Вакуумний чи плоский колектор?

Якщо ви зважилися на придбання та встановлення у себе геліосистеми, то перед вами неминуче постане дилема як вибрати найголовніший елемент сонячної установки - сонячний колектор.

На сьогоднішній день на ринку представлена величезна кількість сонячних колекторів від безлічі виробників різні за типом, конструкцією, ефективністю та вартістю. Вибрати найоптимальніший варіант може стати не простим завданням. У даній статті ми постараємося розібратися в особливостях підбору сонячного колектора для геліосистем, це дозволить вам зробити правильний вибір і відчути всі переваги використання сонячної енергії.

Сонячний колектор: сфера застосування

По-перше, слід визначитися, для яких цілей вам потрібен сонячний колектор. Зазвичай, геліосистема застосовується в побутовому секторі для:

·        гарячого водопостачання

·        підтримки опалення

·        підігріву води в басейні

Кожен варіант може використовуватися як самостійно, так і в поєднанні один з одним, а так само всі разом. Однак у комбінованих системах, повинна бути одна пріоритетна мета, на яку і слід орієнтуватися підбираючи сонячний колектор.

Основні типи сонячних колекторів

Після того як цілі використання визначені можна приступати до підбору типу сонячного колектора. Упевнений, що багато з вас чули про одвічну суперечку - вакуумний або плоский сонячний колектор. Насправді явного переможця в цій суперечці немає. Все залежить від цілей застосування сонячної системи, для кожного конкретного випадку більш відповідним може бути той чи інший варіант. Крім того, ми підемо далі і розширимо спектр вибору.

Як відомо, існує кілька основних типів вакуумних сонячних колекторів, які так само значно відрізняються між собою, тому будемо більш коректно розглядати кожен тип окремо. Для порівняння були обрані чотири основні типи вакуумних трубчастих колекторів і один плоский високоефективний:

·        Вакуумний трубчастий колектор з пір'яним абсорбером і прямоточним тепловим каналом

·        Вакуумний трубчастий сонячний колектор з пір'яним абсорбером з тепловою трубкою "heat pipe"

·        U-подібний прямоточний вакуумний колектор з коаксіальною колбою і відбивачем

·        Вакуумний трубчастий сонячний колектор з коаксіальної колбою і тепловою трубкою "heat pipe"

·        Плоский високоефективний сонячний колектор

Більшість аргументів за чи проти того чи іншого типу колектора зводяться до дуже абстрактних показників, таких як: «краще сприйняття сонячних променів», «відсутність тепловтрат», і т.д. Але оскільки у кожного сонячного колектора є абсолютно конкретні параметри ефективності, слід довіряти саме цими даними для розрахунку продуктивності сонячного колектора в кожному обраному випадку.

На графіку показана залежність коефіцієнта корисної дії від різниці температури між навколишнім повітрям і теплоносієм в сонячному колекторі за умови сонячного випромінювання рівного 1000 Вт / м². Для аналізу скористаємося середніми параметрами для кожного обраного типу сонячного колектора вказаного на зображенні.

Перша зона з мінімальною різницею температури характерна для режиму роботи сонячного колектора для нагріву води в басейні. Режим роботи геліосистеми у другій зоні є оптимальним для гарячого водопостачання в цілорічному режимі. Третя зона відповідає режиму роботи сонячних колекторів для потреб опалення, оскільки температура навколишнього повітря в опалювальний період найнижча. Четверта зона використовується для отримання високих температур, використовується в технологічних потребах. У побутовому секторі такий температурний режим роботи зустрічається вкрай рідко.

З графіка ми бачимо, що чим менше Δt, фактично це означає - чим нижче температура подачі теплоносія, тим вище ККД сонячного колектора. Саме тому для геліосистеми оптимальним є застосування низькотемпературних систем опалення таких як «теплі підлоги». Плоский колектор і вакуумні трубчасті колектори з плоским пір'яним абсорбером мають більш високу продуктивність при роботі на нагрів басейну та ГВП за рахунок оптичних властивостей, що сприяють кращому поглинанню сонячного світла. У свою чергу вакуумний сонячний колектор з коаксіальної колбою краще працює в опалювальний період завдяки кращій теплоізоляції.

Продуктивність сонячних колекторів

Наступна діаграма дозволяє оцінити середню продуктивність колекторів за рік і за опалювальний період (нижня частина стовпця).

Дані про кількість виробленої енергії отримані за допомогою розрахунку в програмі, що дозволяє змоделювати роботу сонячної системи за рік. У розрахунках використовуються усереднені дані по сонячному випромінюванню і погоду для міста Дніпропетровська. Розрахунки приведені до 1 м² апертурної площі кожного типу колектора.

Діаграма дозволяє оцінити максимальну ефективність при безперервній роботі сонячної системи під час усього року. На практиці такі умови практично неможливі і не завжди відображають реальну картину продуктивності сонячного колектора.

Для розрахунку реальної продуктивності скористаємося прикладом. Змоделюємо передбачуваний випадок застосування геліосистеми для потреб гарячого водопостачання в цілорічному режимі і підтримки системи опалення теплими підлогами з наступними параметрами :

·        площа опалення - 200 м²;

·        тепловтрати - сучасна споруда з високим рівнем теплоізоляції 50 Вт / м² площі;

·        місце розташування — Київ;

·        ГВС - 200 л на добу;

·        апертурная площа колекторів - 30 м²;

На графіку видно, що використовуючи сонячний колектор для опалення більш важливим є низькі теплові втрати. При цьому хороші оптичні характеристики дають приріст вироблення тепла в міжсезоння, коли середня температура повітря вища, але все ще необхідне опалення.

У підсумку отримуємо реальну продуктивність геліосистеми за рік.

Вартість сонячного колектора і отриманого тепла

Вартість сонячних колекторів може значно варіюватися і залежить від безлічі факторів: якість збірки, матеріал абсорбера і корпусу, товщина і спосіб укладання ізоляції, товщина скла і т.д. Щоб оцінити вартість отриманої теплової енергії від сонячних колекторів задамося середньою вартістю одного метра квадратного кожного типу сонячного колектора. Так само взявши за основу термін експлуатації 25 років і умови експлуатації описані в прикладі, можемо отримати значення вартості отриманого 1 кВт * год енергії.

Як бачимо з графіка, тепло отримане від прямоточного вакуумного колектора з пір'яним абсорбером є найбільш дорогим. А тепло отримане від плоского сонячного колектора найдешевше, відповідно плоскі колектори мають мінімальний термін окупності.

Вибираючи сонячний колектор, зверніть увагу на технічну інформацію

Дуже важливим фактором для вибору сонячного колектора є наявність повного технічного опису. Найбільш цікаві для нас будуть значення параметрів оптичного ККД (ŋ₀), коефіцієнти теплових втрат a₁ (k₁) і а₂ (k₂) і площа сонячного колектора (апертурная і загальна). Саме ці параметри дозволяють оцінити ефективність і розрахувати прогнозовану продуктивність сонячного колектора.

Якщо виробник або продавець з якихось причин не надає ці дані, то в результаті ми отримуємо "кота в мішку" і не зможемо оцінити енергетичний внесок геліосистеми, тому краще утриматися від покупки такого виробу. Наявність міжнародного сертифікату (наприклад, від швейцарської лабораторії SPF або Solar Keymark) вітається, проте не завжди нам продають колектор саме із заданими в даному документі параметрами. Особливо цим грішать азіатські виробники, тут вже ми нічого не зможемо перевірити, залишається тільки сподіватися на порядність компанії виробника або постачальника.