Распространенные типы вакуумированных трубок для солнечных коллекторов
Основные типы вакуумированных трубок (колб) применяемых в солнечных водонагревающих установках (СВНУ).
О вакуумированных трубках (вакуумных трубках)
Современная наука пока не знает лучшего теплоизолирующего материала, чем вакуум. Для сбора солнечной энергии была разработана стеклянная вакуумированная трубка, позволяющая максимально эффективно поглощать энергию и при этом терять её минимум. Трубки испытаны и используются в течение многих лет в Германии, Канаде, Китае и Великобритании, США. Есть несколько типов вакуумированных трубок, используемых в солнечной энергетике:
Вакуумная трубка тип 1 (Simple - простая)
Одна из самых распространенных и недорогих вакуумированных трубок для СВНУ. Используется в системах с открытым контуром или с низким давлением. В системах, где теплоносителем является вода, рекомендовано применение при продолжительных температурах не ниже -10°С. На основе данной трубки изготавливаются некоторые другие модификации.
Конструкция:
Трубка состоит из двух стеклянных колб разных диаметров вставленных друг в друга. Колбы изготовлены из прочнейшего боросиликатного стекла. Наружная прозрачная колба позволяет световым лучам проходить с минимальным отражением. Внутренняя колба покрыта специальными селективными покрытиями, которые отличаются превосходным поглощением солнечной радиации и минимальным отражением. В верхней части две колбы соединяются вместе, а воздух содержащийся в пространстве между двумя слоями стекла откачивается. В нижней части внутренняя колба удерживается от соприкосновения с наружной с помощью специального держателя, там же расположен геттер - газопоглотитель, вещество, поглощающее и прочно удерживающее остаточные газы (т.к. вакуум не идеальный). Проходящая через внешнюю колбу солнечная радиация поглощается внутренней колбой, разогревает её, но обратно тепло через вакуум не уходит. Эта конструкция похожа на обычный термос для чая, но с прозрачной внешней колбой.
Качество:
Сегодня практически все вакуумные трубки изготавливаются в Китае. Многие производители коллекторов из Германии, США и т.д. просто покупают трубки в Китае, а остальное делают сами. На рынке встречается две модификации трубок, отличающихся селективным покрытием. Внешне трубки можно отличить по оттенку (ALN/AIN-SS/CU более темные), а если взглянуть внутрь, то трубка с покрытием ALN/AIN-SS/CU будет светиться красным, а AL/N/AL голубым.
Характеристики трубок:
| Технические характеристики вакуумных труб | Glass simple vacuum tube, Al-N/Al | 3-Hi Solar Core Vacuum Tube, Al-N/SS/Cu | ||
| Структура | Цельностеклянная концентрическая трубка с двойными стенками | Цельностеклянная концентрическая трубка с двойными стенками | ||
| Качество стекла | Боросиликатное стекло 3.3 (Т-0.91) | Боросиликатное стекло 3.3 (Т-0.91) | ||
| Внешний диаметр трубки и толщина стенки | ф47±0.7 мм &=1.5 мм | ф47±0.7 мм &=1.5 мм | ||
| ф58±0.7 мм &=2 мм | ф58±0.7 мм &=2 мм | |||
| Внутренний диаметр трубки и толщина стенки | ф37±0.7 мм &=1.5 мм | ф37±0.7 мм &=1.5 мм | ||
| ф47±0.7 мм &=1.6 мм | ф47±0.7 мм &=1.6 мм | |||
| Длинна трубки | 1500 мм (±5 мм) | 1500 мм (±5 мм) | ||
| 1800 мм (±5 мм) | 1800 мм (±5 мм) | |||
| Площадь абсорбера | ф47±0.7 мм L=1500 мм | 0.0763 м2 | 0.0763 м2 | |
| ф58±0.7 мм L=1800 мм | 0.1231 м2 | 0.1231 м2 | ||
| Характеристики абсорбирующего покрытия | Тип покрытия | солнечное абсорбирующее покрытие типа Al-N/Al | многослойное (12 слоев) солнечное абсорбирующее покрытие типа ALN/AIN-SS/Cu | |
|
Метод покрытия улавливающего слоя |
прямое напыление | прямое напыление | ||
| Сбор тепла | >91% | >95% | ||
| Емиссия тепла | <8% (при 80°С) | <5% (при 80°С) | ||
| Качество вакуума | P < 3x10-3 PA | P < 3x10-3 PA | ||
| Температура стагнации | 200 М2°С/кВт | 250 М2°С/кВт | ||
| Мощность солнечного излучения для начала эффективного сбора тепла | 1.33 кВтч/м2 | 0.77 кВтч/м2 | ||
| Средний коэффициент потерь тепла | 0.8 Вт/(м2 °С) | 0.8 Вт/(м2 °С) | ||
| Устойчивость к граду | < 35 мм | < 35 мм | ||
| Устойчивость к перегреву | до 350°С | до 400°С | ||
| Устойчивость к замерзанию | до -50°С | до -50°С | ||
| Устойчивость к ветру | до 30 м/c | до 30 м/c | ||
| Вес | 2.29±0.18 кг | 2.29±0.18 кг | ||
| Время старта | не более 10 минут | не более 10 минут | ||
| Стартовая температура | 30°С | 30°С | ||
| Срок службы | более 15 лет | более 15 лет | ||
Область применения коллекторов на трубках типа 1:
На трубках типа 1 строятся безнапорные системы горячего водоснабжения в теплом или умеренном климате. Бак-теплоаккумулятор обычно располагается выше коллекторов с данными трубками, поэтому жидкость может циркулировать из-за естественной конвекции.
Достоинства: низкая цена, возможность построения систем без подключения к электричеству
Недостатки: при разрушении система теряет работоспособность, не работает под давлением, внутри большое количество теплоносителя, не работает при продолжительных низких температурах.
Вакуумная трубка U-pipe (с медными каналами)
Конструкция:
Разработана на основании трубки типа 1 для активных систем (с насосом) работающих под напором до 6кг/см2. Внутрь введена контактная пластина и медная трубка. Характеристики аналогичны трубке типа 1, а в связи с отсутствием воды в трубке коллектор может теоретически работать при температурах до -50С. Но, из-за высокой вязкости антифризов при экстремально низких температурах и высокого гидравлического сопротивления (диаметр медным трубок 5мм) коллектора, насос системы не справляется с запуском таких коллекторов до момента прогрева, что грозит локальным закипанием и сбросом антифриза. Поэтому не рекомендуется эксплуатация данного коллектора при температурах менее -25 градусов.
Область применения коллекторов на трубках U-pipe:
На трубках типа U-pipe строятся напорные системы активного типа (с насосом) отопления и горячего водоснабжения в теплом или умеренном климате. Бак-теплоаккумулятор может располагаться ниже коллекторов с данными трубками (в помещении).
Достоинства: работают при отрицательных температурах, в система
Недостатки: затрудненная транспортировка (только в сборе), затрудненная замена поврежденных трубок, плохо работают в суровом климате.
Вакуумная трубка Heat Pipe (с тепловой трубкой)
Конструкция:
Разработана на основании трубки типа 1 для напорных активных систем. Внутрь введена контактная пластина и теплопроводный стержень. Данная трубка устойчива к замораживанию и работоспособна без повреждений до -50°С. Внутри стержня находится небольшое количество антифриза при малом давлении, поэтому испарение жидкости начинается при достижении температуры внутри трубки +30°С. При меньшей температуре трубка "запирается" и дополнительно сохраняет тепло.
Область применения коллекторов на трубках Heat pipe:
В настоящее время получила наибольшее распространение в регионах с умеренным и суровым климатом для систем отопления и горячего водоснабжения. Работает в системах с пассивной и активной циркуляцией. Подходит для всесезонного применения во всех регионах России до 60-65 широты (выше просто недостаточно солнца).Универсальная,неприхотливая, надежная трубка.
Достоинства: удобство транспортировки, монтажа, обслуживания. Не нарушает работу системы при разрушении, работает при экстремально низких температурах.
Недостатки: Цена выше по сравнению с типом 1
Вакуумная трубка с теплопроводящим стержнем Super Heat Pipe
Улучшенная версия трубки Heat Pipe. Имеет больший диаметр (70 мм) и соответственно площадь поглощающей поверхности. Колба имеет одинарную стенку. Внутри колбы помещена плоская поглощающая пластина соединяющаяся с теплопроводящим стержнем. Схема работы теплопроводящего стержня аналогична трубкам Heat Pipe. Из-за большей площади поглощения и малой инерции время перехода в режим выделения тепла может быть всего 2 минуты.
Достоинство: высокая мощность
Недостатки: высокая стоимость (соотношение цена/мощность проигрывает трубке Heat Pipe), поглощение плоскостью, а не сферой.