ЭФФЕКТИВНОСТЬ СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ И МЕТОДЫ ЕЕ ПОВЫШЕНИЯ 4

Повышение тепловой эффективности солнечных коллекторов может быть достигнуто путем применения:

  • концентраторов солнечного излучения;

  • селективно-поглощающего покрытия абсорбера;

  • вакуумирования пространства внутри коллектора;

  • нескольких слоев прозрачной изоляции;

  • сотовой ячеистой структуры в пространстве между абсорбером и остеклением

  • антиотражательных покрытий на остеклении.

В результате применения указанных методов снижаются тепловые потери коллектора и повышается его КПД.

Рис. 14. Жидкостные солнечные коллекторы

Рис. 14. Жидкостные солнечные коллекторы Братского завода отопительного оборудования (а), КиевЗНИИЭП, ПО «Спецгелиотепломонтаж» (б) и ФТИ АН УзССР (в)

1 - остекление; 2 - уплотнение герметиком; 3 - лучепоглощающая панель; 4 - теплоизоляция; 5 - корпус

Селективные поверхности для КСЭ

Наиболее эффективный способ повышения КПД плоских коллекторов солнечной энергии связан с применением селективно-поглощающих покрытий. Второй способ состоит в изменении оптических свойств прозрачной изоляции с целью увеличения ее отражательной способности ρт по отношению к тепловому излучению абсорбера и пропускательной способности τс для солнечного излучения.

Селективные покрытия для лучепоглощающей поверхности солнечного коллектора должны обладать высоким коэффициентом поглощения αс коротковолнового солнечного излучения (короче 2 мкм), низкой излучательной способностью εт в инфракрасной области (длиннее 2 мкм), стабильной величиной степени селективности αс/εт, способностью выдерживать кратковременный перегрев поверхности, хорошей коррозионной стойкостью, быть совместимыми с материалом основы и иметь низкую стоимость. Для идеальной селективно-поглощающей поверхности αс = 1 и εт = 0, а для идеальной прозрачной изоляции τс = 1 и ρт = 1.

Увеличение αс влияет на эффективность КСЭ в большей степени, чем аналогичное уменьшение εт. Однако получить высокое значение αс нелегко. Для черной краски αс не превышает 0,95, такое же значение имеет и εт. Селективные покрытия, как правило, представляют собой тонкопленочные фильтры, и при увеличении αс за счет утолщения пленок одновременно возрастает εт. Самый распространенный тип селективных покрытий - это тонкие пленки на металлической основе, поглощающие видимый свет и пропускающие инфракрасное излучение (ИК). Сюда, в частности, относятся покрытия из черного никеля и черного хрома, наносимые электрохимическим способом на подложку из никеля, цинка, олова или меди. Применяются и другие способы нанесения покрытий этого типа. Селективные краски получают из прозрачных в ИК-области полупроводников в виде мелкого порошка с большой порозностыо для снижения эффективного коэффициента отражения поверхности.

Покрытие черным хромом наиболее перспективно для получения требуемых оптических свойств и высокой термической стабильности при температурах до 400 ˚С (в вакууме). Но плотность электрического тока при нанесении черного хрома почти в 100 раз выше, чем для черного никеля, отсюда и высокая стоимость селективных поверхностей с черным хромом. В качестве подложки для черного никеля и черного хрома используются полированные металлы. На рис. 15 показано изменение отражательной способности ρ покрытия черным хромом в зависимости от длины волны λ излучения.