ЭФФЕКТИВНОСТЬ СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ И МЕТОДЫ ЕЕ ПОВЫШЕНИЯ 1

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

В табл. 3 приведены значения коэффициента эффективности оребрения 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 невелико) и уменьшении шага трубок. Уменьшение диаметра трубок с 25 до 12 мм влечет за собой снижение коэффициента эффективности на 0,03 - 0,05, но при этом уменьшается общая теплоемкость коллектора и его тепловая инерция, а следовательно, быстрее происходит его прогрев. Зазор между лучевоспринимающей поверхностью и остеклением и между внутренним и наружным слоями двухрядного остекления обычно выбирают в пределах 15 - 25 мм. Толщина тепловой изоляции нижней поверхности абсорбера принимается равной 50 - 75 мм, а боковых поверхностей - 25 мм.

Таблица 3. Коэффициент эффективности оребрения F' абсорбера плоского жидкостного коллектора (толщина листа 1 мм, диаметр труб 25 мм)

Материал листа

λ, Вт/(м·°С)

Шаг труб, мм

50

100

150

Медь

390

0,989

0,972

0,948

Алюминий

205

0,988

0,967

0,934

Сталь

45

0,984

0,925

0,819

При возрастании интенсивности инсоляции с 300 до 1000 Вт/м2 КПД коллектора увеличивается с 32 до 59%, а при увеличении температуры наружного воздуха с 10 до 30 °С КПД возрастает с 41 до 55%. Очевидно, что в холодный период года КПД обычного плоского КСЭ весьма низок.

Большое влияние на КПД КСЭ оказывает температура теплоносителя на входе в коллектор: чем она ниже, тем ниже тепловые потери КСЭ и выше его КПД. При увеличении расхода теплоносителя КПД КСЭ возрастает до определенного предела, а затем остается постоянным, так что существует оптимальный диапазон значении расхода теплоносителя. КПД КСЭ сильно увеличивается при применении абсорбера с селективным покрытием, характеризуемым большим отношением поглощательной αс и излучательной εт способностей. При однослойном остеклении изменение степени селективности абсорбера αс/εт с 1 до 12 приводит к увеличению КПД КСЭ с 45 до 60%.

При испытании коллекторов получают зависимость КПД коллектора ηк от отношения y разности температур теплоносителя на входе в КСЭ и наружного воздуха ΔТ к плотности потока солнечной энергии Iк на поверхность КСЭ. Типичные характеристики плоских и вакуумированного коллекторов и области их применения показаны на рис. 13. Как видим, характеристика КСЭ изображается прямой линией. Точка ее пересечения с вертикальной осью соответствует эффективному оптическому КПД η0 при угле падения солнечных лучей 0°, а тангенс угла наклона прямой к горизонтальной оси - эффективному коэффициенту теплопотерь КСЭ Кк.

Рис. 13. Характеристика коллекторов солнечной энергии

Рис. 13. Характеристика коллекторов солнечной энергии

1 - коллектор без остекления; 2 - коллектор с однослойным остеклением; 3 - коллектор с двухслойным остеклением; 4 - селективный плоский коллектор с однослойным остеклением; 5 - стеклянный трубчатый вакуумированный коллектор