Colector solar de vacío: principio de funcionamiento + cómo montarlo usted mismo

Se gastan cantidades considerables de dinero en suministro de agua caliente y calefacción de espacios. Pero existe una fuente de energía alternativa: un colector solar de vacío.¿Has oído hablar de esto? Le permite reducir significativamente los costos financieros para mantener la comodidad, proporcionando el máximo efecto de calentamiento con una mínima pérdida de calor.

Este dispositivo se puede comprar a fabricantes de electrodomésticos o montarlo usted mismo en casa. Para elegir el modelo correcto, hay que estudiar mucha información. Le ayudaremos a decidir los principales criterios de compra.

El artículo discutirá el principio de funcionamiento y el diseño de un colector de vacío. Hablaremos sobre las características de diseño de varios modelos, consideraremos los pros y los contras de estas instalaciones. Además, describiremos en detalle cómo fabricar e instalar usted mismo un colector solar de vacío.

El material va acompañado de vídeos en los que aprenderá sobre las características importantes y los principios de funcionamiento de los colectores de vacío.

Principio de funcionamiento de la unidad de vacío.

El colector solar de vacío se diferencia de los sistemas solares convencionales en la forma procesamiento de energía solar. Una batería clásica simplemente toma luz y la convierte en electricidad. El colector consta de tubos de vidrio en los que se crea un vacío en su interior. Se combinan en un solo sistema mediante unidades de acoplamiento especiales.

Dentro de cada tubo hay un canal de una o dos varillas de cobre con refrigerante. Al captar los rayos del sol, el elemento activo calienta el material refrigerante, asegurando así el funcionamiento del colector.

Gracias a este diseño, el nivel de eficiencia energética aumenta significativamente y la pérdida de calor se reduce significativamente, ya que la capa de vacío permite ahorrar aproximadamente el 95% de la energía solar captada.

Un colector solar de vacío colocado en el techo de una casa particular proporcionará agua caliente a los residentes durante todo el año, y durante la estación fría permitirá calentar cómodamente la habitación sin gastar mucho dinero en ello.

Además, se reduce la dependencia de la productividad del colector de la estacionalidad, la temperatura ambiente y diversas condiciones climáticas, como ráfagas de viento, cielo parcialmente nublado, precipitaciones, etc.

¿Cómo funciona un colector de vacío?

Los dispositivos de vacío modernos que proporcionan calor y agua caliente a las habitaciones mediante energía solar varían tecnológicamente.

Los coleccionistas se dividen en los siguientes tipos:

• tubular sin capa protectora de vidrio;
• módulo con conversión reducida;
• versión plana estándar;
• dispositivo con aislamiento térmico transparente;
• unidad de aire;
• colector de vacío plano.

El colector solar de vacío es capaz de proporcionar suministro de agua caliente y calefacción en cualquier época del año y en cualquier clima (+)

Todos ellos tienen una similitud de diseño común, por lo que constan de:

• tubo transparente externo, desde donde se ha extraído completamente el aire;
• tubo calentadoubicado en una tubería grande por donde se mueve el refrigerante líquido o gaseoso;
• uno o dos distribuidores prefabricados, al que se conectan tuberías de mayor calibre y entra un circuito de circulación de tubos delgados colocados en su interior.

Todo el diseño recuerda un poco a un termo con paredes transparentes, lo que mantiene un nivel de aislamiento térmico sin precedentes. Gracias a esta característica, el cuerpo de la cámara de aire adquiere la capacidad de calentarse de manera eficiente y transferir completamente el recurso energético al refrigerante que circula en su interior.

Matices de diseño y clasificación.

Los colectores de tipo vacío se clasifican según el tipo de tubos de vidrio instalados en la estructura, o según las características de los canales térmicos. Los tubos suelen ser coaxiales y de tipo pluma, y ​​los canales de calor son de tipo tubo de calor y de flujo directo en forma de U. .

Características de los tubos coaxiales.

Los tubos coaxiales son un termo de vidrio doble con un espacio de vacío creado artificialmente entre las paredes. La superficie interior del tubo tiene una capa de revestimiento especial que absorbe el calor, por lo que la transferencia de calor real se produce directamente desde las paredes del bulbo de vidrio.

Los tubos coaxiales están hechos de vidrio de borosilicato de alta resistencia, que tiene una alta transmitancia de luz. Los elementos, según el fabricante, tienen hasta tres capas de pulverización catódica con magnetrón, demuestran una excelente solidez y resistencia a diversas condiciones atmosféricas (lluvia, granizo, etc.), soportan una presión de 1 MPa y funcionan de forma fiable durante 15 años.

Como elemento absorbente, se suelda un tubo de cobre que contiene una composición de éter en un tubo de vidrio. Durante el proceso de calentamiento, se evapora, efectivamente cede su calor, se condensa y fluye hacia el fondo del tubo.Luego se repite el ciclo, creando así un proceso continuo de intercambio de calor.

Características de los tubos de plumas.

Los tubos de plumas de vacío tienen un espesor de pared mayor que los coaxiales y no constan de dos, sino de un matraz. El elemento interno de absorción de cobre está equipado en toda su longitud con un amplificador duradero: una placa corrugada con un revestimiento de absorción de energía de alto nivel.

Gracias a esta característica de diseño, el vacío se sitúa directamente en el canal térmico, parte del cual, junto con el absorbente, está integrado directamente en el matraz.

El tubo de vacío de plumas contiene una placa en su interior que tiene forma de pluma. El nivel de eficiencia excede las capacidades de su contraparte coaxial, pero tiene un costo significativamente mayor y es difícil de reemplazar si la integridad de la bombilla se daña o falla el elemento calefactor.

Los colectores fabricados con tubos de vacío de plumas se consideran los más eficientes de su clase, funcionan bien y brindan un servicio confiable durante muchos años.

Principio de funcionamiento del tubo de calor.

Los heatpipes consisten en tubos cerrados que contienen una composición líquida que se evapora fácilmente. Bajo la influencia de la luz solar, se calienta, se mueve hacia la región superior del canal y se concentra allí en un colector de calor especial (colector).

En este momento, el fluido de trabajo cede todo el calor acumulado y vuelve a caer para reanudar el proceso.

El manguito del intercambiador de calor de tubo de calor está conectado al intercambiador de calor del colector a través de un casquillo especial soldado al intercambiador de calor de 1 tubo, o se envuelve alrededor de un intercambiador de calor de 2 tubos.

El elemento de trabajo del heatpipe está hecho de cobre y, en casos más raros, de aluminio. Presenta una alta resistencia a las cargas operativas, funciona de manera confiable durante 15 años, tiene un costo razonable y es uno de los elementos más populares de los modernos sistemas solares de vacío tipo tubo.

La energía liberada es tomada del depósito térmico por el refrigerante y transferida a través del sistema, asegurando así la disponibilidad de agua caliente en grifos y radiadores. El sistema de tuberías de calor es fácil de instalar y demuestra una alta eficiencia operativa.

Los colectores equipados con tubos de calor al vacío tienen un buen nivel de fiabilidad y son adecuados para su uso no sólo en la vida cotidiana, sino también en sistemas solares térmicos de alta presión.

En caso de avería o avería sin dificultades, es posible sustituir la unidad averiada por una nueva sin necesidad de reconstruir todo el sistema.

Los trabajos de reparación se pueden realizar fácilmente directamente en el lugar del colector, sin desmontar la unidad y sin aplicar esfuerzos innecesarios al trabajo.

Descripción del intercambiador de calor de un solo paso en forma de U

El tubo del intercambiador de calor de flujo directo tiene la forma de la letra U. Por su interior circula agua o el refrigerante de trabajo del sistema de calefacción. Una parte del elemento está destinada al refrigerante frío y la segunda retira correctamente el ya calentado.

Cuando se calienta, la composición activa se expande y ingresa al tanque de almacenamiento, creando así una circulación natural del líquido en el sistema. Un revestimiento selectivo especial aplicado a las paredes internas aumenta la capacidad de absorción de calor y mejora la eficiencia del sistema en su conjunto.

En comparación con los tubos tipo heatpipe, los productos en forma de U tienen una mayor resistencia hidráulica, exigen más refrigerante y son significativamente más caros. Los colectores que funcionan con tubos en U de flujo directo no pueden funcionar a alta presión y proporcionan una transferencia de calor de alta calidad solo durante la estación cálida.

Los tubos tipo U demuestran un alto rendimiento y proporcionan una transferencia de calor sólida, pero tienen un inconveniente importante. Forman una estructura integral con el colector y siempre se montan junto con él.

No será posible reemplazar un solo tubo que haya fallado. Para la reparación será necesario desmantelar todo el complejo y colocar uno nuevo en su lugar.

Comparación de varias modificaciones.

En la fabricación de unidades solares se utilizan canales térmicos y tubos de vidrio al vacío para colectores solares en diversas combinaciones.

Los más populares entre los consumidores son los modelos coaxiales con tubo de calor. Los compradores se sienten atraídos por el precio fiel de los dispositivos y su mantenimiento muy sencillo y asequible durante toda su vida útil.

Un colector solar de vacío con canal de trabajo para tubo de calor se puede reparar fácilmente. La sustitución de los tubos dañados se realiza in situ y no implica desmontar el sistema ni trasladarlo a otro lugar. Sin embargo, la transferencia de calor en estos modelos es difícil, por lo que la eficiencia de salida no supera el 65%.

Los dispositivos de vacío con canales de tubos de calor demuestran una alta fiabilidad y no tienen restricciones de uso, incluso en complejos solares térmicos de alta presión.

La lista de los más populares también incluye dispositivos con un matraz coaxial que contiene canales en forma de U de flujo directo. Se caracterizan por parámetros tales como baja pérdida de calor y eficiencia del 70% o más.

Para funcionar correctamente, se debe instalar correctamente un dispositivo de vacío con canal en U. Es deseable que el ángulo de inclinación mínimo sea de al menos 20⁰. Sólo así será posible asegurar el máximo retorno

La situación se ve un tanto perjudicada por: un proceso de reparación complejo, un mantenimiento específico durante el funcionamiento y la imposibilidad de reemplazar una unidad individual dañada. Si algo le sucede al dispositivo, se desmonta y se coloca un colector completamente nuevo.

Los tubos de plumas son estructuralmente un solo cilindro de vidrio con paredes gruesas y resistentes (según el fabricante, a partir de 2,5 mm). El inserto absorbente de plumas contenido en el interior se ajusta perfectamente al canal de trabajo, fabricado de metal conductor de calor.

El espacio vacío dentro del recipiente de vidrio crea un aislamiento casi perfecto. El absorbente transfiere el calor absorbido sin pérdidas y proporciona al sistema una eficiencia de hasta el 77%.

En caso de avería, se deben reparar los colectores equipados con tubos de pluma. No es necesario cambiar todo el sistema, basta con encontrar una unidad averiada, desmontarla y poner una nueva en su lugar.

Los modelos con elemento de pluma son algo más caros que los coaxiales, pero debido a su alta eficiencia brindan total comodidad en la habitación y se amortizan rápidamente.

Los más eficientes y productivos son los matraces de plumas con canales internos de flujo directo. Su eficiencia real alcanza en ocasiones niveles récord del 80%.

Al instalar tubos de plumas en el marco, se coloca una tuerca engarzada fuerte con un anillo y una junta resistente al calor en la varilla de cada parte. Esto asegura la estanqueidad de toda la estructura y permite que el colector funcione completamente en cualquier condición.

El precio de los productos es bastante alto y, al realizar reparaciones, es necesario drenar todo el refrigerante del sistema y solo entonces comenzar a solucionar problemas.

¿Cómo debería ser el colector de calor?

El colector de calor es otro elemento de trabajo muy importante del colector de vacío. A través de esta unidad, el calor acumulado se transfiere desde los tubos al refrigerante.

El colector de calor se encuentra en la parte superior del dispositivo. Uno de sus componentes, un núcleo de cobre, recibe energía y la transfiere al refrigerante principal que circula en un sistema de intercambiador de calor de tanque-colector cerrado.

Se garantiza el correcto funcionamiento cuando se conecta al sistema. bomba de circulación. La automatización que controla el complejo de calefacción monitorea claramente el nivel de temperatura en los canales y, si cae por debajo del mínimo crítico permitido (por ejemplo, por la noche), detiene la bomba.

Esto le permite evitar el contracalentamiento, cuando el refrigerante comienza a quitarle el calor al agua caliente acumulada en el tanque de almacenamiento.

Pros y contras de los colectores de vacío.

La principal ventaja de las unidades es la ausencia casi total de pérdida de calor durante el funcionamiento. Esto lo proporciona un entorno de vacío, que es uno de los aislantes naturales de mayor calidad. Pero la lista de ventajas no termina ahí.

Los dispositivos tienen otras ventajas distintivas:

• eficiencia operativa a bajas temperaturas (hasta -30°C);
• capacidad de acumular temperaturas de hasta 300°C;
• máxima absorción posible de energía térmica, incluido el espectro invisible;
• estabilidad operativa;
• baja susceptibilidad a manifestaciones atmosféricas agresivas;
• baja resistencia al viento debido a las características de diseño de los sistemas tubulares capaces de hacer pasar masas de aire de diferentes densidades a través de ellos;
• alto nivel de eficiencia en regiones con climas templados y frescos con una pequeña cantidad de días despejados y soleados;
• durabilidad sujeta a reglas básicas de funcionamiento;
• accesibilidad para reparación y la capacidad de cambiar no todo el sistema, sino solo un fragmento fallido.

Las desventajas incluyen la incapacidad de los recolectores para autolimpiarse de escarcha, hielo, nieve y el alto precio de los componentes necesarios para ensamblar la unidad en casa.

Un colector solar es un dispositivo eficaz que permite convertir la energía solar en energía térmica prácticamente sin pérdidas.

Montaje de la unidad por su cuenta.

El proceso de montaje de un colector de vacío comienza con la fabricación de un marco de soporte para los elementos de trabajo. Se instala inmediatamente en el lugar asignado para la unidad.

El tamaño y las dimensiones del marco dependen completamente del modelo que se planea fabricar y generalmente se prescriben en las instrucciones que se encuentran entre los documentos adjuntos a los componentes.

El marco terminado para el colector se fija al techo para que ocupe una posición despejada y no se balancee. Si el techo del edificio es de pizarra, utilice vigas de revestimiento y tornillos autorroscantes de gran espesor. Para otros materiales para techos, se utilizan anclajes convencionales.

Además, arreglo los lugares donde el marco se une a la superficie del techo con sellador para que en el futuro no entre agua a la casa a través de los agujeros. Luego, el tanque de almacenamiento se entrega al lugar de instalación y se fija con tornillos a la parte superior del marco.

En la siguiente etapa, se ensamblan el elemento calefactor, el sensor de temperatura y la salida de aire automatizada. Todos los componentes auxiliares y piezas relacionadas se colocan en las almohadillas suavizantes incluidas. Para conectar el sensor de temperatura, utilice una llave de tubo.

A continuación, se organiza el suministro de comunicaciones de suministro de agua. Para ello se utilizan tubos de cualquier material resistente a las bajas temperaturas y que pueda soportar hasta 95°C. Bien probado tubos y accesorios de polipropileno.

Las tuberías de polipropileno son ideales para conectar el colector solar al sistema de plomería residencial. El refuerzo tiene buenas propiedades físicas y resistencia operativa, dura muchos años y se reemplaza fácilmente en caso de grietas o desgarros.

Una vez conectado el suministro de agua, el tanque de almacenamiento se llena con agua y se prueba para detectar fugas. Si se encuentran fugas en algún lugar dentro de 3 a 4 horas, se reparan.

Al final, se instalan elementos calefactores. Para ello, el tubo de cobre se envuelve en una lámina de aluminio y se coloca en un tubo de vacío de vidrio. Desde abajo, se colocan sobre el matraz una copa de fijación y una funda de goma flexible y duradera.

La punta de cobre superior del tubo se introduce completamente en el condensador de latón. La grasa viscosa de contacto térmico no se elimina de las tuberías. Coloque el mecanismo de bloqueo en el soporte y monte todos los tubos de vidrio restantes siguiendo el mismo principio.

Los colectores solares tubulares requieren un mantenimiento regular y una limpieza obligatoria, especialmente durante los períodos de nevadas activas. Si sigue estas sencillas reglas, funcionarán durante mucho tiempo y mantendrán un alto nivel de eficiencia durante toda su vida útil.

Se coloca un bloque de montaje en la estructura, se le suministra una fuente de alimentación de 220 voltios y se conectan tres unidades auxiliares al sistema: un elemento calefactor, un respiradero y un sensor de temperatura.

Lo último que hay que conectar es un controlador diseñado para controlar correctamente el complejo. Los parámetros operativos deseados se ingresan en el menú del controlador y el sistema se inicia en modo estándar.

Las instrucciones paso a paso para construir un colector solar se dan en Este artículo.

¿Cómo colocar el dispositivo correctamente?

Para que el colector de vacío funcione de manera completa y proporcione efectivamente al espacio habitable la energía necesaria, es necesario encontrar la ubicación más favorable para él y orientar correctamente el dispositivo en relación con las partes del mundo.

Los colectores solares de vacío son mucho más prácticos que sus homólogos planos. Cuando uno de los tubos de trabajo se daña y falla, es muy fácil sustituirlo por uno nuevo. Después de esto, el sistema seguirá funcionando como antes. Si no hay una oportunidad inmediata de colocar un elemento nuevo en lugar del dañado, no importa. La unidad podrá realizar sus “funciones” incluso si tiene una unidad con un elemento dañado.

Para asentamientos en el hemisferio norte, es importante colocar el colector en la parte sur del techo de la casa o en el lado soleado del sitio. Es aconsejable asegurar una desviación mínima para el plano del dispositivo.

Si no es posible orientar la superficie hacia el sur, se debe elegir el ángulo más brillante en el espacio abierto entre el oeste y el este.

La alta eficiencia operativa de un colector de vacío también se debe al hecho de que funciona según el principio de un espejo y ecualiza su potencia térmica en función de la altura actual del sol.

El complejo de energía solar no debe estar cubierto por chimeneas, fragmentos decorativos de tejados, ramas de árboles extendidas ni edificios residenciales o técnicos altos. Esto reducirá la eficiencia operativa y reducirá el nivel de calentamiento de los elementos operativos.

Si la unidad se coloca correctamente, proporcionará casi la misma transferencia de calor durante todo el año, independientemente de la estación.

Si no tiene una amplia experiencia en la realización de trabajos complejos de reparación, instalación y plomería, es irracional aspirar tubos en casa. Este proceso requiere mucha mano de obra y requiere conocimientos especiales y equipo especializado.

Además, los elementos de tipo vacío fabricados de forma independiente tienen un nivel de eficiencia mucho menor que las piezas de fábrica. Por lo tanto, tiene más sentido comprar productos de un fabricante especializado y luego intentar ensamblar varias secciones en casa.

El sitio web tiene una selección de artículos sobre cómo organizar un sistema de calefacción solar; le recomendamos que lea:

1. Sistemas de calefacción solar: análisis de tecnologías de calefacción basadas en sistemas solares.
2. Calentar una casa particular con paneles solares: diagramas y dispositivo.
3. Paneles solares flexibles: tipos, características + características de conexión.

Conclusiones y vídeo útil sobre el tema.

Una descripción detallada y detallada del tubo de vacío, el principio de su funcionamiento y las características del funcionamiento del colector solar en su conjunto. El autor habla de algunos matices interesantes y demuestra que la instalación puede convertirse en una alternativa real a una caldera de gas.

Información interesante sobre el funcionamiento del colector solar en invierno.

Cómo instalar correctamente un colector solar de vacío con sus propias manos en casa. Todos los matices del proceso, recomendaciones y consejos útiles.

Conociendo el principio de funcionamiento básico de un colector solar tubular de vacío, podrá montar la unidad usted mismo. La instalación se adaptará completamente a sus requisitos y necesidades individuales.

Esta no es una tarea muy difícil, pero requiere mayor atención, escrupulosidad y ciertas habilidades; de lo contrario, aumenta significativamente el riesgo de dañar la integridad del matraz y romper su estanqueidad.

Invitamos a todos los interesados ​​en elegir, instalar o autoensamblar un colector solar a dejar comentarios y realizar preguntas. El formulario de contacto se encuentra en el bloque inferior.