Гелиоустановка состоит из трех обязательных элементов: ваку­умный коллектор, накопительный резервуар и центр управления (рис. 2.5).

Вакуумный коллектор — комплекс вакуумных трубок, преобра­зующих поток солнечного излучения в тепловую энергию, где осу­ществляется первичная передача полученного тепла в накопительный резервуар через циркулирующий в системе теплоноситель (незамер­зающая жидкость).

Вакуумный коллектор комплектуется 10—30 вакуумными труб­ками, располагающимися параллельно друг другу. Количество коллек-

Предохранительный Электронагреватель клапан Контроллер Центр управления

торов зависит от потребностей, но обычно достаточно 1—2, в отдель­ных случаях — 4—6 и более (в зависимости от направления использо­вания тепла и нагрузки).

Элементарной единицей преобразования энергии солнечного излу­чения в тепло являются вакуумные трубки. Они улавливают наибо­лее ценное с точки зрения получения тепла излучение, а полученное тепло — передают воде, которая непосредственно используется в быту или теплоносителю, посредством которого осуществляется нагрев воды для горячего водоснабжения или отопления.

Накопительный резервуар — бак заданного объема (как правило, 100—500 л) в котором накапливается теплая вода, полученная от ваку­умных коллекторов. Конструктивно выполнен в виде электрического бойлера с одним или двумя внутренними теплообменными спира­лями. Функции накопительного резервуара:

♦ накопление горячей воды:

♦ сохранение полученного тепла;

♦ дополнительный подогрев воды (при необходимости).

Примечание.

По умолчанию резервуар комплектуется электронагревателем, но дополнительный подогрев (в случае необходимости) может осу­ществляться за счет любой системы энергогенерирования (газ, дизель, уголь, дрова и т. д.).

Центр управления (рабочая станция) — комплекс автоматиче­ского контроля функционирования вакуумного коллектора и накопи­тельного резервуара, включающий контроллер, датчики температуры и давления, насос и запорные элементы.

Она позволяет полностью автоматизировать процесс и установить наиболее эффективный режим работы системы в течение суток в зависимости от заданных потребителей параметров. Это реализуется при помощи микропроцессорного контроллера обеспечивающего сле­дующие функции:

♦ индикация температуры коллектора, резервуара, обратного по­тока теплоносителя

♦ выбор температуры активации принудительной циркуляции те­плоносителя и дополнительного подогрева;

♦ выбор временных параметров включения-выключения системы отопления и дополнительного подогрева;

♦ выбор температуры режима антизамерзания;

♦ индикация повреждения датчиков.

Принцип работы такого коллектора представлен на рис. 2.6. В основу функционирования солнечного вакуумного коллектора поло­жено четыре базовых процесса:

♦ улавливание солнечного излучения;

♦ теплообмен;

♦ консервация полученного тепла;

♦ автоматизированный контроль системы.

При этом инженерное реше­ние по реализации этих процессов четко распределяется в соответ­ствии с элементами солнечного вакуумного коллектора. Так, сол­нечное излучение, попадая на кол­лектор (рис. 2.6), проходит через его вакуумную зону и достигает специального покрытия, которое улавливает те волны солнечного излучения, которые несут наиболь­шую энергию — в первую очередь инфракрасный спектр.

В результате этого происходит интенсивный разогрев вакуумного коллектора. В зависимости от типа вакуумных трубок коллектора, полученная энергия передается: воде (непосредственно используе­мой), теплоносителю (вода или антифриз) или металлической пла­стине. В первом случае полученное тепло непосредственно передается воде для ее нагрева. Во втором и третьем — используется теплоноси­тель или теплопередатчик.

В качестве теплоносителя может использоваться обычная вода или антифриз (как правило, водный раствор гликоля), а в качестве тепло — передатчика медная трубка или алюминиевая пластина.

Далее теплоноситель или теплопередатчик отдает полученное тепло воде, используемой для бытовых нужд (горячая вода и/или отопле­ние). Обычно, теплоноситель или теплопередатчик пространственно соприкасаются с медной трубкой (спиральной, U-образной или голов­чатого типа), которая характеризуется повышенным коэффициентом теплообмена.

Именно через медную трубку и осуществляется процесс тепло­обмена между теплоносителем (теплопередатчиком) и нагреваемой водой. В наиболее простых системах медные трубки отсутствуют, в таком случае процесс теплообмена происходит непосредственно между теплоносителем и нагреваемой водой.

С целью сохранения полученного тепла в солнечном вакуумном коллекторе используются баки-резервуары, имеющие изоляционный слой, который обеспечивает как можно более продолжительное под­держание внутренней температуры.

Для более эффективной координации функционирования наиболее сложные (и одновременно наиболее производительные) солнечные вакуумные коллекторы комплектуются системой автоматического управления.

Эта система управления осуществляется контроль работы всей установки в соответствии с заданными параметрами, включая выбор оптимального режима работы системы в течение суток, при этом кон­троллер регулирует поток теплоносителя и определяет направление подачи тепла (горячее водоснабжение и/или отопление).

Для бесперебойного функционирования системы солнечного ваку­умного коллектора могут комплектоваться дополнительными источ­никами энергии. Например, традиционный водонагреватель, работаю­щий на электричестве, газе, жидком (дизель) или твердом (уголь) виде топлива. Это обеспечивает наиболее высокую эффективность исполь­зования в зимнее время, когда нагрузки наиболее высоки, а также ноч­ное время или облачную погоду, при этом альтернативный источник энергии используется лишь для поддержания заданных параметров.

Примечание.

Наибольшее количество энергии воспринимается панелью коллек­тора при расположении его плоскости под прямым углом к направ­лению на Солнце.