Солнечные коллекторы. Типы, принципы действия и методы расчета

Солнечные системы отопления могут быть пассивными и активными. Пассивными называются системы солнечного отопления, в которых в качестве элемента, воспринимающего солнечную радиацию и преобразую­щего ее в теплоту, служат само здание или его отдельные ограждения (зда­ние-коллектор, стена-коллектор, кровля-коллектор и т. п. (рисунок 3.9)

Рисунок 3.9. Пассивная низкотемпературная система солнечного отопления "стена-коллектор".

1 - солнечные лучи; 2 - лучепрозрачный экран; 3 - воз­душная заслонка; 4 - нагретый воздух; 5 - охлажденный воздух из помеще­ния; 6 - собственное длинноволновое тепловое излучение стены; 7 -черная лучевоспринимающая поверхность стены; 8 - жалюзи.

Активные солнечные системы имеют нагреватель, воспринимающий энергию солнечного излучения и отдающий тепло нагреваемым элементам. В качестве нагревателя может использоваться любой материал, а сам нагреватель может быть любой конструкции. Но от этих параметров зависит эффективность всей системы получения тепла, поэтому остановимся более подробно на солнечных коллекторах, устройствах воспринимающих энергию солнечного излучения и преобразующих эту энергию в тепло.

Солнечный коллектор состоит из приемной панели, поглощающей поток солнечного излучения и передающей тепло теплоносителю (жидкости или газу), и сервисной сети (трубопроводы, перекачивающие насосы и т.п.). Для повышения эффективности приемная панель теплоизолирована со всех сторон, при этом сторона, обращенная к солнцу, закрывается прозрачным селективным покрытием (рисунок 3.10)

Рисунок 3.10. Схема солнечного коллектора

с селективным покрытием

1 – теплоизоляционный корпус, 2 – селективное покрытие, 3 – воздушный промежуток, 4 – приемная панель, 5 – падающий луч света, 6 – отраженный луч, 7 – преломленный луч, 8 – ход света между приемной панелью и селективным покрытием.

Селективное покрытие пропускает бόльшую часть спектра и отражает инфракрасные лучи. Прошедший через селективное покрытие свет, отражается от теплопоглотителя в виде инфракрасных лучей, которые в свою очередь отражаются от внутренней стороны селективного покрытия и обратно попадают на теплопоглотитель. Таким образом, значительно снижаются потери тепла посредством отражения.

Полезная мощность, отводимая с единицы площади коллектора, определяется следующим образом /1, 5, 6, 9/:

N_К = N_ПРk_ОПТk_Т – ΔР₀ (3.7)

где N_К – удельная полезная мощность, Вт/м²;

k_ОПТ – оптический к.п.д. коллектора;

k_Т – коэффициент эффективности приемной панели, равный отношению теплоты, переданной теплоносителю, к поглощенной теплоте;

ΔN – плотность тепловых потерь солнечного коллектора, Вт/м².

Оптический к.п.д. равен:

k_ОПТ = μ_СП α_ПР (3.8)

где μ_СП – пропускная способность селективного покрытия;

Эффективность солнечного коллектора зависит от его типа. На рисунках 3.11 – 3.13 приведены типы солнечных коллекторов в порядке возрастания эффективности.

Рисунок 3.11. Металлическая емкость без теплоизоляции

Рисунок 3.12. Металлическая емкость с теплоизоляцией

1 - теплоизоляция

Рисунок 3.13. Металлическая емкость с теплоизоляцией

и селективным покрытием

1 – теплоизоляция, 2 – селективное покрытие

В качестве теплоносителей активных солнечных коллекторов могут применяться различные вещества.

Воздух является широко распространенным незамерзающим во всем диапазоне рабочих параметров теплоносителем. При применении его в каче­стве теплоносителя возможно совмещение систем отопления с системой вен­тиляции. Однако воздух имеет малую теплоемкость, что ведет к уве­личению расхода металла на устройство систем воздушного отопления по сравнению с водяными системами.

Вода является теплоемким и широкодоступным теплоносителем. Одна­ко при температурах ниже 0°С в нее необходимо добавлять незамерзающие жидкости. Кроме того, нужно учитывать, что вода, насыщенная кислородом, вызывает коррозию трубопроводов и аппаратов. Но расход металла в водя­ных солнечных коллекторах значительно ниже, чем в воздушных, что способствует более широкому их применению.

Дата добавления: 2014-01-06