Сонячні колектори Viessmann з захистом від закипання ThermProtect

Енергетична ситуація у всьому світі характеризується обмеженими запасами природного газу і нафти  при зростанні їхнього споживання та відчутному зростанню цін. Крім того, збільшення викидів СО₂ приводять до негативної зміни клімату. Саме тому компанія Viessmann пропонує комплексні рішення для систем теплопостачання з використанням всіх видів палива, забезпечуючи надійне та комфортне теплопостачання при мінімальних витратах палива, а також зниження викидів СО₂.

Viessmann більше 30 років тому почала розробку і виробництво установок для використання сонячної енергії і здобула в цій області колосальний досвід.

Завдяки високій температурі Сонце є особливо сильним джерелом випромінювання. Діапазон видимого сонячного випромінювання представляє лише малу частину всього спектру випромінювання , але має при цьому найвищу інтенсивність випромінювання. У внутрішній частині Сонця протікають процеси ядерного синтезу, при яких з атомів водню синтезуються атоми гелію. Внаслідок цього відбувається вивільнення енергії, яка розігріває внутрішню частину Сонця до температури 15 мільйонів градусів Цельсія. Інтенсивність випромінювання на поверхні Сонця складає 63 МВт/м². Добова кількість енергії, яка випромінюється з 1 м² еквівалентно теплоті згорання 151 200 л мазуту і становить 1 512 000 кВт год (рис. 1).

 Рис. 1

Компанія Viessmann завдяки своїм сонячним колекторам навчилась зберігати сонячну енергію та використовувати її ефективно. Використання колекторів Viessmann дозволяє значно економити енергоресурси та кошти.

Проте, більшість сонячних систем мають недолік – кипіння рідини в панелі колектору. Це відбувається тоді, коли сонячне випромінювання перегріває колектор тоді, коли немає потреби у нагріванні води. А це у свою чергу може призвести до виходу з ладу всієї системи.

Інженерами компанії Viessmann було розроблено та запатентовано колектори Vitosol  з захистом від закипання ThermProtect. При досягненні певної робочої температури колектор припиняє перетворювати сонячну енергію на теплову. Інноваційне селективне покриття абсорберу колектору базується на принципі шарів, що переключаються. В залежності від температури колектору, вони змінюють структуру кристалів (рис. 2), що впливає на коефіцієнт поглинання та віддзеркалювання абсорберу.

Рис.2

 Новий абсорбер складається з багатьох шарів. Один з цих шарів складає оксид ванадію (VO₂).При температурах вище +75°С оксид ванадію починає змінювати свої оптичні властивості. При розігріванні значно збільшується його теплове випромінювання і завдяки цьому зменшується температура колектору. І чим вище буде температура абсорберу, тим вище буде його теплове випромінювання. Особливо сильно цей ефект проявляється при температурах абсорберу від +100°С. При температурі +150°С він повністю випромінює тепло, що попадає на нього з сонячними променями. Кількість змін структури кристалів шарів селективного покриття не обмежене по кількості, що гарантує довготривалий термін експлуатації сонячних колекторів.

Стандартний селективний абсорбер працює за наступним принципом (рис. 3): сонце нагріває колектор, включається насос, нагрівається бойлер. Коли максимальна температура бойлеру досягнута, виключається насос, температура колектору продовжує зростати, починається стагнація. Надлишкове тепло відводиться теплообмінником-охолоджувачем для захисту від системи від високої температури.

Рис.3

 Покриття ThermProtect в стані стагнації віддає тепло, а не поглинає (рис. 4, рис. 5).

Рис. 4

Рис. 5

При тиску в колекторі 1 бар температура закипання теплоносія Tyfocor складе згідно графіку приблизно +105°C. При нагріванні тиск в системі зростає до приблизно 2 бар і температура закипання теплоносія складе відповідно +125°C. Тиск в колекторі з абсорбером ThermProtect: абсолютний тиск в колекторі - 4…4,5 бар (надлишковий 3-3,5 бар), щоб виключити закипання теплоносія при температурі +150°С.

У вакуумних колекторах Viessmann також діє захист від закипання. Сонячна енергія передається рідині, що знаходиться в середині теплової труби. Внаслідок цього вона закипає та у вигляді пари піднімається у верхню частину теплової труби до конденсатора, де передає тепло теплоносію, що знаходиться в системі сонячних колекторів. Охолоджений теплоносій у вигляді рідини стікає в нижню частину теплової труби, де знову нагрівається від сонячних променів. При температурі більше ніж +145°С припиняється конденсація теплоносія в тепловій трубі і він повністю переходить в пароподібний стан. При цій температурі також спрацьовує вбудований в теплову трубу термостат, що відключає її від системи. Цим самим припиняється теплопередача від теплової труби до теплоносія в системі сонячних колекторів. Таким чином система є захищеною від закипання. Коли ж на колектор знову поступає теплоносій системи, це призводить до конденсації пари в конденсаторі теплової труби і відключення захисного термостату – колектор знову повертається в робочий стан (рис. 6).

Рис. 6

Температурне відключення обох типів колекторів працює повноцінно незалежно від конфігурації установки і налаштувань регулятора системи. Таким чином система сонячних колекторів надійно захищена від закипання. Температурне навантаження на сам колектор чи теплоносій в системі залишається при цьому в допустимих робочих межах. Отже, збільшується період експлуатації колектору і його загальна потужність в порівнянні із звичайними колекторами.