Schneiden Sie in der Mitte ein Loch für das Kupferrohr. Es sollte auch mit geringem Aufwand eintreten. Die Dicke des Steckers sollte 5-10 mm betragen, dies ist ausreichend.
Die Oberseite des Steckers sollte einen größeren Durchmesser haben. So dass es den Einlass des Blocks, in dem das Kühlmittel zirkuliert, vollständig blockiert.
Vakuumverteilerrohrstopfen, Seitenansicht.
Vor- und Nachteile von Vakuumsammlern
Der Hauptvorteil der Geräte ist das nahezu vollständige Fehlen von Wärmeverlusten während des Betriebs. Dies wird durch eine Vakuumumgebung sichergestellt, die einer der hochwertigsten natürlichen Isolatoren ist. Aber die Liste der Vorteile endet nicht dort. Die Geräte haben andere ausgeprägte Vorteile, zum Beispiel:
- Arbeitseffizienz bei Niedertemperaturindikatoren (bis -30 ° C);
- Fähigkeit, Temperaturen bis zu 300 ° C zu akkumulieren;
- maximal mögliche Absorption von Wärmeenergie einschließlich des unsichtbaren Spektrums;
- Betriebsstabilität;
- geringe Anfälligkeit für aggressive atmosphärische Manifestationen;
- geringe Luftströmung aufgrund der Konstruktionsmerkmale von Rohrsystemen, die Luftmassen unterschiedlicher Dichte durch sich selbst leiten können;
- hohe Effizienz in Regionen mit gemäßigtem und kühlem Klima mit wenigen klaren und sonnigen Tagen;
- Haltbarkeit unterliegt den grundlegenden Betriebsregeln;
- Verfügbarkeit für Reparaturen und die Möglichkeit, nicht das gesamte System, sondern nur ein ausgefallenes Fragment zu ändern.
Zu den Nachteilen zählen die Unfähigkeit der Kollektoren, sich selbst von Frost, Eis, Schnee zu reinigen, und der hohe Preis für Komponenten, die für die Montage des Geräts zu Hause benötigt werden.
So platzieren Sie das Gerät richtig
Damit der Vakuumkollektor vollständig und effektiv arbeitet und den Wohnraum mit der erforderlichen Energie versorgt, muss er den erfolgreichsten Ort finden und das Gerät relativ zu den Teilen der Welt richtig ausrichten.
Für Siedlungen auf der Nordhalbkugel ist es wichtig, den Sammler im südlichen Teil des Daches des Hauses oder auf der Sonnenseite des Geländes zu platzieren. Es ist wünschenswert, eine minimale Abweichung für die Ebene der Vorrichtung bereitzustellen.
Wenn es keine Möglichkeit gibt, die Oberfläche nach Süden zu lenken, lohnt es sich, die leichteste Perspektive im offenen Raum zwischen West und Ost zu wählen.
Der Solarkomplex sollte nicht durch Schornsteine, dekorative Dachfragmente, sich ausbreitende Äste und hohe Wohn- oder technische Strukturen behindert werden. Dies verringert die Effizienz der Arbeit und verringert die Erwärmung der aktiven Elemente.
Wenn das Gerät richtig positioniert ist, liefert es unabhängig von der Jahreszeit das ganze Jahr über fast die gleiche Wärmeabgabe.
Wenn Sie nicht viel Erfahrung mit komplexen Reparatur-, Installations- und Installationsarbeiten haben, ist es irrational, die Röhren zu Hause abzusaugen. Dieser Prozess ist sehr mühsam und erfordert spezielle Kenntnisse und spezielle Ausrüstung.
Darüber hinaus weisen selbst hergestellte Vakuumelemente einen viel geringeren Wirkungsgrad auf als werkseitig hergestellte Teile. Daher ist es am sinnvollsten, Produkte von einem spezialisierten Hersteller zu kaufen und dann zu versuchen, mehrere Abschnitte zu Hause zusammenzubauen.
Sorten von Sonnenkollektoren
Die Sonnensysteme werden nach den Konstruktionsmerkmalen der Röhren und der Art des als Empfänger verwendeten Wärmekanals klassifiziert:
1. Das Koaxialmodell eines Vakuumsolarkollektors zum Heizen eines Hauses ist ein Doppelkolben aus Glas, in dessen Hohlraum Luft evakuiert wird. Die Oberfläche ist mit einer absorbierenden Beschichtung beschichtet, so dass die Energie vom Rohr selbst übertragen wird.
2. Die Federstruktur ist einwandig, der Hohlraum befindet sich hier im Raum des Wärmekanals, von dem ein Teil zusammen mit dem Speicher in den Kolben integriert ist.
4. In Systemen mit Zwangsumwälzung ist eine Pumpe mit geringer Leistung installiert, um die Bewegung des Trägers zu erleichtern. Gleichzeitig ist der Stromverbrauch viel geringer als der Energieverbrauch für die Beheizung eines Privathauses.
5. Es gibt auch einen Unterschied in der Anzahl der Schaltkreise. In den einfachsten Kollektoren wird Heizwasser erwärmt und aus dem Speichertank verbraucht.
6. Komplexere bestehen aus einer Vakuumröhre und Flüssigkeitsprobenelementen. Das Gerät enthält ein Frostschutzmittel und ungiftige Medien mit Korrosionsschutz- und Schaumschutzadditiven. Diese Methode schützt die Geräte zuverlässig vor Salzen und Zunder und trägt zu einem längeren Betrieb während des Erhitzens bei.
Übersicht der Modelle und ihrer Eigenschaften
Derzeit ist China führend in der Herstellung von Solarkollektoren. Nach den Bewertungen der Eigentümer von Privathäusern liefern inländische Hersteller auch Geräte mit guten Eigenschaften zum Verkauf. Europäische Geräte sind recht teuer, aber im Laufe der Zeit sind die Kosten für den Kauf und die Installation von Geräten völlig gerechtfertigt. Die bekanntesten Unternehmen stellen folgende Sammler her:
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Die Sammler Dacha und Universal sind die bekanntesten Geräte eines einheimischen Herstellers. Der SCH-18 ist mit Kondensattemperaturen bis 250 ° C hocheffizient. Die Kolben bestehen aus rotem Kupfer, der Wärmeträger ist flüssig. Die Abwesenheit von Wasser im Vakuum gewährleistet die Frostbeständigkeit. Robustes Gehäuse mit guter Windbeständigkeit. Die Rohrleitung ist durch einen Polyurethanverteiler geschützt. Gummi-Staubschutzdichtungen halten Staub und Niederschlag fern.
Sie arbeiten effektiv bei Temperaturen bis zu -35 ° C, die Art der Funktionalität ist ein Drucksystem zum Heizen. Es gibt eine Steuerung zur Steuerung der Heizung, die Größe der Rohre beträgt 1800 mm, das Volumen des Tanks beträgt 135-300 Liter, die Leistung des Heizelements beträgt 1,5-2 kW. Die Verteiler werden gemäß internationalen Zertifizierungen hergestellt, was ihre Sicherheit und Zuverlässigkeit gewährleistet.
Wie ist der Kollektor eines Vakuumtyps?
Moderne Vakuumgeräte, die Räume durch Sonnenenergie mit Wärme und Warmwasser versorgen, unterscheiden sich technologisch etwas und sind in folgende Typen unterteilt:
- Rohr ohne Glasschutzbeschichtung;
- Modul mit reduzierter Konvertierung;
- Standard flache Version;
- Gerät mit transparenter Wärmedämmung;
- Lufteinheit;
- flacher Vakuumverteiler.
Sie alle haben eine gemeinsame konstruktive Ähnlichkeit, daher bestehen sie aus:
- ein äußeres transparentes Rohr, aus dem die Luft vollständig abgepumpt wird;
- ein beheiztes Rohr, das sich in einem großen Rohr befindet, in dem sich ein flüssiger oder gasförmiger Wärmeträger bewegt;
- ein oder zwei vorgefertigte Verteiler, an die Rohre eines größeren Kalibers angeschlossen werden und der Zirkulationskreislauf der darin befindlichen dünnen Rohre eintritt.
Die gesamte Struktur erinnert etwas an eine Thermoskanne mit transparenten Wänden, in der ein beispiellos hohes Maß an Wärmedämmung erhalten bleibt. Dank dieser Funktion erhält der Körper des Innenrohrs die Fähigkeit, sich qualitativ aufzuwärmen und dem darin zirkulierenden Kühlmittel die Energieressource vollständig zuzuführen.
Was ist ein Kollektor und der Zweck von Solarkollektoren
Ein Solarkollektor ist ein Gerät, das Strahlungsenergie sammelt und die gespeicherte Wärme dann an die Verbraucher überträgt. In der Praxis wird ein anderer Begriff verwendet - Solarkollektor.
Die Verwendung von Solaranlagen (Solaranlagen) ist nach Bezeichnung unterteilt:
- Solarkonzentratoren sind Geräte, die Sonnenenergie in einem engen Strom sammeln. Sie werden zum Schmelzen von Metall verwendet. Am Institut NPO "Physics-Sun" (Taschkent) wurden Schmelzöfen entwickelt und hergestellt, in denen Temperaturen von mehr als 5000 ... 5500 ° C erreicht wurden;
- Sonnenkollektoren - Geräte zur Umwandlung von Sonnenstrahlung in elektrische Energie;
- Solarentsalzungsanlagen - Maschinen zur Gewinnung von Süßwasser aus Wasser mit einem hohen Gehalt an Mineralsalzen;
- Solartrocknungsanlagen - Wärmegeräte, bei denen Gemüse und Obst mit der Energie der Sonne Feuchtigkeit entzogen wird;
- Solarheizungen (Solarluftkollektor) - Anlagen zur Übertragung des Wärmeflusses von Infrarotstrahlung auf Wärmeträger.
Sorten von Vakuumsammlern
Sorten von Vakuumsammlern
Bei der Konstruktion der Kollektoren werden zwei Arten von Glasröhren verwendet:
- koaxial;
- Feder.
Schauen wir uns jeden einzelnen genauer an.
Koaxialrohr
Es ist eine Art Thermoskanne, die aus einem Doppelkolben besteht. Der äußere Kolben ist mit einer speziellen wärmeabsorbierenden Substanz beschichtet. Zwischen den beiden Rohren wird ein Vakuum erzeugt. Dadurch konnte sichergestellt werden, dass die Wärme während des Betriebs direkt von den Glaskolben übertragen wird.
In jedem Rohr befindet sich noch eines - Kupfer (es ist mit einer ätherischen Flüssigkeit gefüllt). Wenn die Temperatur steigt, verdampft diese Flüssigkeit, überträgt die gespeicherte Wärme und fließt als Kondensation zurück. Dann wiederholt sich der Zyklus immer wieder.
Federrohr
Diese Art von Rohr besteht aus einer einwandigen Glühbirne. Übrigens übertreffen sie ihre koaxialen Gegenstücke in der Wandstärke deutlich. Das Kupferrohr ist mit einer speziellen Wellplatte verstärkt, die mit einer feuchtigkeitsabsorbierenden Substanz behandelt ist. Es stellt sich heraus, dass in diesem Fall Luft aus dem gesamten Wärmekanal abgepumpt wird.
Solche Kanäle sind übrigens auch anders:
- Direktfluss;
- Hit Pipe.
Kanäle vom Typ "Hit Pipe"
Wärmeübertragung in einem Vakuumsolarkollektor Typ "Heat Pipe"
Ihr anderer Name ist Heatpipes. Sie arbeiten wie folgt: Wenn die Temperatur steigt, steigt die ätherische Flüssigkeit in geschlossenen Rohren den Kanal hinauf und kondensiert dort in einem speziell ausgestatteten Wärmekollektor. In letzterem überträgt die Flüssigkeit Wärmeenergie und steigt das Rohr hinunter. Vom Wärmekollektor wird die Wärme unter Verwendung eines zirkulierenden Wärmeträgers weiter in das System übertragen.
Koaxiales Vakuumrohr-Wärmerohr mit 2-Rohr-Verteiler
Es ist charakteristisch, dass Metallrohre hier nicht nur Kupfer, sondern auch Aluminium sein können.
Direktflusskanäle
In jedem dieser Kanäle in der Glasröhre befinden sich zwei Metallrohre gleichzeitig. Bei einem von ihnen tritt die Flüssigkeit in den Kolben ein, erwärmt sich dort und tritt durch den zweiten aus.
Mit eigenen Händen einen Vakuumverteiler herstellen
Wichtig! Es ist äußerst schwierig, einen Solarkollektor mit eigenen Händen eines Vakuumtyps herzustellen. Die Kosten können sehr hoch sein.
Sie können einen Vakuumsolarkollektor mit Ihren eigenen Händen herstellen. Sie müssen Glasröhren für die Milchindustrie oder Melkmaschinen kaufen.Sie werden zusammen mit speziellen Gummimanschetten realisiert, mit deren Hilfe sie in verschiedenen Schaltplänen montiert werden können.
In den Glasrohren müssen Sie schwarz lackierte Stahl- oder Kupferrohre platzieren. Das Schweißen oder Löten muss zusätzlich mit wärmeisolierenden Bändern geschützt werden, die beispielsweise aus Polyethylenschaum geschnitten sind.
Bei der Herstellung eines Solarkollektors vom Vakuumtyp muss Luft aus Glasrohren abgepumpt werden. Die Luft wird mit einer Vakuumpumpe evakuiert. Hier benötigen Sie eine spezielle Armatur, die unmittelbar nach dem Trennen der Saugleitung von der Vakuumpumpe dicht schließt. Moderne Plattenvorrichtungen ermöglichen es, ein Vakuum von bis zu 25 ... 30% des anfänglichen atmosphärischen Wertes zu erhalten.
Bevor Sie mit der Arbeit beginnen, sollten Sie Ihre Stärken bewerten. Solche Geräte sind in der Herstellung ziemlich teuer. Hier werden nicht nur teure Werkzeuge und Geräte benötigt. Sie benötigen auch die Fähigkeit, Arbeiten mit Vakuuminstallationen durchzuführen.
Sie können die Installation aus vorgefertigten Elementen zusammenbauen:
- Ein Rahmen ist für die Installation vorgesehen.
- Richten Sie es relativ zu den Kardinalpunkten aus.
- Kaufen Sie Koaxialrohre mit Wärmetauschern.
- Die Installation der Zu- und Abflussleitungen erfolgt.
- Vakuumröhren werden installiert und an die Hauptleitungen angeschlossen.
- Führen Sie Arbeiten zur Wärmedämmung aller Verbindungspunkte von Kolben und Rohrleitungen durch.
Vorteile und Nachteile
Solare Vakuumkollektoren haben im Vergleich zu flachen weniger Wärmeverluste. Der Einsatz der Vakuum-Nanotechnologie bei der Herstellung von Kollektoren hat es ermöglicht, einen hohen Wirkungsgrad und eine hohe Zuverlässigkeit von Solarsystemen zu erreichen.
Betrachten wir die Hauptvorteile der Verwendung von Vakuumkollektoren:
- Performance. In den Kollektorrohren befindet sich ein Vakuum - ein idealer Wärmeisolator, mit dem Sie auch im Herbst-Winter-Zeitraum ein optimales Wärmelevel aufrechterhalten können. Indem der Wirkungsgrad auf einem hohen Niveau gehalten wird, ist die Produktivität des Vakuumkollektors 40% höher als die des Flachkollektors.
- Verlässlichkeit. Die Lebensdauer von Vakuumsammlern beträgt ca. 30 Jahre. Ihre Haltbarkeit und störungsfreie Bedienung sind auf moderne, langlebige Materialien zurückzuführen. Die Vakuumröhren enthalten hochwertiges Kupfer. Das äußere Gehäuse der Rohre besteht aus Borosilikatglas, das hohen Belastungen standhält. Die Verwendung von Vakuumsammlern ist besonders wichtig für Klimazonen, in denen Böen, Hurrikane und Hagel keine Seltenheit sind.
- Solarenergieeffizienz. Die zylindrische Form des Absorbers des Vakuumkollektors erfasst und speichert sogar die gestreute Sonnenenergie, die der Flachkorrektor nicht umwandeln kann. Von einem Quadratmeter Absorber einer Vakuumsolaranlage kann 40% mehr Sonnenenergie zurückgehalten werden als von einem ähnlichen Bereich einer flachen Solaranlage. Durch die Rundheit der Röhren können Sie vom frühen Morgen bis zum späten Abend bis zu 97% der Sonnenenergie erhalten.
- Benutzerfreundlichkeit. Wenn die Vakuumröhre beschädigt ist, wird sie ersetzt, ohne das System anzuhalten (die zirkulierende Flüssigkeit muss nicht abgelassen werden). Wenn es an Wärme mangelt, können Sie mehrere Röhrchen hinzufügen, und wenn es einen Überschuss gibt, können Sie es vorübergehend entfernen. Nach dem Reinigen des Vakuumverteilers von Schnee oder Eis wird er schnell betriebsbereit. Die Kollektoroberfläche weist aufgrund der dünnen Glasbeschichtung eine geringe thermische Trägheit auf.
- Desinfektion von Wasser. Die Temperatur der Wassererwärmung während des Betriebs des Sonnensystems erreicht ein hohes Niveau, wodurch die Desinfektion sichergestellt und die Vermehrung pathogener Organismen verhindert wird.
- Erleichterte Installation. Bei der Installation von Vakuumkollektoren gibt es keine besonderen Schwierigkeiten. Die Hauptsache ist, dass der Kollektor in einem Winkel positioniert wird, damit die Flüssigkeit in den Rohren abfließen kann.
Die Nachteile der Solarheizung werden bei niedrigen Temperaturen und nachts auf einen extrem niedrigen Wirkungsgrad reduziert. Daher stellt sich die Frage, dass dieses Heizsystem nicht das einzige im Haus sein kann. Außerdem sind Vakuumsolarkollektoren teurer als flache.
Vakuumsolaranlagen werden in der Bevölkerung und in großen Unternehmen immer beliebter. Wenn früher viele vom Preis der Ausgabe abgeschreckt wurden, sind heute die Ausrüstungskosten leicht gesunken und die Funktionalität wurde verbessert und modifiziert.
Das Funktionsprinzip der SKE-Vakuumröhre.
Der Schlüssel zum Sonnensystem ist die Glasvakuumröhre. Jede Vakuumröhre besteht aus zwei Glaskolben.
Der Außenkolben besteht aus extrem zähem Borosilikatglas, das dem Aufprall von Hagelkörnern mit einer Geschwindigkeit von 18 m / s standhält und einen Durchmesser von bis zu 35 mm hat.
Der innere Kolben besteht ebenfalls aus Borosilikatglas und ist mit einer speziellen dreischichtigen Beschichtung bedeckt, wobei sich die ALN / AIN-SS / CU-absorbierenden Schichten allmählich ändern. Durch den Einsatz neuer Technologien werden ein hoher Absorptionskoeffizient und ein geringes Schlagvermögen erreicht, wodurch bei direkter Sonneneinstrahlung + 380 ° С in der Mitte der Röhre erreicht werden können, ohne das Produkt selbst zu beschädigen.
Luft wird zwischen den beiden Glaskolben abgepumpt, um ein Vakuum zu erzeugen, das eine umgekehrte Wärmeleitung und einen konvektiven Wärmeverlust verhindert. In der Mitte des Glaskolbens befindet sich ein abgedichtetes Wärmerohr (HEAT PIPE) aus reinem rotem Kupfer, in dessen Mitte sich eine niedrigsiedende und verdampfende Flüssigkeit befindet, die die Funktion der Wärmeübertragung auf das Kühlmittel übernimmt. Die folgende Abbildung zeigt, wie die Vakuumröhre funktioniert.
Die Hauptintensität der Sonnenstrahlung unter terrestrischen Bedingungen liegt im Spektralbereich von 0,28 um bis 3 um. Borosilikatglas überträgt Sonnenstrahlungswellen im Bereich von 0,4 Mikrometer bis 2,7 Mikrometer. Durch den äußeren transparenten Kolben dringt Energie in den zweiten Kolben ein, auf den eine hochselektive opake Absorberschicht aufgebracht wird.
Durch die Absorption von Licht durch den Absorber und dessen anschließende Emission steigt die Wellenlänge auf 11 μm. Glas ist eine undurchdringliche Barriere gegen elektromagnetische Wellen dieser Länge. Sonnenenergie wird am Absorber eingeschlossen. Der Absorber absorbiert Sonnenstrahlung und kann sich auch ohne externe Glühlampe auf eine Temperatur von + 80 ° C erwärmen. Der auf eine solche Temperatur erhitzte Absorber gibt Wärmeenergie ab, die durch den Körper des zweiten Kolbens in das HEAT PIPE übertragen wird. Aufgrund des Auftretens des Treibhauseffekts, der auf der unter dem Glas angesammelten Energie basiert, steigt die Temperatur in der Mitte des zweiten Kolbens auf + 180 ° C. Diese Wärme erwärmt eine niedrigsiedende und verdampfende Flüssigkeit, die bei + 25 ° C - + 30 ° C in Dampf aufsteigt und aufsteigt und Wärme auf den Arbeitsteil des HEAT PIPE überträgt, wo der Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel stattfindet. Die Wärmeabgabe zwingt den Dampf dazu, zu kondensieren und zum Boden des HEIZROHRES zu fließen, und der Zyklus wiederholt sich erneut.
Der hohe Wärmeübergangskoeffizient einer leicht kochenden und verdampfenden Flüssigkeit, ihre unbedeutende Menge und die relativ kleinen Abmessungen von HEAT PIPE sorgen für eine effektive Wärmeleitfähigkeit. HEAT PIPE funktioniert wie eine Thermodiode. Die Wärmeleitfähigkeit ist in einer Richtung (oben) sehr hoch und in der entgegengesetzten Richtung (unten) niedrig.
Um ein Vakuum zwischen den beiden Glaskolben aufrechtzuerhalten, wird eine Bariumschicht auf das untere Innere des Kolbens aufgebracht. Es absorbiert aktiv CO, CO, N, O, HO und H während der Lagerung und des Betriebs des Rohrs. Die Bariumschicht liefert auch eine klare visuelle Anzeige des Vakuumstatus. Weiße Farbe bedeutet, dass die Vakuumbedingungen verletzt werden.
Die ideale Kombination von Vakuum- und Heizkupferrohren bietet gegenüber Flachkollektoren folgende Vorteile:
Hoher thermischer Wirkungsgrad.Dank moderner Wärmeübertragungsmethoden hochwertige absorbierende Beschichtung.
Ein breites Spektrum an Arbeiten: Aufgrund seiner geringen Wärmekapazität kann es in hohen Wolken (im Infrarotbereich der Strahlen, die durch die Wolken gehen) arbeiten.
Jede Röhre arbeitet unabhängig voneinander. Da das Frostschutzmittel nicht in die Mitte des Rohrs fließt und sein Zugang durch den Wärmetauscher begrenzt ist, arbeitet der Kollektor im Falle einer physischen Beschädigung weiter.
Weniger Kollektorgewicht bei besserer Kollektoreffizienz.
Bessere Arbeitseffizienz im Winter dank Vakuum. Das Rohr hält Frost bei -50 ° C stand.
Wie Vakuumröhren funktionieren
Die Funktion der evakuierten Sonnenkollektorrohre besteht darin, Sonnenstrahlung zu absorbieren und zu verhindern, dass sie in die Umwelt entweicht. Wärmeenergie kann den Arbeitsteil des Vakuumsolarkollektors auf zwei Arten verlassen - aufgrund der direkten Wärmeübertragung und in Form von Infrarotstrahlung.
Der Hohlraum zwischen den Glaswänden schließt die mögliche direkte Wärmeübertragung im Vakuum praktisch vollständig aus, es gibt keine Stoffmoleküle, die die Übertragung durchführen könnten.
Die selektive Beschichtung (Absorptionsmittel) absorbiert Sonnenenergie und verhindert, dass diese entweicht. Es gibt verschiedene Arten solcher Beschichtungen, die sich in Absorption und Emissionsgrad unterscheiden.
Ein Teil der Sonnenstrahlung wird von Glas reflektiert, ist aber unbedeutend - sichtbares Licht macht nur einen Teil des absorbierten Spektrums aus. Hochwertige Kollektoren bestehen aus hochfestem Borosilikatglas, das gegen mechanische Beschädigungen beständig ist.
Borosilikatglas ist schwer zu kratzen oder zu mattieren und hält Jahrzehnte, ohne den Durchsatz zu verändern.
Wie man wählt / finanziert
Wie am Anfang des Artikels erwähnt, ist es umso besser, je mehr Rohre sich im Vakuumverteiler befinden und je dicker sie sind. Der Kollektor sollte entsprechend der Größe des beheizten Bereichs ausgewählt werden.
Modelle mit 10 Rohren und einem Kollektordurchmesser von 850 mm können 2-3 Räume vollständig heizen. Der Durchschnittspreis eines solchen Modells liegt bei 12.000 Rubel.
Für mittelgroße Privathäuser lohnt es sich, ein Modell mit 20-25 Rohren und einer Kollektorbreite von bis zu 2000 mm zu wählen. Durchschnittspreis - ab 20.000 Rubel.
Für größere Häuser kann ein 30-Rohr-Modell mit einem Durchmesser von 2.500 mm erworben werden. Der Preis für solche Geräte beginnt bei 22.000 Rubel.
Es ist zu beachten, dass zusätzliche Komponenten ebenfalls eine breite Preisspanne aufweisen und sich im Preis erheblich unterscheiden können. Zum Beispiel erreicht der Preis des teuersten Speichertanks mit zwei Wärmetauschern 125.000 Rubel.
Im Durchschnitt machen sich Vakuumsolarkollektoren innerhalb von 2-5 Jahren bezahlt.
Flachkollektoren
Ein flacher Solarkollektor erwärmt den Wärmeträger mit einem Plattenabsorber. Es ist ganz einfach angeordnet. Tatsächlich handelt es sich um eine Platte aus wärmeabsorbierendem Metall, die oben mit einer speziellen Farbe schwarz lackiert ist. Ein Serpentinenrohr ist fest mit der Unterseite der Platte verbunden (geschweißt), durch die die Flüssigkeit zirkuliert.
Selektive schwarze Tinte sorgt für maximale Absorption von Sonnenlicht bei nahezu null Reflexion. Die absorbierten Strahlen erwärmen das Kühlmittel unter dem Absorber, das wiederum weiter in das System eingespeist wird. Um den Wärmeverlust zu minimieren, ist der Absorber vom Kollektorkörper und gehärtetem Glas nahezu frei von Eisenoxiden isoliert. Es ist über dem Absorber installiert und dient als obere Abdeckung des Gehäuses. Darüber hinaus können Sie durch die Verwendung eines solchen Glases eine Art "Treibhauseffekt" erzeugen, der die Erwärmung des Absorbers und damit die Temperatur des Kühlmittels weiter erhöht.
Wie ein Solarkollektor funktioniert
Sonnenstrahlung hat neben sichtbarem Licht auch ein unsichtbares Infrarotspektrum. Er überträgt Wärmeenergie.Auf der Grundlage von Untersuchungen wurde festgestellt, dass in einer gemäßigten Klimazone die Intensität der Wärmestrahlung am Mittag mehr als 5 kW / m2 erreicht. In Abb. 1 zeigt die Abhängigkeit der gesamten Sonneneinstrahlung für 48 ° nördlicher Breite.
Feige. 1 Totale Sonneneinstrahlung für verschiedene Perioden der gemäßigten Zone Europas
Denkanstöße! Wärmestrahlung ist unterteilt in: direkt und diffus. Daher ist auch an einem wolkigen Tag der Zustrom von Sonnenwärme zu spüren. Aus der dargestellten Abbildung ist ersichtlich, dass die Menge der einströmenden Wärme in den Sommer- und Winterperioden signifikante Unterschiede aufweist. Daher wird beim Entwurf von Geräten die mögliche Effizienz in Bezug auf die Kosten berücksichtigt.
Das schematische Diagramm des Solarkollektors ist in Abb. 1 dargestellt. 2. Sonnenstrahlung tritt durch einen durchscheinenden Zaun in den Kollektor ein. Die Wärme wird auf der schwarz lackierten Empfangsplatte absorbiert. Infolgedessen erwärmt sich der schwarze Körper. Der anschließende Wärmeübertragungsprozess erfolgt durch Konvektion. Die Wärme wird von der beheizten Wand auf den Flüssigkeitsstrom (Gas) übertragen, der sich durch die Rohrleitungen bewegt. Das sich bewegende Medium erwärmt sich.
Beachtung! Um Wärmeverluste zu vermeiden, ist der Kollektorzaun wärmeisoliert. Da die im Inneren empfangene Wärme zur Erwärmung des Flusses verwendet wird, ist die Intensität der reflektierten Strahlung von der Platte, die die Strahlung empfängt, gering.
