1.1. Классификация солнечных коллекторов

В настоящее время наиболее распространенным способом использования солнечной энергии является её преобразование в низкопотенциальное тепло с использованием активных систем солнечного теплоснабжения, основным элементом которых является солнечный коллектор.

Одним из критериев классификации СК является рабочий диапазон температуры теплоносителя. Различают низкотемпературные СК, в которых температура теплоносителя не превышает 100 - 110°С, и высокотемпературные СК, оснащёнными фокусирующими элементами, благодаря которым возможно достижение температуры 2000 - 3000°С.

Существует несколько подходов к конструированию солнечного коллектора.

Плоский жидкостный СК

Наиболее распространенным конструктивным исполнением СК является плоский жидкостный солнечный коллектор [6, 7, 8].

Плоский солнечный коллектор представляет собой ящик в форме прямоугольного параллелепипеда с теплоизолированными тыльной и

боковыми сторонами. Внутри него помещена тепловоспринимающая металлическая или пластиковая панель, являющаяся теплообменником. Рабочую поверхность панели окрашивают в темный цвет или наносят селективное покрытие, снижающее радиационные тепловые потери коллектора. Сверху ящик закрывают стеклом или прозрачным, стойким к солнечному ультрафиолету пластиком. Солнечные лучи проходят сквозь стекло или другое светопрозрачное покрытие и, попадая на поверхность панели, разогревают циркулирующий в каналах теплоноситель, направляемый затем в аккумуляционный бак.

1

Рис.

1- остекление; 2- поглощающая панель; 3- труба с теплоносителем; 4- теплоизоляция задней и боковых стенок

В плоских коллекторах поверхность, воспринимающая солнечное излучение, одновременно является поверхностью, это излучение поглощающей. Плоские коллекторы могут применяться для нагрева теплоносителя до умеренных температур, не превышающих температуру окружающей среды более чем на 100°С. К их преимуществам следует отнести возможность использования как прямой, так и рассеянной солнечной радиации; они не требуют слежения за солнцем и не нуждаются в повседневном обслуживании.

Трубчатые вакуумированные СК

Возможным подходом к проблеме снижения тепловых потерь при температурах 80 - 150°С является применение вакуумированного коллектора. Особенностью данного СК является то, что конвективные

потери тепла ограничиваются за счёт помещения поглощающей панели в вакуумированное пространство внутри стеклянной трубы. Используются два типа вакуумированных труб: трубы, в которых абсорбер размещён непосредственно в вакууме и трубы, конструкция которых основана на принципе сосуда Дюара [б, 7].

Фокусирующие коллекторы

Фокусирующие коллекторы, обычно имеющие вогнутые отражатели, концентрируют падающее на их поверхность излучение на теплообменник с меньшей площадью поверхность, увеличивая тем самым плотность потока солнечной энергии.

Имеются различные средства увеличения плотности потока радиации на приёмнике. Они могут быть классифицированы как линзы и отражатели по типам компоновки и ориентации систем, по степени концентрации радиации, которую они могут обеспечить, по конструктивным материалам или по назначению. Важной характеристикой является коэффициент концентрации, характеризующийся отношением площади апертуры концентратора к площади приёмника, поглощающего излучение.

Воздушные СК

В этих СК энергия, поглощенная абсорбером передаётся в виде тепловой энергии протекающему через коллектор потоку воздуха. Наиболее распространенными воздушными коллекторами являются плоские и цилиндрические коллекторы. Воздухонагреватели имеют три преимущества, заслуживающие особого внимания:

воздух не замерзает;

последствия утечки воздуха значительно менее серьёзны, чем последствия утечки воды;

проблемы коррозии в системах разнородных металлов и аккумуляторах практически отсутствуют [б].

Однако физические свойства воздуха в данном случае менее благоприятны, чем воды. Его плотность и теплоёмкость существенно ниже, чем у жидкостей. А сечения каналов в воздушных системах гораздо больше, чем у жидкостных трубопроводов [9].