Применение солнечной энергии

ПЛОСКИЕ КОЛЛЕКТОРЫ

Коллектор с тепловой ловушкой. Эта система впер| вые была предложена Коблом [45] и разработана в уш 42

аерситете штата Нью-Мексико [46]. В ней используется прозрачное твердое тело (метилметакрилат), прилегаю­щее к обычной плоской поглощающей пластине, как по­казано на рис. 3.9. Метилметакрилат обладает высокой пропускательной способностью в видимой и ближней ин­фракрасной областях спектра в сочетании с весьма низ­кой пропускательной способностью в диапазоне более длинноволнового излучения и малой теплопроводностью. Сравнительные испытания, проведенные в университете штата Нью-Мексико, пока­зали, что такой коллектор имеет лучшие характери­стики, чем обычный плоский коллектор и коллектор струйного типа. Все три кол­лектора испытывались при рабочих температурах от 38 до 80°С. В этом диапазоне коллектор с теп­ловой ловушкой имеет бо­лее высокий КПД :и может больше времени по­лезно работать в течение дня, в меньшей степени реаги­рует на прерывистость поступления солнечной радиации, поскольку обладает относительно высокой инерцион­ностью и, по-видимому, является весьма перспективным для использования в качестве высокотемпературного коллектора.

Системы с сотовой структурой. Применение ячеистых

тигнуто без увеличения стоимости коллектора, так как! при наличии сотовой структуры требуется ТОЛЬКО ОДНО I прозрачное покрытие. Испытания коллектора с сотовой структурой из полиэтилена, представляющей собой! множество ячеек со стороной квадрата 25,4 мм и глу­биной 76,2 мм [48], показали, что такая структура эф­фективно подавляет естественную конвекцию, когда кол-! лектор занимает наклонное положение. Ранее работа ог-; раничивалась испытаниями горизонтально расположен-! ного коллектора. і

Исследователи «з университета в Лос-Анджелесе (штат Калифорния) являются сторонниками примене-! ния стекла в качестве материала с сотовой структурой^ [49, 50], поскольку оно имеет низкую теплопроводность, недорого и легко доступно. Оптические свойства стекла превосходны, поскольку оно обладает очень низкой пог-' лощательной способностью в солнечном спектре, а для прошедшего и отраженного потоков прямого солнечного! излучения оно является зеркальным, в результате чего, излучение сохраняет направление к поглощающей плас­тине. Для сотовой структуры, состоящей из круглых,! труб, основными конструктивными параметрами являют-' ся внутренний диаметр, который должен быть меньше 150 мм, и длина, которая не должна превышать учет-1 верейного диаметра. Другие рассматриваемые ячеистые материалы имеют отражающие поверхности, но если они! металлизированы, то покрытие должно быть очень тонн ким, чтобы уменьшить потери тепла теплопроводностью.] Коллектор как элемент строительной конструкции. При сооружении любого нового объекта или замене! крыши существующего здания можно получить значи­тельный экономический эффект, если солнечный кол­лектор использовать одновременно в качестве строитель­ного элемента кровли. Критерии конструирования таких коллекторов, разработанные Лос-Аламоской научной ла-1 бораторией [51], включают хорошие тепловые характер ристики, экономичность в условиях промышленного производства, применение дешевых, легко доступных ма| териалов, большой срок службы и возможность просто! го монтажа и ремонта местными строительными рабочий ми. Основные особенности конструкции коллектора по!

После сварки эти листы раздувались под давлением с целью образования каналов для потока теплоносителя. Нижний удлиненный лист пластины имеет три изгиба, об­разующих опорную конструкцию. Верхний лист согнут под прямым углом к поглощающей пластине, в результа­те чего соседние модули могут быть легко соединены меж­ду собой с помощью U-образных наконечников. Два стеклянных покрытия вставлены в профильную раму и поддерживаются по краям опорами из неопрена или си - ластика. Каждый модуль имеет около 0,6 м в ширину

Рис. 3.10. Солнечный коллектор как элемент строительной конструкции.

1 — остекление; 2 — опоры из неопрена или силастика; поддерживающие стеклянные покрытия; 3 — наконечник; 4 — поверхность коллектора; 5 — профильная рама; 6 — вспененная или стекловолокнистая тепло­изоляция; 7 — опорный элемент конструк­ции.

и от 2,4 до 6,1 мв длину. Применение наконечников, создающих сжатие и уплотнение стыков, экономит вре­мя, которое в противном случае затрачивалось бы на работы по уплотнению, выполняемые вручную на стро­ительной площадке. Вспененная тепловая изоляция уве­личивает жесткость панели. Прозрачная изоляция вы­полняется из стекла. Одна из причин применения стекла, а не пластмассы связана с проблемами уплотнения кол­лектора и компенсации расширений, которые могут воз­никнуть в связи с относительно более высокими коэф­фициентами теплового расширения пластмассовых мате­риалов. Исчерпывающие опытные данные, включая вли­яние атмосферной и внутренней коррозии, а также устойчивости материалов, были представлены на кон­грессе в Лос-Анджелесе в 1975 г. [52].

Коллекторы с распределенным потоком. Конструк­ция коллектора, в которой удалось устранить избыточ­ное внутреннее давление в каналах с водой, была раз­работана в университете штата Айова [53]. Конструк­цией предусматривается движение потока жидкости

между двумя параллельными пластинами, одна из кото-[1] рых или обе имеют рифления или углубления какой-ли-И бо иной формы или между которыми размещается по-Д ристая прокладка, например проволочная сетка. Хотя* поток теплоносителя через коллектор направлен вниз, И вся нижняя поверхность поглощающей пластины сопри-* касается с нагреваемой водой. Было показано, что ха-* рактеристики данного коллектора значительно лучше,* чем у некоторых, имеющихся в продаже обычных кол-* лекторов. При расчетной разности температур 52,5 °С* относительно температуры наружного. воздуха и пада-И ющей радиации 750 Вт/м2 полный КПД коллектора с* распределенным потоком при давлении ниже атмосфер-* ного составил 44% по сравнению с 38,4% для обычного* коллектора.' В качестве материала поглощающей пла-1 стины такого коллектора можно использовать медный! лист толщиной 1,27 мм, прочность которого, по-видимо-] му, достаточна, чтобы противостоять сжимающему уси-] лию, обусловленному разностью атмосферного давления! и давления жидкости. Применение такого тонкого листа! меди значительно снижает сметную стоимость матер и а| лов этих коллекторов в производстве по сравнению с обычными коллекторами.