Capítulo 47 / Chapter 47

Colectores Solares de Tubos de Vacío

47.1 Introducción a los Colectores de Tubos de Vacío

Los colectores solares de tubos de vacío representan la tecnología más avanzada en captación de energía solar térmica. A diferencia de los colectores planos, los colectores de tubos de vacío utilizan el vacío como aislante térmico, lo que les permite alcanzar temperaturas mucho más elevadas y mantener un excelente rendimiento incluso en condiciones climáticas adversas.

El vacío dentro de los tubos elimina prácticamente la conducción y convección térmica, reduciendo drásticamente las pérdidas térmicas. Esto permite que los colectores de tubos de vacío alcancen temperaturas de trabajo de hasta 200°C, mientras que los colectores planos típicamente alcanzan un máximo de 80-100°C.

Los colectores SOLENER de tubos de vacío incorporan tecnología de última generación con recubrimientos selectivos de alta absorción y baja emisividad, maximizando la captación de energía solar y minimizando las pérdidas térmicas.

SOLENER - Tecnología Avanzada en Tubos de Vacío - Máxima Eficiencia Térmica

47.2 Principio de Funcionamiento

El principio de funcionamiento de los colectores de tubos de vacío se basa en el efecto invernadero combinado con el aislamiento al vacío. Cada tubo de vacío consta de dos tubos de vidrio concéntricos con vacío entre ellos, eliminando prácticamente las pérdidas por convección y conducción.

Componentes del Tubo de Vacío

Tubo exterior: Vidrio de borosilicato de alta transparencia (3.3 mm)
Vacío: Presión inferior a 5×10⁻³ Pa, eliminando convección y conducción
Tubo interior: Vidrio con recubrimiento selectivo de alta absorción
Recubrimiento selectivo: Capa de Al-N/Al sobre aluminio, absorción >94%, emisividad <8%
Aleta absorbente: Aleta de cobre o aluminio con recubrimiento selectivo
Tubo absorbedor: Tubo de cobre con aletas para transferencia de calor
Getter: Material que mantiene el vacío absorbiendo gases residuales

Tipos de Tubos de Vacío

Tipo	Descripción	Ventajas	Aplicaciones
Tubo todo vidrio	Transferencia directa por termósifón	Sin pérdidas por contacto, bajo coste	ACS, calefacción
Heat pipe	Tubo de calor con fluido interno	Alta eficiencia, resistencia a heladas	Climas fríos, altas temperaturas
U-tube	Tubo en U con fluido circulante	Presión de trabajo alta, presiones hasta 25 bar	Aplicaciones de presión
DeFlow	Flujo directo a través del tubo	Alta eficiencia, presión directa	Sistemas de presión

47.3 Ventajas de los Colectores de Tubos de Vacío

Los colectores de tubos de vacío presentan ventajas significativas respecto a los colectores planos convencionales:

Característica	Colector Plano	Tubo de Vacío	Ventaja
Pérdidas térmicas	Altas (convección y conducción)	Mínimas (vacío)	3-5 veces menor
Temperatura máxima	80-100°C	150-200°C	Mayor rango de trabajo
Rendimiento a baja temperatura	Bueno	Excelente	Mejor en climas fríos
Rendimiento a alta temperatura	Pobre	Excelente	Muy superior
Resistencia a heladas	Limitada	Excelente (-30°C)	Resistencia total
Granizo	Vulnerable	Resistente (ø47mm, 2mm vidrio)	Resistencia granizo 25mm
Sustitución de tubos	No posible	Individual sin vaciar sistema	Mantenimiento simplificado
Orientación	Limitada	Flexible (±30°)	Mayor flexibilidad
Peso	Alto (20-30 kg/m²)	Medio (15-25 kg/m²)	Menor carga estructural
Coste	Menor	Mayor	Mayor inversión inicial

47.4 Características Técnicas de los Tubos de Vacío SOLENER

Los tubos de vacío SOLENER incorporan tecnología de última generación con las siguientes especificaciones técnicas:

Parámetro	Especificación	Unidad
Diámetro exterior tubo	47 / 58 / 70	mm
Longitud tubo	1200 / 1500 / 1800	mm
Espesor vidrio exterior	1.6 / 2.0	mm
Espesor vidrio interior	1.6 / 2.0	mm
Presión de vacío	< 5×10⁻³	Pa
Absorción solar (α)	≥ 94%	-
Emisividad térmica (ε)	≤ 8%	-
Temperatura de estancación	200 / 220	°C
Resistencia granizo	25	mm
Presión máxima trabajo	0.6 / 2.5	MPa

Energía captada por tubo de vacío:
Q = A × G × (α - ε × σ × T⁴)

Donde:
A = Área efectiva del tubo (m²)
G = Irradiancia solar (W/m²)
α = Coeficiente de absorción (0.94)
ε = Emisividad térmica (0.08)
σ = Constante de Stefan-Boltzmann (5.67×10⁻⁸ W/m²K⁴)
T = Temperatura de trabajo (K)

Ejemplo:
Tubo ø58×1800mm, G=800 W/m², T=80°C (353K):
A = π × 0.058 × 1.8 = 0.329 m²
Q = 0.329 × 800 × (0.94 - 0.08 × 5.67×10⁻⁸ × 353⁴)
Q = 263.2 × (0.94 - 0.14) = 263.2 × 0.80 = 210.6 W

47.5 Tipos de Colectores de Tubos de Vacío

Existen diferentes configuraciones de colectores de tubos de vacío según el sistema de transferencia de calor:

A) Colectores de Tubo Directo (Termósifón)

El agua circula directamente a través de los tubos de vacío por convección natural (termósifón). El tubo interior actúa como absorbedor y conductor del fluido.

Ventajas: Simple, bajo coste, alta eficiencia
Limitaciones: Presión limitada, requiere depósito elevado
Aplicaciones: ACS residencial, sistemas termósifón

B) Colectores Heat Pipe

Cada tubo contiene un tubo de calor (heat pipe) con fluido interno que se evapora y condensa, transfiriendo calor al manifold. El tubo de vacío aísla térmicamente el heat pipe.

Ventajas: Alta eficiencia, resistencia a heladas, presión alta
Limitaciones: Coste mayor, ángulo mínimo de instalación
Aplicaciones: Climatización, procesos industriales, climas fríos

C) Colectores U-Tube

Tubo en forma de U insertado en el tubo de vacío. El fluido circula por el tubo en U, absorbiendo calor del tubo absorbedor.

Ventajas: Alta presión de trabajo, alta eficiencia
Limitaciones: Mayor complejidad, mayor coste
Aplicaciones: Sistemas de presión, grandes instalaciones

D) Colectores DeFlow (Flujo Directo)

El fluido circula directamente a través del tubo absorbedor dentro del tubo de vacío. Similar al tubo directo pero con mayor presión de trabajo.

Ventajas: Alta presión, alta eficiencia, simple
Limitaciones: Requiere bomba de circulación
Aplicaciones: Sistemas de presión, ACS forzada

47.6 Rendimiento de los Colectores de Tubos de Vacío

El rendimiento de los colectores de tubos de vacío se caracteriza por su excelente rendimiento a altas temperaturas y en condiciones de baja irradiación.

Ecuación de rendimiento:
η = η₀ - a₁ × (Tm - Ta)/G - a₂ × (Tm - Ta)²/G

Donde:
η = Rendimiento instantáneo
η₀ = Rendimiento óptico (típicamente 0.70-0.75)
a₁ = Coeficiente de pérdidas lineales (típicamente 0.5-1.5 W/m²K)
a₂ = Coeficiente de pérdidas cuadráticas (típicamente 0.005-0.015 W/m²K²)
Tm = Temperatura media del fluido (°C)
Ta = Temperatura ambiente (°C)
G = Irradiancia solar (W/m²)

Ejemplo:
η₀ = 0.72, a₁ = 1.2 W/m²K, a₂ = 0.01 W/m²K²
Tm = 60°C, Ta = 20°C, G = 800 W/m²
η = 0.72 - 1.2 × (60-20)/800 - 0.01 × (60-20)²/800
η = 0.72 - 0.06 - 0.02 = 0.64 = 64%

Ventaja clave: Los colectores de tubos de vacío mantienen un rendimiento superior al 50% incluso a temperaturas de 100°C con irradiación de 800 W/m², mientras que los colectores planos típicamente tienen rendimiento inferior al 30% en estas condiciones.

47.7 Comparativa con Colectores Planos

La siguiente tabla compara el rendimiento de colectores de tubos de vacío y colectores planos en diferentes condiciones:

Condición	Colector Plano	Tubo de Vacío	Ventaja Tubo Vacío
G=800 W/m², ΔT=20K	η = 65%	η = 68%	+3%
G=800 W/m², ΔT=40K	η = 50%	η = 64%	+14%
G=800 W/m², ΔT=60K	η = 35%	η = 60%	+25%
G=800 W/m², ΔT=80K	η = 20%	η = 56%	+36%
G=500 W/m², ΔT=40K	η = 40%	η = 58%	+18%
G=300 W/m², ΔT=40K	η = 25%	η = 48%	+23%

Conclusión: Los colectores de tubos de vacío son especialmente ventajosos en climas fríos, con alta diferencia de temperatura y baja irradiación. En climas cálidos con baja diferencia de temperatura, la ventaja es menor pero siempre presente.

47.8 Configuración de Colectores SOLENER

Los colectores SOLENER de tubos de vacío están disponibles en diferentes configuraciones según la aplicación:

Modelo	Nº Tubos	Diámetro (mm)	Longitud (mm)	Superficie (m²)	Potencia (kW)
SE-15/58-1800	15	58	1800	2.78	3.5
SE-20/58-1800	20	58	1800	3.71	4.7
SE-25/58-1800	25	58	1800	4.64	5.8
SE-30/58-1800	30	58	1800	5.57	7.0
SE-20/70-1800	20	70	1800	5.50	6.9
SE-30/70-1800	30	70	1800	8.25	10.3

Cálculo de superficie necesaria:
A = Q / (G × η)

Donde:
A = Superficie de colectores (m²)
Q = Demanda energética (kWh/día)
G = Irradiancia solar diaria (kWh/m²/día)
η = Rendimiento medio del colector

Ejemplo:
Demanda ACS: 2000 kcal/día = 2.33 kWh/día
G = 4.5 kWh/m²/día (Madrid, invierno)
η = 0.60
A = 2.33 / (4.5 × 0.60) = 0.86 m²
Seleccionar colector SE-15/58-1800 (2.78 m²)

47.9 Aplicaciones de los Colectores de Tubos de Vacío

Los colectores de tubos de vacío son especialmente adecuados para aplicaciones que requieren temperaturas elevadas o funcionan en condiciones climáticas adversas:

A) Agua Caliente Sanitaria (ACS)

Temperatura requerida: 45-60°C
Ventaja tubo vacío: Excelente rendimiento incluso en invierno
Aplicación: Viviendas, hoteles, hospitales, residencias

B) Calefacción

Temperatura requerida: 40-60°C (suelo radiante), 60-80°C (radiadores)
Ventaja tubo vacío: Alto rendimiento a temperaturas elevadas
Aplicación: Viviendas, edificios, naves industriales

C) Procesos Industriales

Temperatura requerida: 80-150°C
Ventaja tubo vacío: Único colector capaz de alcanzar estas temperaturas
Aplicación: Procesos industriales, limpieza, pasteurización

D) Refrigeración Solar

Temperatura requerida: 80-150°C
Ventaja tubo vacío: Alta temperatura para máquinas de absorción
Aplicación: Aire acondicionado solar, refrigeración industrial

E) Climatismo Frío

Temperatura ambiente: -20°C a -30°C
Ventaja tubo vacío: Resistencia a heladas, alto rendimiento
Aplicación: Zonas montañosas, climas nórdicos

47.10 Instalación de Colectores de Tubos de Vacío

La instalación de colectores de tubos de vacío requiere consideraciones específicas para garantizar su correcto funcionamiento y máxima eficiencia:

A) Orientación e Inclinación

Orientación: Sur (azimut 0°) en hemisferio norte
Inclinación: Latitud + 10° para uso anual
Tolerancia: ±30° en orientación, ±15° en inclinación
Ventaja: Mayor tolerancia que colectores planos

B) Distancia entre Colectores

Distancia mínima entre filas:
d = h / tan(67° - Latitud)

Donde:
d = Distancia entre filas (m)
h = Altura del colector (m)
Latitud = Latitud del lugar (°)

Ejemplo:
h = 1.8 m, Latitud = 40°
d = 1.8 / tan(27°) = 1.8 / 0.5095 = 3.53 m

C) Conexión Hidráulica

Conexión en serie: Aumenta temperatura de salida
Conexión en paralelo: Aumenta caudal, mantiene temperatura
Conexión mixta: Combinación serie-paralelo
Retorno invertido: Para equilibrar caudales en paralelo

47.11 Ventajas de los Colectores SOLENER

Los colectores de tubos de vacío SOLENER presentan ventajas específicas respecto a otros fabricantes:

Característica	Ventaja SOLENER
Recubrimiento selectivo	Al-N/Al de alta absorción (α ≥ 94%) y baja emisividad (ε ≤ 8%)
Vacío	Presión inferior a 5×10⁻³ Pa, mantenido por getter de bario
Vidrio	Borosilicato 3.3 de alta transparencia y resistencia
Resistencia granizo	Resistente a granizo de 25 mm de diámetro
Vida útil	Superior a 25 años con degradación mínima
Garantía	5 años de garantía total, 15 años de rendimiento
Sustitución	Tubos individuales sustituibles sin vaciar el sistema
Certificaciones	Keymark, Solar Keymark, certificación europea

47.12 Comparativa Económica

Aunque la inversión inicial en colectores de tubos de vacío es mayor que en colectores planos, el menor coste de instalación y el mayor rendimiento anual compensan la diferencia:

Concepto	Colector Plano	Tubo de Vacío
Coste colector (€/m²)	300-400	400-500
Coste instalación (€/m²)	150-200	100-150
Coste total (€/m²)	450-600	500-650
Energía anual (kWh/m²)	400-500	500-650
Coste energía (€/kWh)	0.10-0.15	0.08-0.13
Amortización (años)	5-7	4-6

Conclusión: Aunque el coste inicial es ligeramente superior, los colectores de tubos de vacío ofrecen un menor coste por kWh producido debido a su mayor rendimiento anual y menor coste de instalación.

47.13 Mantenimiento de Colectores de Tubos de Vacío

Los colectores de tubos de vacío requieren mínimo mantenimiento, pero es importante realizar revisiones periódicas para garantizar su correcto funcionamiento:

A) Mantenimiento Preventivo

Inspección visual: Anual, verificar estado de tubos y estructura
Verificación vacío: Comprobar indicador de vacío (getter)
Limpieza: Limpieza exterior de tubos si es necesario
Verificación estanqueidad: Comprobar uniones y juntas

B) Sustitución de Tubos

Ventaja: Tubos individuales sustituibles sin vaciar el sistema
Procedimiento: Extraer tubo dañado, insertar nuevo tubo
Coste: 30-50 € por tubo sustituido
Tiempo: 10-15 minutos por tubo

C) Mantenimiento del Fluido

Verificación calidad: Cada 3-5 años, analizar calidad del fluido
Sustitución fluido: Cada 5-10 años según calidad
Verificación presión: Comprobar presión del circuito
Verificación anticongelante: Comprobar concentración de anticongelante

47.14 Aplicaciones Específicas SOLENER

Los colectores de tubos de vacío SOLENER son especialmente adecuados para las siguientes aplicaciones:

A) ACS en Climas Fríos

Ventaja: Alto rendimiento incluso a -20°C
Aplicación: Zonas montañosas, climas nórdicos
Ventaja: Resistencia a heladas sin protección adicional

B) Procesos Industriales

Temperatura: 80-150°C
Aplicación: Procesos industriales, limpieza, pasteurización
Ventaja: Único colector capaz de alcanzar estas temperaturas

C) Refrigeración Solar

Temperatura: 80-150°C
Aplicación: Aire acondicionado solar, refrigeración industrial
Ventaja: Alta temperatura para máquinas de absorción

D) Calefacción de Alta Temperatura

Temperatura: 60-80°C
Aplicación: Radiadores, procesos industriales
Ventaja: Alto rendimiento a temperaturas elevadas

47.15 Resumen del Capítulo 47

Resumen del Capítulo 47:

Los colectores solares de tubos de vacío representan la tecnología más avanzada en captación de energía solar térmica. El vacío dentro de los tubos elimina prácticamente las pérdidas térmicas por convección y conducción, permitiendo alcanzar temperaturas de hasta 200°C y mantener un excelente rendimiento incluso en condiciones climáticas adversas.

Los colectores SOLENER de tubos de vacío incorporan tecnología de última generación con recubrimientos selectivos de alta absorción (>94%) y baja emisividad (<8%), maximizando la captación de energía solar. Los tubos son individualmente sustituibles sin vaciar el sistema, facilitando el mantenimiento.

Los colectores de tubos de vacío son especialmente ventajosos en climas fríos, aplicaciones que requieren temperaturas elevadas (80-150°C) y en condiciones de baja irradiación. Aunque el coste inicial es ligeramente superior al de los colectores planos, el mayor rendimiento anual y menor coste de instalación compensan la diferencia, ofreciendo un menor coste por kWh producido.

47.1 Introduction aux Capteurs à Tubes sous Vide

Les capteurs solaires à tubes sous vide représentent la technologie la plus avancée en captation d'énergie solaire thermique. Contrairement aux capteurs plans, les capteurs à tubes sous vide utilisent le vide comme isolant thermique, ce qui leur permet d'atteindre des températures beaucoup plus élevées et de maintenir un excellent rendement même dans des conditions climatiques adverses.

Le vide à l'intérieur des tubes élimine pratiquement la conduction et la convection thermique, réduisant drastiquement les pertes thermiques. Cela permet aux capteurs à tubes sous vide d'atteindre des températures de travail jusqu'à 200°C, tandis que les capteurs plans atteignent typiquement un maximum de 80-100°C.

Les capteurs SOLENER à tubes sous vide incorporent une technologie de dernière génération avec des revêtements sélectifs de haute absorption et basse émissivité, maximisant la captation d'énergie solaire et minimisant les pertes thermiques.

SOLENER - Technologie Avancée en Tubes sous Vide - Efficacité Thermique Maximale

47.2 Principe de Fonctionnement

Le principe de fonctionnement des capteurs à tubes sous vide est basé sur l'effet de serre combiné avec l'isolation sous vide. Chaque tube sous vide est constitué de deux tubes de verre concentriques avec vide entre eux, éliminant pratiquement les pertes par convection et conduction.

Composants du Tube sous Vide

Tube extérieur: Verre borosilicate de haute transparence (3.3 mm)
Vide: Pression inférieure à 5×10⁻³ Pa, éliminant convection et conduction
Tube intérieur: Verre avec revêtement sélectif de haute absorption
Revêtement sélectif: Couche Al-N/Al sur aluminium, absorption >94%, émissivité <8%
Ailette absorbante: Ailette de cuivre ou aluminium avec revêtement sélectif
Tube absorbeur: Tube de cuivre avec ailettes pour transfert de chaleur
Getter: Matériau qui maintient le vide en absorbant les gaz résiduels

Types de Tubes sous Vide

Type	Description	Avantages	Applications
Tube tout verre	Transfert direct par thermosiphon	Sans pertes par contact, bas coût	ECS, chauffage
Heat pipe	Tube de chaleur avec fluide interne	Haute efficacité, résistance au gel	Climats froids, hautes températures
U-tube	Tube en U avec fluide circulant	Pression de travail élevée, jusqu'à 25 bar	Applications de pression
DeFlow	Flux direct à travers le tube	Haute efficacité, pression directe	Systèmes de pression

47.3 Avantages des Capteurs à Tubes sous Vide

Les capteurs à tubes sous vide présentent des avantages significatifs par rapport aux capteurs plans conventionnels:

Caractéristique	Capteur Plan	Tube sous Vide	Avantage
Pertes thermiques	Élevées (convection et conduction)	Minimes (vide)	3-5 fois moindre
Température maximale	80-100°C	150-200°C	Plus grande plage de travail
Rendement à basse température	Bon	Excellent	Meilleur en climats froids
Rendement à haute température	Pauvre	Excellent	Bien supérieur
Résistance au gel	Limitée	Excellent (-30°C)	Résistance totale
Grêle	Vulnérable	Résistant (ø47mm, 2mm verre)	Résistance grêle 25mm
Remplacement de tubes	Non possible	Individuel sans vider le système	Maintenance simplifiée
Orientation	Limitée	Flexible (±30°)	Plus grande flexibilité
Poids	Élevé (20-30 kg/m²)	Moyen (15-25 kg/m²)	Moindre charge structurale
Coût	Moindre	Plus élevé	Plus grand investissement initial

47.4 Caractéristiques Techniques des Tubes sous Vide SOLENER

Les tubes sous vide SOLENER incorporent une technologie de dernière génération avec les spécifications techniques suivantes:

Paramètre	Spécification	Unité
Diamètre extérieur tube	47 / 58 / 70	mm
Longueur tube	1200 / 1500 / 1800	mm
Épaisseur verre extérieur	1.6 / 2.0	mm
Épaisseur verre intérieur	1.6 / 2.0	mm
Pression de vide	< 5×10⁻³	Pa
Absorption solaire (α)	≥ 94%	-
Émissivité thermique (ε)	≤ 8%	-
Température de stagnation	200 / 220	°C
Résistance grêle	25	mm
Pression maximale travail	0.6 / 2.5	MPa

Énergie captée par tube sous vide:
Q = A × G × (α - ε × σ × T⁴)

Où:
A = Surface effective du tube (m²)
G = Irradiancia solaire (W/m²)
α = Coefficient d'absorption (0.94)
ε = Émissivité thermique (0.08)
σ = Constante de Stefan-Boltzmann (5.67×10⁻⁸ W/m²K⁴)
T = Température de travail (K)

Exemple:
Tube ø58×1800mm, G=800 W/m², T=80°C (353K):
A = π × 0.058 × 1.8 = 0.329 m²
Q = 0.329 × 800 × (0.94 - 0.08 × 5.67×10⁻⁸ × 353⁴)
Q = 263.2 × (0.94 - 0.14) = 263.2 × 0.80 = 210.6 W

47.5 Types de Capteurs à Tubes sous Vide

Il existe différentes configurations de capteurs à tubes sous vide selon le système de transfert de chaleur:

A) Capteurs à Tube Direct (Thermosiphon)

L'eau circule directement à travers les tubes sous vide par convection naturelle (thermosiphon). Le tube intérieur agit comme absorbeur et conducteur du fluide.

Avantages: Simple, bas coût, haute efficacité
Limitations: Pression limitée, nécessite réservoir élevé
Applications: ECS résidentielle, systèmes thermosiphon

B) Capteurs Heat Pipe

Chaque tube contient un tube de chaleur (heat pipe) avec fluide interne qui s'évapore et se condense, transférant la chaleur au manifold. Le tube sous vide isole thermiquement le heat pipe.

Avantages: Haute efficacité, résistance au gel, pression élevée
Limitations: Coût plus élevé, angle minimum d'installation
Applications: Climatisation, processus industriels, climats froids

C) Capteurs U-Tube

Tube en forme de U inséré dans le tube sous vide. Le fluide circule par le tube en U, absorbant la chaleur du tube absorbeur.

Avantages: Haute pression de travail, haute efficacité
Limitations: Plus grande complexité, coût plus élevé
Applications: Systèmes de pression, grandes installations

D) Capteurs DeFlow (Flux Direct)

Le fluide circule directement à travers le tube absorbeur à l'intérieur du tube sous vide. Similaire au tube direct mais avec plus grande pression de travail.

Avantages: Haute pression, haute efficacité, simple
Limitations: Nécessite pompe de circulation
Applications: Systèmes de pression, ECS forcée

47.6 Rendement des Capteurs à Tubes sous Vide

Le rendement des capteurs à tubes sous vide se caractérise par son excellent rendement à hautes températures et en conditions de basse irradiation.

Équation de rendement:
η = η₀ - a₁ × (Tm - Ta)/G - a₂ × (Tm - Ta)²/G

Où:
η = Rendement instantané
η₀ = Rendement optique (typiquement 0.70-0.75)
a₁ = Coefficient de pertes linéaires (typiquement 0.5-1.5 W/m²K)
a₂ = Coefficient de pertes quadratiques (typiquement 0.005-0.015 W/m²K²)
Tm = Température moyenne du fluide (°C)
Ta = Température ambiante (°C)
G = Irradiancia solaire (W/m²)

Exemple:
η₀ = 0.72, a₁ = 1.2 W/m²K, a₂ = 0.01 W/m²K²
Tm = 60°C, Ta = 20°C, G = 800 W/m²
η = 0.72 - 1.2 × (60-20)/800 - 0.01 × (60-20)²/800
η = 0.72 - 0.06 - 0.02 = 0.64 = 64%

Avantage clé: Les capteurs à tubes sous vide maintiennent un rendement supérieur à 50% même à des températures de 100°C avec irradiation de 800 W/m², tandis que les capteurs plans ont typiquement un rendement inférieur à 30% dans ces conditions.

47.7 Comparaison avec Capteurs Plans

Le tableau suivant compare le rendement des capteurs à tubes sous vide et des capteurs plans dans différentes conditions:

Condition	Capteur Plan	Tube sous Vide	Avantage Tube Vide
G=800 W/m², ΔT=20K	η = 65%	η = 68%	+3%
G=800 W/m², ΔT=40K	η = 50%	η = 64%	+14%
G=800 W/m², ΔT=60K	η = 35%	η = 60%	+25%
G=800 W/m², ΔT=80K	η = 20%	η = 56%	+36%
G=500 W/m², ΔT=40K	η = 40%	η = 58%	+18%
G=300 W/m², ΔT=40K	η = 25%	η = 48%	+23%

Conclusion: Les capteurs à tubes sous vide sont spécialement avantageux en climats froids, avec haute différence de température et basse irradiation. En climats chauds avec basse différence de température, l'avantage est moindre mais toujours présent.

47.8 Configuration de Capteurs SOLENER

Les capteurs SOLENER à tubes sous vide sont disponibles en différentes configurations selon l'application:

Modèle	Nº Tubes	Diamètre (mm)	Longueur (mm)	Surface (m²)	Puissance (kW)
SE-15/58-1800	15	58	1800	2.78	3.5
SE-20/58-1800	20	58	1800	3.71	4.7
SE-25/58-1800	25	58	1800	4.64	5.8
SE-30/58-1800	30	58	1800	5.57	7.0
SE-20/70-1800	20	70	1800	5.50	6.9
SE-30/70-1800	30	70	1800	8.25	10.3

Calcul de surface nécessaire:
A = Q / (G × η)

Où:
A = Surface de capteurs (m²)
Q = Demande énergétique (kWh/jour)
G = Irradiation solaire quotidienne (kWh/m²/jour)
η = Rendement moyen du capteur

Exemple:
Demande ECS: 2000 kcal/jour = 2.33 kWh/jour
G = 4.5 kWh/m²/jour (Madrid, hiver)
η = 0.60
A = 2.33 / (4.5 × 0.60) = 0.86 m²
Sélectionner capteur SE-15/58-1800 (2.78 m²)

47.9 Applications des Capteurs à Tubes sous Vide

Les capteurs à tubes sous vide sont spécialement adaptés pour les applications qui requièrent des températures élevées ou fonctionnent dans des conditions climatiques adverses:

A) Eau Chaude Sanitaire (ECS)

Température requise: 45-60°C
Avantage tube vide: Excellent rendement même en hiver
Application: Logements, hôtels, hôpitaux, résidences

B) Chauffage

Température requise: 40-60°C (plancher chauffant), 60-80°C (radiateurs)
Avantage tube vide: Haut rendement à températures élevées
Application: Logements, bâtiments, naves industrielles

C) Processus Industriels

Température requise: 80-150°C
Avantage tube vide: Unique capteur capable d'atteindre ces températures
Application: Processus industriels, nettoyage, pasteurisation

D) Réfrigération Solaire

Température requise: 80-150°C
Avantage tube vide: Haute température pour machines d'absorption
Application: Air conditionné solaire, réfrigération industrielle

E) Climat Froid

Température ambiante: -20°C à -30°C
Avantage tube vide: Résistance au gel, haut rendement
Application: Zones montagneuses, climats nordiques

47.10 Installation de Capteurs à Tubes sous Vide

L'installation de capteurs à tubes sous vide requiert des considérations spécifiques pour garantir leur correct fonctionnement et maximale efficacité:

A) Orientation et Inclination

Orientation: Sud (azimut 0°) dans hémisphère nord
Inclination: Latitude + 10° pour usage annuel
Tolérance: ±30° en orientation, ±15° en inclination
Avantage: Plus grande tolérance que capteurs plans

B) Distance entre Capteurs

Distance minimale entre rangées:
d = h / tan(67° - Latitude)

Où:
d = Distance entre rangées (m)
h = Hauteur du capteur (m)
Latitude = Latitude du lieu (°)

Exemple:
h = 1.8 m, Latitude = 40°
d = 1.8 / tan(27°) = 1.8 / 0.5095 = 3.53 m

C) Connexion Hydraulique

Connexion en série: Augmente température de sortie
Connexion en parallèle: Augmente débit, maintient température
Connexion mixte: Combinaison série-parallèle
Retour inversé: Pour équilibrer débits en parallèle

47.11 Avantages des Capteurs SOLENER

Les capteurs à tubes sous vide SOLENER présentent des avantages spécifiques par rapport à d'autres fabricants:

Caractéristique	Avantage SOLENER
Revêtement sélectif	Al-N/Al de haute absorption (α ≥ 94%) et basse émissivité (ε ≤ 8%)
Vide	Pression inférieure à 5×10⁻³ Pa, maintenu par getter de baryum
Verre	Borosilicate 3.3 de haute transparence et résistance
Résistance grêle	Résistant à grêle de 25 mm de diamètre
Durée de vie	Supérieure à 25 ans avec dégradation minimale
Garantie	5 ans de garantie totale, 15 ans de rendement
Remplacement	Tubes individuellement remplaçables sans vider le système
Certifications	Keymark, Solar Keymark, certification européenne

47.12 Comparaison Économique

Bien que l'investissement initial en capteurs à tubes sous vide soit plus élevé qu'en capteurs plans, le moindre coût d'installation et le plus grand rendement annuel compensent la différence:

Concept	Capteur Plan	Tube sous Vide
Coût capteur (€/m²)	300-400	400-500
Coût installation (€/m²)	150-200	100-150
Coût total (€/m²)	450-600	500-650
Énergie annuelle (kWh/m²)	400-500	500-650
Coût énergie (€/kWh)	0.10-0.15	0.08-0.13
Amortissement (ans)	5-7	4-6

Conclusion: Bien que le coût initial soit légèrement supérieur, les capteurs à tubes sous vide offrent un moindre coût par kWh produit grâce à leur plus grand rendement annuel et moindre coût d'installation.

47.13 Maintenance des Capteurs à Tubes sous Vide

Les capteurs à tubes sous vide requièrent une maintenance minimale, mais il est important de réaliser des révisions périodiques pour garantir leur correct fonctionnement:

A) Maintenance Préventive

Inspection visuelle: Annuelle, vérifier état de tubes et structure
Vérification vide: Comprober indicateur de vide (getter)
Nettoyage: Nettoyage extérieur de tubes si nécessaire
Vérification étanchéité: Comprober unions et joints

B) Remplacement de Tubes

Avantage: Tubes individuellement remplaçables sans vider le système
Procédure: Extraire tube endommagé, insérer nouveau tube
Coût: 30-50 € par tube remplacé
Temps: 10-15 minutes par tube

C) Maintenance du Fluide

Vérification qualité: Chaque 3-5 ans, analyser qualité du fluide
Remplacement fluide: Chaque 5-10 ans selon qualité
Vérification pression: Comprober pression du circuit
Vérification antigel: Comprober concentration d'antigel

47.14 Applications Spécifiques SOLENER

Les capteurs à tubes sous vide SOLENER sont spécialement adaptés pour les applications suivantes:

A) ECS en Climats Froids

Avantage: Haut rendement même à -20°C
Application: Zones montagneuses, climats nordiques
Avantage: Résistance au gel sans protection additionnelle

B) Processus Industriels

Température: 80-150°C
Application: Processus industriels, nettoyage, pasteurisation
Avantage: Unique capteur capable d'atteindre ces températures

C) Réfrigération Solaire

Température: 80-150°C
Application: Air conditionné solaire, réfrigération industrielle
Avantage: Haute température pour machines d'absorption

D) Chauffage de Haute Température

Température: 60-80°C
Application: Radiateurs, processus industriels
Avantage: Haut rendement à températures élevées

47.15 Résumé du Chapitre 47

Résumé du Chapitre 47:

Les capteurs solaires à tubes sous vide représentent la technologie la plus avancée en captation d'énergie solaire thermique. Le vide à l'intérieur des tubes élimine pratiquement les pertes thermiques par convection et conduction, permettant d'atteindre des températures jusqu'à 200°C et de maintenir un excellent rendement même dans des conditions climatiques adverses.

Les capteurs SOLENER à tubes sous vide incorporent une technologie de dernière génération avec des revêtements sélectifs de haute absorption (>94%) et basse émissivité (<8%), maximisant la captation d'énergie solaire. Les tubes sont individuellement remplaçables sans vider le système, facilitant la maintenance.

Les capteurs à tubes sous vide sont spécialement avantageux en climats froids, applications qui requièrent des températures élevées (80-150°C) et en conditions de basse irradiation. Bien que le coût initial soit légèrement supérieur à celui des capteurs plans, le plus grand rendement annuel et moindre coût d'installation compensent la différence, offrant un moindre coût par kWh produit.

47.1 Introduction to Evacuated Tube Collectors

Evacuated tube solar collectors represent the most advanced technology in solar thermal energy capture. Unlike flat plate collectors, evacuated tube collectors use vacuum as thermal insulation, allowing them to reach much higher temperatures and maintain excellent performance even in adverse weather conditions.

The vacuum inside the tubes practically eliminates thermal conduction and convection, drastically reducing thermal losses. This allows evacuated tube collectors to reach working temperatures up to 200°C, while flat plate collectors typically reach a maximum of 80-100°C.

SOLENER evacuated tube collectors incorporate state-of-the-art technology with high absorption and low emissivity selective coatings, maximizing solar energy capture and minimizing thermal losses.

SOLENER - Advanced Technology in Evacuated Tubes - Maximum Thermal Efficiency

47.2 Operating Principle

The operating principle of evacuated tube collectors is based on the greenhouse effect combined with vacuum insulation. Each evacuated tube consists of two concentric glass tubes with vacuum between them, practically eliminating losses by convection and conduction.

Evacuated Tube Components

Outer tube: High transparency borosilicate glass (3.3 mm)
Vacuum: Pressure below 5×10⁻³ Pa, eliminating convection and conduction
Inner tube: Glass with high absorption selective coating
Selective coating: Al-N/Al layer on aluminum, absorption >94%, emissivity <8%
Absorber fin: Copper or aluminum fin with selective coating
Absorber tube: Copper tube with fins for heat transfer
Getter: Material that maintains vacuum by absorbing residual gases

Evacuated Tube Types

Type	Description	Advantages	Applications
All-glass tube	Direct transfer by thermosyphon	No contact losses, low cost	DHW, heating
Heat pipe	Heat pipe with internal fluid	High efficiency, frost resistance	Cold climates, high temperatures
U-tube	U-tube with circulating fluid	High working pressure, up to 25 bar	Pressure applications
DeFlow	Direct flow through tube	High efficiency, direct pressure	Pressure systems

47.3 Advantages of Evacuated Tube Collectors

Evacuated tube collectors present significant advantages over conventional flat plate collectors:

Characteristic	Flat Plate	Evacuated Tube	Advantage
Thermal losses	High (convection and conduction)	Minimal (vacuum)	3-5 times lower
Maximum temperature	80-100°C	150-200°C	Greater working range
Low temperature performance	Good	Excellent	Better in cold climates
High temperature performance	Poor	Excellent	Much higher
Frost resistance	Limited	Excellent (-30°C)	Total resistance
Hail	Vulnerable	Resistant (ø47mm, 2mm glass)	25mm hail resistance
Tube replacement	Not possible	Individual without draining system	Simplified maintenance
Orientation	Limited	Flexible (±30°)	Greater flexibility
Weight	High (20-30 kg/m²)	Medium (15-25 kg/m²)	Lower structural load
Cost	Lower	Higher	Higher initial investment

47.4 SOLENER Evacuated Tube Technical Specifications

SOLENER evacuated tubes incorporate state-of-the-art technology with the following technical specifications:

Parameter	Specification	Unit
Outer tube diameter	47 / 58 / 70	mm
Tube length	1200 / 1500 / 1800	mm
Outer glass thickness	1.6 / 2.0	mm
Inner glass thickness	1.6 / 2.0	mm
Vacuum pressure	< 5×10⁻³	Pa
Solar absorption (α)	≥ 94%	-
Thermal emissivity (ε)	≤ 8%	-
Stagnation temperature	200 / 220	°C
Hail resistance	25	mm
Maximum working pressure	0.6 / 2.5	MPa

Energy captured per evacuated tube:
Q = A × G × (α - ε × σ × T⁴)

Where:
A = Effective tube area (m²)
G = Solar irradiance (W/m²)
α = Absorption coefficient (0.94)
ε = Thermal emissivity (0.08)
σ = Stefan-Boltzmann constant (5.67×10⁻⁸ W/m²K⁴)
T = Working temperature (K)

Example:
Tube ø58×1800mm, G=800 W/m², T=80°C (353K):
A = π × 0.058 × 1.8 = 0.329 m²
Q = 0.329 × 800 × (0.94 - 0.08 × 5.67×10⁻⁸ × 353⁴)
Q = 263.2 × (0.94 - 0.14) = 263.2 × 0.80 = 210.6 W

47.5 Evacuated Tube Collector Types

There are different configurations of evacuated tube collectors according to the heat transfer system:

A) Direct Tube Collectors (Thermosyphon)

Water circulates directly through the evacuated tubes by natural convection (thermosyphon). The inner tube acts as absorber and fluid conductor.

Advantages: Simple, low cost, high efficiency
Limitations: Limited pressure, requires elevated tank
Applications: Residential DHW, thermosyphon systems

B) Heat Pipe Collectors

Each tube contains a heat pipe with internal fluid that evaporates and condenses, transferring heat to the manifold. The evacuated tube thermally insulates the heat pipe.

Advantages: High efficiency, frost resistance, high pressure
Limitations: Higher cost, minimum installation angle
Applications: Air conditioning, industrial processes, cold climates

C) U-Tube Collectors

U-shaped tube inserted into the evacuated tube. Fluid circulates through the U-tube, absorbing heat from the absorber tube.

Advantages: High working pressure, high efficiency
Limitations: Greater complexity, higher cost
Applications: Pressure systems, large installations

D) DeFlow Collectors (Direct Flow)

Fluid circulates directly through the absorber tube inside the evacuated tube. Similar to direct tube but with higher working pressure.

Advantages: High pressure, high efficiency, simple
Limitations: Requires circulation pump
Applications: Pressure systems, forced DHW

47.6 Evacuated Tube Collector Performance

Evacuated tube collector performance is characterized by its excellent performance at high temperatures and in low irradiation conditions.

Performance equation:
η = η₀ - a₁ × (Tm - Ta)/G - a₂ × (Tm - Ta)²/G

Where:
η = Instantaneous efficiency
η₀ = Optical efficiency (typically 0.70-0.75)
a₁ = Linear loss coefficient (typically 0.5-1.5 W/m²K)
a₂ = Quadratic loss coefficient (typically 0.005-0.015 W/m²K²)
Tm = Average fluid temperature (°C)
Ta = Ambient temperature (°C)
G = Solar irradiance (W/m²)

Example:
η₀ = 0.72, a₁ = 1.2 W/m²K, a₂ = 0.01 W/m²K²
Tm = 60°C, Ta = 20°C, G = 800 W/m²
η = 0.72 - 1.2 × (60-20)/800 - 0.01 × (60-20)²/800
η = 0.72 - 0.06 - 0.02 = 0.64 = 64%

Key advantage: Evacuated tube collectors maintain efficiency above 50% even at temperatures of 100°C with 800 W/m² irradiation, while flat plate collectors typically have efficiency below 30% under these conditions.

47.7 Comparison with Flat Plate Collectors

The following table compares the performance of evacuated tube collectors and flat plate collectors under different conditions:

Condition	Flat Plate	Evacuated Tube	Tube Advantage
G=800 W/m², ΔT=20K	η = 65%	η = 68%	+3%
G=800 W/m², ΔT=40K	η = 50%	η = 64%	+14%
G=800 W/m², ΔT=60K	η = 35%	η = 60%	+25%
G=800 W/m², ΔT=80K	η = 20%	η = 56%	+36%
G=500 W/m², ΔT=40K	η = 40%	η = 58%	+18%
G=300 W/m², ΔT=40K	η = 25%	η = 48%	+23%

Conclusion: Evacuated tube collectors are especially advantageous in cold climates, with high temperature difference and low irradiation. In warm climates with low temperature difference, the advantage is smaller but always present.

47.8 SOLENER Collector Configuration

SOLENER evacuated tube collectors are available in different configurations according to the application:

Model	No. Tubes	Diameter (mm)	Length (mm)	Area (m²)	Power (kW)
SE-15/58-1800	15	58	1800	2.78	3.5
SE-20/58-1800	20	58	1800	3.71	4.7
SE-25/58-1800	25	58	1800	4.64	5.8
SE-30/58-1800	30	58	1800	5.57	7.0
SE-20/70-1800	20	70	1800	5.50	6.9
SE-30/70-1800	30	70	1800	8.25	10.3

Required area calculation:
A = Q / (G × η)

Where:
A = Collector area (m²)
Q = Energy demand (kWh/day)
G = Daily solar irradiation (kWh/m²/day)
η = Average collector efficiency

Example:
DHW demand: 2000 kcal/day = 2.33 kWh/day
G = 4.5 kWh/m²/day (Madrid, winter)
η = 0.60
A = 2.33 / (4.5 × 0.60) = 0.86 m²
Select collector SE-15/58-1800 (2.78 m²)

47.9 Evacuated Tube Collector Applications

Evacuated tube collectors are especially suitable for applications requiring high temperatures or operating in adverse weather conditions:

A) Domestic Hot Water (DHW)

Required temperature: 45-60°C
Tube advantage: Excellent performance even in winter
Application: Homes, hotels, hospitals, residences

B) Heating

Required temperature: 40-60°C (underfloor heating), 60-80°C (radiators)
Tube advantage: High performance at high temperatures
Application: Homes, buildings, industrial buildings

C) Industrial Processes

Required temperature: 80-150°C
Tube advantage: Only collector capable of reaching these temperatures
Application: Industrial processes, cleaning, pasteurization

D) Solar Cooling

Required temperature: 80-150°C
Tube advantage: High temperature for absorption machines
Application: Solar air conditioning, industrial refrigeration

E) Cold Climate

Ambient temperature: -20°C to -30°C
Tube advantage: Frost resistance, high performance
Application: Mountain areas, Nordic climates

47.10 Evacuated Tube Collector Installation

Evacuated tube collector installation requires specific considerations to guarantee correct operation and maximum efficiency:

A) Orientation and Tilt

Orientation: South (azimuth 0°) in northern hemisphere
Tilt: Latitude + 10° for annual use
Tolerance: ±30° in orientation, ±15° in tilt
Advantage: Greater tolerance than flat plate collectors

B) Distance Between Collectors

Minimum distance between rows:
d = h / tan(67° - Latitude)

Where:
d = Distance between rows (m)
h = Collector height (m)
Latitude = Location latitude (°)

Example:
h = 1.8 m, Latitude = 40°
d = 1.8 / tan(27°) = 1.8 / 0.5095 = 3.53 m

C) Hydraulic Connection

Series connection: Increases outlet temperature
Parallel connection: Increases flow, maintains temperature
Mixed connection: Series-parallel combination
Reversed return: To balance flows in parallel

47.11 SOLENER Collector Advantages

SOLENER evacuated tube collectors present specific advantages over other manufacturers:

Characteristic	SOLENER Advantage
Selective coating	Al-N/Al high absorption (α ≥ 94%) and low emissivity (ε ≤ 8%)
Vacuum	Pressure below 5×10⁻³ Pa, maintained by barium getter
Glass	Borosilicate 3.3 high transparency and resistance
Hail resistance	Resistant to 25 mm diameter hail
Useful life	Over 25 years with minimal degradation
Warranty	5 years total warranty, 15 years performance
Replacement	Individual tubes replaceable without draining system
Certifications	Keymark, Solar Keymark, European certification

47.12 Economic Comparison

Although the initial investment in evacuated tube collectors is higher than in flat plate collectors, the lower installation cost and higher annual performance compensate for the difference:

Concept	Flat Plate	Evacuated Tube
Collector cost (€/m²)	300-400	400-500
Installation cost (€/m²)	150-200	100-150
Total cost (€/m²)	450-600	500-650
Annual energy (kWh/m²)	400-500	500-650
Energy cost (€/kWh)	0.10-0.15	0.08-0.13
Amortization (years)	5-7	4-6

Conclusion: Although the initial cost is slightly higher, evacuated tube collectors offer lower cost per kWh produced due to their higher annual performance and lower installation cost.

47.13 Evacuated Tube Collector Maintenance

Evacuated tube collectors require minimal maintenance, but it is important to perform periodic reviews to guarantee correct operation:

A) Preventive Maintenance

Visual inspection: Annual, check tube and structure condition
Vacuum verification: Check vacuum indicator (getter)
Cleaning: External tube cleaning if necessary
Tightness verification: Check joints and seals

B) Tube Replacement

Advantage: Individual tubes replaceable without draining system
Procedure: Extract damaged tube, insert new tube
Cost: 30-50 € per replaced tube
Time: 10-15 minutes per tube

C) Fluid Maintenance

Quality verification: Every 3-5 years, analyze fluid quality
Fluid replacement: Every 5-10 years according to quality
Pressure verification: Check circuit pressure
Antifreeze verification: Check antifreeze concentration

47.14 SOLENER Specific Applications

SOLENER evacuated tube collectors are especially suitable for the following applications:

A) DHW in Cold Climates

Advantage: High performance even at -20°C
Application: Mountain areas, Nordic climates
Advantage: Frost resistance without additional protection

B) Industrial Processes

Temperature: 80-150°C
Application: Industrial processes, cleaning, pasteurization
Advantage: Only collector capable of reaching these temperatures

C) Solar Cooling

Temperature: 80-150°C
Application: Solar air conditioning, industrial refrigeration
Advantage: High temperature for absorption machines

D) High Temperature Heating

Temperature: 60-80°C
Application: Radiators, industrial processes
Advantage: High performance at high temperatures

47.15 Chapter 47 Summary

Chapter 47 Summary:

Evacuated tube solar collectors represent the most advanced technology in solar thermal energy capture. The vacuum inside the tubes practically eliminates thermal losses by convection and conduction, allowing temperatures up to 200°C to be reached and maintaining excellent performance even in adverse weather conditions.

SOLENER evacuated tube collectors incorporate state-of-the-art technology with high absorption (>94%) and low emissivity (<8%) selective coatings, maximizing solar energy capture. Tubes are individually replaceable without draining the system, facilitating maintenance.

Evacuated tube collectors are especially advantageous in cold climates, applications requiring high temperatures (80-150°C) and in low irradiation conditions. Although the initial cost is slightly higher than flat plate collectors, the higher annual performance and lower installation cost compensate for the difference, offering lower cost per kWh produced.

47.1 مقدمة عن مجمعات الأنابيب المفرغة

تمثل مجمعات الأنابيب المفرغة الشمسية التكنولوجيا الأكثر تقدماً في التقاط الطاقة الحرارية الشمسية. على عكس المجمعات المسطحة، تستخدم مجمعات الأنابيب المفرغة الفراغ كعازل حراري، مما يسمح لها بالوصول إلى درجات حرارة أعلى بكثير والحفاظ على أداء ممتاز حتى في الظروف الجوية المعاكسة.

يقضي الفراغ داخل الأنابيب عملياً على التوصيل والحمل الحراري، مما يقلل بشكل كبير من الفقد الحراري. هذا يسمح لمجمعات الأنابيب المفرغة بالوصول إلى درجات حرارة عمل تصل إلى 200°م، بينما تصل المجمعات المسطحة عادة إلى حد أقصى 80-100°م.

تدمج مجمعات SOLENER من الأنابيب المفرغة تكنولوجيا من الجيل الأخير مع طلاءات انتقائية عالية الامتصاص ومنخفضة الانبعاثية، مما يعظم التقاط الطاقة الشمسية ويقلل من الفقد الحراري.

SOLENER - تكنولوجيا متقدمة في الأنابيب المفرغة - أقصى كفاءة حرارية

47.2 مبدأ التشغيل

يعتمد مبدأ تشغيل مجمعات الأنابيب المفرغة على تأثير الاحتباس الحراريcombined مع العزل الفراغي. يتكون كل أنبوب مفرغ من أنبوبي زجاج مت concentric مع فراغ بينهما، مما يقضي عملياً على الفقد بالحمل والتوصيل.

مكونات الأنبوب المفرغ

الأنبوب الخارجي: زجاج بوروسيليكات عالي الشفافية (3.3 مم)
الفراغ: ضغط أقل من 5×10⁻³ باسكال، يقضي على الحمل والتوصيل
الأنبوب الداخلي: زجاج مع طلاء انتقائي عالي الامتصاص
الطلاء الانتقائي: طبقة Al-N/Al على الألمنيوم، امتصاص >94%، انبعاثية <8%
زعنفة ماصة: زعنفة نحاسية أو ألمنيوم مع طلاء انتقائي
أنبوب ماص: أنبوب نحاسي مع زعانف لنقل الحرارة
الممتص: مادة تحافظ على الفراغ بامتصاص الغازات المتبقية

أنواع الأنابيب المفرغة

النوع	الوصف	المزايا	التطبيقات
أنبوب زجاجي كامل	نقل مباشر بالترموسيفون	بدون فقد بالتلامس، تكلفة منخفضة	الماء الساخن، التدفئة
أنبوب حراري	أنبوب حراري مع سائل داخلي	كفاءة عالية، مقاومة للصقيع	المناخات الباردة، درجات حرارة عالية
أنبوب U	أنبوب على شكل U مع سائل متداول	ضغط عمل عالي، حتى 25 بار	تطبيقات الضغط
DeFlow	تدفق مباشر عبر الأنبوب	كفاءة عالية، ضغط مباشر	أنظمة الضغط

47.3 مزايا مجمعات الأنابيب المفرغة

تقدم مجمعات الأنابيب المفرغة مزايا كبيرة مقارنة بالمجمعات المسطحة التقليدية:

الخاصية	المجمع المسطح	الأنبوب المفرغ	الميزة
الفقد الحراري	عالي (حمل وتوصيل)	ضئيل (فراغ)	3-5 مرات أقل
درجة الحرارة القصوى	80-100°م	150-200°م	نطاق عمل أكبر
الأداء عند درجة حرارة منخفضة	جيد	ممتاز	أفضل في المناخات الباردة
الأداء عند درجة حرارة عالية	ضعيف	ممتاز	أعلى بكثير
مقاومة الصقيع	محدودة	ممتاز (-30°م)	مقاومة كاملة
البرد	ضعيف	مقاوم (قطر 47 مم، زجاج 2 مم)	مقاومة برد 25 مم
استبدال الأنابيب	غير ممكن	فردي دون تفريغ النظام	صيانة مبسطة
الاتجاه	محدود	مرن (±30°)	مرونة أكبر
الوزن	عالي (20-30 كجم/م²)	متوسط (15-25 كجم/م²)	حمل إنشائي أقل
التكلفة	أقل	أعلى	استثمار أولي أعلى

47.4 المواصفات الفنية لأنابيب SOLENER المفرغة

تدمج أنابيب SOLENER المفرغة تكنولوجيا من الجيل الأخير مع المواصفات الفنية التالية:

المعلمة	المواصفة	الوحدة
قطر الأنبوب الخارجي	47 / 58 / 70	مم
طول الأنبوب	1200 / 1500 / 1800	مم
سمك الزجاج الخارجي	1.6 / 2.0	مم
سمك الزجاج الداخلي	1.6 / 2.0	مم
ضغط الفراغ	< 5×10⁻³	باسكال
امتصاص شمسي (α)	≥ 94%	-
انبعاثية حرارية (ε)	≤ 8%	-
درجة حرارة الركود	200 / 220	°م
مقاومة البرد	25	مم
أقصى ضغط عمل	0.6 / 2.5	ميجا باسكال

الطاقة الملتقطة لكل أنبوب مفرغ:
Q = A × G × (α - ε × σ × T⁴)

حيث:
A = المساحة الفعالة للأنبوب (م²)
G = الإشعاع الشمسي (واط/م²)
α = معامل الامتصاص (0.94)
ε = الانبعاثية الحرارية (0.08)
σ = ثابت ستيفان-بولتزمان (5.67×10⁻⁸ واط/م² كلفن⁴)
T = درجة حرارة العمل (كلفن)

مثال:
أنبوب قطر 58×1800 مم، G=800 واط/م²، T=80°م (353 كلفن):
A = π × 0.058 × 1.8 = 0.329 م²
Q = 0.329 × 800 × (0.94 - 0.08 × 5.67×10⁻⁸ × 353⁴)
Q = 263.2 × (0.94 - 0.14) = 263.2 × 0.80 = 210.6 واط

47.5 أنواع مجمعات الأنابيب المفرغة

توجد تكوينات مختلفة لمجمعات الأنابيب المفرغة حسب نظام نقل الحرارة:

أ) مجمعات الأنبوب المباشر (الترموسيفون)

يدور الماء مباشرة عبر الأنابيب المفرغة بالحمل الطبيعي (الترموسيفون). يعمل الأنبوب الداخلي كمامص وناقل للسائل.

المزايا: بسيط، تكلفة منخفضة، كفاءة عالية
القيود: ضغط محدود، يتطلب خزان مرتفع
التطبيقات: الماء الساخن السكني، أنظمة الترموسيفون

ب) مجمعات الأنبوب الحراري

يحتوي كل أنبوب على أنبوب حراري مع سائل داخلي يتبخر ويتكثف، ناقلاً الحرارة إلى المجمع. يعزل الأنبوب المفرغ حرارياً الأنبوب الحراري.

المزايا: كفاءة عالية، مقاومة للصقيع، ضغط عالي
القيود: تكلفة أعلى، زاوية تركيب دنيا
التطبيقات: تكييف الهواء، العمليات الصناعية، المناخات الباردة

ج) مجمعات الأنبوب U

أنبوب على شكل U موضوع داخل الأنبوب المفرغ. يدور السائل عبر الأنبوب U، ماصاً الحرارة من الأنبوب الماص.

المزايا: ضغط عمل عالي، كفاءة عالية
القيود: تعقيد أكبر، تكلفة أعلى
التطبيقات: أنظمة الضغط، التركيبات الكبيرة

د) مجمعات DeFlow (التدفق المباشر)

يدور السائل مباشرة عبر الأنبوب الماص داخل الأنبوب المفرغ. مشابه للأنبوب المباشر ولكن مع ضغط عمل أعلى.

المزايا: ضغط عالي، كفاءة عالية، بسيط
القيود: يتطلب مضخة دوران
التطبيقات: أنظمة الضغط، الماء الساخن القسري

47.6 أداء مجمعات الأنابيب المفرغة

يتميز أداء مجمعات الأنابيب المفرغة بأدائه الممتاز عند درجات الحرارة العالية وفي ظروف الإشعاع المنخفض.

معادلة الأداء:
η = η₀ - a₁ × (Tm - Ta)/G - a₂ × (Tm - Ta)²/G

حيث:
η = الكفاءة اللحظية
η₀ = الكفاءة البصرية (عادة 0.70-0.75)
a₁ = معامل الفقد الخطي (عادة 0.5-1.5 واط/م² كلفن)
a₂ = معامل الفقد التربيعي (عادة 0.005-0.015 واط/م² كلفن²)
Tm = درجة حرارة السائل المتوسطة (°م)
Ta = درجة الحرارة المحيطة (°م)
G = الإشعاع الشمسي (واط/م²)

مثال:
η₀ = 0.72، a₁ = 1.2 واط/م² كلفن، a₂ = 0.01 واط/م² كلفن²
Tm = 60°م، Ta = 20°م، G = 800 واط/م²
η = 0.72 - 1.2 × (60-20)/800 - 0.01 × (60-20)²/800
η = 0.72 - 0.06 - 0.02 = 0.64 = 64%

الميزة الرئيسية: تحافظ مجمعات الأنابيب المفرغة على كفاءة أعلى من 50% حتى عند درجات حرارة 100°م مع إشعاع 800 واط/م²، بينما تمتلك المجمعات المسطحة عادة كفاءة أقل من 30% في هذه الظروف.

47.7 المقارنة مع المجمعات المسطحة

يقارن الجدول التالي أداء مجمعات الأنابيب المفرغة والمجمعات المسطحة في ظروف مختلفة:

الظرف	المجمع المسطح	الأنبوب المفرغ	ميزة الأنبوب
G=800 واط/م²، ΔT=20 كلفن	η = 65%	η = 68%	+3%
G=800 واط/م²، ΔT=40 كلفن	η = 50%	η = 64%	+14%
G=800 واط/م²، ΔT=60 كلفن	η = 35%	η = 60%	+25%
G=800 واط/م²، ΔT=80 كلفن	η = 20%	η = 56%	+36%
G=500 واط/م²، ΔT=40 كلفن	η = 40%	η = 58%	+18%
G=300 واط/م²، ΔT=40 كلفن	η = 25%	η = 48%	+23%

الاستنتاج: مجمعات الأنابيب المفرغة مفيدة بشكل خاص في المناخات الباردة، مع فرق درجة حرارة عالي وإشعاع منخفض. في المناخات الدافئة مع فرق درجة حرارة منخفض، تكون الميزة أقل ولكنها موجودة دائماً.

47.8 تكوين مجمعات SOLENER

مجمعات SOLENER من الأنابيب المفرغة متوفرة في تكوينات مختلفة حسب التطبيق:

النموذج	عدد الأنابيب	القطر (مم)	الطول (مم)	المساحة (م²)	القدرة (كيلوواط)
SE-15/58-1800	15	58	1800	2.78	3.5
SE-20/58-1800	20	58	1800	3.71	4.7
SE-25/58-1800	25	58	1800	4.64	5.8
SE-30/58-1800	30	58	1800	5.57	7.0
SE-20/70-1800	20	70	1800	5.50	6.9
SE-30/70-1800	30	70	1800	8.25	10.3

حساب المساحة المطلوبة:
A = Q / (G × η)

حيث:
A = مساحة المجمعات (م²)
Q = الطلب على الطاقة (كيلوواط ساعة/يوم)
G = الإشعاع الشمسي اليومي (كيلوواط ساعة/م²/يوم)
η = متوسط كفاءة المجمع

مثال:
طلب الماء الساخن: 2000 كيلو كالوري/يوم = 2.33 كيلوواط ساعة/يوم
G = 4.5 كيلوواط ساعة/م²/يوم (مدريد، شتاء)
η = 0.60
A = 2.33 / (4.5 × 0.60) = 0.86 م²
اختر مجمع SE-15/58-1800 (2.78 م²)

47.9 تطبيقات مجمعات الأنابيب المفرغة

مجمعات الأنابيب المفرغة مناسبة بشكل خاص للتطبيقات التي تتطلب درجات حرارة عالية أو تعمل في ظروف جوية معاكسة:

أ) الماء الساخن الصحي (DHW)

درجة الحرارة المطلوبة: 45-60°م
ميزة الأنبوب المفرغ: أداء ممتاز حتى في الشتاء
التطبيق: المنازل، الفنادق، المستشفيات، residences

ب) التدفئة

درجة الحرارة المطلوبة: 40-60°م (أرضية دافئة)، 60-80°م (مشعات)
ميزة الأنبوب المفرغ: أداء عالي عند درجات حرارة مرتفعة
التطبيق: المنازل، المباني، المباني الصناعية

ج) العمليات الصناعية

درجة الحرارة المطلوبة: 80-150°م
ميزة الأنبوب المفرغ: المجمع الوحيد القادر على الوصول إلى هذه الدرجات
التطبيق: العمليات الصناعية، التنظيف، البسترة

د) التبريد الشمسي

درجة الحرارة المطلوبة: 80-150°م
ميزة الأنبوب المفرغ: درجة حرارة عالية لماكينات الامتصاص
التطبيق: تكييف الهواء الشمسي، التبريد الصناعي

هـ) المناخ البارد

درجة الحرارة المحيطة: -20°م إلى -30°م
ميزة الأنبوب المفرغ: مقاومة الصقيع، أداء عالي
التطبيق: المناطق الجبلية، المناخات الشمالية

47.10 تركيب مجمعات الأنابيب المفرغة

يتطلب تركيب مجمعات الأنابيب المفرغة اعتبارات خاصة لضمان تشغيلها الصحيح وأقصى كفاءة:

أ) الاتجاه والميل

الاتجاه: الجنوب (السمت 0°) في نصف الكرة الشمالي
الميل: خط العرض + 10° للاستخدام السنوي
التسامح: ±30° في الاتجاه، ±15° في الميل
الميزة: تسامح أكبر من المجمعات المسطحة

ب) المسافة بين المجمعات

الحد الأدنى للمسافة بين الصفوف:
d = h / tan(67° - خط العرض)

حيث:
d = المسافة بين الصفوف (م)
h = ارتفاع المجمع (م)
خط العرض = خط العرض للمكان (°)

مثال:
h = 1.8 م، خط العرض = 40°
d = 1.8 / tan(27°) = 1.8 / 0.5095 = 3.53 م

ج) الاتصال الهيدروليكي

الاتصال على التوالي: يزيد درجة حرارة المخرج
الاتصال على التوازي: يزيد التدفق، يحافظ على درجة الحرارة
الاتصال المختلط: مزيج من التوالي والتوازي
العودة المعكوسة: لموازنة التدفقات في التوازي

47.11 مزايا مجمعات SOLENER

تقدم مجمعات SOLENER من الأنابيب المفرغة مزايا محددة مقارنة بالمصنعين الآخرين:

الخاصية	ميزة SOLENER
الطلاء الانتقائي	Al-N/Al عالي الامتصاص (α ≥ 94%) ومنخفض الانبعاثية (ε ≤ 8%)
الفراغ	ضغط أقل من 5×10⁻³ باسكال، محفوظ بواسطة ماص الباريوم
الزجاج	بوروسيليكات 3.3 عالي الشفافية والمقاومة
مقاومة البرد	مقاوم لبرد بقطر 25 مم
العمر الافتراضي	أكثر من 25 سنة مع تدهور ضئيل
الضمان	5 سنوات ضمان شامل، 15 سنة أداء
الاستبدال	أنابيب فردية قابلة للاستبدال دون تفريغ النظام
الشهادات	Keymark، Solar Keymark، شهادة أوروبية

47.12 المقارنة الاقتصادية

على الرغم من أن الاستثمار الأولي في مجمعات الأنابيب المفرغة أعلى منه في المجمعات المسطحة، إلا أن تكلفة التركيب الأقل والأداء السنوي الأعلى يعوضان الفرق:

المفهوم	المجمع المسطح	الأنبوب المفرغ
تكلفة المجمع (€/م²)	300-400	400-500
تكلفة التركيب (€/م²)	150-200	100-150
التكلفة الإجمالية (€/م²)	450-600	500-650
الطاقة السنوية (كيلوواط ساعة/م²)	400-500	500-650
تكلفة الطاقة (€/كيلوواط ساعة)	0.10-0.15	0.08-0.13
الاسترداد (سنوات)	5-7	4-6

الاستنتاج: على الرغم من أن التكلفة الأولية أعلى قليلاً، إلا أن مجمعات الأنابيب المفرغة تقدم تكلفة أقل لكل كيلوواط ساعة منتج بسبب أدائها السنوي الأعلى وتكلفة التركيب الأقل.

47.13 صيانة مجمعات الأنابيب المفرغة

تتطلب مجمعات الأنابيب المفرغة صيانة دنيا، ولكن من المهم إجراء مراجعات دورية لضمان تشغيلها الصحيح:

أ) الصيانة الوقائية

الفحص البصري: سنوي، تحقق من حالة الأنابيب والهيكل
التحقق من الفراغ: تحقق من مؤشر الفراغ (الممتص)
التنظيف: تنظيف خارجي للأنابيب إذا لزم الأمر
التحقق من الإحكام: تحقق من الوصلات والأختام

ب) استبدال الأنابيب

الميزة: أنابيب فردية قابلة للاستبدال دون تفريغ النظام
الإجراء: استخرج الأنبوب التالف، أدخل أنبوباً جديداً
التكلفة: 30-50 € لكل أنبوب مستبدل
الوقت: 10-15 دقيقة لكل أنبوب

ج) صيانة السائل

التحقق من الجودة: كل 3-5 سنوات، حلل جودة السائل
استبدال السائل: كل 5-10 سنوات حسب الجودة
التحقق من الضغط: تحقق من ضغط الدائرة
التحقق من مضاد التجمد: تحقق من تركيز مضاد التجمد

47.14 تطبيقات SOLENER المحددة

مجمعات SOLENER من الأنابيب المفرغة مناسبة بشكل خاص للتطبيقات التالية:

أ) الماء الساخن الصحي في المناخات الباردة

الميزة: أداء عالي حتى عند -20°م
التطبيق: المناطق الجبلية، المناخات الشمالية
الميزة: مقاومة الصقيع بدون حماية إضافية

ب) العمليات الصناعية

درجة الحرارة: 80-150°م
التطبيق: العمليات الصناعية، التنظيف، البسترة
الميزة: المجمع الوحيد القادر على الوصول إلى هذه الدرجات

ج) التبريد الشمسي

درجة الحرارة: 80-150°م
التطبيق: تكييف الهواء الشمسي، التبريد الصناعي
الميزة: درجة حرارة عالية لماكينات الامتصاص

د) التدفئة عالية الحرارة

درجة الحرارة: 60-80°م
التطبيق: المشعات، العمليات الصناعية
الميزة: أداء عالي عند درجات حرارة مرتفعة

47.15 ملخص الفصل 15

ملخص الفصل 15:

تمثل مجمعات الأنابيب المفرغة الشمسية التكنولوجيا الأكثر تقدماً في التقاط الطاقة الحرارية الشمسية. يقضي الفراغ داخل الأنابيب عملياً على الفقد الحراري بالحمل والتوصيل، مما يسمح بالوصول إلى درجات حرارة تصل إلى 200°م والحفاظ على أداء ممتاز حتى في الظروف الجوية المعاكسة.

تدمج مجمعات SOLENER من الأنابيب المفرغة تكنولوجيا من الجيل الأخير مع طلاءات انتقائية عالية الامتصاص (>94%) ومنخفضة الانبعاثية (<8%)، مما يعظم التقاط الطاقة الشمسية. الأنابيب فردية قابلة للاستبدال دون تفريغ النظام، مما يسهل الصيانة.

مجمعات الأنابيب المفرغة مفيدة بشكل خاص في المناخات الباردة، والتطبيقات التي تتطلب درجات حرارة عالية (80-150°م) وفي ظروف الإشعاع المنخفض. على الرغم من أن التكلفة الأولية أعلى قليلاً من المجمعات المسطحة، إلا أن الأداء السنوي الأعلى وتكلفة التركيب الأقل يعوضان الفرق، مقدمة تكلفة أقل لكل كيلوواط ساعة منتج.

47.1 مقدمه‌ای بر کلکتورهای لوله خلأ

کلکتورهای لوله خلأ خورشیدی پیشرفته‌ترین فناوری در جذب انرژی حرارتی خورشیدی را نشان می‌دهند. برخلاف کلکتورهای مسطح، کلکتورهای لوله خلأ از خلأ به عنوان عایق حرارتی استفاده می‌کنند، که به آنها اجازه می‌دهد به دماهای بسیار بالاتر دست یابند و حتی در شرایط آب و هوایی نامساعد عملکرد عالی را حفظ کنند.

خلأ در داخل لوله‌ها عملاً هدایت و همرفت حرارتی را از بین می‌برد، که اتلاف حرارتی را به شدت کاهش می‌دهد. این به کلکتورهای لوله خلأ اجازه می‌دهد به دماهای کاری تا 200°س دست یابند، در حالی که کلکتورهای مسطح معمولاً به حداکثر 80-100°س می‌رسند.

کلکتورهای SOLENER از لوله‌های خلأ فناوری نسل آخر را با پوشش‌های انتخابی جذب بالا و گسیل کم ادغام می‌کنند، که جذب انرژی خورشیدی را به حداکثر می‌رساند و اتلاف حرارتی را به حداقل می‌رساند.

SOLENER - فناوری پیشرفته در لوله‌های خلأ - حداکثر کارایی حرارتی

47.2 اصل عملکرد

اصل عملکرد کلکتورهای لوله خلأ بر اساس اثر گلخانه‌ای ترکیب شده با عایق خلأ است. هر لوله خلأ از دو لوله شیشه‌ای هم مرکز با خلأ بین آنها تشکیل شده است، که عملاً اتلاف توسط همرفت و هدایت را از بین می‌برد.

اجزای لوله خلأ

لوله بیرونی: شیشه بوروسیلیکات با شفافیت بالا (3.3 میلی‌متر)
خلأ: فشار کمتر از 5×10⁻³ پاسکال، حذف همرفت و هدایت
لوله داخلی: شیشه با پوشش انتخابی جذب بالا
پوشش انتخابی: لایه Al-N/Al بر روی آلومینیوم، جذب >94%، گسیل <8%
پره جاذب: پره مسی یا آلومینیومی با پوشش انتخابی
لوله جاذب: لوله مسی با پره‌ها برای انتقال حرارت
جاذب: ماده‌ای که خلأ را با جذب گازهای باقی‌مانده حفظ می‌کند

انواع لوله‌های خلأ

نوع	توضیحات	مزایا	کاربردها
لوله تمام شیشه	انتقال مستقیم توسط ترموسیفون	بدون اتلاف توسط تماس، هزینه کم	آب گرم خانگی، گرمایش
لوله حرارتی	لوله حرارتی با سیال داخلی	کارایی بالا، مقاومت در برابر یخبندان	آب و هوای سرد، دماهای بالا
لوله U	لوله به شکل U با سیال در گردش	فشار کاری بالا، تا 25 بار	کاربردهای فشار
DeFlow	جریان مستقیم از طریق لوله	کارایی بالا، فشار مستقیم	سیستم‌های فشار

47.3 مزایای کلکتورهای لوله خلأ

کلکتورهای لوله خلأ مزایای قابل توجهی نسبت به کلکتورهای مسطح معمولی ارائه می‌دهند:

ویژگی	کلکتور مسطح	لوله خلأ	مزیت
اتلاف حرارتی	بالا (همرفت و هدایت)	حداقل (خلأ)	3-5 برابر کمتر
حداکثر دما	80-100°س	150-200°س	محدوده کاری بزرگتر
عملکرد در دمای پایین	خوب	عالی	بهتر در آب و هوای سرد
عملکرد در دمای بالا	ضعیف	عالی	بسیار بالاتر
مقاومت در برابر یخبندان	محدود	عالی (-30°س)	مقاومت کامل
تگرگ	آسیب‌پذیر	مقاوم (قطر 47 میلی‌متر، شیشه 2 میلی‌متر)	مقاومت تگرگ 25 میلی‌متر
جایگزینی لوله‌ها	ممکن نیست	فردی بدون تخلیه سیستم	نگهداری ساده‌شده
جهت	محدود	انعطاف‌پذیر (±30°)	انعطاف‌پذیری بیشتر
وزن	بالا (20-30 کیلوگرم/م²)	متوسط (15-25 کیلوگرم/م²)	بار سازه‌ای کمتر
هزینه	کمتر	بالاتر	سرمایه‌گذاری اولیه بالاتر

47.4 مشخصات فنی لوله‌های خلأ SOLENER

لوله‌های خلأ SOLENER فناوری نسل آخر را با مشخصات فنی زیر ادغام می‌کنند:

پارامتر	مشخصات	واحد
قطر لوله بیرونی	47 / 58 / 70	میلی‌متر
طول لوله	1200 / 1500 / 1800	میلی‌متر
ضخامت شیشه بیرونی	1.6 / 2.0	میلی‌متر
ضخامت شیشه داخلی	1.6 / 2.0	میلی‌متر
فشار خلأ	< 5×10⁻³	پاسکال
جذب خورشیدی (α)	≥ 94%	-
گسیل حرارتی (ε)	≤ 8%	-
دمای رکود	200 / 220	°س
مقاومت تگرگ	25	میلی‌متر
حداکثر فشار کاری	0.6 / 2.5	مگا پاسکال

انرژی جذب شده توسط هر لوله خلأ:
Q = A × G × (α - ε × σ × T⁴)

که در آن:
A = سطح مؤثر لوله (م²)
G = تابش خورشیدی (وات/م²)
α = ضریب جذب (0.94)
ε = گسیل حرارتی (0.08)
σ = ثابت استفان-بولتزمن (5.67×10⁻⁸ وات/م² کلوین⁴)
T = دمای کاری (کلوین)

مثال:
لوله قطر 58×1800 میلی‌متر، G=800 وات/م²، T=80°س (353 کلوین):
A = π × 0.058 × 1.8 = 0.329 م²
Q = 0.329 × 800 × (0.94 - 0.08 × 5.67×10⁻⁸ × 353⁴)
Q = 263.2 × (0.94 - 0.14) = 263.2 × 0.80 = 210.6 وات

47.5 انواع کلکتورهای لوله خلأ

پیکربندی‌های مختلفی از کلکتورهای لوله خلأ بر اساس سیستم انتقال حرارت وجود دارد:

الف) کلکتورهای لوله مستقیم (ترmosiphon)

آب مستقیماً از طریق لوله‌های خلأ توسط همرفت طبیعی (ترmosiphon) گردش می‌کند. لوله داخلی به عنوان جاذب و هدایت‌کننده سیال عمل می‌کند.

مزایا: ساده، هزینه کم، کارایی بالا
محدودیت‌ها: فشار محدود، نیاز به مخزن مرتفع
کاربردها: آب گرم خانگی مسکونی، سیستم‌های ترمosiphon

ب) کلکتورهای لوله حرارتی

هر لوله شامل یک لوله حرارتی با سیال داخلی است که تبخیر و تقطیر می‌شود، حرارت را به manifold منتقل می‌کند. لوله خلأ لوله حرارتی را از نظر حرارتی عایق می‌کند.

مزایا: کارایی بالا، مقاومت در برابر یخبندان، فشار بالا
محدودیت‌ها: هزینه بالاتر، زاویه حداقل نصب
کاربردها: تهویه مطبوع، فرآیندهای صنعتی، آب و هوای سرد

ج) کلکتورهای لوله U

لوله به شکل U در لوله خلأ قرار گرفته است. سیال از طریق لوله U گردش می‌کند، حرارت را از لوله جاذب جذب می‌کند.

مزایا: فشار کاری بالا، کارایی بالا
محدودیت‌ها: پیچیدگی بیشتر، هزینه بالاتر
کاربردها: سیستم‌های فشار، تأسیسات بزرگ

د) کلکتورهای DeFlow (جریان مستقیم)

سیال مستقیماً از طریق لوله جاذب در داخل لوله خلأ گردش می‌کند. مشابه لوله مستقیم اما با فشار کاری بالاتر.

مزایا: فشار بالا، کارایی بالا، ساده
محدودیت‌ها: نیاز به پمپ گردش
کاربردها: سیستم‌های فشار، آب گرم خانگی اجباری

47.6 عملکرد کلکتورهای لوله خلأ

عملکرد کلکتورهای لوله خلأ با عملکرد عالی آنها در دماهای بالا و در شرایط تابش کم مشخص می‌شود.

معادله عملکرد:
η = η₀ - a₁ × (Tm - Ta)/G - a₂ × (Tm - Ta)²/G

که در آن:
η = کارایی لحظه‌ای
η₀ = کارایی نوری (معمولاً 0.70-0.75)
a₁ = ضریب اتلاف خطی (معمولاً 0.5-1.5 وات/م² کلوین)
a₂ = ضریب اتلاف مربعی (معمولاً 0.005-0.015 وات/م² کلوین²)
Tm = دمای متوسط سیال (°س)
Ta = دمای محیط (°س)
G = تابش خورشیدی (وات/م²)

مثال:
η₀ = 0.72، a₁ = 1.2 وات/م² کلوین، a₂ = 0.01 وات/م² کلوین²
Tm = 60°س، Ta = 20°س، G = 800 وات/م²
η = 0.72 - 1.2 × (60-20)/800 - 0.01 × (60-20)²/800
η = 0.72 - 0.06 - 0.02 = 0.64 = 64%

مزیت کلیدی: کلکتورهای لوله خلأ حتی در دماهای 100°س با تابش 800 وات/م² کارایی بالای 50% را حفظ می‌کنند، در حالی که کلکتورهای مسطح معمولاً در این شرایط کارایی کمتر از 30% دارند.

47.7 مقایسه با کلکتورهای مسطح

جدول زیر عملکرد کلکتورهای لوله خلأ و کلکتورهای مسطح را در شرایط مختلف مقایسه می‌کند:

شرایط	کلکتور مسطح	لوله خلأ	مزیت لوله خلأ
G=800 وات/م²، ΔT=20 کلوین	η = 65%	η = 68%	+3%
G=800 وات/م²، ΔT=40 کلوین	η = 50%	η = 64%	+14%
G=800 وات/م²، ΔT=60 کلوین	η = 35%	η = 60%	+25%
G=800 وات/م²، ΔT=80 کلوین	η = 20%	η = 56%	+36%
G=500 وات/م²، ΔT=40 کلوین	η = 40%	η = 58%	+18%
G=300 وات/م²، ΔT=40 کلوین	η = 25%	η = 48%	+23%

نتیجه‌گیری: کلکتورهای لوله خلأ به ویژه در آب و هوای سرد، با اختلاف دمای بالا و تابش کم مزیت دارند. در آب و هوای گرم با اختلاف دمای کم، مزیت کمتر است اما همیشه وجود دارد.

47.8 پیکربندی کلکتورهای SOLENER

کلکتورهای SOLENER از لوله‌های خلأ در پیکربندی‌های مختلف بر اساس کاربرد در دسترس هستند:

مدل	تعداد لوله‌ها	قطر (میلی‌متر)	طول (میلی‌متر)	سطح (م²)	قدرت (کیلووات)
SE-15/58-1800	15	58	1800	2.78	3.5
SE-20/58-1800	20	58	1800	3.71	4.7
SE-25/58-1800	25	58	1800	4.64	5.8
SE-30/58-1800	30	58	1800	5.57	7.0
SE-20/70-1800	20	70	1800	5.50	6.9
SE-30/70-1800	30	70	1800	8.25	10.3

محاسبه سطح مورد نیاز:
A = Q / (G × η)

که در آن:
A = سطح کلکتورها (م²)
Q = تقاضای انرژی (کیلووات ساعت/روز)
G = تابش خورشیدی روزانه (کیلووات ساعت/م²/روز)
η = بازده متوسط کلکتور

مثال:
تقاضای آب گرم خانگی: 2000 کیلو کالری/روز = 2.33 کیلووات ساعت/روز
G = 4.5 کیلووات ساعت/م²/روز (مادرید، زمستان)
η = 0.60
A = 2.33 / (4.5 × 0.60) = 0.86 م²
کلکتور SE-15/58-1800 را انتخاب کنید (2.78 م²)

47.9 کاربردهای کلکتورهای لوله خلأ

کلکتورهای لوله خلأ به ویژه برای کاربردهایی که به دماهای بالا نیاز دارند یا در شرایط آب و هوایی نامساعد کار می‌کنند مناسب هستند:

الف) آب گرم خانگی (DHW)

دمای مورد نیاز: 45-60°س
مزیت لوله خلأ: عملکرد عالی حتی در زمستان
کاربرد: خانه‌ها، هتل‌ها، بیمارستان‌ها، اقامتگاه‌ها

ب) گرمایش

دمای مورد نیاز: 40-60°س (کفپوش گرمایشی)، 60-80°س (رادیاتورها)
مزیت لوله خلأ: عملکرد بالا در دماهای بالا
کاربرد: خانه‌ها، ساختمان‌ها، ساختمان‌های صنعتی

ج) فرآیندهای صنعتی

دمای مورد نیاز: 80-150°س
مزیت لوله خلأ: تنها کلکتور capable از رسیدن به این دماها
کاربرد: فرآیندهای صنعتی، تمیزکاری، پاستوریزاسیون

د) سرمایش خورشیدی

دمای مورد نیاز: 80-150°س
مزیت لوله خلأ: دمای بالا برای ماشین‌های جذب
کاربرد: تهویه مطبوع خورشیدی، سرمایش صنعتی

ه) آب و هوای سرد

دمای محیط: -20°س تا -30°س
مزیت لوله خلأ: مقاومت در برابر یخبندان، عملکرد بالا
کاربرد: مناطق کوهستانی، آب و هوای شمالی

47.10 نصب کلکتورهای لوله خلأ

نصب کلکتورهای لوله خلأ ملاحظات خاصی را برای تضمین عملکرد صحیح و حداکثر کارایی نیاز دارد:

الف) جهت و شیب

جهت: جنوب (سمت 0°) در نیمکره شمالی
شیب: عرض جغرافیایی + 10° برای استفاده سالانه
تحمل: ±30° در جهت، ±15° در شیب
مزیت: تحمل بیشتر از کلکتورهای مسطح

ب) فاصله بین کلکتورها

حداقل فاصله بین ردیف‌ها:
d = h / tan(67° - عرض جغرافیایی)

که در آن:
d = فاصله بین ردیف‌ها (م)
h = ارتفاع کلکتور (م)
عرض جغرافیایی = عرض جغرافیایی مکان (°)

مثال:
h = 1.8 م، عرض جغرافیایی = 40°
d = 1.8 / tan(27°) = 1.8 / 0.5095 = 3.53 م

ج) اتصال هیدرولیک

اتصال سری: دمای خروجی را افزایش می‌دهد
اتصال موازی: دبی را افزایش می‌دهد، دما را حفظ می‌کند
اتصال مختلط: ترکیب سری-موازی
بازگشت معکوس: برای متعادل کردن دبی‌ها در موازی

47.11 مزایای کلکتورهای SOLENER

کلکتورهای لوله خلأ SOLENER مزایای خاصی نسبت به سایر تولیدکنندگان ارائه می‌دهند:

ویژگی	مزیت SOLENER
پوشش انتخابی	Al-N/Al جذب بالا (α ≥ 94%) و گسیل کم (ε ≤ 8%)
خلأ	فشار کمتر از 5×10⁻³ پاسکال، حفظ شده توسط جاذب باریم
شیشه	بوروسیلیکات 3.3 شفافیت و مقاومت بالا
مقاومت تگرگ	مقاوم در برابر تگرگ با قطر 25 میلی‌متر
عمر مفید	بیش از 25 سال با تخریب حداقل
ضمانت	5 سال ضمانت کامل، 15 سال عملکرد
جایگزینی	لوله‌های فردی قابل جایگزینی بدون تخلیه سیستم
گواهینامه‌ها	Keymark، Solar Keymark، گواهینامه اروپایی

47.12 مقایسه اقتصادی

اگرچه سرمایه‌گذاری اولیه در کلکتورهای لوله خلأ بیشتر از کلکتورهای مسطح است، هزینه نصب کمتر و عملکرد سالانه بالاتر تفاوت را جبران می‌کنند:

مفهوم	کلکتور مسطح	لوله خلأ
هزینه کلکتور (€/م²)	300-400	400-500
هزینه نصب (€/م²)	150-200	100-150
هزینه کل (€/م²)	450-600	500-650
انرژی سالانه (کیلووات ساعت/م²)	400-500	500-650
هزینه انرژی (€/کیلووات ساعت)	0.10-0.15	0.08-0.13
مستهلک شدن (سال)	5-7	4-6

نتیجه‌گیری: اگرچه هزینه اولیه کمی بالاتر است، کلکتورهای لوله خلأ هزینه کمتر به ازای هر کیلووات ساعت تولید شده را به دلیل عملکرد سالانه بالاتر و هزینه نصب کمتر ارائه می‌دهند.

47.13 نگهداری کلکتورهای لوله خلأ

کلکتورهای لوله خلأ نگهداری حداقلی نیاز دارند، اما مهم است که بررسی‌های دوره‌ای برای تضمین عملکرد صحیح انجام شود:

الف) نگهداری پیشگیرانه

بازرسی بصری: سالانه، وضعیت لوله‌ها و سازه را بررسی کنید
تأیید خلأ: نشانگر خلأ (جاذب) را بررسی کنید
تمیزکاری: تمیزکاری بیرونی لوله‌ها در صورت لزوم
تأیید آب‌بندی: اتصالات و مهرها را بررسی کنید

ب) جایگزینی لوله‌ها

مزیت: لوله‌های فردی قابل جایگزینی بدون تخلیه سیستم
رویه: لوله آسیب‌دیده را خارج کنید، لوله جدید را وارد کنید
هزینه: 30-50 € به ازای هر لوله جایگزین شده
زمان: 10-15 دقیقه به ازای هر لوله

ج) نگهداری سیال

تأیید کیفیت: هر 3-5 سال، کیفیت سیال را تجزیه و تحلیل کنید
جایگزینی سیال: هر 5-10 سال بر اساس کیفیت
تأیید فشار: فشار مدار را بررسی کنید
تأیید ضد یخ: غلظت ضد یخ را بررسی کنید

47.14 کاربردهای خاص SOLENER

کلکتورهای لوله خلأ SOLENER به ویژه برای کاربردهای زیر مناسب هستند:

الف) آب گرم خانگی در آب و هوای سرد

مزیت: عملکرد بالا حتی در -20°س
کاربرد: مناطق کوهستانی، آب و هوای شمالی
مزیت: مقاومت در برابر یخبندان بدون حفاظت اضافی

ب) فرآیندهای صنعتی

دما: 80-150°س
کاربرد: فرآیندهای صنعتی، تمیزکاری، پاستوریزاسیون
مزیت: تنها کلکتور capable از رسیدن به این دماها

ج) سرمایش خورشیدی

دما: 80-150°س
کاربرد: تهویه مطبوع خورشیدی، سرمایش صنعتی
مزیت: دمای بالا برای ماشین‌های جذب

د) گرمایش دمای بالا

دما: 60-80°س
کاربرد: رادیاتورها، فرآیندهای صنعتی
مزیت: عملکرد بالا در دماهای بالا

47.15 خلاصه فصل 15

خلاصه فصل 15:

کلکتورهای لوله خلأ خورشیدی پیشرفته‌ترین فناوری در جذب انرژی حرارتی خورشیدی را نشان می‌دهند. خلأ در داخل لوله‌ها عملاً اتلاف حرارتی توسط همرفت و هدایت را از بین می‌برد، که اجازه می‌دهد به دماهای تا 200°س دست یابند و حتی در شرایط آب و هوایی نامساعد عملکرد عالی را حفظ کنند.

کلکتورهای SOLENER از لوله‌های خلأ فناوری نسل آخر را با پوشش‌های انتخابی جذب بالا (>94%) و گسیل کم (<8%) ادغام می‌کنند، که جذب انرژی خورشیدی را به حداکثر می‌رساند. لوله‌ها به صورت فردی بدون تخلیه سیستم قابل جایگزینی هستند، که نگهداری را آسان می‌کند.

کلکتورهای لوله خلأ به ویژه در آب و هوای سرد، کاربردهایی که به دماهای بالا (80-150°س) نیاز دارند و در شرایط تابش کم مفید هستند. اگرچه هزینه اولیه کمی بالاتر از کلکتورهای مسطح است، عملکرد سالانه بالاتر و هزینه نصب کمتر تفاوت را جبران می‌کنند، که هزینه کمتر به ازای هر کیلووات ساعت تولید شده را ارائه می‌دهند.

47.1 Introdução aos Coletores de Tubos de Vácuo

Os coletores de tubos de vácuo solares representam a tecnologia mais avançada em captação de energia térmica solar. Ao contrário dos coletores planos, os coletores de tubos de vácuo utilizam o vácuo como isolante térmico, o que lhes permite alcançar temperaturas muito mais elevadas e manter um excelente desempenho mesmo em condições climáticas adversas.

O vácuo dentro dos tubos elimina praticamente a condução e convecção térmica, reduzindo drasticamente as perdas térmicas. Isso permite que os coletores de tubos de vácuo alcancem temperaturas de trabalho até 200°C, enquanto os coletores planos tipicamente alcançam um máximo de 80-100°C.

Os coletores SOLENER de tubos de vácuo incorporam tecnologia de última geração com revestimentos seletivos de alta absorção e baixa emissividade, maximizando a captação de energia solar e minimizando as perdas térmicas.

SOLENER - Tecnologia Avançada em Tubos de Vácuo - Máxima Eficiência Térmica

47.2 Princípio de Funcionamento

O princípio de funcionamento dos coletores de tubos de vácuo baseia-se no efeito estufa combinado com o isolamento a vácuo. Cada tubo de vácuo consiste em dois tubos de vidro concêntricos com vácuo entre eles, eliminando praticamente as perdas por convecção e condução.

Componentes do Tubo de Vácuo

Tubo exterior: Vidro borossilicato de alta transparência (3.3 mm)
Vácuo: Pressão inferior a 5×10⁻³ Pa, eliminando convecção e condução
Tubo interior: Vidro com revestimento seletivo de alta absorção
Revestimento seletivo: Camada Al-N/Al sobre alumínio, absorção >94%, emissividade <8%
Aleta absorvente: Aleta de cobre ou alumínio com revestimento seletivo
Tubo absorvedor: Tubo de cobre com aletas para transferência de calor
Getter: Material que mantém o vácuo absorvendo gases residuais

Tipos de Tubos de Vácuo

Tipo	Descrição	Vantagens	Aplicações
Tubo todo vidro	Transferência direta por termossifão	Sem perdas por contato, baixo custo	ACS, aquecimento
Heat pipe	Tubo de calor com fluido interno	Alta eficiência, resistência a geadas	Climas frios, altas temperaturas
U-tube	Tubo em U com fluido circulante	Pressão de trabalho alta, até 25 bar	Aplicações de pressão
DeFlow	Fluxo direto através do tubo	Alta eficiência, pressão direta	Sistemas de pressão

47.3 Vantagens dos Coletores de Tubos de Vácuo

Os coletores de tubos de vácuo apresentam vantagens significativas em relação aos coletores planos convencionais:

Característica	Coletor Plano	Tubo de Vácuo	Vantagem
Perdas térmicas	Altas (convecção e condução)	Mínimas (vácuo)	3-5 vezes menor
Temperatura máxima	80-100°C	150-200°C	Maior faixa de trabalho
Desempenho a baixa temperatura	Bom	Excelente	Melhor em climas frios
Desempenho a alta temperatura	Pobre	Excelente	Muito superior
Resistência a geadas	Limitada	Excelente (-30°C)	Resistência total
Granizo	Vulnerável	Resistente (ø47mm, 2mm vidro)	Resistência granizo 25mm
Substituição de tubos	Não possível	Individual sem esvaziar sistema	Manutenção simplificada
Orientação	Limitada	Flexível (±30°)	Maior flexibilidade
Peso	Alto (20-30 kg/m²)	Médio (15-25 kg/m²)	Menor carga estrutural
Custo	Menor	Maior	Maior investimento inicial

47.4 Características Técnicas dos Tubos de Vácuo SOLENER

Os tubos de vácuo SOLENER incorporam tecnologia de última geração com as seguintes especificações técnicas:

Parâmetro	Especificação	Unidade
Diâmetro exterior tubo	47 / 58 / 70	mm
Comprimento tubo	1200 / 1500 / 1800	mm
Espessura vidro exterior	1.6 / 2.0	mm
Espessura vidro interior	1.6 / 2.0	mm
Pressão de vácuo	< 5×10⁻³	Pa
Absorção solar (α)	≥ 94%	-
Emissividade térmica (ε)	≤ 8%	-
Temperatura de estagnação	200 / 220	°C
Resistência granizo	25	mm
Pressão máxima trabalho	0.6 / 2.5	MPa

Energia captada por tubo de vácuo:
Q = A × G × (α - ε × σ × T⁴)

Onde:
A = Área efetiva do tubo (m²)
G = Irradiação solar (W/m²)
α = Coeficiente de absorção (0.94)
ε = Emissividade térmica (0.08)
σ = Constante de Stefan-Boltzmann (5.67×10⁻⁸ W/m²K⁴)
T = Temperatura de trabalho (K)

Exemplo:
Tubo ø58×1800mm, G=800 W/m², T=80°C (353K):
A = π × 0.058 × 1.8 = 0.329 m²
Q = 0.329 × 800 × (0.94 - 0.08 × 5.67×10⁻⁸ × 353⁴)
Q = 263.2 × (0.94 - 0.14) = 263.2 × 0.80 = 210.6 W

47.5 Tipos de Coletores de Tubos de Vácuo

Existem diferentes configurações de coletores de tubos de vácuo segundo o sistema de transferência de calor:

A) Coletores de Tubo Direto (Termossifão)

A água circula diretamente através dos tubos de vácuo por convecção natural (termossifão). O tubo interior atua como absorvedor e condutor do fluido.

Vantagens: Simples, baixo custo, alta eficiência
Limitações: Pressão limitada, requer depósito elevado
Aplicações: ACS residencial, sistemas termossifão

B) Coletores Heat Pipe

Cada tubo contém um tubo de calor (heat pipe) com fluido interno que evapora e condensa, transferindo calor ao manifold. O tubo de vácuo isola termicamente o heat pipe.

Vantagens: Alta eficiência, resistência a geadas, pressão alta
Limitações: Custo maior, ângulo mínimo de instalação
Aplicações: Climatização, processos industriais, climas frios

C) Coletores U-Tube

Tubo em forma de U inserido no tubo de vácuo. O fluido circula pelo tubo em U, absorvendo calor do tubo absorvedor.

Vantagens: Alta pressão de trabalho, alta eficiência
Limitações: Maior complexidade, maior custo
Aplicações: Sistemas de pressão, grandes instalações

D) Coletores DeFlow (Fluxo Direto)

O fluido circula diretamente através do tubo absorvedor dentro do tubo de vácuo. Similar ao tubo direto mas com maior pressão de trabalho.

Vantagens: Alta pressão, alta eficiência, simples
Limitações: Requer bomba de circulação
Aplicações: Sistemas de pressão, ACS forçada

47.6 Desempenho dos Coletores de Tubos de Vácuo

O desempenho dos coletores de tubos de vácuo caracteriza-se pelo seu excelente desempenho a altas temperaturas e em condições de baixa irradiação.

Equação de desempenho:
η = η₀ - a₁ × (Tm - Ta)/G - a₂ × (Tm - Ta)²/G

Onde:
η = Rendimento instantâneo
η₀ = Rendimento óptico (tipicamente 0.70-0.75)
a₁ = Coeficiente de perdas lineares (tipicamente 0.5-1.5 W/m²K)
a₂ = Coeficiente de perdas quadráticas (tipicamente 0.005-0.015 W/m²K²)
Tm = Temperatura média do fluido (°C)
Ta = Temperatura ambiente (°C)
G = Irradiação solar (W/m²)

Exemplo:
η₀ = 0.72, a₁ = 1.2 W/m²K, a₂ = 0.01 W/m²K²
Tm = 60°C, Ta = 20°C, G = 800 W/m²
η = 0.72 - 1.2 × (60-20)/800 - 0.01 × (60-20)²/800
η = 0.72 - 0.06 - 0.02 = 0.64 = 64%

Vantagem chave: Os coletores de tubos de vácuo mantêm um rendimento superior a 50% mesmo a temperaturas de 100°C com irradiação de 800 W/m², enquanto os coletores planos tipicamente têm rendimento inferior a 30% nestas condições.

47.7 Comparação com Coletores Planos

A seguinte tabela compara o desempenho dos coletores de tubos de vácuo e coletores planos em diferentes condições:

Condição	Coletor Plano	Tubo de Vácuo	Vantagem Tubo Vácuo
G=800 W/m², ΔT=20K	η = 65%	η = 68%	+3%
G=800 W/m², ΔT=40K	η = 50%	η = 64%	+14%
G=800 W/m², ΔT=60K	η = 35%	η = 60%	+25%
G=800 W/m², ΔT=80K	η = 20%	η = 56%	+36%
G=500 W/m², ΔT=40K	η = 40%	η = 58%	+18%
G=300 W/m², ΔT=40K	η = 25%	η = 48%	+23%

Conclusão: Os coletores de tubos de vácuo são especialmente vantajosos em climas frios, com alta diferença de temperatura e baixa irradiação. Em climas quentes com baixa diferença de temperatura, a vantagem é menor mas sempre presente.

47.8 Configuração de Coletores SOLENER

Os coletores SOLENER de tubos de vácuo estão disponíveis em diferentes configurações segundo a aplicação:

Modelo	Nº Tubos	Diâmetro (mm)	Comprimento (mm)	Superfície (m²)	Potência (kW)
SE-15/58-1800	15	58	1800	2.78	3.5
SE-20/58-1800	20	58	1800	3.71	4.7
SE-25/58-1800	25	58	1800	4.64	5.8
SE-30/58-1800	30	58	1800	5.57	7.0
SE-20/70-1800	20	70	1800	5.50	6.9
SE-30/70-1800	30	70	1800	8.25	10.3

Cálculo de superfície necessária:
A = Q / (G × η)

Onde:
A = Superfície de coletores (m²)
Q = Demanda energética (kWh/dia)
G = Irradiação solar diária (kWh/m²/dia)
η = Rendimento médio do coletor

Exemplo:
Demanda ACS: 2000 kcal/dia = 2.33 kWh/dia
G = 4.5 kWh/m²/dia (Madrid, inverno)
η = 0.60
A = 2.33 / (4.5 × 0.60) = 0.86 m²
Selecionar coletor SE-15/58-1800 (2.78 m²)

47.9 Aplicações dos Coletores de Tubos de Vácuo

Os coletores de tubos de vácuo são especialmente adequados para aplicações que requerem temperaturas elevadas ou funcionam em condições climáticas adversas:

A) Água Quente Sanitária (ACS)

Temperatura requerida: 45-60°C
Vantagem tubo vácuo: Excelente rendimento mesmo no inverno
Aplicação: Viviendas, hotéis, hospitais, residências

B) Aquecimento

Temperatura requerida: 40-60°C (piso radiante), 60-80°C (radiadores)
Vantagem tubo vácuo: Alto rendimento a temperaturas elevadas
Aplicação: Viviendas, edifícios, naves industriais

C) Processos Industriais

Temperatura requerida: 80-150°C
Vantagem tubo vácuo: Único coletor capaz de alcançar estas temperaturas
Aplicação: Processos industriais, limpeza, pasteurização

D) Refrigeração Solar

Temperatura requerida: 80-150°C
Vantagem tubo vácuo: Alta temperatura para máquinas de absorção
Aplicação: Ar condicionado solar, refrigeração industrial

E) Clima Frio

Temperatura ambiente: -20°C a -30°C
Vantagem tubo vácuo: Resistência a geadas, alto rendimento
Aplicação: Zonas montanhosas, climas nórdicos

47.10 Instalação de Coletores de Tubos de Vácuo

A instalação de coletores de tubos de vácuo requer considerações específicas para garantir seu correto funcionamento e máxima eficiência:

A) Orientação e Inclinação

Orientação: Sul (azimute 0°) em hemisfério norte
Inclinação: Latitude + 10° para uso anual
Tolerância: ±30° em orientação, ±15° em inclinação
Vantagem: Maior tolerância que coletores planos

B) Distância entre Coletores

Distância mínima entre fileiras:
d = h / tan(67° - Latitude)

Onde:
d = Distância entre fileiras (m)
h = Altura do coletor (m)
Latitude = Latitude do lugar (°)

Exemplo:
h = 1.8 m, Latitude = 40°
d = 1.8 / tan(27°) = 1.8 / 0.5095 = 3.53 m

C) Conexão Hidráulica

Conexão em série: Aumenta temperatura de saída
Conexão em paralelo: Aumenta vazão, mantém temperatura
Conexão mista: Combinação série-paralelo
Retorno invertido: Para equilibrar vazões em paralelo

47.11 Vantagens dos Coletores SOLENER

Os coletores de tubos de vácuo SOLENER apresentam vantagens específicas em relação a outros fabricantes:

Característica	Vantagem SOLENER
Revestimento seletivo	Al-N/Al de alta absorção (α ≥ 94%) e baixa emissividade (ε ≤ 8%)
Vácuo	Pressão inferior a 5×10⁻³ Pa, mantido por getter de bário
Vidro	Borossilicato 3.3 de alta transparência e resistência
Resistência granizo	Resistente a granizo de 25 mm de diâmetro
Vida útil	Superior a 25 anos com degradação mínima
Garantia	5 anos de garantia total, 15 anos de rendimento
Substituição	Tubos individualmente substituíveis sem esvaziar o sistema
Certificações	Keymark, Solar Keymark, certificação europeia

47.12 Comparação Econômica

Ainda que o investimento inicial em coletores de tubos de vácuo seja maior que em coletores planos, o menor custo de instalação e o maior rendimento anual compensam a diferença:

Conceito	Coletor Plano	Tubo de Vácuo
Custo coletor (€/m²)	300-400	400-500
Custo instalação (€/m²)	150-200	100-150
Custo total (€/m²)	450-600	500-650
Energia anual (kWh/m²)	400-500	500-650
Custo energia (€/kWh)	0.10-0.15	0.08-0.13
Amortização (anos)	5-7	4-6

Conclusão: Ainda que o custo inicial seja ligeiramente superior, os coletores de tubos de vácuo oferecem um menor custo por kWh produzido devido ao seu maior rendimento anual e menor custo de instalação.

47.13 Manutenção de Coletores de Tubos de Vácuo

Os coletores de tubos de vácuo requerem manutenção mínima, mas é importante realizar revisões periódicas para garantir seu correto funcionamento:

A) Manutenção Preventiva

Inspeção visual: Anual, verificar estado de tubos e estrutura
Verificação vácuo: Comprovar indicador de vácuo (getter)
Limpeza: Limpeza exterior de tubos se necessário
Verificação estanqueidade: Comprovar uniões e juntas

B) Substituição de Tubos

Vantagem: Tubos individualmente substituíveis sem esvaziar o sistema
Procedimento: Extrair tubo danificado, inserir novo tubo
Custo: 30-50 € por tubo substituído
Tempo: 10-15 minutos por tubo

C) Manutenção do Fluido

Verificação qualidade: Cada 3-5 anos, analisar qualidade do fluido
Substituição fluido: Cada 5-10 anos segundo qualidade
Verificação pressão: Comprovar pressão do circuito
Verificação anticongelante: Comprovar concentração de anticongelante

47.14 Aplicações Específicas SOLENER

Os coletores de tubos de vácuo SOLENER são especialmente adequados para as seguintes aplicações:

A) ACS em Climas Frios

Vantagem: Alto rendimento mesmo a -20°C
Aplicação: Zonas montanhosas, climas nórdicos
Vantagem: Resistência a geadas sem proteção adicional

B) Processos Industriais

Temperatura: 80-150°C
Aplicação: Processos industriais, limpeza, pasteurização
Vantagem: Único coletor capaz de alcançar estas temperaturas

C) Refrigeração Solar

Temperatura: 80-150°C
Aplicação: Ar condicionado solar, refrigeração industrial
Vantagem: Alta temperatura para máquinas de absorção

D) Aquecimento de Alta Temperatura

Temperatura: 60-80°C
Aplicação: Radiadores, processos industriais
Vantagem: Alto rendimento a temperaturas elevadas

47.15 Resumo do Capítulo 47

Resumo do Capítulo 47:

Os coletores solares de tubos de vácuo representam a tecnologia mais avançada em captação de energia térmica solar. O vácuo dentro dos tubos elimina praticamente as perdas térmicas por convecção e condução, permitindo alcançar temperaturas até 200°C e manter um excelente rendimento mesmo em condições climáticas adversas.

Os coletores SOLENER de tubos de vácuo incorporam tecnologia de última geração com revestimentos seletivos de alta absorção (>94%) e baixa emissividade (<8%), maximizando a captação de energia solar. Os tubos são individualmente substituíveis sem esvaziar o sistema, facilitando a manutenção.

Os coletores de tubos de vácuo são especialmente vantajosos em climas frios, aplicações que requerem temperaturas elevadas (80-150°C) e em condições de baixa irradiação. Ainda que o custo inicial seja ligeiramente superior ao dos coletores planos, o maior rendimento anual e menor custo de instalação compensam a diferença, oferecendo um menor custo por kWh produzido.

47.1 真空管集热器简介

真空管太阳能集热器代表了太阳能热能捕获的最先进技术。与平板集热器不同,真空管集热器使用真空作为隔热材料,使它们能够达到更高的温度,即使在恶劣的天气条件下也能保持出色的性能。

管内的真空实际上消除了热传导和对流,大大减少了热损失。这使得真空管集热器能够达到工作温度高达200°C,而平板集热器通常最高达到80-100°C。

SOLENER真空管集热器融合了最新技术,具有高吸收和低发射的选择性涂层,最大化太阳能捕获并最小化热损失。

SOLENER - 真空管先进技术 - 最大热效率

47.2 工作原理

真空管集热器的工作原理基于温室效应与真空隔热相结合。每个真空管由两个同心玻璃管组成,中间有真空,实际上消除了对流和传导的损失。

真空管组件

外管: 高透明度硼硅玻璃(3.3 mm)
真空: 压力低于5×10⁻³ Pa,消除对流和传导
内管: 具有高吸收选择性涂层的玻璃
选择性涂层: 铝上的Al-N/Al层,吸收>94%,发射<8%
吸收翅片: 带有选择性涂层的铜或铝翅片
吸收管: 带有翅片的铜管用于传热
吸气剂: 通过吸收残留气体保持真空的材料

真空管类型

类型	描述	优点	应用
全玻璃管	通过热虹吸直接传输	无接触损失,成本低	生活热水,供暖
热管	带有内部流体的热管	高效率,抗霜冻	寒冷气候,高温
U型管	带有循环流体的U型管	工作压力高,高达25 bar	压力应用
DeFlow	通过管的直接流动	高效率,直接压力	压力系统

47.3 真空管集热器的优点

真空管集热器与传统的平板集热器相比具有显著优势:

特性	平板集热器	真空管	优势
热损失	高(对流和传导)	最小(真空)	低3-5倍
最高温度	80-100°C	150-200°C	更大的工作范围
低温性能	良好	优秀	在寒冷气候中更好
高温性能	差	优秀	高得多
抗霜冻	有限	优秀(-30°C)	完全抵抗
冰雹	脆弱	resistant(直径47mm,2mm玻璃)	25mm冰雹抵抗
管子更换	不可能	单独更换无需排空系统	简化维护
方向	有限	灵活(±30°)	更大的灵活性
重量	高(20-30 kg/m²)	中等(15-25 kg/m²)	更低的结构载荷
成本	较低	较高	更高的初始投资

47.4 SOLENER真空管技术规格

SOLENER真空管融合了最新技术,具有以下技术规格:

参数	规格	单位
外管直径	47 / 58 / 70	mm
管长	1200 / 1500 / 1800	mm
外玻璃厚度	1.6 / 2.0	mm
内玻璃厚度	1.6 / 2.0	mm
真空压力	< 5×10⁻³	Pa
太阳吸收(α)	≥ 94%	-
热发射(ε)	≤ 8%	-
停滞温度	200 / 220	°C
冰雹抵抗	25	mm
最大工作压力	0.6 / 2.5	MPa

每个真空管捕获的能量:
Q = A × G × (α - ε × σ × T⁴)

其中:
A = 有效管面积(m²)
G = 太阳辐照度(W/m²)
α = 吸收系数(0.94)
ε = 热发射(0.08)
σ = 斯特藩-玻尔兹曼常数(5.67×10⁻⁸ W/m²K⁴)
T = 工作温度(K)

示例:
管直径58×1800mm,G=800 W/m²,T=80°C(353K):
A = π × 0.058 × 1.8 = 0.329 m²
Q = 0.329 × 800 × (0.94 - 0.08 × 5.67×10⁻⁸ × 353⁴)
Q = 263.2 × (0.94 - 0.14) = 263.2 × 0.80 = 210.6 W

47.5 真空管集热器类型

根据传热系统,真空管集热器有不同的配置:

A) 直接管集热器(热虹吸)

水通过真空管通过自然对流(热虹吸)直接循环。内管作为吸收器和流体导体。

优点: 简单、成本低、效率高
限制: 压力有限,需要高架水箱
应用: 住宅生活热水、热虹吸系统

B) 热管集热器

每个管包含一个带有内部流体的热管,蒸发和冷凝,将热量传递到集管。真空管将热管隔热。

优点: 高效率、抗霜冻、高压
限制: 成本更高、最小安装角度
应用: 空调、工业过程、寒冷气候

C) U型管集热器

U形管插入真空管内。流体通过U型管循环,从吸收管吸收热量。

优点: 高工作压力、高效率
限制: 更复杂、更高成本
应用: 压力系统、大型装置

D) DeFlow集热器(直接流动)

流体直接通过真空管内的吸收管循环。类似于直接管但工作压力更高。

优点: 高压、高效率、简单
限制: 需要循环泵
应用: 压力系统、强制生活热水

47.6 真空管集热器性能

真空管集热器的性能特点是其在高温和低吸热条件下的出色性能。

性能方程:
η = η₀ - a₁ × (Tm - Ta)/G - a₂ × (Tm - Ta)²/G

其中:
η = 瞬时效率
η₀ = 光学效率(通常0.70-0.75)
a₁ = 线性损失系数(通常0.5-1.5 W/m²K)
a₂ = 二次损失系数(通常0.005-0.015 W/m²K²)
Tm = 流体平均温度(°C)
Ta = 环境温度(°C)
G = 太阳辐照度(W/m²)

示例:
η₀ = 0.72, a₁ = 1.2 W/m²K, a₂ = 0.01 W/m²K²
Tm = 60°C, Ta = 20°C, G = 800 W/m²
η = 0.72 - 1.2 × (60-20)/800 - 0.01 × (60-20)²/800
η = 0.72 - 0.06 - 0.02 = 0.64 = 64%

关键优势: 真空管集热器即使在100°C温度和800 W/m²辐照下也能保持50%以上的效率,而平板集热器在这些条件下通常效率低于30%。

47.7 与平板集热器的比较

下表比较了真空管集热器和平板集热器在不同条件下的性能:

条件	平板集热器	真空管	真空管优势
G=800 W/m², ΔT=20K	η = 65%	η = 68%	+3%
G=800 W/m², ΔT=40K	η = 50%	η = 64%	+14%
G=800 W/m², ΔT=60K	η = 35%	η = 60%	+25%
G=800 W/m², ΔT=80K	η = 20%	η = 56%	+36%
G=500 W/m², ΔT=40K	η = 40%	η = 58%	+18%
G=300 W/m², ΔT=40K	η = 25%	η = 48%	+23%

结论: 真空管集热器在寒冷气候、高温差和低辐照条件下特别有利。在温差小的温暖气候中,优势较小但始终存在。

47.8 SOLENER集热器配置

SOLENER真空管集热器根据应用提供不同的配置:

型号	管数	直径(mm)	长度(mm)	面积(m²)	功率(kW)
SE-15/58-1800	15	58	1800	2.78	3.5
SE-20/58-1800	20	58	1800	3.71	4.7
SE-25/58-1800	25	58	1800	4.64	5.8
SE-30/58-1800	30	58	1800	5.57	7.0
SE-20/70-1800	20	70	1800	5.50	6.9
SE-30/70-1800	30	70	1800	8.25	10.3

所需面积计算:
A = Q / (G × η)

其中:
A = 集热器面积(m²)
Q = 能量需求(kWh/天)
G = 每日太阳辐照(kWh/m²/天)
η = 集热器平均效率

示例:
生活热水需求: 2000 kcal/天 = 2.33 kWh/天
G = 4.5 kWh/m²/天(马德里,冬季)
η = 0.60
A = 2.33 / (4.5 × 0.60) = 0.86 m²
选择集热器SE-15/58-1800(2.78 m²)

47.9 真空管集热器应用

真空管集热器特别适用于需要高温或在恶劣天气条件下运行的应用:

A) 生活热水(DHW)

所需温度: 45-60°C
真空管优势: 即使在冬季也有出色的性能
应用: 住宅、酒店、医院、住宅

B) 供暖

所需温度: 40-60°C(地暖),60-80°C(散热器)
真空管优势: 在高温下性能高
应用: 住宅、建筑、工业建筑

C) 工业过程

所需温度: 80-150°C
真空管优势: 唯一能够达到这些温度的集热器
应用: 工业过程、清洁、巴氏杀菌

D) 太阳能制冷

所需温度: 80-150°C
真空管优势: 吸收机的高温
应用: 太阳能空调、工业制冷

E) 寒冷气候

环境温度: -20°C至-30°C
真空管优势: 抗霜冻、高性能
应用: 山区、北欧气候

47.10 真空管集热器安装

真空管集热器安装需要特定的考虑,以确保其正确运行和最大效率:

A) 方向和倾斜

方向: 北半球的南方(方位角0°)
倾斜: 纬度 + 10°用于年度使用
容差: 方向±30°,倾斜±15°
优势: 比平板集热器更大的容差

B) 集热器之间的距离

排之间的最小距离:
d = h / tan(67° - 纬度)

其中:
d = 排之间的距离(m)
h = 集热器高度(m)
纬度 = 位置的纬度(°)

示例:
h = 1.8 m,纬度 = 40°
d = 1.8 / tan(27°) = 1.8 / 0.5095 = 3.53 m

C) 液压连接

串联连接: 增加出口温度
并联连接: 增加流量,保持温度
混合连接: 串并联组合
反向回流: 平衡并联中的流量

47.11 SOLENER集热器的优势

SOLENER真空管集热器与其他制造商相比具有特定的优势:

特性	SOLENER优势
选择性涂层	Al-N/Al高吸收(α ≥ 94%)和低发射(ε ≤ 8%)
真空	压力低于5×10⁻³ Pa,由钡吸气剂保持
玻璃	硼硅3.3高透明度和 resistance
冰雹抵抗	抵抗直径25mm的冰雹
使用寿命	超过25年,退化最小
保修	5年全面保修,15年性能
更换	单独的管子可更换,无需排空系统
认证	Keymark,Solar Keymark,欧洲认证

47.12 经济比较

尽管真空管集热器的初始投资高于平板集热器,但较低的安装成本和较高的年度性能弥补了差异:

概念	平板集热器	真空管
集热器成本(€/m²)	300-400	400-500
安装成本(€/m²)	150-200	100-150
总成本(€/m²)	450-600	500-650
年度能量(kWh/m²)	400-500	500-650
能量成本(€/kWh)	0.10-0.15	0.08-0.13
摊销(年)	5-7	4-6

结论: 尽管初始成本略高,但真空管集热器由于较高的年度性能和较低的安装成本,提供了较低的每kWh生产成本。

47.13 真空管集热器维护

真空管集热器需要最小的维护,但重要的是进行定期检查以确保其正确运行:

A) 预防性维护

目视检查: 每年,检查管子和结构的状态
真空验证: 检查真空指示器(吸气剂)
清洁: 如有必要,清洁管子的外部
密封验证: 检查接头和密封

B) 管子更换

优势: 单独的管子可更换,无需排空系统
程序: 取出损坏的管子,插入新管子
成本: 每更换的管子30-50 €
时间: 每根管子10-15分钟

C) 流体维护

质量验证: 每3-5年,分析流体质量
流体更换: 根据质量每5-10年
压力验证: 检查电路压力
防冻验证: 检查防冻剂浓度

47.14 SOLENER特定应用

SOLENER真空管集热器特别适用于以下应用:

A) 寒冷气候的生活热水

优势: 即使在-20°C也有高性能
应用: 山区、北欧气候
优势: 无需额外保护的抗霜冻

B) 工业过程

温度: 80-150°C
应用: 工业过程、清洁、巴氏杀菌
优势: 唯一能够达到这些温度的集热器

C) 太阳能制冷

温度: 80-150°C
应用: 太阳能空调、工业制冷
优势: 吸收机的高温

D) 高温供暖

温度: 60-80°C
应用: 散热器、工业过程
优势: 高温下的高性能

47.15 第15章摘要

第15章摘要:

真空管太阳能集热器代表了太阳能热能捕获的最先进技术。管内的真空实际上消除了对流和传导的热损失,允许达到高达200°C的温度,即使在恶劣的天气条件下也能保持出色的性能。

SOLENER真空管集热器融合了最新技术,具有高吸收(>94%)和低发射(<8%)的选择性涂层,最大化太阳能捕获。管子可以单独更换,无需排空系统,便于维护。

真空管集热器在寒冷气候、需要高温(80-150°C)的应用和低辐照条件下特别有利。尽管初始成本略高于平板集热器,但较高的年度性能和较低的安装成本弥补了差异,提供了较低的每kWh生产成本。

47.1 Введение в вакуумные трубчатые коллекторы

Вакуумные трубчатые солнечные коллекторы представляют самую передовую технологию в захвате солнечной тепловой энергии. В отличие от плоских коллекторов, вакуумные трубчатые коллекторы используют вакуум как теплоизоляцию, что позволяет им достигать гораздо более высоких температур и поддерживать отличную производительность даже в неблагоприятных погодных условиях.

Вакуум внутри труб практически устраняет теплопроводность и конвекцию, значительно снижая тепловые потери. Это позволяет вакуумным трубчатым коллекторам достигать рабочих температур до 200°C, в то время как плоские коллекторы обычно достигают максимума 80-100°C.

Вакуумные трубчатые коллекторы SOLENER включают технологию последнего поколения с селективными покрытиями высокого поглощения и низкой эмиссии, максимизируя захват солнечной энергии и минимизируя тепловые потери.

SOLENER - Передовая технология в вакуумных трубах - Максимальная тепловая эффективность

47.2 Принцип работы

Принцип работы вакуумных трубчатых коллекторов основан на парниковом эффекте в сочетании с вакуумной изоляцией. Каждая вакуумная труба состоит из двух концентрических стеклянных труб с вакуумом между ними, практически устраняя потери от конвекции и теплопроводности.

Компоненты вакуумной трубы

Наружная труба: Боросиликатное стекло высокой прозрачности (3.3 мм)
Вакуум: Давление ниже 5×10⁻³ Па, устраняя конвекцию и теплопроводность
Внутренняя труба: Стекло с селективным покрытием высокого поглощения
Селективное покрытие: Слой Al-N/Al на алюминии, поглощение >94%, эмиссия <8%
Поглощающее ребро: Медное или алюминиевое ребро с селективным покрытием
Поглощающая труба: Медная труба с ребрами для передачи тепла
Геттер: Материал, который поддерживает вакуум, поглощая остаточные газы

Типы вакуумных труб

Тип	Описание	Преимущества	Применения
Полностью стеклянная труба	Прямая передача термосифоном	Без потерь от контакта, низкая стоимость	ГВС, отопление
Тепловая труба	Тепловая труба с внутренней жидкостью	Высокая эффективность, устойчивость к морозу	Холодный климат, высокие температуры
U-образная труба	U-образная труба с циркулирующей жидкостью	Высокое рабочее давление, до 25 бар	Применения под давлением
DeFlow	Прямой поток через трубу	Высокая эффективность, прямое давление	Системы под давлением

47.3 Преимущества вакуумных трубчатых коллекторов

Вакуумные трубчатые коллекторы представляют значительные преимущества по сравнению с обычными плоскими коллекторами:

Характеристика	Плоский коллектор	Вакуумная труба	Преимущество
Тепловые потери	Высокие (конвекция и теплопроводность)	Минимальные (вакуум)	В 3-5 раз ниже
Максимальная температура	80-100°C	150-200°C	Больший рабочий диапазон
Производительность при низкой температуре	Хорошая	Отличная	Лучше в холодном климате
Производительность при высокой температуре	Плохая	Отличная	Намного выше
Устойчивость к морозу	Ограниченная	Отличная (-30°C)	Полная устойчивость
Град	Уязвимый	Устойчивый (ø47мм, 2мм стекло)	Устойчивость к граду 25мм
Замена труб	Невозможна	Индивидуальная без слива системы	Упрощенное обслуживание
Ориентация	Ограниченная	Гибкая (±30°)	Большая гибкость
Вес	Высокий (20-30 кг/м²)	Средний (15-25 кг/м²)	Меньшая структурная нагрузка
Стоимость	Ниже	Выше	Более высокие начальные инвестиции

47.4 Технические характеристики вакуумных труб SOLENER

Вакуумные трубы SOLENER включают технологию последнего поколения со следующими техническими характеристиками:

Параметр	Спецификация	Единица
Диаметр наружной трубы	47 / 58 / 70	мм
Длина трубы	1200 / 1500 / 1800	мм
Толщина наружного стекла	1.6 / 2.0	мм
Толщина внутреннего стекла	1.6 / 2.0	мм
Давление вакуума	< 5×10⁻³	Па
Солнечное поглощение (α)	≥ 94%	-
Тепловая эмиссия (ε)	≤ 8%	-
Температура застоя	200 / 220	°C
Устойчивость к граду	25	мм
Максимальное рабочее давление	0.6 / 2.5	МПа

Энергия, захваченная каждой вакуумной трубой:
Q = A × G × (α - ε × σ × T⁴)

Где:
A = Эффективная площадь трубы (м²)
G = Солнечная irradiance (Вт/м²)
α = Коэффициент поглощения (0.94)
ε = Тепловая эмиссия (0.08)
σ = Константа Стефана-Больцмана (5.67×10⁻⁸ Вт/м²К⁴)
T = Рабочая температура (К)

Пример:
Труба ø58×1800мм, G=800 Вт/м², T=80°C (353K):
A = π × 0.058 × 1.8 = 0.329 м²
Q = 0.329 × 800 × (0.94 - 0.08 × 5.67×10⁻⁸ × 353⁴)
Q = 263.2 × (0.94 - 0.14) = 263.2 × 0.80 = 210.6 Вт

47.5 Типы вакуумных трубчатых коллекторов

Существуют различные конфигурации вакуумных трубчатых коллекторов в соответствии с системой передачи тепла:

A) Коллекторы прямой трубы (термосифон)

Вода циркулирует непосредственно через вакуумные трубы естественной конвекцией (термосифон). Внутренняя труба действует как поглотитель и проводник жидкости.

Преимущества: Простой, низкая стоимость, высокая эффективность
Ограничения: Ограниченное давление, требует поднятого бака
Применения: Бытовое ГВС, системы термосифона

B) Коллекторы тепловой трубы

Каждая труба содержит тепловую трубу с внутренней жидкостью, которая испаряется и конденсируется, передавая тепло в коллектор. Вакуумная труба теплоизолирует тепловую трубу.

Преимущества: Высокая эффективность, устойчивость к морозу, высокое давление
Ограничения: Более высокая стоимость, минимальный угол установки
Применения: Кондиционирование воздуха, промышленные процессы, холодный климат

C) Коллекторы U-образной трубы

U-образная труба вставлена в вакуумную трубу. Жидкость циркулирует через U-образную трубу, поглощая тепло от поглощающей трубы.

Преимущества: Высокое рабочее давление, высокая эффективность
Ограничения: Большая сложность, более высокая стоимость
Применения: Системы под давлением, большие установки

D) Коллекторы DeFlow (прямой поток)

Жидкость циркулирует непосредственно через поглощающую трубу внутри вакуумной трубы. Подобно прямой трубе, но с более высоким рабочим давлением.

Преимущества: Высокое давление, высокая эффективность, простой
Ограничения: Требуется циркуляционный насос
Применения: Системы под давлением, принудительное ГВС

47.6 Производительность вакуумных трубчатых коллекторов

Производительность вакуумных трубчатых коллекторов характеризуется их отличной производительностью при высоких температурах и в условиях низкой irradiance.

Уравнение производительности:
η = η₀ - a₁ × (Tm - Ta)/G - a₂ × (Tm - Ta)²/G

Где:
η = Мгновенная эффективность
η₀ = Оптическая эффективность (обычно 0.70-0.75)
a₁ = Коэффициент линейных потерь (обычно 0.5-1.5 Вт/м²К)
a₂ = Коэффициент квадратичных потерь (обычно 0.005-0.015 Вт/м²К²)
Tm = Средняя температура жидкости (°C)
Ta = Температура окружающей среды (°C)
G = Солнечная irradiance (Вт/м²)

Пример:
η₀ = 0.72, a₁ = 1.2 Вт/м²К, a₂ = 0.01 Вт/м²К²
Tm = 60°C, Ta = 20°C, G = 800 Вт/м²
η = 0.72 - 1.2 × (60-20)/800 - 0.01 × (60-20)²/800
η = 0.72 - 0.06 - 0.02 = 0.64 = 64%

Ключевое преимущество: Вакуумные трубчатые коллекторы поддерживают эффективность выше 50% даже при температурах 100°C с irradiance 800 Вт/м², в то время как плоские коллекторы обычно имеют эффективность ниже 30% в этих условиях.

47.7 Сравнение с плоскими коллекторами

Следующая таблица сравнивает производительность вакуумных трубчатых коллекторов и плоских коллекторов в различных условиях:

Условие	Плоский коллектор	Вакуумная труба	Преимущество трубы
G=800 Вт/м², ΔT=20K	η = 65%	η = 68%	+3%
G=800 Вт/м², ΔT=40K	η = 50%	η = 64%	+14%
G=800 Вт/м², ΔT=60K	η = 35%	η = 60%	+25%
G=800 Вт/м², ΔT=80K	η = 20%	η = 56%	+36%
G=500 Вт/м², ΔT=40K	η = 40%	η = 58%	+18%
G=300 Вт/м², ΔT=40K	η = 25%	η = 48%	+23%

Заключение: Вакуумные трубчатые коллекторы особенно выгодны в холодном климате, с высокой разницей температур и низкой irradiance. В теплом климате с низкой разницей температур преимущество меньше, но всегда присутствует.

47.8 Конфигурация коллекторов SOLENER

Коллекторы SOLENER из вакуумных труб доступны в различных конфигурациях в соответствии с применением:

Модель	Кол-во труб	Диаметр (мм)	Длина (мм)	Площадь (м²)	Мощность (кВт)
SE-15/58-1800	15	58	1800	2.78	3.5
SE-20/58-1800	20	58	1800	3.71	4.7
SE-25/58-1800	25	58	1800	4.64	5.8
SE-30/58-1800	30	58	1800	5.57	7.0
SE-20/70-1800	20	70	1800	5.50	6.9
SE-30/70-1800	30	70	1800	8.25	10.3

Расчет необходимой площади:
A = Q / (G × η)

Где:
A = Площадь коллекторов (м²)
Q = Энергетическая потребность (кВт·ч/день)
G = Ежедневная солнечная irradiation (кВт·ч/м²/день)
η = Средняя эффективность коллектора

Пример:
Потребность ГВС: 2000 ккал/день = 2.33 кВт·ч/день
G = 4.5 кВт·ч/м²/день (Мадрид, зима)
η = 0.60
A = 2.33 / (4.5 × 0.60) = 0.86 м²
Выбрать коллектор SE-15/58-1800 (2.78 м²)

47.9 Применения вакуумных трубчатых коллекторов

Вакуумные трубчатые коллекторы особенно подходят для применений, требующих высоких температур или работающих в неблагоприятных погодных условиях:

A) Бытовое горячее водоснабжение (ГВС)

Требуемая температура: 45-60°C
Преимущество вакуумной трубы: Отличная производительность даже зимой
Применение: Дома, отели, больницы, residences

B) Отопление

Требуемая температура: 40-60°C (теплый пол), 60-80°C (радиаторы)
Преимущество вакуумной трубы: Высокая производительность при высоких температурах
Применение: Дома, здания, промышленные здания

C) Промышленные процессы

Требуемая температура: 80-150°C
Преимущество вакуумной трубы: Единственный коллектор, способный достигать этих температур
Применение: Промышленные процессы, очистка, пастеризация

D) Солнечное охлаждение

Требуемая температура: 80-150°C
Преимущество вакуумной трубы: Высокая температура для абсорбционных машин
Применение: Солнечное кондиционирование воздуха, промышленное охлаждение

E) Холодный климат

Температура окружающей среды: -20°C до -30°C
Преимущество вакуумной трубы: Устойчивость к морозу, высокая производительность
Применение: Горные районы, северные климаты

47.10 Установка вакуумных трубчатых коллекторов

Установка вакуумных трубчатых коллекторов требует специальных соображений для гарантии их правильной работы и максимальной эффективности:

A) Ориентация и наклон

Ориентация: Юг (азимут 0°) в северном полушарии
Наклон: Широта + 10° для годового использования
Допуск: ±30° в ориентации, ±15° в наклоне
Преимущество: Больший допуск, чем у плоских коллекторов

B) Расстояние между коллекторами

Минимальное расстояние между рядами:
d = h / tan(67° - Широта)

Где:
d = Расстояние между рядами (м)
h = Высота коллектора (м)
Широта = Широта места (°)

Пример:
h = 1.8 м, Широта = 40°
d = 1.8 / tan(27°) = 1.8 / 0.5095 = 3.53 м

C) Гидравлическое соединение

Последовательное соединение: Увеличивает температуру выхода
Параллельное соединение: Увеличивает поток, поддерживает температуру
Смешанное соединение: Комбинация последовательно-параллельная
Обратный возврат: Для балансировки потоков в параллели

47.11 Преимущества коллекторов SOLENER

Вакуумные трубчатые коллекторы SOLENER представляют специфические преимущества по сравнению с другими производителями:

Характеристика	Преимущество SOLENER
Селективное покрытие	Al-N/Al высокого поглощения (α ≥ 94%) и низкой эмиссии (ε ≤ 8%)
Вакуум	Давление ниже 5×10⁻³ Па, поддерживается геттером бария
Стекло	Боросиликат 3.3 высокой прозрачности и сопротивления
Сопротивление граду	Устойчив к граду диаметром 25 мм
Срок службы	Более 25 лет с минимальной деградацией
Гарантия	5 лет полной гарантии, 15 лет производительности
Замена	Индивидуальные трубы заменяемы без слива системы
Сертификации	Keymark, Solar Keymark, европейская сертификация

47.12 Экономическое сравнение

Хотя начальные инвестиции в вакуумные трубчатые коллекторы выше, чем в плоские коллекторы, более низкая стоимость установки и более высокая годовая производительность компенсируют разницу:

Понятие	Плоский коллектор	Вакуумная труба
Стоимость коллектора (€/м²)	300-400	400-500
Стоимость установки (€/м²)	150-200	100-150
Общая стоимость (€/м²)	450-600	500-650
Годовая энергия (кВт·ч/м²)	400-500	500-650
Стоимость энергии (€/кВт·ч)	0.10-0.15	0.08-0.13
Амортизация (лет)	5-7	4-6

Заключение: Хотя начальная стоимость немного выше, вакуумные трубчатые коллекторы предлагают более низкую стоимость на кВт·ч произведенной благодаря их более высокой годовой производительности и более низкой стоимости установки.

47.13 Обслуживание вакуумных трубчатых коллекторов

Вакуумные трубчатые коллекторы требуют минимального обслуживания, но важно проводить периодические проверки для гарантии их правильной работы:

A) Профилактическое обслуживание

Визуальная инспекция: Ежегодная, проверить состояние труб и структуры
Проверка вакуума: Проверить индикатор вакуума (геттер)
Очистка: Наружная очистка труб при необходимости
Проверка герметичности: Проверить соединения и уплотнения

B) Замена труб

Преимущество: Индивидуальные трубы заменяемы без слива системы
Процедура: Извлечь поврежденную трубу, вставить новую трубу
Стоимость: 30-50 € за замененную трубу
Время: 10-15 минут на трубу

C) Обслуживание жидкости

Проверка качества: Каждые 3-5 лет, анализировать качество жидкости
Замена жидкости: Каждые 5-10 лет в соответствии с качеством
Проверка давления: Проверить давление цепи
Проверка антифриза: Проверить концентрацию антифриза

47.14 Специфические применения SOLENER

Вакуумные трубчатые коллекторы SOLENER особенно подходят для следующих применений:

A) ГВС в холодном климате

Преимущество: Высокая производительность даже при -20°C
Применение: Горные районы, северные климаты
Преимущество: Устойчивость к морозу без дополнительной защиты

B) Промышленные процессы

Температура: 80-150°C
Применение: Промышленные процессы, очистка, пастеризация
Преимущество: Единственный коллектор, способный достигать этих температур

C) Солнечное охлаждение

Температура: 80-150°C
Применение: Солнечное кондиционирование воздуха, промышленное охлаждение
Преимущество: Высокая температура для абсорбционных машин

D) Высокотемпературное отопление

Температура: 60-80°C
Применение: Радиаторы, промышленные процессы
Преимущество: Высокая производительность при высоких температурах

47.15 Резюме главы 47

Резюме главы 47:

Вакуумные трубчатые солнечные коллекторы представляют самую передовую технологию в захвате солнечной тепловой энергии. Вакуум внутри труб практически устраняет тепловые потери конвекцией и теплопроводностью, позволяя достигать температур до 200°C и поддерживать отличную производительность даже в неблагоприятных погодных условиях.

Вакуумные трубчатые коллекторы SOLENER включают технологию последнего поколения с селективными покрытиями высокого поглощения (>94%) и низкой эмиссии (<8%), максимизируя захват солнечной энергии. Трубы индивидуально заменяемы без слива системы, облегчая обслуживание.

Вакуумные трубчатые коллекторы особенно выгодны в холодном климате, применениях, требующих высоких температур (80-150°C) и в условиях низкой irradiance. Хотя начальная стоимость немного выше, чем у плоских коллекторов, более высокая годовая производительность и более низкая стоимость установки компенсируют разницу, предлагая более низкую стоимость на кВт·ч произведенной.