Известно, что в солнечный день на каждый квадратный метр поверхности, установленный перпендикулярно солнечным лучам, падает от 600 до 1000 Ватт солнечной тепловой энергии (в зависимости от состояния атмосферы).

Возьмем среднюю цифру в 900 Вт/м2.     Солнечный коллектор "Сокол" имеет площадь в 2 кв.м. Сторона, обращенная к солнцу, покрыта специальным светопоглащющим слоем и имеет практически 95%-е поглощение тепла. Обратная (теневая сторона) имеет утепление 5 см минеральной ваты. Подсчитаем потери тепла, происходящие на теневой стороне. Коэффициент теплопередачи минеральной ваты равен 0,035 Вт/м*град. С учетом толщины и перепада температуры например в 50 градусов, получим потери равные 0,035/0,05 * 50 = 35 Вт. Примерно столько же будут излучать и торцы солнечного коллектора, трубы и пр. Из-за специального селективного покрытия и правильно подобранного расстояния между стеклом и абсорбером излучение тепла и конвекция воздуха будут минимальны. Итого примем теплопотери двухметрового солнечного коллектора равными 100 Вт.

Атмосфера не всегда бывает прозрачной, а коллектор не всегда идеально чистым. Поэтому для расчета будет брать поток энергии равным 800 Вт/м2, вычитаем теплопотери и получаем величину 700Вт/м2. При наличии автоматики, плоские солнечные коллекторы начинают работать при температурах, превышающих на несколько градусов температуру нагревамой жидкости. Это особо актуально для нагрева бассейнов и холодных жидкостей.

Конструкция солнечного коллектора с вакуумной трубкой

Cтеклянные вакуумные трубки по конструкции являются термосами – одна трубка расположена в другой, между ними вакуум. В более усовершенственные модели вакуумных стеклянных трубок, вставляеются термотрубки, соеденные со стеклянные трубками тонкими листами металла.

Термотрубка – это закрытая медная труба с небольшим содержанием "легкокипящей жидкости". В качестве "легкокипящей жидкости" используется обычная вода под низким давлением. Под воздействием тепла жидкость испаряется при температуре 30°С и забирает тепло вакуумной трубки. Пары поднимаются в верхнюю часть – головку, где конденсируются и передают тепло теплоносителю основного контура водопотребления или незамерзающей жидкости нагреваемого контура. Конденсат стекает вниз, и все повторяется снова. Но дальнейшем повышении температуры плотность пара будет расти, а плотность воды будет падать. В критической точке плотность станет одинаковой, и процесс конденсации и испарения прекратиться, тепло солнца будет передаваться только за счет стенки медного стержня. Приемник солнечного коллектора медный с изоляцией, закрыт нержавеющим листом. Передача тепла происходит через медную „гильзу“ приемника.

 

РЕАЛЬНЫЙ КПД вакуумного солнечного коллектора

    Эффективность вакуумного солнечного коллектора складывается из потерь на отражение и поглащение двойнного стекла и теплопотерь связанных с излучением тепла поглощающим слоем. Также неэффективность получается из-за того, что солнцем нагревается повержность внутренней стеклянной колбы, от которой тепло передается через стекло(нелучший проводник) тонким металличиским пластинам. В свою очередь, данные пластины нагревают уже тепловую трубку.

 

Падение и отражение света от вакуумных трубок

Благодаря цилиндрической форме трубок солнечные лучи падают на постоянную поверхность перпендикулярно к оси трубки, но при этом все остальные лучи, НЕперпендикулярные оси трубки будут отражаться. Отражение по углу относительно плоскостей осей трубок (в доль трубок) будет такое же как и у пплоских.

 

Апертура плоского и вакуумного солнечного водонагревателя

Отношение апертуры (рабочей поверхности) к общей площаде солнечного коллектора у вакуумного водонагревателя в два раза меньше, чем у плоского солнечного коллектора.

 

 
Общий КПД солнечного колектора различной конструкции в зависимости от разницы температуры коллектора и окружающе среды