Современные способы борьбы с перегревом в солнечных коллекторах

В этой статье пойдёт речь о современных технологиях, позволяющих предотвратить возникновение стагнации в солнечных коллекторах.

Мы уже писали о стагнации и о том, каким образом она влияет на компоненты гелиосистемы в этой статье: solarsoul.net/stagnaciya-geliosistem

Так же мы упомянули основные технические решения, снижающие негативное влияние на отдельные компоненты гелиосистемы. Однако при этом сам процесс стагнации все же может возникать. Полностью избавится от стагнации возможно, применив один из нижеперечисленных методов, или сочетание нескольких из них.

Функция обратного охлаждения

При достижении максимального значения в баке аккумуляторе в конце дня, контроллер запускает насос гелиоконтура в ночное время. Благодаря циркуляции, солнечные коллекторы рассевают тепло из бака в атмосферу и бак аккумулятор остывает. К утру следующего дня бак готов получать тепло.

Функция обратного охлаждения гелиосистемы в ночное время

Эта функция хорошо применима при длительном отсутствии водоразбора, к примеру когда вся семья уехала в отпуск и т.д. Так же, эта функция не подойдет для трубчатых вакуумных коллекторов, из-за низких тепловых потерь в самом коллекторе.

Преимущества: нет дополнительного оборудования или компонентов.
Недостатки: возможен недостаток теплой воды при утреннем водоразборе.

Функция старт-стоп

В контроллере гелиосистеме заложен следующий алгоритм: если бак ГВС прогрет до максимальной заданной температуры (рекомендованное значении 60-65 ºС) а температура в солнечном коллекторе близка к закипанию (110-120 ºС) то запускается насос гелиоконтура. При этом температура в коллекторе падает на несколько градусов и закипание не происходит. Затем процесс повторяется и снова откладывает стагнацию за счет более холодного бака аккумулятора и теплопотерь в трубах. Таким образом, происходит как бы тактование насоса не позволяющее теплоносителю закипеть.

Пример работы функции старт-стоп в контроллере гелиосистемы

При этом вода в баке так же немного нагревается. Для этого в контроллере есть настройка максимально возможной температуры в баке (80-95 ºС) при которой насос больше не запустится. Как правило, этого будет достаточно, чтобы гелиосистема не перешла в режим стагнации за целый день. Важно что бы гелиосистема была оснащена термостатическим клапаном от ошпаривания.

Преимущества: нет дополнительного оборудования или компонентов.
Недостатки: функция не может полностью предотвратить закипание теплоносителя, а лишь отсрочить его на день-два при длительном отсутствии водоразбора. Данная функция будет значительно эффективней в сочетании с опцией ночного обратно охлаждения.

Система Drain back

При отключенном насосе гелиоконтура, солнечные коллекторы заполнены воздухом, а весь теплоноситель находится ниже их уровня в трубопроводах, теплообменнике и/или специальном приемном бачке. При повышении температуры солнечных коллекторов до рабочего значения, насос включается. Далее теплоноситель заполняет солнечные коллекторы, вытесняя воздух.

Пример работы системы drain back в гелиосистеме auroSTEP от компании Vaillant

Затем прогретая жидкость поступает в теплообменник, где отдает тепло воде в баке аккумуляторе. Когда работа заканчивается, насос останавливается, и теплоноситель под собственным весом стекает вниз из коллекторов, которые снова заполняются воздухом.

Преимущества: полностью решается возможность возникновения стагнации.
Недостатки: при монтаже необходимо соблюдать ряд жестких требований (уклон трубопровода, ограничение по длине гелиоконтура и т.д.). Иногда необходимо дооснащать систему специальными приёмными бачками.

Вода вместо пропиленгликоля

По сути, использование пропиленгликолевой смеси в качестве теплоносителя является своего рода компромиссом для защиты от замерзания гелиосистем. Вода является идеальным теплоносителем для всех систем теплоснабжения и поэтому её применение было бы куда эффективнее. Однако из-за риска замерзания и разрушения гелиоконтура, производители вынуждены использовать гликоль.
Вода при закипании безопасна для всех компонентов системы при правильном подборе оборудовании гелиосистемы. Каким же образом, возможно избежать замерзания теплоносителя в ночное время зимой?

Пример реализации системы с водой в качестве теплоносителя от компании Paradigma

Что бы вода не замёрзла, контроллер гелиосистемы активирует функцию антизамерзания запуская насос гелиоконтура. Это происходит при достижении температуры воды +3 ºС. Забирая тепло из бака аккумулятора, контроллер поддерживает температуру в солнечных коллекторах на уровне +5 ºС.

При этом циркуляция насоса происходит на минимальных оборотах. Затраченное тепло компенсируется за счет лучшей эффективности благодаря теплофизическим свойствам воды. Такая система подходит для вакуумных коллекторов с прямоточным тепловым каналом, поскольку они имеют низкий уровень теплопотерь.

Подробнее о типах вакуумных трубчатых солнечных коллекторах: solarsoul.net/tipy-vakuumnyx-trubchatyx-solnechnyx-kollektorov

Преимущества: лучшая эффективность солнечных коллекторов. Повышается срок службы отдельных компонентов гелиосистемы.
Недостатки: риск заморозки системы при перебоях в электроснабжении.

Защитный клапан в тепловом канале

Так же есть и решение для вакуумных солнечных коллекторов с тепловой трубой. При достижении критической температуры в конденсаторе вакуумной трубке срабатывает биметаллический клапан, который блокирует попадание перегретой жидкости в монифолд коллектора. Тем самым температура теплоносителя не будет привышать 90 ºС даже в самом солнечном коллекторе.

Работа биметаллического клапана в тепловой трубке Heat pipe в солнечном коллекторе King Span

При остывании вакуумной трубки, клапан открывается, и гелиосистема выходит в рабочий режим.

Преимущества: полностью решается возможность возникновения стагнации.
Недостатки: удорожание системы за счет применения клапанов в каждой трубке гелиоколллектора.

Система Thermal Protect

При достижении высокой температуры, солнечный коллектор перестаёт поглощать тепловую солнечную энергию, благодаря особому селективному покрытию. При температуре абсорбера +75 ºС в слоях абсорбирующего напыления происходит изменение кристаллической решетки, из-за этого отражение солнечных лучей значительно увеличивается. Благодаря этому при дальнейшем нагреве температура теплоносителя увеличивается незначительно и не закипает.

Температура абсорбера в плоском солнечном коллекторе c технологией Thermal Protect от Viessmann

При остывании абсорбера ниже +75 ºС структура кристаллов возвращается в первоначальное положение. В рабочем состоянии абсорбер имеет максимальную эффективность, как в стандартных солнечных коллекторах.

Преимущества: полностью решается возможность возникновения стагнации.
Недостатки: ухудшение эффективности солнечного коллектора при высоких температурах на обсорбере. Необходимость установки повышенного давления теплоносителя в гелиоконтуре.

Многие из вышеперечисленных методов уже давно удачно используются для решения проблем стагнации ключевыми производителями. Следует понимать, что для каждой индивидуальной гелиосистемы лучше подходит тот или иной метод. Зачастую комбинация из нескольких вариантов является наилучшим решением.