Индивидуальные солнечные установки

ТИПЫ КОЛЛЕКТОРОВ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ

Основным конструктивным элементом солнечной ус­тановки является коллектор, в котором происходит улав­ливание солнечной энергии, ее преобразование в теплоту и нагрев воды, воздуха или какого-либо другого теп« лоносителя. Различают два типа солнечных коллекто­ров — плоские и фокусирующие. В плоских коллекторах солнечная энергия поглощается без концентрации, а в фокусирующих — с концентрацией, т. е. с увеличением плотности поступающего потока радиации. Наиболее распространенным типом коллекторов в низкотемпера­турных гелиоустановках является плоский коллектор сол­нечной энергии (КСЭ). Его работа основана на принци­

Пе «горячего ящика», который легко представить себе, если вспомнить, как нагревается на солнце салон закры­того автомобиля, который служит своеобразной ловуш­кой для солнечных лучей, поступающих в него через про­зрачные поверхности остекления. Для того чтобы из­готовить плоский КСЭ, необходима прежде всего луче - поглощающая поверхность, имеющая надежный контакт с рядом труб или каналов для движения нагреваемого теплоносителя. Совокупность плоской лучепоглощающей поверхности и труб (каналов) для теплоносителя обра­зует единый конструктивный элемент — абсорбер. Для лучшего поглощения солнечной энергии верхняя поверх­ность абсорбера должна быть окрашена в черный цвет или должна иметь специальное поглощающее покрытие. Снижение тепловых потерь от абсорбера в окружающее пространство достигается путем применения тепловой изоляции, закрывающей нижнюю поверхность абсорбера, а также светопрозрачной изоляции, размещаемой над аб­сорбером на определенном расстоянии от него. Все на­званные элементы помещаются в корпус, и производится уплотнение прозрачной изоляции — остекления (рис. 8).

Улавливать как прямую (лучистую), так и рассеянную солнечную энергию и как следствие этого — возможность его стационарной установки без необходимости слежения за Солнцем.

Абсорбер плоского коллектора солнечной энергии, как правило, изготовляется из металла с высокой теплопро­водностью, а именно из стали, алюминия и даже из ме­ди. Для низких рабочих температур его можно также изготовить из пластмассы или резины. Прозрачная изо­

Рис. 9. Общий вид плоского коллектора солнечной энергии:

1 — корпус; 2 — теплоизоляция; 3 — лучепоглощающая поверхность; 4 — двухслойное остецлеиие; 5 — патрубок для подвода теплоноси­теля (патрубок для отвода нагре-

Того теплоносителя не показан)

Ляция представляет собой один или два слоя стекла или полимерной пленки. Может использоваться комбинация из наружного слоя стекла и внутреннего слоя полимер­ной пленки. В случае низкой температуры нагрева теп­лоносителя (до 30 °С) коллектор может вовсе не иметь прозрачной изоляции. Корпус коллектора может быть изготовлен из оцинкованного железа, алюминия, дерева, пластмассы. В качестве тепловой изоляции могут приме­няться различные материалы: минеральная вата, пено­полиуретан и т. п.

Существуют разнообразные конструкции плоских КСЭ.

Наиболее широко применяемые конструкции абсорбе­ров плоских солнечных коллекторов показаны на рис. 10.

В качестве поглотителя солнечного излучения в коллек­торе типа труба в листе (рис. 10, а) для жидкого теп­лоносителя используется ряд параллельных труб диа­метром 12—15 мм, припаянных или приваренных сверху, снизу или в одной плоскости к металлическому листу и расположенных на расстоянии 50—150 мм друг от дру-

Рис. 10. Схемы абсорберов плос­ких жидкостных коллекторов:

А — труба в листе; б — соединение гофрированного и плоского листов; в — штампованный абсорбер; г — лист с приваренными прямоугольными ка­налами

Га. Верхние и нижние' концы этих руб присоединяются путем пайки или сварки к гидравлическим коллекторам.

В коллекторах для нагрева воздуха (рис. 11) среда движется в пространстве, образованном прозрачной изо­ляцией и лучевоспринимающей поверхностью из метал-

ШШШ3а) ЧЩ%2ВЖз ь)

11------

Г)

Рис. 11. Схемы плоских воздушных солнечных коллекторов с движе­нием воздуха под плоским (а), оребренным (б) и гофрированным (в) абсорбером, через ряд стеклянных пластин (г) и пористую на­садку (д):

1 — остекление; 2абсорбер; 3 — теплоизоляция; 4 — поток воздуха

Лического листа плоского (рис. 11, а), с ребрами (рис.

11, 6) или гофрированного (рис. 11,в), из стеклянных пластин, наполовину зачерненных и наполовину про­зрачных (рис. 11,г), и из пористой насадки (рис. 11,д).

В плоском КСЭ площадь «окна», через которое сол­нечная энергия попадает внутрь коллектора, равна пло­щади лучепоглощающей поверхности, и поэтому ПЛОТ'

Ность потока солнечной радиации не увеличивается. При использовании концентраторов, т. е. оптических устройств типа зеркал или линз, достигается повышение плотности потока солнечной энергии. Это имеет место в фокусиру­ющих коллекторах солнечной энергии, требующих специ­ального механизма для слежения за Солнцем. Зерка­ла — плоские, параболоидные или параболо-цилиндри - ческие — изготовляют из тонкого металлического листа или фольги или других материалов с высокой отража­тельной способностью; линзы — из стекла или пластмасс. Фокусирующие коллекторы обычно применяются там, где

Рис. 12. Концентраторы солнечной энергии:

А г параболо-цилиндрический концентратор с трубчатым приемником излуче­ния; о — фоклин; в — параболоидный концентратор; г— линза Френел#; д — поле гелиостатов с центральным приемником излучения; І — отражатель;'

2 — приемник излучения

Требуются высокие температуры (солнечные электро­станции, печи, кухни и т. п.). В системах теплоснабжения зданий они, как правило, не используются. Некоторые типы концентраторов, используемых в фокусирующих коллекторах, показаны на рис. 12. Плоские К. СЭ также могут быть снабжены дешевыми плоскими отражате­лями.

Кроме описанных двух основных типов КСЭ — плос­ких и фокусирующих коллекторов — разработаны и ис­пользуются стеклянные трубчатые вакуумированныв

Коллекторы, солнечные пруды, представляющие собой комбинацию КСЭ и аккумулятора теплоты, и т. п.

Сравнительная характеристика коллекторов различ­ных типов дана в табл. 2.

Показателем эффективности КСЭ является его ко­эффициент полезного действия, равный отношению теп- лопроизводительности коллектора к количеству солнеч­ной энергии, поступающему на коллектор:

Ш = QкK^к^)^

Где фк — теплопроизводнтельность коллектора, Вт-ч; Ек — количество солнечной энергии, поступающей на 1 м2 площади поверхности КСЭ, Вт>ч/м2; А — площадь поверхности абсорбера КСЭ, м2.

Величину <2к можно определить по расходу теплоно­сителя т, кг/с, его удельной теплоемкости Ср, Вт-ч/ /(кг-°С), и разности температур теплоносителя на вы­ходе Тг и входе 7 КСЭ, т. е. С}к=тСР(Тг—Т1).

Коэффициент полезного действия коллектора солнеч­ной энергии определяется его эффективным оптическим

КПД т}о и эффективным коэффициентом теплопотерь Кк:

Ли = По — Як (^Т1 — Т вУА» где /н — интенсивность потока солнечной энергии, посту­пающего на поверхность КСЭ, Вт/м2; Кк — эффектив­ный коэффициент теплопотерь КСЭ, Вт/(м2-°С); Тв — температура наружного воздуха, °С.

Приведенная выше формула дает мгновенное значе­ние КПД КСЭ, которое может быть принято средним для данного часа суток. Но поскольку интенсивность пото­ка солнечной энергии /к в течение дня изменяется от ну­ля перед восходом и после захода Солнца до максимума в солнечный полдень, также сильно изменяется и КПД КСЭ.

Отсюда следует, что среднедневное значение КПД будет значительно ниже, чем его максимальное значение в полдень.

Возникает вопрос — от чего зависит величина КПД коллектора солнечной энергии? Наиболее сильное влия­ние на КПД плоского КСЭ оказывают: 1) метеорологи­ческие параметры — интенсивность солнечной энергии /, измеряемая на горизонтальной поверхности, и темпе - ратура наружного воздуха Г„; 2) конструктивные ха­рактеристики КСЭ и свойства лучепоглощающей поверх­ности абсорбера — материал и толщина листа, толщина и коэффициент теплопроводности тепловой изоляции, шаг труб, число слоев остекления и его пропускательная способность; 3) рабочие параметры - КСЭ — расход теп­лоносителя и его температура на входе в КСЭ.

При сравнении различных материалов, используемых для изготовления абсорбера, — меди, алюминия, стали, пластмассы — установлено, что с увеличением произве­дения толщины листа б на его коэффициент теплопровод­ности X значение КПД коллектора возрастает. Так, при толщине лучепоглощающего листа в 1 мм из меди, алю­миния, стали или пластмассы [Я,=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 неве-

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 колектор: 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 значений расхода теплоносителя. КПД КСЭ сильно увеличи­вается при применении абсорбера с селективным покры­тием, характеризуемым большим отношением поглоща­тельной ас и излучательной ет способностей. При одно­слойном остеклении изменение степени селективности абсорбера ас/ет с 1 до 12 приводит к увеличению КПД КСЭ с 45 до 60 %.

При испытании коллекторов получают зависимость КПД коллектора г)к от отношения у разности температур теплоносителя на входе в КСЭ и наружного воздуха ДТ к плотности потока солнечной энергии /к на поверхность КСЭ. Типичные характеристики плоских и вакуумиро - ванного 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 Цэ при угле падения солнечных лучей 0°, а тангенс угла на­клона прямой к горизонтальной оси — эффективному коэффициенту теплопотерь КСЭ /Си-

1 — коллектор без остекления; 2 — коллектор с однослойным остеклением; Я — коллектор с двухслойным остеклением; 4 — селективный плоский коллектор с однослойным остеклением; 5 — стеклянный трубчатой вакуумированный кол­лектор

Характеристика солнечного коллектора описывается следующей формулой: тік=ііо—КкУ - При этом оптиче­ский КПД т)о и коэффициент теплопотерь Ки для кол­лекторов, характеристики которых представлены на рис. 13, равны:

Неселективный плоский коллектор без остекления То же с однослойным остеклением, , 5 1

То же с двухслойным остеклением.

Селективный плоский коллектор с однослойным

Остеклением.................................

Вакуум’ированный стеклянный трубчатый коллек-

ТОр ^

Оптический КПД определяется произведением коэф­фициента пропускания солнечного излучения прозрачной изоляцией т (для 1—3-слойного остекления-т=,0,6-т-0,95), и коэффициента его поглощения абсорбером а (ос= =0,85-^0,98) и не зависит от /к и разности температур Д71 коллектора Тк и наружного воздуха Тв. Тепловые по­тери снижают полезную энергию коллектора и возраста­ют с увеличением разности температур А Т. Диапазон типичных значений коэффициента теплопотерь Кк— = 1,2-ь10 Вт/(м2-°С).

. Из рис. 13 видно, что при у==ДГ//к<0,013 м2-°С/Вт плоский коллектор без остекления имеет наибольший КПД, в диапазоне значений у до 0,045 м2-°С/Вт коллек­тор с однослойным остеклением более эффективен, чем коллектор с двумя слоями стекла, при у>0,025 м2-°С/Вт самым эффективным является вакуумированный коллек­тор. Для плавательных бассейнов, работающих летом при высоких значениях температуры воздуха Тв и интенсив­ности солнечного излучения в плоскости коллектора /к', ^,маяо из-^а Малой разности температур АТ, и наиболее целесообразно использовать дешевые плоские коллекто - рИ. без остекления (в частности, пластмассовые). Об­ласть^ (у<0,03 м2-°С/Вт) соответствует применению солнечных коллекторов для обогрева плавательных бас­сейнов, Б (у=0,03-*-0,08 м2-°С/Вт) — для горячего во­доснабжения и В (у>0,08 м2-°С/Вт) — для отопления.

Для горячего водоснабжения требуется разность тем­ператур Д7’=20-^50оС, и чтобы при средней и невысо­кой интенсивности солнечного излучения, скажем, 300— 500 Вт/м2, давать полезную энергию, требуются неселек­тивные коллекторы с ©дним-двумя слоями остекления или селективный коллектор с однослойным остеклением. Применение двух слоев остеклений*- снижает тепловые потери, но одновременно увеличивает; оптические поте­ри. Для отопления зданий требуется большая разность
температур АТ, которую могут обеспечить только высо­коэффективные коллекторы, например вакуумирован - ные или плоские с селективным абсорбером.

Объем промышленного производства солнечного обо­рудования в СССР явно не отвечает современным тре­бованиям. В частности, солнечные коллекторы выпуска­ются на Братском заводе отопительного оборудования. Там производится плоский коллектор для нагрева жид­кости, представляющий собой плоскую лучепоглощаю - щук> стальную панель с каналами для воды, помещенную в корпус с однослойным остеклением и тепловой изо­ляцией тыльной стороны абсорбера {рис. 14,а). Габа­риты выпускаемого модуля КСЭ 1530 x 630x98 мм, пло­щадь лучепоглощающей поверхности абсорбера 0,£ м2. масса 50,5 кг (в стальном корпусе), стоимость 37 руб. Другими организациями — ПО «Спецгелиотепломон - таж» в г. Тбилиси, опытными производствами институ­тов КиевЗНИИЭП и ФТИ АН УзССР в г. Ташкенте:— в небольших количествах выпускаются КСЭ аналогич­ного типа (рис. 14, б и в) с использованием стальных па­нельных радиаторов типов РГС - или ЗС, имеющих площадь лучепоглощающей поверхности 0,62—0,72 м2, массу от 32 до 36 кг (в алюминиевом корпусе) и стои­мость 46—50 руб. за модуль. Абсорбер покрыт черной краской марок ПФ, НЦ, КО, ХВ или БТ с добавлением с&жи. Коллектор имеет одно - или двухслойное остекле­ние и тепловую изоляцию. Коэффициент теплопотерь при однослойном остеклении — около 10 Вт/(м2'°С). Объем производства КСЭ на Братском заводе 100 тыс. м2 КСЭ в /од. Планируется довести производство до 1 млн. м2.в год и улучшить оптико-теплотехнические ха­рактеристики КСЭ, снизив коэффициент теплопотерь до

2,3 Вт/(м2-°С).

За рубежом во многих странах организовано массовое промыш­ленное производство коллекторов - солнечной энергии. Первое место в мире по количеству установленных КСЭ'занимают США, где об­щая площадь коллекторов составляет (по данным 1988 г.) 10 мян. и*, второе место — Япония (8 млн м2 КСЭ), далее следуют: Израиль — 1,75 млн. м2, Австралия — 1,2 млн. м?. На одного жителя приходится в Израиле 0,45, в Австралии — 0,08, в США, Греции и Швейцарии — 0,06 м* площади КСЭ.

Повышение тепловой эффективности солнечных кол­лекторов может быть достигнуто путем применения: кон­центраторов солнечного излучения; селективно-поглоща-

/ — остекление; 2 — уплотнение герметиком; 3 — лучепоглощающая панель;

4— теплбйзоляция; 5 — корпус

Ющего покрытия абсорбера; вакуумирования пространст­ва внутри коллектора; нескольких слоев прозрачной изо­ляции; сотовой ячеистой структуры в пространстве между абсорбером и остеклением и антиотражательных покры­тий на остеклении.

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

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 рт по отно­шению к тепловому излучению абсорбера и пропуска - тельной способности тс для солнечного излучения.

Селективные покрытия для лучепоглощающей по­верхности солнечного коллектора должны обладать вы­соким коэффициентом поглощения ас коротковолнового солнечного излучения (короче 2 мкм), низкой излуча - тельной способностью ет в инфракрасной области (длин­нее 2 мкм), стабильной величиной степени селективнос­ти осс/е-г, способностью выдерживать кратковременный перегрев. поверхности, хорошей коррозионной стойкос­тью, быть совместимыми с материалом основы и иметь низкую стоимость. Для идеальной селективно-поглоща - щающей поверхности ас=1 и ет=0, а для идеальной прозрачной изоляции Тс=1 и рт=1.

Увеличение ас влияет на эффективность КСЭ в боль­шей степени, чем аналогичное умейьшение ет. Однако получить высокое значение ас нелегко. Для черной крас­ки ас не превышает 0,95, такое же значение имеет и ет. Селективные покрытия, как правило, представляют со­бой тонкопленочные фильтры, и при увеличении ССс за счет утолщения пленок одновременно возрастает ет. 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 порозностью 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 селектив­
ных поверхностей с черным хромом. В качестве подлож­ки для черного никеля и черного хрома используются ' полированные металлы. На рис. 15 показано изменение отражательной способности р покрытия черным хромом в зависимости от длины волны Я излучения

Наилучшие результаты получены с черным хромом на алюминиевой фольге (ас==0,964 и ет=0,023) и с черным никелем на блестящей никелевой подложке (ас=0,96 и ет=0,11).

Рис. 15. Зависимость коэффи­циента отражения от длины волны для селективной погло­щающей поверхности из черно­го хрома

В настоящее время достигнуты значения степени се­лективности, т. е. ас/ет=— 10-г20. При степени селектив­ности 20—40 равновесная температура лучепоглощаю - щей поверхности коллектора (без ее охлаждения тепло­носителем) достигает 350—600 °С. На остекление может быть нанесено антиотражательное покрытие из диоксида индия. На полированную поверхность металлического листа, обладающую высокой отражательной способнос­тью И, слёдовательно, низким значением ет, можно нане­сти слой сажи, при этом коэффициент поглощения ас солнечного излучения возрастет до 0,96.

Способы получения селективных поглощающих покрытий. Наи­более простой способ получения селективной поверхности — это хи­мическое окисление меди, используемой в качестве подложки на других металлах, при этом получается поглощающий слой окиси меди. Рассмотрим способы нанесения покрытий из черного никеля и черного хрома на сталь с подложкой из блестящего никеля, кото­рый можно нанести в электролитической ванне, содержащей 180 г/л NiSCV 6Н.20, 40 г/л борной кислоты и 40 г/л NiClj при температуре -50°С, рН=4 и силе тока 3,5—4,5 А/дма. Черный никель наносят В ванне, содержащей 65т/л NiSЦ4-6HaO, 20 г/л ZnS0.r7H20, 30 г/л (NH4)2S04 и 11 г/л NH4CNS при температуре 25—30 °С и плотности тока 0,05—2 А/дм2. Покрытие из черного дрома представляет собой пленку, состоящую из мельчайших частиц металлического хрома в изолирующей решетке Сг20з. Лри обычном способе нанесения это­го покрытия требуется высокая плотность электрического тока (75—150 А/дмг) при температуре 10—15 °С, т. е. с охлаждением.

Разрабатывается способ нанесения, осуществляемый при 20—60 °С и плотности тока 7.5 А/дмг. Состав ванны для нанесения черного хрома на мягкую сталь: Сг20} — 300 г/л,_ВаСОз — в количестве, до­статочном для удаления всех ионов N0 4, сахароза — Зг/л, фторси - ликат — 0,5 г/л; температура 12—15 “С, плотность тока 32—36 А/дм!.

Способы нанесения пок-рытий постоянно совершенствуются.

Для плоских солнечных коллекторов лучше всего подходят се­лективные черные поглощающие краски.

Солнечные коллекторы с тепловыми трубами. В по­следние годы разработаны конструкции КСЭ с исполь­зованием тепловых труб. Как известно, тепловая труба представляет собой вакуумированное герметичное уст­ройство в виде трубы или плоского канала с продольны­ми канавками или капиллярно-пористым телом—фитилем на внутренней поверхности канала, частично запол­ненного рабочей жидкостью. При подводе тепдоты жид­кость в одной части тепловой трубы — в испарительной зоне—испаряется и образующиеся пары переносятся в зону отвода теплоты (в зону конденсации), где они кон­денсируются, и по капиллярной структуре жидкость воз­вращается в зону испарения. |

Возможен широкий выбор рабочих жидкостей, в ча­стности могут использоваться дистиллированная вода,

Ацетон и хладагенты при низких температурах. В тепло­вой трубе без фитиля, называемой термосифоном, воз­врат конденсата в. зону испарения происходит под дей­ствием силы тяжести, поэтому тепловая труба этого ти­па может работать лишь приусловии расположения зоны конденсации выше зоны испарения. Для КСЭ с теп­ловой трубой характерны: высокая плотность потока пе­редаваемой теплоты и большая компактность устройст­ва, передача теплоты в одном направлении—из зоны испарения в зону конденсации, отсутствие расхода энер­гии на перенос среды, передача теплоты при малой раз­ности температур, саморегулируемость. Поскольку в низ­котемпературных гелиотермических установках исполь­зуются в основном плоские КСЭ, в них целесообразно использовать плоские тепловые трубы — термосифоны. Выбрав должным образом заполнитель, можно полнос­тью исключить проблемы, связанные с коррозией и за­мерзанием системы. На рис. 16 показан пример конструк­тивного выполнения КСЭ с тепловой трубой. Масса КСЭ 25 кг на 1 м2 площади поверхности.

Вакуумированные стеклянные трубчатые коллекторы. Известно, что поддержание вакуума ниже 1,33 Па в про­странстве между лучепоглощающей поверхностью абсор­бера и прозрачной оболочкой наряду с одновременным применением селективных покрытий на поверхности аб­сорбера существенно повышает эффективность КСЭ бла­годаря почти полному исключению тепловых потерь пу­тем теплопроводности и конвекции, с одной стороны, а также повышению поглощательной способности и сни­жению потерь теплоты путем излучения, с другой.

Возможны различные варианты конструктивного выполнения вакуумированных стеклянных трубчатых коллекторов (ВСТК). Некоторые из них показаны на рис. 17 (в разрезе) и 18. Внутри стеклянной оболочки 1 из высококачественного боросиликатного стекла диа­метром 100—150 мм помещаются трубка для теплоноси­теля, лучепоглощающая поверхность, отражатель. Трубка может иметь и-образную форму (а и в) или представ­ляет собой тепловую трубу (б и г). Внутреннее простран­ство оболочки вакуумировано. Отражатель может быть выполнен в виде фоклина (в), может составлять часть оболочки (г) или находиться в виде полос на боковых стенках вакуумированных труб, используемых в качест­ве прозрачной изоляции (д). В конструкции, показанной на рис. 17, д, лучепоглощающая поверхность расположе­на под вакуумированными трубами и надежно соедине­на с трубками для нагреваемой жидкости, помещенными в теплоизоляцию. Обычно модуль коллектора включает ряд (до 10) стеклянных вакуумированных труб, присое­диненных к общей трубе, по которой движется нагревае­мая жидкость. Как правило, модуль помещается в теп­лоизолированный корпус. В конструктивном отношении слабым местом является узел соединения стеклянных и металлических деталей, имеющих различные коэффи­циенты линейного расширения при нагревании.

Итак, для повышения эффективности вакуумирован­ных коллекторов используются селективные покрытия, отражатели и т. д. На внутреннюю поверхность верхней части стеклянной оболочки наносят покрытие, например из диоксида индия, обладающее хорошей отражательной способностью для теплового (инфракрасного) излучения и не влияющее на коэффициент пропускания коротковол­нового солнечного излучения. На лучепоглощающую по­верхность абсорбера наносят селективное покрытие

С большой величиной отношения «с/ет, например из чер­ного хрома, благодаря чему снижаются оптические по­тери КСЭ и потери теплоты путем излучения и повыша­ется КПД. Нижняя поверхность стеклянной оболочки может быть выполнена зеркальной. Отражающая поверх­ность может быть размещена под стеклянной оболочкой на небольшом расстоянии от нее. Это способствует повы­шению КПД солнечного коллектора благодаря исполь­зованию рассеянного излучения.

В качестве теплоносителя используются различные среды, в частности вода, растворы органических ве­ществ, силиконовое масло. Температура нагрева тепло­носителя достигает 90—300 °С.

Коллекторы с прозрачной сотовой ячеистой структу­рой. В обычных плоских КСЭ практически невозможно получить температуру, превышающую температуру на­ружного воздуха более чем на 100 °С, из-за высоких по­терь теплоты при повышенных температурах. Одним из эффективных методов снижения потерь теплоты в КСЭ является применение прозрачной сотовой структуры, располагаемой между остеклением и лучевоспринима - ющей поверхностью абсорбера и обеспечивающей подав­ление конвективного и частично лучистого теплообмена. По своей конструкции структура напоминает пчелиные соты и состоит из продолговатых ячеек круглого, пря­

Моугольного или шестиугольного сечения, изготовленных из стекла или пластмассы.

В КСЭ с прозрачной ячеистой структурой, предназна­ченной для подавления конвекции воздуха, можно на­греть теплоноситель до 250 °С. Материал для ячеек должен иметь небольшую толщину (0,5 мм), низкий коэф­фициент теплопроводности и низкую удельную теплоем­кость. Диаметр ячеек не должен превышать 5 мм, а от­ношение их высоты к диаметру должно быть в пределах 5—15. Кроме того, материал ячеек должен выдерживать достаточно высокие рабочие температуры.