Солнечная энергия.
Солнечная энергия – самая чистая и неиссякаемая энергия из всех известных человечеству. Солнечное тепло, излучение и свет – то без чего не может существовать жизнь на Земле. Солнце предоставляет бесконечное количество возобновляемой энергии, которую мы можем использовать и транспортировать в тепло или электричество – два важнейших аспекта жизнедеятельности современного общества. Благодаря энергии Солнца можно полностью отказаться от использования ископаемых видов топлива и таким образом улучшить экологическую ситуацию на планете.
Ископаемые виды топлива, такие как нефть, природный газ и уголь помогают человечеству совершать революции в техногенном мире. Не смотря на то, что процесс преобразования углеродосодержащих пород в тепловую, электрическую или механическую энергию помогают нам комфортно жить, происходят катастрофические изменения в экологии нашей планеты. По мере использования, а именно сжигания, таких природных ресурсов в атмосферу выделяется большое количество углекислого газа (СО2). Увеличение уровня СО2 в атмосфере делает Землю похожей на солнечный коллектор: поверхность планеты играет роль адсорбера, а углекислый газ выполняет роль теплоизолятора. Таким образом, происходит постепенное повышение температуры атмосферы Земли, так званое глобальное потепление.


На сколько мы можем уменьшить выброс СО2?
Используя возобновляемые источники энергии, такие как солнечные электро- и водогрейные панели, ветряные и гидроэлектростанции, тепловые насосы, мы можем существенно снизить использование ископаемых видов топлива и, соответственно, снизить выброс углекислого газа.
В среднем при выработке 1 кВт/час электроэнергии с помощью ископаемого топлива выделяется 0,537 кг углекислого газа, а для получения 1 кВт/час тепловой энергии – 0,185 кг СО2. Солнечные коллектора могут обеспечить от 60% до 80% потребностей горячей воды и сократить выброс СО2 более чем на 20%. Таким образом один вакуумный солнечный коллектор Apricus способен уменьшить за год выброс углекислого газа на 1500 кг, что окажет положительное воздействие на экологию.

защита окружающей среды
Такое воздействие сравнимо с высадкой 650 деревьев или уменьшением сжигания топлива одним автомобилем на расстоянии 11 тыс. км.

Нагрев воды.
Одним из важнейших факторов, влияющих на комфорт жизни, является тепло. Тепло нужно нам как для отопления наших квартир и домов, так и для нагрева воды бытового назначения.
Для этих целей зачастую используются ископаемые виды топлива, ресурс которых не безграничен, а стоимость которых постоянно растет. Высокая цена тепловой энергии и зависимость потребителя от поставщика тепла или ресурсов для его получения (газ, дизель, бензин, электричество) создают неуверенность в завтрашнем дне.
Благодаря техническому прогрессу сегодня у нас есть возможность использовать возобновляемые источники энергии. Таким образом, мы можем обрести полную или частичную независимость, экономию семейного бюджета, уверенность в завтрашнем дне и сделать свой вклад в улучшение экологической ситуации на Земле.
Одним из наиболее используемых источников энергии является Солнце. Используя солнечные коллектора, мы можем обеспечить себя, свою семью горячей водой для бытового использования, а также осуществить подогрев бассейна и системы отопления.
Обычная система ГВС включает в себя процессы нагрева воды, ее хранения и разводки к сантехническим приборам. В случае использования солнечных коллекторов готовится и хранится вода в одном и том же месте – в аккумулирующей емкости со встроенным теплообменником. Поскольку в емкости происходит расслаивание воды по высоте, то наиболее горячая вода будет всегда вверху. Именно сверху и происходит ее отбор для использования. В то же время снизу емкости происходит подмес холодной водопроводной воды.
Аккумулирующие емкости как и количество солнечных коллекторов рассчитываются исходя из потребностей потребления горячей воды. Также они выступаю хранилищами приготовленной в дневное время воды ночью или в пасмурную погоду.

Гелиоэнергетика.
Солнце каждый день излучает огромное количество энергии. Благодаря этому у нас есть возможность получать бесплатно тепловую или электрическую энергию благодаря солнечным коллекторам и фотоэлектрическим панелям.
Солнечные фотоэлектрические панели способны преобразовывать энергию солнечных лучей в электричество. Это абсолютно безопасное и естественное производство электроэнергии не требующее каких-либо расходных материалов.
Солнечные панели соединены к инверторам, с помощью которых происходит преобразование постоянного электрического тока в переменный. Для более ровного и постоянного снабжения электроэнергией устанавливаются аккумуляторные батареи.
Производимые в настоящее время солнечные панели способны преобразовывать солнечную энергию в электрическую с конверсией 15%, а показатели конверсии некоторых панелей спосо


Виды солнечных коллекторов.
Низкотемпературный безстекольный солнечный коллектор.

Низкотемпературный безстекольный солнечный коллектор
Данный вид солнечного коллектора чаще всего используется для нагрева воды в бассейнах. Часто его называют безстекольным ("unglazed"), так как у него нет стеклянных деталей и покрытий.
Коллектор состоит из черных листов пластика или резины, между которыми по трубчатым каналам протекает вода. Черная поверхность нагревается лучами солнца и передает тепло воде. Эти панели эффективны для нагрева больших объемов воды с небольшим температурным повышением. Данные солнечные коллектора сложно найти в продаже. Они не получили широкое распространение из-за своей узкой направленности и ограниченного времени работы. Отсутствие какого-либо теплоизолятора делает их непригодными для использования даже при температуре воздуха +20оС.

Концентрический (параболический) солнечный коллектор.

Концентрический (параболический) солнечный коллектор
Используются эти солнечные коллектора тогда, когда нужен нагрев воды до температур выше 100оС. Например, для паровых систем отопления или в производстве (стерилизация).
Само название произошло от того, что такой солнечный коллектор концентрирует с помощью зеркала сферической формы солнечные лучи на нагревателе. Нагреватель расположен в фокусе этого отражателя и воспринимает на себя все солнечные лучи, которые падают на поверхность зеркала. Для максимальной производительности параболический коллектор, как еще его называют, должен вращаться в двух плоскостях, подстраиваясь под движение солнца. Опять-таки, из-за специфического предназначения и большой стоимости концентрические коллекторы мало распространены.

Плоский солнечный коллектор.

Плоский солнечный коллектор
Плоские солнечные коллектора из-за простоты своей конструкции выпускаются многими производителями. Из-за относительно невысокой стоимости они пользуются довольно таки высокой популярностью.
Состоит солнечный коллектор из теплоизолированного короба, поверхности с высоким поглощением солнечной энергии и медных труб. Сверху вся конструкция накрывается специальным высокопрочным стеклом. Жидкость, протекая по трубкам коллектора, отбирает тепло у абсорбера нагреваясь таким образом.
Плоские коллектора отличаются между собой разве что разными размерами, форматом сторон, весом и эстетическими свойствами.
Учитывая то, что потери тепла предотвращены в коллекторе только с одной стороны, а с лицевой стороны теплоизоляция отсутствует, плоские коллектора подходят только для сезонного использования и теплых климатических зон и предназначены нагревать воду для основного бытового использования.

Вакуумный трубчатый коллектор.

Вакуумный трубчатый коллектор
Вакуумный коллектор состоит из ряда стеклянных труб, в которых содержится адсорбер и тепловая трубка. Адсорбер, поглощая солнечные лучи и нагреваясь, передает собранное тепло медной трубке. Далее нагретая медная труба передает тепло теплоносителю.
Учитывая то, что все поверхности, которые нагреваются солнечными лучами, отделены от наружного воздуха вакуумом, а соответственно теплопотери сведены к нулю, использование вакуумных солнечных коллекторов возможно даже зимой при морозах. Таким образом вакуумный коллектор может использоваться не только для подогрева воды для бытовых нужд, но также и для подогрева воды в системе отопления зимой.
Учитывая возможность использования не только летом, но и зимой вакуумные коллектора пользуются довольно-таки широким спросом как для коттеджей, так и для бассейнов, производств и многоквартирных жилых домов.

Устройство вакуумного солнечного коллектора

Вакуумная трубка

Вакуумная трубка
Поглощает солнечную энергию и трансформирует ее в используемое тепло. Вакуум между двумя стеклянными прослойками защищает от потерь тепла.

Тепловая трубка
Медная вакуумная трубка, которая переносит тепло по вакуумной трубе вверх в коллектор

Коллектор
Изолированная коробка с медной коллекторной трубой внутри. Коллектор - это пара медных параллельных трубок с розетками, в которые вставляются тепловые трубки.

Монтажная рама
Крепкая и легко монтируемая в нескольких вариантах конструкция, которая крепится к поверхности крыши и на которой находятся все вышеперечисленные элементы.

Вакуумная трубка

Вакуумная трубка является сердцем солнечного коллектора. Именно она отвечает за поглощение света и трансформацию его в тепло.

Конструкция трубки
Конструкция такой вакуумной трубки для солнечного коллектора была разработана в 1980-ых годах и с того времени носит название «сиднейской» или «двойной» трубки. Состоит из двух стеклянных труб одна из которых вставлена в другую. Торцы этих труб запаяны. Внутренняя труба имеет покрытие черного цвета которое поглощает солнечный свет, а из места между трубами удален воздух.

Крепкое стекло
Стекло вакуумной трубы изготовлено из специального боросиликатного стекла. Этот же материал используется во всем мире для изготовления кухонных варочных поверхностей. Боросиликатное стекло имеет очень большую вязкость (не путать с твердостью) и устойчивость к образованию трещин. Также боросиликатное стекло отличается очень большой светопропускаемостью (более 92%/2мм толщины)
Стенки трубки отвечают всем стандартам и изготовлены из стекла толщиной 1,8 мм. Это позволяет защищать трубку от повреждения градом. При тестировании вакуумные трубки проходят испытание ударами металлического шарика диаметром 30 мм, брошенного с разной высоты.


Вакуум
Вакуумные трубки называют вакуумными из-за процесса вакуумирования пространства между двумя трубами. В результате этого процесса межу трубками находиться безвоздушное пространство. Благодаря отсутствию воздуха, у трубки очень низкая теплопроводность. Большая часть солнечного тепла, которое прошло сквозь трубку не отдается обратно в атмосферу даже когда на улице очень холодно. Вот почему вакуумные солнечные коллектора идеальный выход для горячего водоснабжения в местах с холодными зимами.

Вакуумная изоляция
Вакуум является прекрасным изолятором и предотвращает утечку тепла. Именно поэтому вакуумные трубы очень эффективны в разных погодных условиях и способны выносить большие перепады температур внутри труб и снаружи. Вот почему вакуумные трубы идеальный выход для горячего отопления в местах с очень холодными зимами. 

Бариумный поглотитель
Для того, что бы обеспечить жизнестойкость вакуумной трубки до 15-20 лет, в безвоздушное пространство вводят специальный газ. Это бариумный поглотитель. Он предотвращает попадание любых газов, в том числе и азота, которые с течением времени могут просочиться, в вакуумное пространство. Если это произойдет, то вакуумная трубка будет плохо сохранять тепло, что приведет ухудшению эффективности коллектора. Вступая в реакцию с газами бариумный поглотитель меняет цвет внутренней стенки трубы, с серебряного она становиться белой. Таким образом мы очень легко можем выявить неисправную трубу.

Солнечный абсорбер
Внутренняя стенка покрыта тонким слоем черного анодированного алюминия. Он позволяет поглотить более 95% падающего солнечного излучения. Это изобретение уже существует более 20 лет и успело доказать свое предназначение и долговечность.

Эффективность
Благодаря тому, что в солнечном коллекторе скомбинированы и высокоэффективный солнечный абсорбер и вакуумная изоляция, это покрытие способно выдержать температуру свыше 200 С при этом внешнее стекло останется холодным. При сильном солнечном излучении, вакуумная трубка способна производить более 60 Вт тепла которые могут быть направлены на подогрев горячего водоснабжения.

Утилизация тепла
Тепло которое поглощается абсорбером должно быть перенесено воде, которую нам нужно нагреть. Самыми распространенными способами переноса являются: прямой водяной поток, U образная трубка, труба в трубе, или тепловая трубка.
Apricus использует тепловую трубку для переноса тепла от абсорбера к коллектору.

Тепловая трубка
На первый взгляд может показаться, что тепловая трубка это какое-то новое изобретение для переноса тепла. Но на самом деле принцип тепловой трубки уже давным-давно используется. Например, часто тепловые трубки используются для отведения тепла от процессоров в портативных компьютерах.
Большинство современных производителей солнечных коллекторов используют тепловую трубку для передачи тепла от нагретого абсорбера к коллектору, через который протекает теплоноситель.

Тепловая трубка
Тепловая трубка Apricus являет собой полую длинную трубу с колбой большого диаметра на одном конце. При производстве трубки, в нее добавляют определенное количество высокоочищенной воды. Затем трубка нагревается до высокой температуры для того что бы удалить воздух. В результате этого в трубке образовывается низкое давление на подобие вакуума, который находиться между стенками вакуумной трубки.
Но если вакуум в вакуумной трубке нужен для теплоизоляции, то низкое давление в тепловой трубке нужно для изменения свойств воды в тепловой трубке.
Многим известно что температура кипения воды на уровне моря составляет 100оС. Также многим известно что если подняться на гору, то температура кипения воды станет ниже. Это происходит потому, что давление в горах ниже чем давление на уровне моря.
Давление в тепловой трубке и количество воды подобрано так, что температура кипения жидкости находиться на уровне 30оС.

 принцип тепловой трубки

То есть достаточно нагреть тепловую трубку до температуры выше 30 С. Вода начнет испаряться. Это пар быстро поднимается в баллон тепловой трубки, унося с собой большое количество тепла. Баллон вставлен в коллектор, через который циркулирует теплоноситель из системы отопления или горячего водоснабжения. Пар в баллоне конденсируется и возвращается в нижнюю часть тепловой трубки.
Очень важно при этом, чтобы угол наклона коллектора был от 20 до 80 градусов. Это дает возможность максимально эффективно транспортировать тепловую энергию при помощи тепловой трубки.

Тепловая трубка, наряду с вакуумной, является еще одним важным элементом, от которого зависит эффективная работа солнечного коллектора. Несмотря на кажущуюся простоту устройства тепловой трубки, для ее производства требуется около 20 тщательно контролируемых производственных циклов.

тепловая трубка

Тепловая мощность

Работа тепловой трубки – это максимально быстрая передача тепла. Исходя из этого, мощность передачи тепла тепловой трубкой должна быть всегда выше, чем та мощность тепла, которая поглощается солнечным адсорбером. Тепловая трубка Apricus способна перенести 110 Ватт тепла, в то время как вакуумная трубка с абсорбером способна произвести не более 65 Ватт. Это дает полную уверенность в том, что все тепло поглощенное от солнца будет перенесено к коллектору.

Срок службы

Качество материала, из которого изготовлена тепловая трубка, играет огромную роль и существенно влияет на срок ее службы. При использовании недоочищенной воды, в процессе ее испарения будут образовываться соли, которые будут оседать на стенках трубы и ухудшать ее теплообмен. Но это не самое худшее что может произойти с трубкой .
Более важным аспектом является качество очистки меди, из которого изготовлена трубка. Для производства трубки, качество меди должно быть на очень высоком уровне. Допускается наличие лишь остаточного количества кислорода, или других примесей. Иначе в процессе эксплуатации примеси будут вымываться из стенок трубки, что может вызвать потерю герметичности трубки и образованию воздушного кармана в верхней части баллона. Если такое произойдет, то теплопередающие свойства тепловой трубки ухудшатся, и производительность коллектора уменьшится.

Компания Apricus производит свои тепловые трубки самостоятельно в соответствии со стандартом ISO9001:2008, и тщательно контролирует каждый из этапов производства.

Коллектор

Коллектор
Коллектор - это часть солнечного коллектора, которая отвечает за отбор тепла от тепловых трубок. Днем, в процессе работы, коллектор может нагреваться до температуры выше 100оС. Ночью может охлаждаться до температуры ниже 0С. Такой большой перепад температур создает огромную нагрузку на конструкцию коллектора, которая происходит из-за процесса сжатия и расширения металла. Обычно коллекторы имеют одну точку сварки коллектора с посадочным гнездом баллона или имеют посадочное гнездо «врезанное» в трубу коллектора. Малое количество точек сварки не дает возможности обеспечить эффективный теплообмен между трубой коллектора и посадочным гнездом. «Врезка» в трубу коллектора хотя и обеспечивает достаточный теплосъем, но повышает риск образования трещины на месте сварки, которая приведет к вытеканию теплоносителя и будет требовать немедленного ремонта системы.
Компания Apricus использует две магистральных трубы коллектора, которые имеют 4 точки сварки с посадочным гнездом. Это дает возможность получить максимально надежную конструкцию с отличными теплотехническими характеристиками, которая может выдержать большое количество циклов нагрева-охлаждения. Поэтому, гарантийный срок эксплуатации такого коллектора составляет 15 лет
Корпус коллектора изготовлен из алюминия, поэтому он стойкий к атмосферным воздействиям и легкий (что немаловажно при монтаже). Внутри в качестве утеплителя использована минеральная вата. Корпус герметичен и не пропускает влагу. Благодаря этому минеральная вата всегда остается сухой и отлично выполняет свои теплоизоляционные функции.

Монтажная рама
Монтажная рама Apricus может быть изготовлена из алюминия или нержавеющей стали в зависимости от региона использования. Если в месте установки не предполагается воздействие сильных ветров или высокой снеговой нагрузки, можно использовать раму из алюминия. В противном случае следует использовать рамную конструкцию из нержавеющей стали.
Компания Apricus производит все элементы для крепления рамы на различных типах кровель и под различными углами.

Принцип работы коллектора

Принцип работы коллектора
Шаг1: Солнечная энергия поглощается, нагревая жидкость внутри коллектора

Шаг2: насосная станция работает перемещая нагретую жидкость в резервуар для горячей воды

Шаг3: В течении дня солнечная станция постепенно повышает температуру горячей воды в резервуаре

Шаг4: При пасмурной погоде резервный источник тепла (газовый или электрический котел, тепловой насос) включается для догрева воды до нужной температуры.

Характеристики комплектующих солнечных коллекторов

Элемент

Характеристики и свойства

Вакуумная трубка

Материал: Боросиликатное стекло 3.3
Тип трубки: Двустенная стеклянная трубка
Размеры: 58мм –наружная, 47мм – внутренняя
1800мм –длина, 1,8мм-толщина наружной трубы
Вакуум:<5x10-3 Па
Теплопотери: <0,8 Вт/ м2хК

Покрытие абсорбера

Материал: анодированный алюминий
Уровень поглощения: >92%

Тепловая трубка

Материал: высокоочищенная медь
Теплопроводящее вещество: дистиллированная вода

Коллектор

Материал: Медь
Материал пайки: BAG45CuZn
Максимальное давление: 800 кПа
Диаметр подключения: 22 мм

Абсорбер Материал: Высокоочищенный алюминий 
Резиновые компоненты Материал: Силиконовая резина (стабильная к воздействию УФ)

Монтажная рама

Материал: Нержавеющая сталь

Крепежи Материал: Нержавеющая сталь
Корпус коллектора Материал: алюминий с порошковым покрытием
Изоляция коллектора Материал: минеральная вата (0,043 Вт/ м2хК)

Особенности вакуумных коллекторов Apricus:

1. Вакуумная трубка. Вакуумная трубка {ссылка на стр. вакуумная трубка} имеет очень низкие потери тепла. Это позволяет нагревать воду при низкой температуре наружного воздуха.
2. Пассивное слежение
Солнечные абсорберы круглые и между ними есть определенное расстояние. Благодаря этому мощность солнечного коллектора не существенно падает в случае, когда солнечные лучи падают не под углом 90С к плоскости солнечного коллектора.

Пассивное слежение солнца

Пассивное слежение солнца
Для сравнения компания Apricus провела эксперимент. В Сиднее (Австралия) замерялась мощность произведенная коллекторами за год использования. На следующей картинке можно увидеть падения мощности для солнечных коллекторов расположенных под разными углами (для других регионов падение мощности коллекторов может отличаться)


3. Отличная комбинация вакуумной и тепловой трубок.

 комбинация вакуумной и тепловой трубок

Сборка тепловой и вакуумной трубок в единую конструкцию у разных производителей осуществляется по разному. Компания Apricus вместо того что бы располагать тепловую трубку в центре вакуумной, располагает тепловую трубку непосредственно под абсорбером. Внутри абсорбера находится клипса, которая подпружинивает абсорбер. В результате нагрева алюминий смягчается и подпружиненный клипсой, плотно прижимается к абсорбирующему покрытию, и трубке. Это обеспечивает максимальную производительность солнечного коллектора.
4. Надежный коллектор

Надежный коллектор

Компания Apricus использует две магистральных трубы коллектора, которые имеют 4 точки сварки с посадочным гнездом. Это дает возможность получить максимально надежную конструкцию с отличными теплотехническими характеристиками, которая может выдержать большое количество циклов нагрева. По этому, гарантийный срок эксплуатации такого коллектора составляет 15 лет

5. Корпус коллектора

две магистральных трубы коллектора

Корпус коллектора изготовлен из алюминия, поэтому он стойкий к атмосферным воздействиям и легкий (что немаловажно при монтаже). Внутри в качестве утеплителя использована минеральная вата. Корпус герметичен и не пропускает влагу. Благодаря этому минеральная вата всегда остается сухой и отлично выполняет свои теплоизоляционные функции.

6. Силиконовые компоненты.
Все резиновые элементы коллектора изготовлены из силиконовой резины устойчивой к воздействию УФ излучения и способной выдерживать температуры более 200оС

      

Google