Основные характеристики

Для раскрытия возможностей солнечных коллекторов и путей их усовершенствования целесообразно рассмотреть уравнение баланса энергии для стационарных условий, которое определяет теплопроизводительность коллектора qк в расчете на единицу площади тепловоспринимающей поверхности как разность поглощенного солнечного излучения и тепловых потерь в окружающую среду:

где q - поверхностная плотность потока суммарной (прямой и диффузной) солнечной радиации в плоскости коллектора; f' — коэффициент эффективности; η0 — оптический КПД, практически равный произведению пропускательной способности прозрачной изоляции τs на поглощательную способность λs поглощающей панели в солнечном спектре; к — общий коэффициент теплопередачи от коллектора в окружающую среду; tж — средняя температура теплоносителя в коллекторе; t0 — температура наружного воздуха.

Коэффициент эффективности f' характеризует степень неравномерности температурного поля в поперечном сечении панели или, другими словами, эффективность переноса поглощенного солнечного излучения к потоку теплоносителя в трубах. Он зависит главным образом от конструкции панели. Максимальное его значение, равное 1, достигается в том случае, когда теплопроводность материала листовой части панели λ - ∞, термическое сопротивление контакта между листом и трубой Rк → 0 и коэффициент теплопередачи от стенки трубы к теплоносителю к → ∞.

При проектировании коллектора для обеспечения его максимальной теплопроводности необходимо в соответствии с уравнением (3.1) реализовать по возможности большие значения f' и η0 и свести к минимуму тепловые потери. В хорошо спроектированном коллекторе коэффициент f' составляет 0,92 ... 0,99; максимальное значение η0 ≈ τsαs равно 1. (Однако в большинстве практических случаев оптический КПД η0 при одинарном остеклении не превосходит 0,8.) Коэффициент теплопередачи k зависит от скорости ветра, числа прозрачных покрытий, расстояний между ними, а также между внутренним стеклом и панелью, от условий в воздушном промежутке коллектора, степени черноты поглощающей панели в длинноволновой части спектра. При отсутствии прозрачной изоляции скорость ветра является определяющим фактором потерь. Однако наличие даже одного покрытия существенно ослабляет вышеуказанную зависимость. Вакуумирование зазора приводит к резкому сокращению конвективных потерь, а нанесение на поверхность панели покрытий, имеющих низкую степень черноты в длинноволновой части спектра, существенно уменьшает потери излучением.

Полезной характеристикой коллектора является максимальная температура, до которой нагревается поглощающая панель, если от коллектора не отводить теплоты. Это - случай, когда все поглощенное солнечное излучение переходит в тепловые потери. Если в уравнении (3.1)принято qk = 0 и tж = , то