Heatpipes of vacuumbuis zonnecollector

Een vacuümbuis zonnecollector werkt op een geheel andere manier. De techniek is gebaseerd op de volgende vijf fysicawetten:

1. Hoge warmteabsorptie van een zwart vlak
2. Wanneer een metalen voorwerp een tijd in de zon ligt, wordt het warm
3. Isolerend vermogen van het vacuüm (zoals een thermoskan)
4. Warmtetransport door alcohol te verdampen en te condenseren (condensor)
5. Verhoogd kookpunt van een gas onder druk (zoals een snelkookpan).

Een vacuumbuis systeem maakt gebuik van zogeheten heatpipes (afkorting HP). Van dit systeem zijn er twee varianten. Een variant met een open heatpipe waar het water doorheen loopt, genaamd direct flow (DF) en een gesloten heatpipe variant (afkorting HP). Dit laatste systeem werkt als volgt:

1. Het zonlicht valt op de buis van dubbelwandig glas
2. Het licht gaat door een eerste glaslaag die doorschijnend is
3. Het licht wordt geabsorbeerd door een tweede laag glas, die bedekt is met een zwarte warmteabsorberende coating
4. De warmte kan niet meer naar buiten door de isolerende vacuümlaag tussen de twee glazen wanden (thermosprincipe)
5. De warmte wordt binnen in de Heat Pipe (koperen buis) afgegeven aan alcohol, die reeds kookt bij 25°C (hoe warmer, hoe hoger de druk, hoe hoger het kookpunt)
6. Verdampt alcohol stijgt en als het boven in de (schuinstaande) Heat Pipe komt, geeft het zijn warmte af aan een koperen reservoir (condensator), condenseert en druppelt naar beneden, waardoor de cyclus opnieuw kan beginnen
7. Ook de warmte van de Heat Pipe zelf wordt naar boven geleid en geeft ook zijn warmte af aan het koperen reservoir (manifold). Dit reservoir kan een temperatuur 250°C bereiken
8. Het koperen reservoir geeft zijn warmte af aan het water of aan een antivriesmiddel (glycol), maar komt er niet mee in contact
9. Het opgewarmde glycol wordt bovenlangs de zonnecollector door geïsoleerde buizen gepompt naar de buffervaten
10. Het glycol geeft via een spiraal in een buffervat zijn warmte af aan kraanwater en/of CV-water.

De enkel- of dubbelwandige vacuum buis zorgt voor goede thermische isolatie. Een heatpipe is beveiligd tegen bevriezing doordat er metaal poeder aan toegevoegd is. Een HP vacuum buis collector moet onder een hoek van minimaal 15°, beter 30° en maximaal 75° worden geplaatst zodat de gecondenseerde vloeistof, door de zwaartekracht, terug naar beneden kan stromen. Een eventuele optie is de heatpipe te voorzien van een capillaire laag waardoor druppels ook tegen de zwaartekracht in kunnen kruipen. Dit geeft meer mogelijkheden voor plaatsing van HP vacuum buis zonnecollectoren. Dit nadeel hebben direct flow (DF) vacuum buis collectoren niet. Doordat er druk in het systeem is opgeboiuw kunnen DF panelen zelfs geheel verticaal worden geplaatst.

Voordelen van de vaccumbuis collector

In vergelijking met andere manieren om dit te bewerkstelligen, hebben de vacuümbuizen de volgende voordelen:

1. Dankzij de dubbelwandige vacuümbuizen is door het thermosprincipe en de coating de absorptie (=warmteopname) maximaal en de emissie (= verlies naar de omgeving) minimaal, hetgeen leidt tot een bijzonder hoge temperatuur\
2. De ingestraalde warmte van een groot oppervlak wordt door de Heat Pipe geconcentreerd naar een klein oppervlak (boven in de buis) waar deze geaccumuleerde warmte kan worden overgedragen aan het te verwarmen water of glycol
3. Een Heat Pipe heeft een hele lage soortelijke warmte, doordat deze voornamelijk gevuld is met alcoholdamp. Slechts een fractie van zijn volume is gevuld met vloeibare alcohol
4. Een Heat Pipe heeft een veel grotere warmtetransportcapaciteit dan massief koper of een leiding met water. Dit komt doordat alle vacuümbuizen parallel gebruikt kunnen worden.

Voordelen van een vacuum buis collector ten opzichte van een vlakke plaat collector:

1. Door het thermosfles principe is de vacuum buis zonnecollector beter geisoleerd dan de vlakke plaat zonnecollector. Bij lagere omgevings temperatuur zal de vacuum buis zonnecollector beduidend minder warmte verliezen dan de vlakke plaat zonnecollector. Dit zorgt er vooral in de winterdag, voor- en na-jaar voor dat de vacuum buis zonnecollector meer warmte oplevert.
2. Door de ruimte tussen de vacuum buizen onderling (ong. 20mm) is de hoeveelheid zonne energie constant over een ruim gedeelte van de dag (zolang de buizen niet in elkaars schaduw liggen). Dit komt doordat de buizen ook vanaf de zijkant stralings energie opnemen.
3. De warmtecapaciteit alsmede de vloeistof inhoud van de vacuum buis heat-pipe zonnecollector is beduidend lager dan die van een vlakke plaat collector. De vacuum buis collector warmt daardoor sneller op dan conventionele vlakke plaat zonnecollectoren. Een vacuum buis zonnecollector met heatpipe zal daarom tijdens bewolkte dagen meer rendement opleveren.