Плоские солнечные коллекторы

Плоский солнечный коллектор – устройство с поглощающей пане- лью плоской конфигурации и плоской прозрачной изоляцией для поглоще- ния энергии солнечного излучения и преобразования ее в тепловую.

Плоские солнечные коллекторы (рис. 4.3.1) состоят из стеклянного или пластикового покрытия (одинарного, двойного, тройного), тепловосприни- мающей панели, окрашенной со стороны, обращенной к солнцу, в черный цвет, изоляции на обратной стороне и корпуса (металлического, пластиково-

го, стеклянного, деревянного).

Рис. 4.3.1. Плоский солнечный коллектор: 1 – солнечные лучи; 2 – остекле-

ние; 3 – корпус; 4 – тепловоспринимающая поверхность; 5 – теплоизоляция;

6 – уплотнитель; 7 – собственное длинноволновое излучение тепловоспри-

нимающей пластины.

В качестве тепловоспринимающей панели можно использовать любой металлический или пластмассовый лист с каналами для теплоносителя. Изго- тавливаются тепловоспринимающие панели из алюминия или стали двух ти- пов: лист-труба и штампованные панели (труба в листе). Пластмассовые па- нели из-за недолговечности и быстрого старения под действием солнечных лучей, а также из-за малой теплопроводности не находят широкого примене-

ния.

Поддействиемсолнечнойрадиациитепловоспринимающиепанелира-

зогреваются до температур 70-80 °С, превышающих температуру окружаю-

щей среды, что ведет к возрастанию конвективной теплоотдачи панели в ок- ружающую среду и ее собственного излучения на небосвод. Для достижения более высоких температур теплоносителя поверхность пластины покрывают спектрально-селективными слоями, активно поглощающими коротковолно- вое излучение солнца и снижающими ее собственное тепловое излучение в длинноволновой части спектра. Такие конструкции на основе «черного нике- ля», «черного хрома», окиси меди на алюминии, окиси меди на меди и другие дорогостоящи (их стоимость часто соизмерима со стоимостью самой тепло- воспринимающей панели). Другим способом улучшения характеристик пло- ских коллекторов является создание вакуума между тепловоспринимающей панелью и прозрачной изоляцией для уменьшения тепловых потерь (солнеч- ные коллекторы четвертого поколения).

Опыт эксплуатации солнечных установок на основе солнечных коллек-

торов выявил ряд существенных недостатков подобных систем. Прежде все-

го это высокая стоимость коллекторов. Увеличение эффективности их рабо-

ты за счет селективных покрытий, повышение прозрачности остекления, ва- куумирования, а также устройства системы охлаждения оказываются эконо- мически нерентабельными. Существенным недостатком является необходи- мость частой очистки стекол от пыли, что практически исключает примене- ние коллектора в промышленных районах. При длительной эксплуатации солнечных коллекторов, особенно в зимних условиях, наблюдается частый выход их из строя из-за неравномерности расширения освещенных и затем- ненных участков стекла за счет нарушения целостности остекления. Отмеча- ется также большой процент выхода из строя коллекторов при транспорти- ровке и монтаже. Значительным недостатком работы систем с коллекторами

являетсятакженеравномерностьзагрузкивтечениегодаисуток.Опытэкс-

плуатации коллекторов в условиях Европы и европейской части России при

высокой доле диффузной радиации (до 50%) показал невозможность созда- ния круглогодичной автономной системы горячего водоснабжения и отопле- ния. Все гелиосистемы с солнечными коллекторами в средних широтах тре- буют устройства больших по объему баков-аккумуляторов и включения в систему дополнительного источника энергии, что снижает экономический эффект от их применения. В связи с этим наиболее целесообразно их исполь- зование в районах с высокой средней интенсивностью солнечной радиации

(нениже 300 Вт/м2).