Сучасні способи боротьби з перегрівом у сонячних колекторах

У цій статті йтиметься про сучасні технології, що дозволяють запобігти виникненню стагнації в сонячних колекторах.

Ми вже писали про стагнацію і про те, як вона впливає на компоненти геліосистеми в цій статті: Solarsoul.net/stagnaciya-geliosistem

Також ми згадали основні технічні рішення, що знижують негативний вплив на окремі компоненти геліосистеми. Однак при цьому сам процес стагнації все ж таки може виникати. Цілком позбудеться стагнації можливо, застосувавши один з нижчеперелічених методів, або поєднання декількох з них.

Функція зворотного охолодження

При нігіві до максимального значення в баку акумулятора наприкінці дня контролер запускає насос геліоконтуру в нічний час. Завдяки циркуляції сонячні колектори розсіюють тепло з бака в атмосферу і бак акумулятор остигає. На ранок наступного дня бак готовий отримувати тепло.

Функція зворотного охолодження геліосистеми у нічний час

Ця функція добре підходить при тривалій відсутності водорозбору, наприклад, коли вся сім’я поїхала у відпустку і т.д. Ця функція не підійде для трубчастих вакуумних колекторів через низькі теплові втрати в самому колекторі.

Переваги: немає додаткового обладнання чи компонентів.
Недоліки: можлива нестача теплої води при ранковому водорозборі.

Функція старт-стоп

У контролері геліосистемі закладено наступний алгоритм: якщо бак ГВП прогрітий до максимальної заданої температури (рекомендоване значення 60-65 ºС), а температура в сонячному колекторі близька до закипання (110-120 ºС), то запускається насос геліоконтуру. При цьому температура в колекторі знижується на кілька градусів і закипання не відбувається. Потім процес повторюється і знову відкладає стагнацію за рахунок холоднішого бака акумулятора і тепловтрат в трубах. Таким чином, відбувається тактування насоса не дозволяє теплоносія закипіти.

Приклад роботи функції старт-стоп у контролері геліосистеми

При цьому вода в баку також трохи нагрівається. Для цього в контролері є налаштування максимально можливої температури в баку (80-95 ºС), при якій насос більше не запуститься. Як правило цього буде достатньо, щоб геліосистема не перейшла в режим стагнації за цілий день. Важливо, щоб геліосистема була оснащена термостатичним клапаном від ошпарювання.

Переваги: немає додаткового обладнання чи компонентів.
Недоліки: функція не може повністю запобігти закипанню теплоносія, а лише відтермінує його на день-два за тривалої відсутності водорозбору. Ця функція буде значно ефективнішою в поєднанні з опцією нічного зворотного охолодження.

Система Drain back

При відключеному насосі геліоконтуру, сонячні колектори заповнені повітрям, а весь теплоносій знаходиться нижче за їх рівень у трубопроводах, теплообміннику та/або спеціальному приймальному бачку. У разі підвищення температури сонячних колекторів до робочого значення насос вмикається. Далі теплоносій заповнює сонячні колектори, витісняючи повітря.

Приклад роботи системи drain back

Потім прогріта рідина надходить у теплообмінник, де віддає тепло воді в баку акумуляторі. Коли робота закінчується, насос зупиняється, і теплоносій під власною вагою стікає з колекторів, які знову заповнюються повітрям.

Переваги: повністю вирішується можливість виникнення стагнації.
Недоліки: при монтажі необхідно дотримуватися ряду жорстких вимог (ухил трубопроводу, обмеження по довжині геліоконтуру тощо). Іноді необхідно дооснащувати систему спеціальними бачками.

Вода замість пропіленгліколю

Використання пропіленгліколевої суміші в якості теплоносія є свого роду компромісом для захисту від замерзання геліосистем. Вода є ідеальним теплоносієм для всіх систем теплопостачання і тому її застосування було б набагато ефективніше. Однак через ризик замерзання та руйнування геліоконтуру виробники змушені використовувати гліколь.
Вода під час закипання безпечна для всіх компонентів системи при правильному підборі обладнання геліосистеми. Яким чином можна уникнути замерзання теплоносія в нічний час взимку?

Приклад реалізації системи з водою як теплоносій від компанії Paradigma

Щоб вода не замерзла, контролер геліосистеми активує функцію антизамерзання запускаючи насос геліоконтуру. Це відбувається при досягненні температури води +3ºС. Забираючи тепло з бака акумулятора, контролер підтримує температуру сонячних колекторів на рівні +5 ºС.

При цьому циркуляція насоса відбувається на мінімальних оберотах. Витрачене тепло компенсується завдяки теплофізичним властивостям води. Така система підходить для вакуумних колекторів із прямоточним тепловим каналом, оскільки вони мають низький рівень тепловтрат.

Докладніше про типи вакуумних трубчастих сонячних колекторів: solarsoul.net/tipy-vakuumnyx-trubchatyx-solnechnyx-kollektorovsolarsoul.net/tipy-vakuumnyx-trubchatyx-solnechnyx-kollektorov

Переваги: найкраща ефективність сонячних колекторів. Збільшується термін служби окремих компонентів геліосистеми.
Недоліки: ризик заморожування системи під час перебоїв в електропостачанні.

Захисний клапан у тепловому каналі

Також є рішення для вакуумних сонячних колекторів з тепловою трубою. При досягненні критичної температури в конденсаторі вакуумної трубки спрацьовує біметалічний клапан, який блокує попадання перегрітої рідини моніфолд колектора. Тим самим температура теплоносія не буде перевищувати 90 ºС навіть у сонячному колекторі.

Робота біметалічного клапана в тепловій трубці Heat pipe в сонячному колекторі King Span

При охолодженні вакуумної трубки клапан відкривається, і геліосистема виходить в робочий режим.

Переваги: повністю вирішується можливість виникнення стагнації.
Недоліки: здорожчання системи за рахунок застосування клапанів у кожній трубці геліоколектора.

Система Thermal Protect

При досягненні високої температури сонячний колектор перестає поглинати теплову сонячну енергію завдяки особливому селективному покриттю. При температурі абсорбера +75 ºС у шарах абсорбуючого напилення відбувається зміна кристалічної решітки, через це відображення сонячних променів значно збільшується. Завдяки цьому при подальшому нагріванні температура теплоносія незначно збільшується і не закипає.

Температура абсорбера у плоскому сонячному колекторі з технологією Thermal Protect від Viessmann

При охолодженні абсорбера нижче +75 ºС структура кристалів повертається до початкового положення. У робочому стані абсорбер має максимальну ефективність, як у стандартних сонячних колекторах.

Переваги: повністю вирішується можливість виникнення стагнації.
Недоліки: погіршення ефективності сонячного колектора за високих температур на обсорбері. Необхідність встановлення підвищеного тиску теплоносія у геліоконтурі.

Багато з перерахованих вище методів вже давно вдало використовуються для вирішення проблем стагнації ключовими виробниками. Слід розуміти, що кожної індивідуальної геліосистеми краще підходить той чи інший метод. Найчастіше комбінація з кількох варіантів є найкращим рішенням.