Плоскі сонячні колектори

Плоский сонячний колектор - пристрій з поглинаючою панеллю плоскої конфігурації й плоскою прозорою ізоляцією для поглинання енергії сонячного випромінювання й перетворення її в теплову.

Плоскі сонячні колектори (мал. 4) складаються зі скляного або пластикового покриття (одинарного, подвійного, потрійного),

теплосприймаючої панелі, пофарбованої з боку, зверненого до сонця, у чорний колір, ізоляції на звороті й корпуса (металевого, пластикового, скляного, дерев'яного).

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К. т.н., доц. Є. О. Баганов

Рис. 4. Плоский сонячний колектор: 1 - сонячні промені; 2 - склове покриття; 3 - корпус; 4 - теплосприймаюча поверхня; 5 - теплоізоляція; 6 - ущільнювач; 7 - власне довгохвильове випромінювання теплосприймаючої пластини.

У якості теплосприймаючої панелі можна використовувати будь-який металевий або пластмасовий лист із каналами для теплоносія. Виготовляються теплосприймаючі панелі з алюмінію або стали двох типів: лист-труба й штамповані панелі (труба в листі). Пластмасові панелі через недовговічність і швидке старіння під дією сонячних променів, а також через малу теплопровідність не знаходять широкого застосування.

Під дією сонячної радіації теплосприймаючі панелі розігріваються до температур 70-80 °С, що перевищують температуру навколишнього

середовища, що веде до зростання конвекційної тепловіддачі панелі в навколишнє середовище і її власне випромінювання на небозвід. Для досягнення більше високих температур теплоносія поверхня пластини покривають спектрально-селективними шарами, що активно поглинають короткохвильове випромінювання сонця й знижують її власне теплове випромінювання в довгохвильовій частині спектра. Такі конструкції на основі «чорного нікелю», «чорного хрому», окису міді на алюмінії, окисі міді на міді й інші мають значну ціну (їхня вартість часто порівнянна з вартістю самої теплосприймаючої панелі). Іншим способом поліпшення характеристик плоских колекторів є створення вакууму між теплосприймаючою панеллю й прозорою ізоляцією для зменшення теплових втрат (сонячні колектори четвертого покоління).

ККД колектора у переважній більшості випадків можна оцінити за формулою

U(T - Tз)

Wс

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К. т.н., доц. Є. О. Баганов

де а - поглинальна здатність колектора, 'с - потужність сонячної радіації, Вт, Т - середня температура води в колекторі, Тз - температура оточуючого середовища.

Досвід експлуатації сонячних установок на основі сонячних колекторів виявив ряд істотних недоліків подібних систем. Насамперед це висока вартість колекторів. Збільшення ефективності їхньої роботи за рахунок селективних покриттів, підвищення прозорості осклення, вакуумування, а також пристрою системи охолодження виявляються економічно нерентабельними. Істотним недоліком є необхідність частого очищення стекол від пилу, що практично виключає застосування колектора в промислових районах. При тривалій експлуатації сонячних колекторів, особливо в зимових умовах, спостерігається частий вихід їх з ладу через нерівномірність розширення освітлених і затемнених ділянок скла за рахунок порушення цілісності осклення. Відзначається також великий відсоток виходу з ладу колекторів при транспортуванні й монтажі. Значним недоліком роботи систем з колекторами є також нерівномірність завантаження протягом року й доби. Досвід експлуатації колекторів в умовах Європи при високій частці дифузійної радіації (до 50%) показав неможливість створення річної автономної системи гарячого водопостачання й опалення. Всі геліосистеми із сонячними колекторами в середніх широтах вимагають застосування великих по об'єму баків-акумуляторів і включення в систему додаткового джерела енергії, що знижує економічний ефект від їхнього застосування. У зв'язку із цим найбільше доцільно їхнє використання в районах з високою середньою інтенсивністю сонячної радіації (не нижче 300 Вт/м ).