Солнечные коллекторы Viessmann с защитой от закипания ThermProtect

Энергетическая ситуация во всем мире характеризуется ограниченными запасами природного газа и нефти при росте их потребления и ощутимому росту цен. Кроме того, увеличение выбросов СО2 приводят к негативному изменению климата. Именно поэтому компания Viessmann предлагает комплексные решения для систем теплоснабжения с использованием всех видов топлива, обеспечивая надежное и комфортное теплоснабжения при минимальных затратах топлива, а также снижение выбросов СО2.
Viessmann более 30 лет назад начала разработку и производство установок для использования солнечной энергии и получила в этой области большой опыт.
Благодаря высокой температуре Солнце является особенно сильным источником излучения. Диапазон видимого солнечного излучения представляет лишь малую часть всего спектра излучения, но имеет при этом самую высокую интенсивность излучения. Во внутренней части Солнца протекают процессы ядерного синтеза, при которых из атомов водорода синтезируются атомы гелия. Вследствие этого происходит высвобождение энергии, разогревает внутреннюю часть Солнца до температуры 15000000 градусов Цельсия. Интенсивность излучения на поверхности Солнца составляет 63 МВт / м2. Суточное количество энергии, которая излучается с 1 м2 эквивалентно теплоте сгорания 151 200 л мазута и составляет 1512000 кВтч (рис. 1).

рис. 1

Компания Viessmann благодаря своим солнечным коллекторам научилась хранить солнечную энергию и использовать ее эффективно. Использование коллекторов Viessmann позволяет значительно экономить энергоресурсы и средства.
Однако, большинство солнечных систем имеют недостаток - кипение жидкости в панели коллектора. Это происходит тогда, когда солнечное излучение перегревает коллектор тогда, когда нет необходимости в нагреве воды. А это в свою очередь может привести к выходу из строя всей системы.
Инженерами компании Viessmann была разработана и запатентована коллекторы Vitosol с защитой от закипания ThermProtect. При достижении определенной рабочей температуры коллектор прекращает преобразовывать солнечную энергию в тепловую. Инновационное селективное покрытие абсорберу коллектора базируется на принципе слоев переключаются. В зависимости от температуры коллектора, они изменяют структуру кристаллов (рис. 2), влияет на коэффициент поглощения и отражение абсорбера.

рис. 2

Новый абсорбер состоит из многих слоев. Один из этих слоев составляет оксид ванадия (VO2) .При температуре выше 75 ° С оксид ванадия начинает менять свои оптические свойства. При разогреве значительно увеличивается его тепловое излучение и благодаря этому уменьшается температура коллектора. И чем выше будет температура абсорбера, тем выше будет его тепловое излучение. Особенно сильно этот эффект проявляется при температуре абсорбера от + 100 ° С. При температуре 150 ° С он полностью излучает тепло, попадает на него с солнечными лучами. Количество изменений структуры кристаллов слоев селективного покрытия не ограничено по количеству, что гарантирует длительный срок эксплуатации солнечных коллекторов.
Стандартный селективный абсорбер работает по следующему принципу (рис. 3): солнце нагревает коллектор, включается насос, нагревается бойлер. Когда максимальная температура бойлера достигнута, выключается насос, температура коллектора продолжает расти, начинается стагнация. Избыточное тепло отводится теплообменником-охладителем для защиты  системы от высокой температуры.

рис. 3

Покрытие ThermProtect в состоянии стагнации отдает тепло, а не поглощает (рис. 4, рис. 5).

рис. 4

рис. 5

При давлении в коллекторе 1 бар температура закипания теплоносителя Tyfocor составит согласно графику примерно + 105 ° C. При нагревании давление в системе возрастает до примерно 2 бар и температура закипания теплоносителя составит соответственно + 125 ° C. Давление в коллекторе с абсорбером ThermProtect: абсолютное давление в коллекторе - 4 ... 4,5 бар (избыточное 3-3,5 бар), чтобы исключить закипания теплоносителя при температуре 150 ° С.
В вакуумных коллекторах Viessmann также действует защита от закипания. Солнечная энергия передается жидкости, находящейся в середине тепловой трубы. В результате она закипает и в виде пара поднимается в верхнюю часть тепловой трубы к конденсатора, где передает тепло теплоносителю, находится в системе солнечных коллекторов. Охлажденный теплоноситель в виде жидкости стекает в нижнюю часть тепловой трубы, где снова нагревается от солнечных лучей. При температуре более чем + 145 ° С прекращается конденсация теплоносителя в тепловой трубе и он полностью переходит в парообразное состояние. При этой температуре также срабатывает встроенный в тепловую трубу термостат, отключающий ее от системы. Этим самым прекращается теплопередача от тепловой трубы к теплоносителю в системе солнечных коллекторов. Таким образом система защищена от закипания. Когда же на коллектор снова поступает теплоноситель системы, это приводит к конденсации пара в конденсаторе тепловой трубы и отключения защитного термостата - коллектор снова возвращается в рабочее состояние (рис. 6).

рис. 6

Температурное отключения обоих типов коллекторов работает полноценно независимо от конфигурации установки и настройки регулятора системы. Таким образом система солнечных коллекторов надежно защищена от закипания. Температурная нагрузка на один коллектор или теплоноситель в системе остается при этом в допустимых рабочих пределах. Следовательно, увеличивается период эксплуатации коллектора и его общая мощность по сравнению с обычными коллекторами.