В связи с насыщением рынка Украины всевозможными солнечными коллекторами и их конструктивными реализациями, мы решили обратить Ваше внимание на некоторые технические особенности.
Так или иначе, любой производитель хочет снизить стоимость своей продукции, чтобы она была более привлекательной на рынке. Конечно же, стоимость складывается из нескольких составляющих:
- стоимость материалов,
- зарплата общепроизводственного и административного персонала на единицу продукции,
- затраты на продвижение,
- другое (транспортные расходы, сертификаты, телефоны и т.п.).

Естественно, никто не хочет делать изделие хуже, но для того, чтобы снизить стоимость при определенном объеме производства приходится жертвовать некоторыми моментами.

Ниже приводятся примеры таких технологических допущений. Мы ни в коем случае не хотим сказать, что это плохо и так делать нельзя. …определенный производитель просто пытался таким образом наладить соответствующее производство, и в результате получилось изделие с определенными техническими параметрами и ценой.

(на некоторые моменты мы уже обращали Ваше внимание по ссылке http://sintsolar.com.ua/rus/col_preimuw.php )

Так, в некоторых случаях Вы можете сравнивать два солнечных коллектора с казалось бы «одинаковой» площадью… Но не забудьте поинтересоваться, какая у данных коллекторов полезная площадь (та, которая поглощает солнечное излучение), а какая габаритная. …в результате может получиться, что при одинаковом габарите коллекторов в одном полезной площади окажется меньше.

_____________________________________________________________
Наиболее часто в зарубежных коллекторах используется соединение медного листа и медной трубки с помощью ультразвуковой сварки – это очень удобный способ, который позволяет получить высокую производительность производственной линии, но при этом повреждается поглощающая поверхность и существует риск повреждения трубки при последующей эксплуатации (в результате термоциклов).
Также для того, чтобы ускорить сборку, некоторые производители просто приклеивают стекло.


Светлые полосы – это следы от ультразвуковой сварки, в этом месте поглощающее покрытие отсутствует.
Стекло несъемное, оно, просто, приклеено с помощью специального герметика.
_____________________________________________________________
Установка боковой теплоизоляции это неудобное и кропотливое занятие, которое обычно делается вручную. Некоторые производители решают просто ее не ставить, конечно же тепловые потери у коллектора увеличиваются, но цена падает…


Нет боковой теплоизоляции. Уменьшенный абсорбер*
Хоть и абсорбер немного смещен влево, но все же видно, что он имеет размеры меньше чем это позволяет видимое пространство внутри коллектора.

*Абсорбер – поглощающая панель солнечного коллектора.
_____________________________________________________________


Нет боковой теплоизоляции. Стекло несъемное.
_____________________________________________________________

В некоторых моделях коллекторов тяжело затеплоизолировать углы, поэтому это, просто, не делают…


В углах нет боковой теплоизоляции.
_____________________________________________________________

Довольно широкое распространение получили плоские коллекторы с перьевым абсорбером. Их легче выпускать на небольших производствах. В данном случае отдельно закупаются готовые «перья» (медная трубка с прикрепленной поглощающей пластиной) или производятся на небольшой установке.


Перьевой абсорбер. Часть пространства внутри коллектора потеряно. Через щели происходит циркуляция воздуха, что увеличивает тепловые потери.
_____________________________________________________________


Перьевой абсорбер. Видно как проглядывает тыльная теплоизоляция (светлые неравномерные полосы). Но в этом изделии хоть потрудились заполнить поглощающим покрытием максимально все внутреннее пространство.

===============================================================================

То, что невидно.

Выше мы показали те моменты, на которые можно обратить внимание не разбирая коллектор. Но также есть конструкционные особенности коллекторов, от которых существенно зависит как надежность так и эффективность изделия, но которые невозможно увидеть или проверить не разобрав солнечный коллектор.

Толщина и металл ленты абсорбера.

Так лента с высокоселективным покрытием может быть из разного материала и разной толщины, это напрямую влияет на эффективность гелиоколлектора, а также на его долговечность. Чем больше теплопроводность металла и чем он толще, тем эффективнее работает гелиоколлектор.

Внешне все данные абсорберы выглядят примерно одинаково "синими", и параметры поглощающего покрытия также примерно одинаковы, но чем толще метал, тем больше передается тепловой энергии теплоносителю и тем выше КПД коллектора. Если вместо медного листа использовать алюминиевый, то чтобы получить такую же эффективность, его толщина должна быть примерно в два раза больше, т.к. практически в два раза ниже коэффициент теплопроводности. Также чем ближе друг другу стоят трубки - тем лучше, но это трудно оценить правильно, т.к.  важно еще какой диаметр и толщина стенки трубок используется.

Иногда все-таки можно отличить из какого металла изготовлена поглощающая панель, на это может указывать принцип соединения листа и трубки:

1. Медь:

- при сварке ультразвуком, виден оголившейся металл красно-коричневого цвета, т.к. в этом месте разрушается поглощающее покрытие,

- при пайке (используется в коллекторах SintSolar CS) с наружной стороны нет никаких следов повреждения поглощающего покрытия, только из-за некоторой деформации листа несколько выделяется место расположения трубок.

2. Алюминий:

- при сварке ультразвуком, виден оголившейся металл белого цвета, т.к. в этом месте разрушается поглощающее покрытие,

- при сварке лазером (наиболее часто используется) на поглощающем покрытии видны небольшие светлые точки, которые идут вдоль трубок с двух сторон, т.к. в этом месте немного разрушается поглощающее покрытие.

Тепловой контакт между лентой и трубой.

Чем лучше тепловой контакт между лентой абсорбера и трубой (где находится теплоноситель), тем быстрее и больше передается тепловой энергии и тем эффективнее работает солнечный коллектор.

Также коллектор работает эффективнее, чем ближе друг от друга расположены соседние трубки и чем толще их стенка.

Важно обратить внимание на использованные материалы!

Если они разнородные (лист из одного металла, а трубка из другого), то в процессе эксплуатации идет постоянная деградация соединения, вплоть до полного его разрушения. В основном это вызвано двумя факторами (проблемами):

1 – гальваническая коррозия,

2.1 – разные металлы имеют различный коэффициент линейного теплового расширения из-за чего при эксплуатации на место соединения приходится большая нагрузка. Это может проявиться в разрыве соединения и искривлении поглощающей панели (абсорбера).

Получить хорошую площадь контакта между алюминиевым листом и медной трубкой (в начале эксплуатации!), а также решить проблему высокой напряженности в месте соединения разнородных металлов позволяет, так называемый, «Омега-подобный» сварной шов. Но следует учитывать, что проблемы из-за гальванической коррозии алюминия все равно будут присутствовать в полной мере, а вторая проблема преобразуется, но почти с такими же последствиями: 2.2 – из-за различного коэффициента линейного теплового расширения металлов будет присутствовать постоянное трение алюминия о медную трубку, что вызовет ухудшение контакта в процессе эксплуатации.

Для примера (при длине листа и трубки 2 м):

- каждый день с перепадом температур поглощающей панели НОЧЬ – +5^оС / ДЕНЬ – +70^оС (дельта 65К), разница в линейном удлинении меди и алюминия составляет – 1 мм; если НОЧЬ – -20^оС / ДЕНЬ – +60^оС, разница 1.2 мм; даже при обычной разнице температур поглощающей панели в пасмурную погоду, с дельтой 30К (0 / 30^оС), разница в удлинении – 0.44 мм.

- а при возможных сезонных колебаниях с перепадом температур поглощающей панели ЗИМА – -30^оС / ЛЕТО – +220^оС, разница в линейном удлинении меди и алюминия составляет – 3.65 мм; если ЗИМА – -25^оС / ЛЕТО – +180^оС, разница 3 мм,

Т.е. каждый день алюминий трется о медь с диапазоном перемещения около 1 мм, при этом колебания могут происходить несколько раз в день в зависимости от погоды (облака-солнце-облака-дождь) и тепловой нагрузки. Это процесс постоянный (365 дней в году!) и ничем остановить его не возможно. Металлы будут постоянно стираться! Также в местах контакта и появления конденсата дополнительно алюминий будет съедаться коррозией… Эти процессы представили на рисунке ниже:

Многие оговоренные моменты уже были отражены в двух статьях на нашем сайте - Тестирование медно-алюминиевого (Al-Cu) абсорбера и Коррозионные испытания/сравнение абсорберов

Естественно о какой-то эффективной передаче тепла в данном случае трудно говорить.

Изгиб двухметрового абсорбера на 60 мм. При этом сжимается задняя теплоизоляция, что увеличивает тепловые потери:

Начался отрыв ленты от трубки:

Повреждение со стороны абсорбера:

Образцы (устанавливались поглощающим покрытием вверх) после испытания (40^оС, 100% влажность 5%NaCl), продолжительность 240 ч:

(слева - медь/медь, справа - медь/алюминий)

Для повышения эффективности поглощающей панели (абсорбера) увеличивают толщину листа алюминия, но это приводит к еще большим нагрузкам на соединение с трубкой, т.к. лист меньше может компенсировать разницу в расширении своей деформацией.

Уменьшение длины трубки снижает нагрузку на соединение, но не позволяет полностью исключить проблему.

Толщина теплоизоляции.

В стандартных плоских коллекторах, в качестве теплоизоляции, наиболее часто используется минеральная вата с влагоотталкивающей пропиткой. Но толщина и плотность этой теплоизоляции может быть различна, что влияет на тепловые потери гелиоколлектора. Также (на что уже обращалось внимание выше) некоторые производители могут вообще не теплоизолировать боковую стенку коллекторов, что также негативно сказывается. Чем толще и менее плотная теплоизоляция - тем меньше тепловые потери.

Не смотря на то, что в параметрах на наш солнечный коллектор мы указываем толщину теплоизоляции 50 мм, на самом деле давление на нее незначительное и она расправляется и ее толщина доходит до 60-65 мм, также мы теплоизолируем все боковые стенки и углы. Именно поэтому солнечный коллектор SintSolar SC обладает такими низкими тепловыми потерями.

Толщина стекла.

Толщина стекла не сказывается на эффективности солнечного коллектора, но она является определяющей с точки зрения надежности и стойкости к ударным воздействиям. Для большинства ситуаций, связанных со стойкостью к возможному граду, обычно достаточно использовать каленое стекло, толщиной 3.2 мм, но некоторые производители солнечных коллекторов, все же, используют 4 мм стекло (что на 25% толще!), для повышения надежности. Это связано с тем, что помимо среднестатистического града могут быть более серьезные нагрузки, такие как удар аномально большой градиной или веткой, оторванной от дерева во время сильного ветра или сорванной черепицей. Также могут быть повреждения при транспортировке.

Все имеет свой предел прочности, поэтому в солнечных коллекторах SintSolar CS дополнительно используется специальное замковое соединение, которое позволяет производить замену стекла без демонтажа изделия.

*Стекла имеют несколько разный цвет, это допускается, также кусок стекла, толщиной 4 мм, больше по размеру, поэтому с торца он кажется темнее.

Прозрачность стекла. 

Отличие в прозрачности стекол (способности их пропускать солнечное излучение) трудно зрительно оценить, особенно, когда они уже установлены в солнечные коллекторы. При одинаковом составе материала, полностью гладкое стекло или с текстурой на поверхности не отличаются по способности пропускать солнечное излучение, но выглядеть они будут по-разному. Только специальными приборами можно зафиксировать реальные отличия. Единственное, зрительно можно несколько отличить есть ли на поверхности стекла просветляющее (антиотражающее) покрытие AR (Anti-Reflective). Но, реально, это можно заметить только при сравнении двух стекло с одинаковой поверхностью и в одинаковых условиях. Стекло с AR покрытием меньше отражает и поэтому через него больше видно (меньше «бликует»). Также данное покрытие может несколько окрашивать оставшееся отражение в различные цвета (как это происходит с линзами в оптических приборах).

Для справки: обычное оконное стекло пропускает 85-87% солнечного излучения, специальное стекло SOLAR с низким содержанием железа – 91%, стекло SOLAR с односторонним AR-покрытием – 94%, а стекло SOLAR с двусторонним AR-покрытием – 97%.

На фото ниже мы показываем два образца, используемых нами, текстурированных стекол SOLAR. Мы их положили на подоконник со свесом, поэтому стало хорошо заметно отличие в отражении рассеянного света из окна. Также в нижней части этого фото показан фрагмент этих же стекло при отражении прямого солнечного света.

===============================================================================

По поводу цельнолистового и перьевого абсорбера конвекции и тепловых потерь

Чтобы было понятнее, коллекторы изображены одинаковой габаритной площади. Этот рисунок показывает суть, но не отображает реальную картину, которая меняется в зависимости от климатической ситуации и температурного режима! Более длинные стрелочки - означают большую скорость конвекции или большие тепловые потери. Также видно, что в цельнолистовом коллекторе высокоселективный абсорбер имеет большую площадь в том же габарите.

(чем выше температура поглощающей панели по сравнению с температурой наружного воздуха - тем быстрее движение воздуха (конвекция) внутри коллектора и тем больше тепловые потери: стекло холодное, поэтому охлажденный воздух (более тяжелый) скатывается вниз, затем нагревается от абсорбера и поднимается вверх и т.д.)


Далее табличном виде представлено, что влияет на тепловые потери в плоском коллекторе (при условии что рассматриваются одинаковые условия эксплуатации). Длина стрелок может быть не пропорциональной, она дана только для общего понимания - больше/меньше.


...это только часть информации, т.к. на тепловые потери могут влиять и другие параметры: толщина и качество теплоизоляции, параметры поглощающего покрытия, материал корпуса, способ выхода патрубка из коллектора и др.

Конечно же, все хотят, чтобы техника служила долго, эффективно и надежно работала. Поэтому далее приводится набросок "уровней" стабильности эксплуатационных параметров, что на это влияет...

(алюминиевый корпус рассматривался с защитным покрытием)

Если рассмотреть солнечный коллектор SintSolar CS, то по первой таблице он находится на 5 уровне развития, а по второй таблице - на 4-ом...
В данный момент, это наиболее адекватные уровни по цене/эффективности/надежности. Достижение следующих уровней приводит к существенному подорожанию изделия в сравнении с эффектом, который дает это улучшение. Но, так или иначе такие изделия тоже есть.
Например, наш поставщик поглощающего покрытия (на медной ленте), проводил испытания надежности покрытия под воздействием окружающей среды и высоких температур (есть протокол испытаний), полученный вывод - за 25 лет эксплуатации в вентилируемом плоском коллекторе комплексный показатель эффективности ухудшается не более чем на 5%!!! (см. Поглощающая панель в гелиоколлекторах SintSolar CS) Поэтому мы считаем не очень целесообразным делать герметичным наш коллектор... Но если рассматривать медно-алюминиевые абсорберы, тогда стоит подумать о герметичности...