Плоские коллекторы

Этот тип коллекторов имеет плоскую поглощающую поверхность, его работа основана на парниковом эффекте. Плоские коллекторы состоят из каркаса (пластикового, стеклянного или деревянного), прозрачного покрытия (одинарного, двойного, тройного, стеклянного или пластикового), поглощающих поверхностей (избирательных или неизбирательных), изоляции и средств передачи тепла (воздух, вода, масло, бензин и т. д.).

Характерные особенности избирательных наружных поверхностей в современных солнечных коллекторах были экспериментально изучены проф. Табором, который определил оптимальную комбинацию двух тонких слоев прозрачного покрытия, которая обеспечивает 94% поглощения солнечной радиации при 6% соответствующей эмиссии. Все элементы плоского коллектора образуют вместе устройство для поглощения солнечной радиации, которое охлаждается средствами теплопередачи. Однако получаемая солнечная энергия может быть использована лишь частично, так как часть ее теряется при отражении, поглощении или утечке через конструктивные элементы.

Оптимальный по КПД плоский коллектор с температурной шкалой до 100° С должен обладать следующими качествами: прочными конструкциями; при потребности в средней температуре эффективностью не ниже 50-60%; при низких температурах - 70-80%, высоких температурах - 20-30%.

Материалы, используемые для изоляции, а также облицовки плоского коллектора должны обладать возможно более низкой теплопроводностью. При коротком периоде солнечной радиации рабочая температура коллектора должна достигаться в минимальные сроки. Наружная поверхность теплоизоляции должна быть устойчива при любых атмосферных условиях.

Главные теплопотери коллекторов происходят вследствие загрязнения, затенения от стоек и перемычек каркаса, отражения от стеклянных покрытий, а также при передаче тепла сквозь стекло. Кроме того, существуют потери радиации, передаваемой стеклянными покрытиями, возникающие в результате теплопотерь через водосточные желоба в поглощающих поверхностях (они пропорциональны разности в температурах наружных и поглощающих слоев и, следовательно, могут быть представлены значением К для коллектора), а также потери тепла от поглощения холодной воды, конвекции в воздушных слоях между поверхностью коллектора и стеклянным покрытием, потери тепла, проводимого через стойки или изоляцию стеклянного покрытия и через воздух между коллектором и стеклянным покрытием.

Соотношение между энергией поступающей радиации и полезной тепловой производительностью определяет эффективность коллектора. Самая высокая температура, которая может быть получена коллектором, достигается тогда, когда добавочное полезное тепло не уходит через средства теплопередачи, т. е. когда полученная энергия радиации равна потерям коллектора плюс извлеченное полезное тепло. Это называется непроизводительной, или уравновешенной, температурой.

Различные непроизводительные температуры соответствуют проекту и качеству коллектора, интенсивности радиации и окружающим условиям. Например, в средней Европе солнечная радиация в 800 ккал/ч может считаться нормальной величиной. При такой радиации коллектор с одинарным остеклением может выработать температуру до 100° С, в то время как коллектор с тройным остеклением может дать температуру до 190° С, а обычный коллектор с плоским покрытием обеспечивает нагрев лишь до 70-80° С.