Сравнение плоских коллекторов

[SintSolar]

... мы продолжаем мониторить эту систему и постепенно будем выкладывать графики. Сейчас мы переместили датчик и теперь мы измеряем не температуру теплоносителя на выходе из бака, а температуру воды в нижней части бака. Также измеряется и температура в верхней части бака...

[SintSolar]

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.).

Конечно же, 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 внимание по ссылке http://-------------- )

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.

ВСЯ НИЖЕПРЕДСТАВЛЕННАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ПЛОСКИХ КОЛЛЕКТОРАХ
__________________________________ ___________________________
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.

Отредактировано =DoN= Нарушение Правил п.10

[Mikhail]

А что можете сказать про эти плоские коллекторы:

[SintSolar]

Да-а-а, красиво....

Придумана масса различных конструкций плоских солнечных коллекторов. А в Советском Союзе было принято решение масштабно выпускать очень дешевые солнечные коллекторы со стальными панелями и, даже, некаленым обычным стеклом... Расчетный срок эксплуатации - 10 лет. У нас тоже есть подборочка фотографий подобных нерабочих систем в ужасном состоянии... И, кстати, есть фотографии и достаточно нового оборудования, которое уже не может работать...

Я специально (в своем примере выше) показал современные высокоселективные гелиоколлекторы, которые предлагаются (или предлагались) у нас в стране (фото с выставок). Конечно, данные коллекторы рассчитаны обычно на 25 лет эксплуатации... Вопрос надежности и долговечности - это второй вопрос, к сожалению, пока нет времени подготовить информацию на эту тему...

[Mikhail]

Это не Советский Союз (см. небоскреб на горизонте).
И говорят, что система работает...

[SintSolar]

Ну, уж очень все по "нашему"!
Да плоский коллектор - это очень надежное устройство, лишь бы не прогнил, а так работать будет. Но, конечно, здесь вопрос в эффективности...

Вот это тоже, говорят, работает (и я верю... ):

ussr.jpg (http://sintsolar.com.ua/forum/im/answer/ussr.jpg)

Отредактировано =DoN= Нарушение Правил п.10

[solarmaster]

А что можете сказать про эти плоские коллекторы:

Пекин эх... красота

[SintSolar]

Хочу продолжить данную тему, т.к. я почти подготовил новую информацию, но для начала придется повторно выложить некоторые выкладки, чтобы было легче анализировать и ссылаться:
(как известно - все познается в сравнении, поэтому постараюсь так и формировать информацию)
=====================================================================================


По поводу цельнолистового и перьевого абсорбера конвекции и тепловых потерь, решил изобразить максимально просто... "в картинках"

Постарался изобразить данную ситуацию в сравнении с нашим коллектором (чтобы было понятнее изобразил коллекторы 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.)


Постарался представить в табличном виде 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. ...своеобразная эволюция плоского гелиоколлекора...


...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 также привожу 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%!!! Поэтому мы считаем не очень целесообразным делать герметичным наш коллектор... Вот если, рассматривать медно-алюминиевые абсорберы, тогда стоит подумать о герметичности...

По идее, следующую таблицу нужно составлять про надежность...

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

Теперь начинаю продолжать... ))

Не все высокоселективные коллекторы одинаковы, т.к. поглощающее покрытие может быть нанесено на разный металл, а также может иметь разный состав и структуру, что определят эффективность и долговечность изделия...

В солнечные коллекторы SintSolar CS устанавливается полностью медная цельнолистовая поглощающая панель, в производстве которой используется медная лента с нанесенным высокоселективным покрытием Sunselect (Германия, ALANOD-SOLAR - дочерняя компания, компании INTERPANE).
 
http://alanod-solar.com/opencms/opencms/Absorption/Produkte.html
 
Данный производитель выпускает несколько поглощающих покрытий:



(см. Сертификат - http://sintsolar.com.ua/data/Test_Sunselect_Fraunhofer.pdf )

Как видно по графику, из всех данных покрытий мы используем самое эффективное (поглощение – 95%, излучение – 5%), нанесенное на медную ленту, что также повышает его стойкость и долговечность. В коллекторах SintSolar CS используется медная лента, толщиной 0.2 мм. Такая толщина позволяет максимально быстро и эффективно передавать энергию трубке, в которой циркулирует теплоноситель.



В связи с тем, что коэффициент теплопроводности меди практически в два раза выше, чем у алюминия, а также, часто используют соединение алюминиевого лист с медной трубкой с помощью лазера, поэтому чтобы достичь такой же эффективности поглощающей панели, необходимо использовать толщину алюминия не менее чем в два раза большую, чем меди.

Т.к. поглощающие покрытия на алюминии подвержены разрушению (из-за активной коррозии алюминия), было разработано более стойкое покрытие mirosolTS, но оно обладает худшими параметрами (поглощение – 90%, излучение – 20%).


Технические характеристики покрытий можно посмотреть здесь - http://alanod-solar.com/opencms/opencms/Absorption/Technische_Info.html
 

В летнее время, поглощающее покрытие может подвергаться воздействию высоких температур (в плоских коллекторах до 250оС, в вакуумных до 350оС). Покрытие Sunselect было протестировано на стойкость к таким температурным нагрузкам. Даже при температурах 300оС в воздушной среде, ухудшение комплексного показателя эффективности за 25 лет составляет менее 5%!!! (см. Термические испытания покрытия Sunselect - http://sintsolar.com.ua/data/Thermal_test_Sunselect_25_years.pdf )


Продолжение следует....

[SintSolar]

Продолжаю...


По фотографиям коллекторов, показанных выше, а также в таблицах 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.

То, что невидно:
 
1. 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.

см. фото в предыдущем сообщении...

Внешне все данные абсорберы выглядят примерно одинаково "синими", и параметры поглощающего покрытия также примерно одинаковы, но чем толще метал, тем больше и быстрее передается тепловая энергия 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.


2. 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, 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.

3. 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 и монтаже.

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.

[gelioded]

Часто говорят о селективных и неселективных коллекторах, т.е. дорогих и не очень.Но любой "горячий ящик" покрыт обязательно стеклом, а любое стекло это селективнное, т.е. избирательное пропускание - Энергия света внутрь солнечного коллектора (СК) и препятствие выходу энергии света   превращённой в тепло. Другое дело - какова степень селективности не только стекла, но и абсорбера. Ою этом я уже говорил при сопоставлении коллекторов. Когда мне приписали эффект бочки. А мысль в чём - достаточно добиться минимальной селективности до стремления дальнейшего её увеличния за счёт несопоставимого удорожания. Необходимый минимум достигнут в отечественной конструкции - перьевая трубка с единым с ней плоским пером покрытая "чёрным хромом" и простое с минимумом содержания "железа" белое на срезе стекло. Ещё мы применяем поликабонат 4 мм, но подводят поставщики подсовывая вместо качества Китай, который со временем мутнеет. И это 1100грн за кв.м.

[gelioded]

Уважаемый Михаил, использовать э/э от фотоэлементов для горячего водоснабжения даже с обращаемым счётчиком это очень уж ... кпд фото ( сколько же необходимо фотоэлементов, т.е. денег, чтобы заменить ими круглогодичный нагрев воды кроме остальных бытовых нагрузок - прошу считать, а потом так заявлять). Бесс, что Простейшие плоские СК для нагрева воды и экономически технически в разы эффективнее нагрева. Получением сначала дневной Э\э в фотоэлементах, а потом ею греть воду  - это спецам даже в кошмарном сне не приснится. Извините, но форум не для таких "обдуманных" высказываний.

[SintSolar]

...начинаю выкладывать обещанную информацию (к сожалению, за выходные не успел все подготовить)...

МЕДНО-АЛЮМИНИЕВЫЙ абсорбер. Часть 1.

Производители плоских солнечных коллекторов все чаще начинают использовать сваренные медно-алюминиевые абсорберы (поглощающие панели). Есть три причины, по которой делается выбор в их пользу – это:

1. цена несколько более низкая, чем у полностью медных абсорберов,
2. технологичность при крупном производстве - под данный вид абсорберов было разработано соединение листа и трубки с помощью лазера, что значительно упростило и ускорило производство,
3. эстетический вид – при соединении с помощью лазера медно-алюминиевый абсорбер выглядит значительно лучше, чем соединение ультразвуковой сваркой у медных абсорберов, где с наружной стороны видно повреждение поглощающего покрытия (широко распространено в Европе)

Если же медные абсорберы уже не вызывают вопросов и всем понятна возможность длительной и неприхотливой эксплуатации, то медно-алюминиевые… имеют один существенный недостаток – меньше эффективный срок службы. Т.е. в процессе эксплуатации деградация и разрушение идет более стремительно, чем в полностью медных абсорберах. В основном, это вызвано двумя причинами:

1) у меди и алюминия разные коэффициенты линейного теплового расширения, что вызывает повышенную нагрузку на соединение листа с трубкой вплоть до местных отрывов, а также к деформации и искривлению абсорбера;

2) соединение меди и алюминия во влажной среде, особенно с примесями солей (морской климат), приводит к гальванической коррозии алюминия, т.к. он является более активным металлом. Что, в свою очередь, может вызывать повреждение поглощающего покрытия и ухудшению качества соединения… Пояснение: в основном, распространены вентилируемые плоские солнечные коллекторы, то в процессе эксплуатации внутрь корпуса постоянно засасывается влажный воздух, а из-за перепадов температур возможно образование конденсата. Если материалы и поглощающее покрытие стойкое, то конденсат не вызывает никаких проблем, а днем при разогреве коллектора происходит осушение.

Также существуют герметичные плоские коллекторы (закачан инертный газ), поэтому пока герметичность сохраняется, проблем с коррозией абсорбера и, связанное с этим, разрушение поглощающего покрытия, не существует.

Наш поставщик поглощающего покрытия Sunselect (компания ALANOD-SOLAR), первыми создали современное высокоселективное поглощающее покрытие на алюминии и назвали его Mirotherm. Естественно, у производителей коллекторов были вопросы связанные с возможностью долговечной эксплуатации, а также с возможностью соединения медной трубки и алюминиевого листа (ранее уже существовали коллекторы с замковым соединением, когда медная труба запрессовывается в специальное алюминиевое «перо», которое изготавливалось методом прессовки).

Компания ALANOD-SOLAR совместно, с компанией, специализировавшейся на лазерном оборудовании, создали установку для точеного соединения алюминиевого листа и медной трубки. Это оказалось удачным решение, как с точки зрения эстетики, так и с технологической точки зрения, т.к. установка обладала гибкостью настройки и высокой производительностью.

Для того, чтобы доказать возможность эксплуатации таких абсорберов были проведены соответствующие тесты, которые изложены в этом документе –

http://alanod-solar.com/opencms/export/alanod_solar/downloads/mirotherm_afb_E_04_09.pdf

Упор в документе был сделан именно на прочность данного контакта, т.к. такое соединение было использовано впервые. Мы же хотим обратить внимание на некоторые существенные монеты и пояснить в чем проблема.

1. Проблемы из-за разного линейного расширения:
Линейное тепловое расширение при дельте 200К (а максимальная может быть 220оС - -30оС = 250К), участка длиной 2 м: алюминия – 9.52 мм; меди – 6.6 мм. Разница составляет – 9.52-6.6= 2.92мм.

Т.е. алюминиевый лист пытается, как бы вытянуть или сжать медную трубку почти на 3 мм. Естественно, такое не возможно, поэтому происходит общая деформация (искривление и коробление), при этом основная нагрузка ложится именно на место соединения лист-труба.

Последствия:

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


Начался отрыв ленты от трубки.                                      


Повреждение со стороны абсорбера


…при дальнейших колебаниях температуры может проявится усталость металла и отрыв продолжится дальше, тем самым снизив тепловой контакт и производительность коллектора.

При подаче холодного теплоносителя в разогретый абсорбер возникает местная деформация Al-листа




2. Коррозия и повреждение поглощающего покрытия.

Коррозионные испытания во влажной комнате (40оС, 100% влажность), продолжительность 240 ч. Коррозионные испытания в солевом «тумане» (35оС, 100% влажность 5%NaCl)

                                      Влажная комната                                                                                                        Солевой туман


…солевой туман вызвал большую коррозию и разрушение покрытия, т.к. он является электролитом и гальваническая коррозия протекает более интенсивно.


Коррозионные испытания коллектора в камере с солевым туманом после 96 часов (4 дня).

Влага на стекле вместе с конденсатом внутри коллектора.


Изменение поглощающего покрытия.


…видны следы точеной коррозии и разрушение покрытия. Но на данном этапе это носит местный характер и коллектор еще обладает хорошей производительностью.


Так или иначе, не смотря на все проблемы, эти тесты доказывают возможность использования данного вида соединения и подтверждают, что солнечный коллектор выдержит, и лист алюминия полностью не оторвется от медной трубки в течение 25 лет. Естественно все это актуально при правильной эксплуатации оборудования (т.е. минимальное циклов стагнации). Никто же не указал на сколько снизится эффективность такого изделия, и это понятно, т.к. данный параметр зависит от очень многих факторов.

...продолжение следует...

[gelioded]

Говоря о перьевой трубке, не имею виду затратные паянные перьевые элементы , а  алюминиевые трубки 10 мм  эктсрудированные через фильеры  с перьями составляющими единое целое с трубкой. Но самое важное, что  это наша отечественная разработка. Стомость такого коллектора с абсорбером типа "чорный  хром" и  корпусом покрытым порошковой краской с незамысловатым и сравнительно дорогим закалённым и упрочнённым стеклом чуть больше 1000 грн за кв.м. Поверьте, что для солнцеобильного лета и сезонных потребителей это самый лучший вариант. И ещё поверьте - использовать энергию скудного зимнего солнца в нашем климате странное занятие, не считая комерческого поиска денежных лохов, и нерациональное расходование средств. Тем более отправляя наши кровные для поддержания зарубежной экономики. С уважением к прозревающим.

[SintSolar]

elioded, любая техника имеет право на жизнь если себя оправдывает. У первого нашего опытного образца коллектора был абсорбер именно из таких "перьев" (украинских). Кстати, параметры селективности такого покрытия "черный хром" никто не знает...
Озвученная Вами цена (кстати, Вы какую площадь имели ввиду?), скорее всего, не рыночная, т.к. на данный момент такой абсорбер не получается особо дешевле... возможно это цена за коллекторы, которые залежались..., также, безусловно, нужно оценивать в целом изделие и его строк эксплуатации... ну, а на проблемы с внутренней коррозией, я уже указывал (в другой теме). Кстати, немало таких коллекторов монтировалось по побережью в одноконтурных системах и многие через три-четыре года уже практически не работали (в основном из-за закупорки каналов грязью и накипью)... ((

[gelioded]

Селективность чёрного хрома известна с+-, насчёт накипи , повидимому, нужен контур с конденсатом, на Симферопольской ТЭц он в достатке по удобоваримой цене: или катодная защита. Надо попытать. Но то, что в УКраине эти СК можно делать дешевле импортных анологичного качества по выработке -бесс. Самое главное можно изготавливать в течение до 5 дней любой типоразмер. А это очень эффективно при реконструкции Установок с Братскими СК. проработавшими 10-15 лет. И явно неэффективные СК как на сан."южнобережном" в Алупке. Благодарим за тактичность в обсуждении.