Coletor solar a vácuo: princípio de funcionamento + como montá-lo você mesmo

Quantias consideráveis ​​de dinheiro são gastas no fornecimento de água quente e no aquecimento de ambientes. Mas existe uma fonte alternativa de energia - um coletor solar a vácuo.Você já ouviu falar disso? Permite reduzir significativamente os custos financeiros de manutenção do conforto, proporcionando máximo efeito de aquecimento com mínima perda de calor.

Este dispositivo pode ser adquirido de fabricantes de equipamentos domésticos ou montado em casa. Para escolher o modelo certo é preciso estudar muitas informações. Ajudaremos você a decidir sobre os principais critérios de compra.

O artigo discutirá o princípio operacional e o projeto de um coletor de vácuo. Falaremos sobre os recursos de design de vários modelos, consideraremos os prós e os contras dessas instalações. Além disso, descreveremos em detalhes como fazer e instalar você mesmo um coletor solar a vácuo.

O material é acompanhado de vídeos nos quais você aprenderá sobre as importantes características e princípios de operação dos coletores de vácuo.

Princípio de funcionamento da unidade de vácuo

O coletor solar a vácuo difere dos sistemas solares convencionais na forma como processamento de energia solar. Uma bateria clássica simplesmente pega luz e a converte em eletricidade. O coletor consiste em tubos de vidro com vácuo criado em seu interior. Eles são combinados em um único sistema por meio de unidades de encaixe especiais.

Dentro de cada tubo existe um canal de uma ou duas hastes de cobre com refrigerante. Captando os raios solares, o elemento ativo aquece o material refrigerante, garantindo assim o funcionamento do coletor.

Devido a este design, o nível de eficiência energética aumenta significativamente e a perda de calor é significativamente reduzida, uma vez que a camada de vácuo permite poupar cerca de 95% da energia solar captada.

Um coletor solar a vácuo colocado no telhado de uma casa particular fornecerá água quente aos moradores durante todo o ano e, durante a estação fria, permitirá aquecer confortavelmente o ambiente sem gastar muito dinheiro com isso.

Além disso, a dependência da produtividade do coletor da sazonalidade, da temperatura ambiente e de diversas condições climáticas, como rajadas de vento, parcialmente nublado, precipitação, etc., é reduzida.

Como funciona um coletor tipo vácuo?

Dispositivos de vácuo modernos que fornecem calor e água quente aos ambientes usando energia solar variam tecnologicamente.

Os coletores são divididos nos seguintes tipos:

• tubular sem revestimento protetor de vidro;
• módulo com conversão reduzida;
• versão plana padrão;
• dispositivo com isolamento térmico transparente;
• unidade aérea;
• coletor de vácuo plano.

O coletor solar a vácuo é capaz de fornecer água quente e aquecimento em qualquer época do ano e em qualquer clima (+)

Todos eles têm uma semelhança de design comum, portanto consistem em:

• tubo transparente externo, de onde o ar foi totalmente bombeado;
• tubo aquecidolocalizado em um tubo grande por onde se move o refrigerante líquido ou gasoso;
• um ou dois distribuidores pré-fabricados, ao qual são conectados tubos de maior calibre e entra um circuito de circulação de tubos finos colocados em seu interior.

Todo o design lembra um pouco uma garrafa térmica com paredes transparentes, que mantém um nível de isolamento térmico sem precedentes. Graças a esta característica, o corpo do tubo interno adquire a capacidade de aquecer de forma eficiente e transferir totalmente o recurso energético para o refrigerante que circula no seu interior.

Nuances e classificação de design

Os coletores do tipo vácuo são classificados de acordo com o tipo de tubos de vidro instalados na estrutura, ou de acordo com as características dos canais térmicos. Os tubos são geralmente do tipo coaxial e de penas, e os canais de calor são de fluxo direto em forma de U e do tipo tubo de calor. .

Características dos tubos coaxiais

Os tubos coaxiais são uma garrafa térmica de vidro duplo com um espaço de vácuo criado artificialmente entre as paredes. A superfície interna do tubo possui uma camada de revestimento especial de absorção de calor, de modo que a transferência real de calor ocorre diretamente das paredes do bulbo de vidro.

Os tubos coaxiais são feitos de vidro borossilicato de alta resistência, que possui alta transmitância de luz. Os elementos, dependendo do fabricante, possuem até três camadas de pulverização catódica magnetron, demonstram excelente resistência e resistência a diversas condições atmosféricas (chuva, granizo, etc.), suportam pressão de 1 MPa e servem com segurança por 15 anos

Como elemento absorvente, um tubo de cobre contendo uma composição de éter é soldado em um tubo de vidro. Durante o processo de aquecimento, ele evapora, cede efetivamente o calor, condensa e flui para o fundo do tubo.O ciclo é então repetido, criando assim um processo contínuo de troca de calor.

Características dos tubos de penas

Os tubos de penas de vácuo têm maior espessura de parede do que os coaxiais e consistem não em dois, mas em um frasco. O elemento interno de absorção de cobre é equipado em todo o seu comprimento com um amplificador durável - uma placa corrugada com um revestimento de absorção de energia de alto nível.

Graças a esta característica de design, o vácuo está localizado diretamente no canal térmico, parte do qual, juntamente com o absorvente, está integrado diretamente no frasco.

O tubo de vácuo de penas contém uma placa interna com o formato de uma pena. O nível de eficiência excede as capacidades do seu homólogo coaxial, mas tem um custo significativamente mais elevado e é difícil de substituir se a integridade da lâmpada estiver danificada ou o elemento de aquecimento falhar

Os coletores feitos de tubos de vácuo de penas são considerados os mais eficientes em sua classe, apresentam bom desempenho e fornecem serviço confiável por muitos anos.

Princípio de funcionamento do tubo de calor

Os tubos de calor consistem em tubos fechados contendo uma composição líquida de fácil evaporação. Sob a influência da luz solar, ele aquece, desloca-se para a região superior do canal e ali se concentra em um coletor de calor especial (coletor).

Neste momento, o fluido de trabalho cede todo o calor acumulado e cai novamente para retomar o processo.

A manga do trocador de calor do tubo de calor é conectada ao trocador de calor do coletor através de um soquete especial soldado no próprio trocador de calor de 1 tubo ou é enrolada em um trocador de calor de 2 tubos.

O elemento de trabalho do tubo de calor é feito de cobre e, em casos mais raros, de alumínio. Apresenta alta resistência a cargas operacionais, funciona de forma confiável por 15 anos, tem um custo razoável e é um dos elementos mais populares dos modernos sistemas solares a vácuo tipo tubo.

A energia liberada é retirada do reservatório térmico pelo refrigerante e transferida posteriormente pelo sistema, garantindo assim a disponibilidade de água quente nas torneiras e radiadores. O sistema de tubos de calor é fácil de instalar e demonstra alta eficiência operacional.

Os coletores equipados com tubos de calor a vácuo apresentam um bom nível de confiabilidade e são adequados para uso não apenas na vida cotidiana, mas também em sistemas solares térmicos de alta pressão.

Em caso de avaria ou avaria sem dificuldades, é possível substituir a unidade danificada por uma nova sem recorrer à reconstrução de todo o sistema.

Os trabalhos de reparação podem ser facilmente realizados diretamente no local do coletor, sem desmontar a unidade e sem aplicar esforços desnecessários na obra.

Descrição do trocador de calor de passagem única em forma de U

O tubo do trocador de calor de fluxo direto tem o formato da letra U. A água ou o refrigerante de trabalho do sistema de aquecimento circula em seu interior. Uma parte do elemento é destinada ao refrigerante frio e a segunda remove corretamente o já aquecido.

Quando aquecida, a composição ativa se expande e entra no tanque de armazenamento, criando assim a circulação natural do líquido no sistema. Um revestimento seletivo especial aplicado nas paredes internas aumenta a capacidade de absorção de calor e melhora a eficiência do sistema como um todo.

Em comparação com os tubos do tipo heat-pipe, os produtos em forma de U têm maior resistência hidráulica, exigem mais do refrigerante e são significativamente mais caros. Os coletores que operam em tubos em U de fluxo direto não podem operar sob alta pressão e fornecem transferência de calor de alta qualidade apenas durante a estação quente

Os tubos tipo U demonstram alto desempenho e fornecem transferência de calor sólida, mas têm uma desvantagem significativa. Eles formam uma estrutura integral com o coletor e são sempre montados juntos com ele.

Não será possível substituir um único tubo separado que falhou. Para reparos será necessário desmontar todo o complexo e colocar um novo em seu lugar.

Comparação de várias modificações

Na fabricação de unidades solares, canais térmicos e tubos de vidro a vácuo para coletores solares são combinados em diversas combinações.

Os mais populares entre os consumidores são os modelos coaxiais com tubo de calor. Os compradores são atraídos pelo preço fiel dos dispositivos e pela manutenção muito simples e acessível durante toda a vida útil.

Um coletor solar a vácuo com canal de trabalho de tubo de calor pode ser facilmente reparado. A substituição dos tubos danificados é realizada no local e não implica a desmontagem do sistema ou a sua deslocação para outro local. No entanto, a transferência de calor nestes modelos é difícil, devido à qual a eficiência de produção não é superior a 65%

Dispositivos de vácuo com canais de tubos de calor demonstram alta confiabilidade e não têm restrições de uso, mesmo em complexos solares térmicos de alta pressão.

Dispositivos com frasco coaxial contendo canais em forma de U de fluxo direto também estão incluídos na lista de produtos populares. Eles são caracterizados por parâmetros como baixa perda de calor e eficiência de 70% ou mais.

Para funcionar corretamente, um dispositivo de vácuo com canal em U deve ser instalado corretamente. É desejável que o ângulo mínimo de inclinação seja de pelo menos 20⁰. Só assim será possível garantir o máximo retorno

A situação é um tanto prejudicada por: um processo de reparo complexo, manutenção específica durante a operação e a impossibilidade de substituir uma unidade danificada individual. Se algo acontecer com o dispositivo, ele é desmontado e um coletor totalmente novo é instalado.

Os tubos de penas são estruturalmente um único cilindro feito de vidro com paredes espessadas e fortes (dependendo do fabricante, a partir de 2,5 mm). A inserção absorvente de penas contida no interior se ajusta perfeitamente ao canal de trabalho, feito de metal condutor de calor.

O isolamento quase perfeito é criado pelo espaço de vácuo dentro do recipiente de vidro. O absorvente transfere o calor absorvido sem perdas e proporciona ao sistema uma eficiência de até 77%.

Em caso de mau funcionamento, os coletores equipados com tubos de penas deverão ser reparados. Não há necessidade de trocar todo o sistema, basta encontrar uma unidade danificada, desmontá-la e colocar uma nova em seu lugar

Os modelos com elemento pena são um pouco mais caros que os coaxiais, mas devido à sua alta eficiência proporcionam total conforto no ambiente e se pagam rapidamente.

Os mais eficientes e produtivos são os frascos de penas com canais internos de fluxo direto. A sua eficiência real por vezes atinge níveis recorde de 80%.

Ao instalar tubos de penas na estrutura, uma porca de crimpagem forte com um anel e uma junta resistente ao calor é colocada na haste de cada peça. Isso garante a estanqueidade de toda a estrutura e permite que o coletor funcione plenamente em quaisquer condições

O preço dos produtos é bastante alto e, na hora de realizar reparos, é necessário drenar todo o líquido refrigerante do sistema e só então iniciar a solução de problemas.

Como deve ser o coletor de calor?

O coletor de calor é outro elemento de trabalho muito importante do coletor de vácuo. Através desta unidade, o calor acumulado é transferido dos tubos para o refrigerante.

O coletor de calor está localizado na parte superior do dispositivo. Um de seus componentes, um núcleo de cobre, recebe energia e a transfere para o refrigerante principal que circula em um sistema fechado de trocador de calor tanque-coletor.

A operação correta é garantida quando conectado ao sistema. Bomba de circulação. A automação que controla o complexo de aquecimento monitora claramente o nível de temperatura nos canais e, se cair abaixo do mínimo crítico permitido (por exemplo, à noite), desliga a bomba.

Isso permite evitar o retroaquecimento, quando o refrigerante começa a retirar o calor da água quente coletada no tanque de armazenamento.

Prós e contras dos coletores a vácuo

A principal vantagem das unidades é a quase total ausência de perda de calor durante a operação. Isto é proporcionado por um ambiente de vácuo, que é um dos isolantes naturais da mais alta qualidade. Mas a lista de vantagens não termina aí.

Os dispositivos têm outras vantagens distintas:

• eficiência operacional em baixas temperaturas (até -30°C);
• capacidade de acumular temperaturas de até 300°C;
• absorção máxima possível de energia térmica, incluindo o espectro invisível;
• estabilidade operacional;
• baixa suscetibilidade a manifestações atmosféricas agressivas;
• baixo vento devido às características de projeto de sistemas tubulares capazes de passar por eles massas de ar de diferentes densidades;
• alto nível de eficiência em regiões de clima temperado e fresco com pequeno número de dias claros e ensolarados;
• durabilidade sujeita a regras básicas de operação;
• acessibilidade para reparo e capacidade de alterar não todo o sistema, mas apenas um fragmento com falha.

As desvantagens incluem a incapacidade dos coletores de se autolimparem de geada, gelo, neve e o alto preço dos componentes necessários para montar a unidade em casa.

Um coletor solar é um dispositivo eficaz que permite converter energia solar em energia térmica praticamente sem perdas.

Montagem da unidade faça você mesmo

O processo de montagem de um coletor de vácuo começa com a fabricação de uma estrutura de suporte para os elementos de trabalho. É instalado imediatamente no local destinado à unidade.

O tamanho e as dimensões da moldura dependem inteiramente do modelo que se pretende realizar e normalmente estão prescritos nas instruções que se encontram nos documentos que acompanham os componentes.

A estrutura acabada do coletor é fixada ao telhado para que fique em uma posição livre e não balance. Se o telhado do edifício for de ardósia, utilize vigas de revestimento e parafusos grossos de grande calibre. Para outros materiais de cobertura, são utilizadas âncoras convencionais

Além disso, fixo os locais onde a moldura encontra a superfície do telhado com selante para que no futuro a água não entre na casa pelos furos. Em seguida, o tanque de armazenamento é entregue no local de instalação e fixado com parafusos na parte superior da estrutura.

Na próxima etapa, são montados o elemento de aquecimento, o sensor de temperatura e a saída de ar automatizada. Todos os componentes auxiliares e peças relacionadas são colocados nas almofadas amaciadoras incluídas. Para fixar o sensor de temperatura, use uma chave de caixa.

Em seguida, é organizado o fornecimento de comunicações de abastecimento de água. Para isso, os tubos são retirados de qualquer material resistente a baixas temperaturas e que possa suportar até 95°C. Bem comprovado tubos e conexões de polipropileno.

Os tubos de polipropileno são ideais para conectar o coletor solar ao sistema de encanamento residencial. O reforço possui boas propriedades físicas e resistência operacional, funciona de forma confiável por muitos anos e é facilmente substituído em caso de rachaduras ou rasgos.

Depois de conectar o abastecimento de água, o tanque de armazenamento é enchido com água e testado quanto a vazamentos. Se vazamentos forem encontrados em algum lugar dentro de 3-4 horas, eles serão reparados.

Ao final, são instalados elementos de aquecimento. Para isso, o tubo de cobre é envolto em folha de alumínio e colocado em um tubo de vácuo de vidro. Por baixo, um copo de fixação e uma bota de borracha flexível e durável são colocados no frasco.

A ponta superior de cobre do tubo é inserida totalmente no condensador de latão. A graxa viscosa de contato térmico não é removida dos tubos. Encaixe o mecanismo de travamento no suporte e monte todos os tubos de vidro restantes usando o mesmo princípio.

Os coletores solares tubulares requerem manutenção regular e limpeza obrigatória, especialmente durante períodos de queda de neve ativa. Se você seguir estas regras simples, eles funcionarão por muito tempo e manterão um alto nível de eficiência durante toda a sua vida útil.

Um bloco de montagem é colocado na estrutura, uma fonte de alimentação de 220 volts é fornecida a ele e três unidades auxiliares são conectadas ao sistema - um elemento de aquecimento, uma saída de ar e um sensor de temperatura.

A última coisa a conectar é um controlador projetado para controlar corretamente o complexo. Os parâmetros operacionais desejados são inseridos no menu do controlador e o sistema inicia no modo padrão.

Instruções passo a passo para construir um coletor solar são fornecidas em Este artigo.

Como colocar o dispositivo corretamente?

Para que o coletor de vácuo funcione de forma plena e eficaz, forneça ao espaço habitacional a energia necessária, é necessário encontrar o local mais favorável para o mesmo e orientar corretamente o dispositivo em relação às partes do mundo.

Os coletores solares do tipo vácuo são muito mais práticos do que os planos. Quando um dos tubos de trabalho é danificado e falha, é muito fácil substituí-lo por um novo. Depois disso, o sistema continuará funcionando como antes. Se não houver oportunidade imediata de colocar um novo elemento no lugar do danificado, não importa. A unidade poderá cumprir suas “funções” mesmo que possua uma unidade com elemento danificado.

Para assentamentos no hemisfério norte, é importante colocar o coletor na parte sul do telhado da casa ou no lado ensolarado do local. É aconselhável garantir um desvio mínimo do plano do dispositivo.

Caso não seja possível direcionar a superfície para o sul, deve-se escolher o ângulo mais claro no espaço aberto entre oeste e leste.

A alta eficiência operacional de um coletor tipo vácuo também se deve ao fato de ele funcionar segundo o princípio de um espelho e equalizar sua potência térmica com base na altura atual do sol.

O complexo de energia solar não deve ser coberto por chaminés, fragmentos decorativos de coberturas, ramos de árvores espalhados e edifícios residenciais ou técnicos altos. Isto reduzirá a eficiência operacional e reduzirá o nível de aquecimento dos elementos operacionais.

Se a unidade estiver posicionada corretamente, fornecerá quase a mesma transferência de calor ao longo do ano, independentemente da estação.

Se você não tem muita experiência na realização de trabalhos complexos de reparo, instalação e encanamento, é irracional aspirar tubos em casa. Este processo é muito trabalhoso e requer conhecimentos especiais e equipamentos especializados.

Além disso, os elementos do tipo vácuo fabricados de forma independente têm um nível de eficiência muito menor do que as peças de fábrica. Portanto, faz mais sentido adquirir produtos de um fabricante especializado e depois tentar montar várias seções em casa.

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Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Uma descrição detalhada e detalhada do tubo de vácuo, o princípio de seu funcionamento e as características de funcionamento do coletor solar como um todo. O autor fala sobre algumas nuances interessantes e mostra que a instalação pode se tornar uma verdadeira alternativa à caldeira a gás.

Informações interessantes sobre o funcionamento do coletor solar no inverno.

Como instalar corretamente um coletor solar a vácuo com as próprias mãos em casa. Todas as nuances do processo, recomendações e dicas úteis.

Conhecendo o princípio básico de funcionamento de um coletor solar tubular a vácuo, você mesmo pode montar a unidade. A instalação será totalmente adaptada às suas necessidades e requisitos individuais.

Esta não é uma tarefa muito difícil, mas requer maior atenção, escrupulosidade e certas habilidades, caso contrário o risco de danificar a integridade do frasco e quebrar a sua estanqueidade aumenta significativamente.

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