Жилые дома с автономным солнечным теплохладо - снабжением

ПРИМЕНЕНИЕ ФОКУСИРУЮЩИХ КОЛЛЕКТОРОВ

Самый простой способ преобразования солнечной энергии в тепловую состоит в использовании линзы, подобной той, кото­рой каждый из нас пользовался в детстве. Если кусок газетной бумаги помещался в фокусе линзы, то через некоторое время он обязательно загорался. Принцип действия коллекторов с кон­центраторами солнечной энергии примерно такой же: тепловос - принимающая панель монтируется в фокусе линзы большого размера или зеркального отражателя, а вся установка регули­руется так, что на тепловоспринимающую поверхность постоян­но поступает солнечное излучение. Чтобы точно сконцентриро­вать прямой поток параллельных лучей, отражающая поверх­ность в сечении должна иметь форму правильной параболы. В качестве концентраторов, следяющих за перемещением Солнца по небосводу, в основном используются параболоцилиндричес - кие, имеющие форму водосточной трубы, разрезанной пополам, или параболоидные, похожие на круглую чашу. В фокусе парабо­лоида достигается значительная степень концентрации излуче­ния; в солнечных печах получают температуру свыше 2000°С, а на тепловых электростанциях - более 300°С. В случае параболо - цилиндра степень концентрации солнечных лучей относительно небольшая, поэтому получаемая температура составляет 100— 200°С (см. рис. 2.21).

Если использовать в качестве концентраторов солнечного излучения большие линзы, выполненные из толстого слоя стекла, то они будут тяжелыми и очень дорогими, ПОЭТОМ} обычно для этой цели применяют линзы Френеля, у которыз профиль канавок, как у пластинок, получают теснением (рис

2.22).

Возникает вопрос - почему же такие высокоэффективные фокусирующие коллекторы не применяют в солнечных домах' Дело в том, что существенным недостатком таких коллекторої является необходимость использования следящего устройства которое следовало бы за движением Солнца и ориентировалс

Коллектор таким образом, чтобы сконцентрированное солнеч­ное излучение постоянно поступало на солнечную панель. К тому же фокусирующие коллекторы гораздо дороже плоских. Кроме того, для систем теплохладоснабжения, а также горячего водоснабжения жилых домов не нужна такая высокая темпера­тура, следовательно, эти преимущества в данном случае не реализуются. Далее, коллекторы с концентраторами собирают только прямое солнечное излучение, поскольку концентриро­вать таким образом удается только параллельные лучи; рассеян­ное излучение эти коллекторы не фокусируют. В такой стране, как Япония, климат которой отличается влажностью, рассеян­ное излучение составляет 30-50%, поэтому в установках с кон­центраторами эта доля излучения не используется.

Однако у фокусирующих коллекторов есть и положительные стороны, поэтому некоторые ученые думают о способах их ис­пользования без систем слежения за Солнцем.

Первый способ состоит в установке оси параболо-цилинд- рического зеркала по оси "восток-запад". Если зафиксировать угол наклона в соответствии с движением Солнца по сезонам, то отпадет необходимость почасового слежения за Солнцем и нужно будет ручным способом менять лишь угол наклона в соответствии с временем года.

Второй способ предполагает сделать внутреннюю часть зер­кального отражения более глубокой, чем у параболоида, и Увеличить площадь тепловоспринимающей поверхности для того, чтобы солнечные лучи, отклонившиеся от главной оси, все Равно попадали на эту поверхность.

Такой способ обычно применяют в коллекторах с составными параболическими концентраторами (СРС)1. В США он уже час-

— (Compound Parabolic Concentrator) — составные параболические кон­центраторы. В США зеркальные системы типа фоклинов и фоконов с параболи­ческими образующими объединены в класс СРС; они являются частью более Широкого класса зеркальных и линзовых концентраторов, не создающих изобра­жения. (Примеч. пер.)-

9

Тично используется даже в системах теплохладоснабжения. Чтобы снизить стоимость вакуумированных трубчатых коллек­торов, в них нередко применяют зеркальные отражатели.

Уже давно высказываются различные мысли о возможности максимального концентрирования солнечного излучения без помощи параболоида. Однако эта проблема не решена. Только при использовании параболоида можно добиться, чтобы из фо­куса излучение обратно шло параллельными лучами и наобо­рот - параллельные лучи собирает в фокусную линию только па­раболоид.