Активный вакуумный солнечный коллектор может работать в любую погоду, поскольку он обеспечивает преобразование солнечного излучения вне зависимости от внешней температуры. При этом коэффициент поглощения энергии достигает 98%. Такие коллекторы устанавливают на крышах зданий большой площади, монтируя их под углом от 5 до 90 градусов. Уклон необходим для обеспечения нормальной циркуляции теплоносителя.
Автоматизированная система преобразования на базе теплообменного резервуара позволяет сохранять и поддерживать полученное от солнца тепло, причем источником здесь может быть не только солнце, но и обычный водонагреватель, работающий на газу или на электричестве, в качестве вспомогательного элемента, на случай недостаточной мощности, получаемой за счет солнца. Нагретая вода теплообменника поступает в систему отопления, а вода из резервуара может использоваться для нужд горячего водоснабжения.
Для контроля температуры и корректировки режима работы коллектора и системы в целом, служит блок управления. Он отслеживает температуру, и подбирает оптимальный режим работы системы в течение суток, регулируя поток теплоносителя через теплообменник, и определяя направление подачи тепла, на отопление или на горячую воду.
Для поддержания нужной температуры в помещении ночью, автоматика использует минимально возможное привлечение энергии дополнительных источников. Малая инерционность системы позволяет быстро менять режимы, благодаря чему достигаются: горячее водоснабжение круглый год и сезонное отопление со значительной экономией обычных источников, достигающей 80%.
Конструктивно вакуумный коллектор состоит из параллельных рядов трубок типа стекло-стекло (трубки обычно выполнены из боросиликатного стекла), при этом внутренняя трубка имеет селективное покрытие, хорошо абсорбирующее солнечную энергию благодаря вакуумной теплоизоляции, без потерь тепла. Данное решение позволяет трубкам даже в пасмурную погоду и при минусовой температуре эффективно преобразовывать как прямые, так и рассеянные лучи солнца в тепло. Вакуум при этом выступает в роли совершенной теплоизоляции. Даже когда на небе сплошь облака, доступное инфракрасное излучение все также поглощается трубками и преобразуется в тепло.
По сути, конструкция трубки напоминает термос, поскольку здесь трубка меньшего диаметра вставлена в трубку большего диаметра, а между ними вакуум. Для всесезонного использования в таких системах используются вакуумные трубки с внутренними термотрубками из меди, заполненными небольшим количеством легко закипающей жидкости. Под действием принятого тепла, такая жидкость начинает испаряться, забирая тепло вакуумной трубки, и пары, поднимаясь к наконечнику, передают тепло теплоносителю основного контура, при этом конденсируясь обратно в жидкую фазу, и стекая вниз, после чего цикл повторяется.
Медный приемник коллектора с изоляцией из полиуретана закрыт нержавеющим листом, а передача тепла происходит непосредственно через медную гильзу приемника. Так, отопительный контур отделен от тепловых трубок, и даже при повреждении одной из трубок, приемник продолжит работу с коллектором, а ремонт не потребует много усилий.
Накопительный бак-бойлер служит для сохранения накопленного тепла. Обычно он содержит внутри две или одну теплообменную спираль. Также в систему входит насос, клапан давления, манометр, кран регулирования налива воды, вентиль безопасности на 6 атмосфер и соединители. Как упоминалось выше, бак может быть дополнительно оборудован электрическим или газовым нагревателем мощностью до 3 кВт.
Если потребителю нужно одновременно и отопление и горячая вода, то энергия солнца распределяется между горячим водоснабжением и котлом. По достижении требуемой температуры, система автоматики переключит подачу тепла на отопление. Последовательность переключения режимов может быть изменена на противоположную по желанию потребителя. Все это позволяет осуществлять контроллер (блок управления). Блок управления служит для контроля параметров и управления параметрами работы системы в течение суток.
Функции контроллера довольно обширны: индикация температуры внутри коллектора, в резервуаре, и температуры обратного потока теплоносителя; установка температуры включения насоса; установка времени выключения и включения системы отопления и водоснабжения; установка времени и температуры дополнительного подогрева от вспомагательного внешнего источника; установка температуры для режима «антизамерзания»; индикация исправности или повреждения датчиков.
Несмотря на всю прелесть данных систем, они подразделяются на всесезонные (способные работать круглый год) и сезонные. Последние осуществляют прямую передачу солнечного тепла воде, их трубки расположены строго под определенным углом к солнцу, и соединены с накопительным бойлером, из которого вода течет прямо в трубки, нагреваясь возвращается, и так циркулирует.
Преимущества таких систем — высокий КПД и относительно низкая стоимость. Всесезонные оснащены медными термотрубками. Незамерзающая жидкость переносит тепло от медных наконечников, затем прокачивается через змеевик нагревая воду в баке. Контроллер регулирует работу насоса в зависимости от сигналов, получаемых с датчиков, расширительный бачок предохраняет систему от перенапряжения.
Так, вакуумные солнечные коллекторы находят применение, с каждым годом все большее, для целей обеспечения горячей водой коттеджей, дачных домов, теплиц и т. д., для отопления помещений и экономии традиционных энергоносителей, особенно — в зимний период, в частности, удобно использовать такие системы в сочетании с водяным теплым полом.
