Солнечные коллекторы генерируют тепловую энергию постоянно при наличии солнечной энергии. Это происходит тогда, когда отбор тепла в системе невозможен или нецелесообразен. В таких случаях солнечная система входит в стагнацию или, другими словами, начинается процесс застоя.

Стагнация гелиосистемы чаще всего происходит в летнее время в комбинированных гелиосистемах с отбором энергии на отопление. Это связано с возникновением переизбытка тепловой энергии летом. Стагнации могут быть подвержены и любые другие солнечные системы, например при отключении электроэнергии или при отсутствии потребления горячей воды и тепловой энергии.

Процесс стагнации возникает в момент отключения циркуляции в контуре гелиосистемы при наличии солнечного излучения. При этом температура теплоносителя в солнечных коллекторах возрастает до максимального значения и превышает температуру кипения, вследствие чего происходит испарение теплоносителя в коллекторе. Это приводит к резкому возрастанию температуры и давления в гелиоконтуре.

Наиболее уязвимым в этой ситуации является теплоноситель. Из-за частых вскипаний его незамерзающие свойства ухудшаются. А в некоторых случаях могут возникать твердые отложения, которые повреждают компоненты гелиосистемы. Так же из-за перегрева и высокого давления могут выйти из строя насос и расширительный бак в гелиоконтуре. Однако, чтобы избежать негативного влияния на компоненты гелиосистемы следует знать все процессы происходящие во время стагнации.

Процессы, происходящие в солнечном коллекторе при стагнации гелиосистемы

1. Расширение жидкости

1 фаза стагнации

При остановке насоса температура в коллекторе растет, пока не будет достигнута температура кипения теплоносителя. Давление при этом возрастет незначительно, примерно на 1 бар.

2. Испарение теплоносителя

2 фаза стагнации

Большое количество жидкости вытесняется в расширительный бачок из-за формирования в коллекторе насыщенного пара. В результате давление в системе начинает возрастать быстрее.  Жидкость с температурой близкой к температуре кипения может дойти до компонентов гелиоконтура, подвергая их температурному стрессу.

3. Кипение в коллекторе

3 фаза стагнации

Оставшийся теплоноситель в коллекторе начинает испарение и распространяет энергию в виде пара по системе.  При этом, возможен нагрев некоторых компонентов системы до температуры кипения при конденсации теплоносителя.

4. Перегрев

4 фаза стагнации

Теплоноситель продолжает испаряться, и в коллекторе образовывается перегретый пар. При этом незначительно уменьшается давление а коллектор становится практически сухим.

5. Заполнение теплоносителя

5 фаза стагнации

При уменьшении солнечной инсоляции, температура в коллекторе и давление в гелиосистеме снижается. Парообразный теплоноситель конденсируется и солнечные коллекторы снова заполняются жидким теплоносителем.

Парообразование в гелиосистеме может быть  незначительным, вследствие этого уменьшается негативное воздействие стагнации на компоненты солнечной системы, особенно это касается теплоносителя.  Для этого необходимо чтобы третья фаза стагнации была как можно короче. Это происходит тогда, когда во второй фазе теплоноситель полностью вытесняется из коллекторов и практически не кипит в них.

Способность к опорожнению солнечных коллекторов

Способность к опорожнению солнечных коллекторов

Этот процесс называется способностью к опорожнению коллектора. У различных гелиоколлекторных полей и отдельно взятых коллекторов эта способность различна и зависит от многих факторов, таких как, прокладка магистрали, объем расширительного бака, угол наклона коллекторов и тип солнечного коллектора. У плоских солнечных коллекторов, как правило, способность к опорожнению выше, чем у вакуумных трубчатых коллекторов. Поэтому очень важно на стадии проектирования и монтажа учесть факторы, которые бы способствовали к улучшению способности к опорожнению гелиополя.

График стагнации

График зависимости давления в солнечных коллекторах для различных солнечных коллекторов во время стагнации (исследования)

Процесс  стагнации конечно неблагоприятен для гелиосистем, однако и не стоит считать его аварийным. Избежать его практически невозможно и поэтому необходимо придерживаться ряда рекомендаций при монтаже и проектировании для предотвращения негативного воздействия процесса застоя.