Понастоящем технологията на вакуумните тръби е най-ефективната от тези, използвани в слънчевите топлинни колектори.

За известно време това беше много скъпа система и трудно достъпна. Тази система обаче става все по-достъпна за някои приложения, както се вижда от разпространението на компактни термосифонни системи за гореща вода с вакуумни тръби, които през последните години нахлуха на пазари като Мексико.

слънчеви

Защо вакуумните колектори са по-ефективни от плоските? За да се даде по-точен отговор, е необходимо да се знаят физическите процеси, чрез които топлинната енергия преминава от едно тяло в друго и които се намесват в процесите, които определят по-голямата или по-малката ефективност на един колектор по отношение на друг.

Начини за пренос на топлина

Има 3 начина, по които топлината се предава от едно тяло на друго:

Шофиране- Това е предаването на топлина, което се случва между две тела при различни температури, които са в пряк физически контакт или между две области на едно и също тяло при различни температури. Потокът на топлопреминаване ще зависи от това колко голяма е контактната повърхност между двете области с различни температури и от топлинния дисбаланс, който съществува между тях. Този тип предаване се проверява емпирично чрез докосване на горещо тяло (то предава топлина към нас) или чрез задържане на метален елемент, подложен на огън (ще забележим, че топлината постепенно се разпределя в обекта)

Конвекция- Вид предаване на топлина, което се случва само между течности, а не между твърди вещества. Това се случва, защото с повишаването на температурата на течността тя губи плътност и се повишава над най-студената и плътна среда, пренасяйки топлината си към последната. Този тип предаване може да бъде тествано емпирично чрез поставяне на ръка върху радиатор или печка. Ще се усети лек нагоре поток топъл въздух

Радиация. В този случай не се изисква телата да са в контакт, за да предават топлина и дори могат да съществуват във вакуум между тях. Всяко тяло, поради простия факт, че се намира при температура, по-висока от абсолютната нула (-273 градуса по Целзий), излъчва електромагнитно излъчване. Колкото по-висока е температурата му, толкова по-голямо излъчване излъчва

Например две тела, едното при 30 градуса по Целзий, а другото при 130 градуса по Целзий, ще излъчват лъчиста енергия. Когато бъдат поставени един до друг, ще има обмен на радиация между тях. Този на 10 градуса ще абсорбира много енергия от излъчването на тялото от 130 градуса и ще даде малко. Така 130-градусовото тяло ще излъчва много повече радиация, отколкото е способно да поеме от 10-градусовото тяло. При липса на други външни агенти, крайният резултат ще бъде, че 10-градусовото тяло ще се нагрее, а 130-градусовото тяло ще се охлади, докато и двамата достигнат еднаква температура и абсорбират и отделят едно и също количество енергия. Най-ясният пример за този вид пренос на топлина дава самото Слънце, което е с много висока температура и ни изпраща топлината си през празното пространство.
Обикновено трите вида топлопредаване обикновено се дават едновременно, макар и в различни пропорции всеки.

В колекторите за слънчева енергия можем да установим следните отношения на предаване на топлина. Слънцето грее върху колектора и той се повишава в температурата. С тази топлина се търси нагряване на желана течност, обикновено вода. (или вода и антифриз). Не цялата генерирана топлина обаче се използва за нагряване на желаната течност, тъй като една част ще бъде безвъзвратно загубена при нагряване на външния въздух, който е в контакт с колектора (проводимост и конвекция), а друга ще бъде загубена от радиация, тъй като температурата се повишава колекторът ще излъчва повече енергия от средата, в която се намира, причинявайки загуби в този смисъл.

Не всички колекционери са еднакви и тези, които поддържат по-добра връзка между това, което печелят от слънчевата енергия и това, което губят, ще бъдат по-ефективни, както коментирахме.

Има два начина за подобряване на колекторите, подобряване на енергийната печалба, получена от слънцето и/или намаляване на загубите.

Подобрението, осигурено от вакуумните тръбни колектори, е да се избегнат загубите на проводимост и конвекция. Както беше видяно, предаването на топлина чрез проводимост и конвекция изисква материята да бъде извършена. Поради тази причина, с поставянето на абсорбера в тръба, в която е направен вакуумът, той избягва загуби по тези методи само чрез загуба на топлина от радиация (която може да се предава във вакуум).

Ако се загуби по-малко топлина, ще има на разположение повече топлина за нагряване на необходимата ни течност, като по този начин ще се постигне по-голяма производителност за същото количество енергия от Слънцето.

Струва си да се спомене също така, че поради цилиндричната форма на колекторните тръби се получават повече отражения на слънчевата светлина, отколкото в плоските колектори, което означава, че енергийната печалба от Слънцето е по-малка. Приемането на тази форма обаче компенсира, тъй като поради вакуума се губи повече енергия, отколкото поради отражения.

Тип колектори за вакуумни тръби

Различните системи за събиране на вакуумни тръби се основават на евакуирани тръби. Те се състоят от две концентрични тръби, между които въздухът е всмукан, създавайки вакуум. В единия край двете тръби са свързани, запечатвайки вакуума. Вътре в двете тръби (оттук нататък ще наричаме тези тръби концентрични с вакуума. В средата като евакуирани тръби) са разположени различните видове абсорбатори, които определят различните системи.

Схеми на евакуирани тръби


Някои колектори използват система, наречена CPC (концентричен параболичен колектор), за да се възползват от слънчевата радиация, която попада между две тръби. Тази система се състои от серия рефлектори, които насочват светлината, която попада между тръбата и тръбата, към задната част на тях, където също се използва. С това колекторите получават светлина както отпред, така и отзад. Със системата CPC ефективната събирателна повърхност на квадратен метър се увеличава за технологичния фактор на вакуумната тръба, който обаче винаги ще бъде под плоските колектори (на квадратен метър се събира по-малко, но по-ефективно се използва това, което е заловено)