ле «горячего ящика», который легко представить себе, если вспомнить, как нагревается на солнце салон закрытого автомобиля, который служит своеобразной ловушкой для солнечных лучей, поступающих в него через прозрачные поверхности остекления. Для того чтобы изготовить плоский КСЭ, необходима прежде всего луче-поглощающая поверхность, имеющая надежный контакт с рядом труб или каналов для движения нагреваемогэ теплоносителя. Совокупность плоской лучепоглощающе-;» поверхности и труб (каналов) для теплоносителя образует единый конструктивный элемент — абсорбер. Дл i лучшего поглощения солнечной энергии верхняя поверхность абсорбера должна быть окрашена в черный цвет или должна иметь специальное поглощающее покрытие. Снижение тепловых потерь от абсорбера в окружающе1; пространство достигается путем применения тепловой изоляции, закрывающей нижнюю поверхность абсорбера, а также светопрозрачной изоляции, размещаемой над абсорбером на определенном расстоянии от него. Все названные элементы помещаются в корпус, и производится уплотнение прозрачной изоляции — остекления (рис. 8).

Рис. 8. Конструктивные элементы плоского коллектора солнечной энергии:

/ — остекление; 2 — лучепоглоща-ющая поверхность с трубками для нагреваемой жидкости; 3 — корпус; 4 — теплоизоляция

Таким образом получается плоский коллектор для нагрева жидкости, общий вид которого показан на рис. 9. Максимальная температура, до которой можно нагреть теплоноситель в плоском коллекторе, не превышает 100 "С и зависит как от климатических данных, так и от характеристик коллектора и условий его эксплуатации. Несмотря на простоту конструкции создание хорошего коллектора требует большого искусства. К числу принципиальных преимуществ плоского КСЭ по сравнению е коллекторами других типов относится его способность

улавливать как прямую (лучистую), так и рассеянную солнечную энергию и как следствие этого — возможность его стационарной установки без необходимости слежения за Солнцем.

Абсорбер плоского коллектора солнечной энергии, как правило, изготовляется из металла с высокой теплопроводностью, а именно из стали, алюминия и даже из меди. Для низких рабочих температур его можно также изготовить из пластмассы или резины. Прозрачная изо-

Ряс. 9. Общий вид плоского коллектора солнечной энергии:

1 — корпус; 2 — теплоизоляция; 3 — лучепоглощающая поверхность; 4 — двухслойное остекление; 5 — патрубок для подвода теплоносителя (патрубок для отвода нагретого теплоносителя не показан)

ляция представляет собой один или два слоя стекла или полимерной пленки. Может использоваться комбинация из наружного слоя стекла и внутреннего слоя полимерной пленки. В случае низкой температуры нагрева теплоносителя (до 30 °С) коллектор может вовсе не иметь прозрачной изоляции. Корпус коллектора может быть изготовлен из оцинкованного железа, алюминия, дерева, пластмассы. В качестве тепловой изоляции могут применяться различные материалы: минеральная вата, пено^ полиуретан и т. п.

Существуют разнообразные конструкции плоских КСЭ.

Наиболее широко применяемые конструкции абсорберов плоских солнечных коллекторов показаны на рис. 10.

в качестве поглотителя солнечного излучения в коллекторе типа труба в листе (рис. 10, а) для жидкого теплоносителя используется ряд параллельных труб диаметром 12—15 мм, припаянных или приваренных сверху, снизу или в одной плоскости к металлическому листу и расположенных на расстоянии 50—150 мм друг от дру-

Рис. 10. Схемы абсорберов плоских жидкостных коллекторов:

а— труба в листе; б — соединение гофрированного и плоского листов; в — штампованный абсорбер; г —лист с приваренными прямоугольными каналами

г,а. Верхние и нижние концы этих труб присоединяются путем пайки или сварки к гидравлическим коллекторам.

В коллекторах для нагрева воздуха (рнс. 11) сред;? движется в пространстве, образованном прозрачной изо ляцией и лучевоспринимающей поверхностью из метал-

Рис. 11. Схемы плоских воздушных солнечных коллекторов с движением воздуха под плоским (о), оребренным (6) и гофрированным {в) абсорбером, через ряд стеклянных пластин (г) и пористую насадку (д):

I — остекление; 2 — абсорбер; S — теплоизоляция; 4 — поток воздуха ,

лического листа плоского (рис. 11, а), с ребрами (рис. 11,6) или гофрированного (рис. 11,в), из стеклянных пластин, наполовину зачерненных и наполовину прозрачных (рис. 11,г), и из пористой насадки (рис. 11,(Э).

В плоском КСЭ площадь «окна», через которое солнечная энергия попадает внутрь коллектора, равна площади лучепоглощающей поверхности, и поэтому плот-

V

28

ность потока солнечной радиации не увеличивается. При использовании концентраторов, т. е. оптических устройств типа зеркал или линз, достигается повышение плотности потока солнечной энергии. Это имеет место в фокусирующих коллекторах солнечной энергии, требующих специального механизма для слежения за Солнцем. Зеркала — плоские, параболоидные или параболо-цилиндрн-ческие — изготовляют из тонкого металлического листа или фольги или других материалов с высокой отражательной способностью; линзы — из стекла или пластмасс, фокусирующие коллекторы обычно применяются там, где

Рис. 12. Концентраторы солнечной энергии:

о — параболо-цилиндрический концентратор с трубчатым приемником излучения; б — фоклии; в — параболоидный концентратор; г —линза Френел^; й — ноле .гелиостатов с центральным приемником излучения; / — отраЖатель} 2 — приемник излучения

требуются высокие температуры (солнечные электростанции, печи, кухни и т.п.). В системах теплоснабжения зданий они, как правило, не используются. Некоторые типы концентраторов, используемых в фокусирующих коллекторах, показаны на рис. 12. Плоские КСЭ также могут быть снабжены дешевыми плоскими отражателями.

Кроме описанных двух основных типов КСЭ — плоских и фокусирующих коллекторов — разработаны и используются стеклянные трубчатые вакуумированные

коллекторы, солнечные пруды, представляющие сббой комбинацию КСЭ и аккумулятора теплоты, и т.п.

Сравнительная характеристика коллекторов различных типов дана в табл. 2.

Таблица 2. Характеристика основных типов солнечных коллекторов

Тип 1<оляеЧного коллектора

Плоский КСЭ Солнечный пруд Центральный приемник с полем гелиостатов Параболе цилиндрический концентратор

Вакуумированный стеклянный трубчатый коллектор

5. ЭФФЕКТИВНОСТЬ СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОКЖ И ЛШТОДЫ ЕЕ

ПОВЫШЕНИЯ

Показателем эффективности КСЭ является pro коэффициент полезного действия, равный отношению теплопроизводительности коллектора к количеству солнечной энергии, поступающему на коллектор:

?1к = Сн/(^„^).

где Qk — теплопроизводительность коллектора, Вт-ч;

Ек — количество солнечной энергии, поступающей на 1 м* площади поверхности КСЭ, Вт-ч/м^; А — площадь поверхности абсорбера КСЭ,

Величину Qk можно определить по расходу теплоносителя т, кг/с, его удельной теплоемкости Ср, Вт-ч/ /(кг-°С), и разности температур теплоносителя на выходе Ti и входе Ti КСЭ, т. е. Ок = тСр {Тг—Т^).

Коэффициент полезного действия коллектора солнечной энергии определяется его эффективным оптическим

Кпд 110 и эффективным коэффициентом теплопотерь Кп.

Л^. = По — (Tli — TcV/k,

где /я — интенсивность потока солнечной энергпи, поступающего на поверхность КСЭ, Bт/м^; Кк — эффективный коэффициент теплопотерь КСЭ, Вт/{м^-°С); Га — температура наружного воздуха, ^С.

Приведенная выше формула дает мгновенное значение КПД КСЭ, которое может быть принято средним для данного часа суток. Но поскольку интенсивность потока солнечной энергии h в течение дня изменяется от нуля перед восходом и после захода Солнца до максимума в солнечный полдень, также сильно изменяется и КПД КСЭ.

Отсюда следует, что среднедневное значение КПД будет значительно ниже, чем его максимальное.значение в полдень.

Возникает вопрос — от чего зависит величина КПД коллектора солнечной энергии? Наиболее сильное влияние на КПД плоского КСЭ оказывают: 1) метеорологические параметры — интенсивность солнечной энергии /, измеряемая на горизонтальной поверхности, и температура наружного воздуха Т^; 2) конструктивные характеристики КСЭ и свойства лучепоглощающей новер.ч-ности абсорбера — материал и толщина листа, толщина и коэффициент теплопроводности тепловой изоляции, шаг труб, число слоев остекления и его пропускательная способность; 3) рабочие параметры КСЭ — расход теплоносителя и его температура на входе в КСЭ.

При сравнении различных материалов, используемых для изготовления абсорбера, — меди, алюминия, стали, пластмассы — установлено, что с увеличением произведения толщины листа б на его коэффициент теплопроводности Я значение КПД коллектора возрастает. Так, при толщине лучепоглощающего листа в 1 мм из меди, алюминия, стали или пластмассы [Я = 390; 205; 45 и 0,6Вт/(м-°С) соответственно] КПД КСЭ составляет 52; 50; 48 и 22%.

В табл. 3 приведены значения коэффициента эффективности оребрення металлического листа лучевоспринимающей поверхности плоского КСЭ в зависимости от материала ребра, его толщины и шага трубок для теплоносителя (обычно в пределах 50—150 мм).

Теплотехническое качество лучевоспринимающей поверхности коллектора возрастает при использовании более теплопроводного материала, при увеличении его толщины (хотя влияние здесь иеве-