7.2. СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ

Коллекторы солнечной энергии. Солнечная энергия переносится главным образом световыми луча­ми. Коллектор солнечной энергии (КСЭ) предназначен для улавливания энергии светового излучения, преобразования ее в тепловую энергию и передачи промежуточному теплоносителю. Наибольшее при­менение имеет плоский солнечный коллектор, представленный на рис. 7.1.

4

Улавливание солнечной энергии в коллекторе основано на способности таких веществ и материа­лов, как стекло, полимерные пленки, вода, пропускать световые лучи. Солнечная энергия световых лу­чей Qo проходит через прозрачную панель 1 и практически беспрепятственно проникает в коллектор 2. Корпус имеет тепловую изоляцию 3. Лучи инфракрасного диапазона излучения Qot в основном отража­ются от стекла панели, а лучи светового диапазона излучения Qni, проходят через стекло и попадают на лучевоспринимающую поверхность 5.

На абсорбере 5 солнечная энергия световых лучей трансформируется в тепловую энергию инфра­красного диапазона излучения, которая, в свою очередь, излучает теплоту на внутреннюю поверхность коллектора. При обратном излучении эта энергия переносится инфракрасными (тепловыми) лучами Qm4, для которых стекло и полимерные материалы непрозрачны, и теплота обратного инфракрасного излучения остается внутри коллектора. Таким образом, коллектор работает как ловушка солнечной энергии: впускает энергию светового излучения Солнца и не выпускает наружу энергию инфракрасного излучения.

Абсорбером называют совокупность лучепоглощающей поверхности 5 и трубок 4, по которым про­ходит жидкий (вода) или газообразный теплоноситель (воздух), отводящий теплоту из коллектора к по­требителю (на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение). Поверхность абсорбера должна иметь высокую поглощательную способность. Наивысшие значения поглощательной способности для свето­вых лучей имеют поверхности, окрашенные в черный цвет, и для них Аабс доходит до 0,95. Обычно эти покрытия шероховаты, и степень интенсивности инфракрасного излучения с них велика.

Такой абсорбер, поглощая большую долю падающей на него энергии световых лучей, будет терять значительное количество теплоты, излучая его в виде инфракрасных лучей. Повышенный отвод тепло­ты позволяет нагреть теплоноситель в абсорбере с обычным черным и шероховатым покрытием до тем­пературы не более 100 °С.

Для повышения КПД КСЭ необходимо улучшать его радиационные характеристики и снижать теп­ловые потери в окружающую среду. Для этого используют тепловую изоляцию корпуса и селективные покрытия, наносимые на лучевоспринимающую поверхность абсорбера.

Селективные покрытия обладают различными оптическими характеристиками по отношению к световым и инфракрасным лучам и представляют собой тонкие пленки из черного хрома или черного никеля на металлической подложке. Цвет пленок - черный, поэтому их поглощательная способность в коротковолновой (световой) части спектра велика. В то же время поглощательная способность селек­тивной пленки в области инфракрасных (тепловых) лучей очень низка ввиду малой толщины слоя (меньшей, чем длина волны инфракрасных лучей), т.е. селективная пленка прозрачна для теплового из­лучения. Поэтому при нанесении на поверхность абсорбера селективной пленки поглощательная спо­собность абсорбера Асел будет равна поглощательной способности полированной металлической под­ложки.

Степень селективности оценивается отношением Аабс/Асел. Наилучшие результаты имеют пленки с черным хромом на алюминиевой фольге (Аабс = 0,964 и Асел = 0,023) и с черным никелем на блестящей

никелевой подложке (Аабс = 0,96 и Асел = 0,11). При степени селективности Аабс/Асел = 10...40 равновесная температура абсорбера (без охлаждения его теплоносителем) достигает 300 °С. Нанесение селективных пленок обеспечивает значительное повышение КПД КСЭ. Так, при однослойном остеклении изменение степени селективности от 1 до 12 приводит к увеличению КПД КСЭ от 45 до 60 %.

к ПТЭ ' холодная


Солнечный пруд представляет собой естественный водоем, заполненный высококонцентрирован­ным водным раствором соли (рис. 7.2). Он воспринимает падающие на его поверхность солнечные лучи 1 и работает одновременно как коллектор и как аккумулятор их энергии. Световые лучи проходят через толщу солевого раствора 2 и поглощаются дном водоема, имеющим темный цвет. От дна нагревается и прилегающий к нему слой воды 3. Температура этого слоя может достичь 70...100 °С, что обеспечивает повышенную растворимость в нем соли, а значит, повышенную его плотность. Чем дальше от дна, тем меньше температура и плотность раствора.

Наименьшую температуру и плотность вода имеет на поверхности пруда, где она охлаждается пу­тем отвода теплоты в окружающую среду конвекцией и за счет испарения. Таким образом, в солнечном пруду имеет место стратификация - температурное и плотностное расслоение жидкости по глубине пруда. Градиенты температуры и плотности направлены по вертикали сверху вниз. Это исключает воз­никновение естественной конвекции и перемешивание жидкости в пруду, что обуславливает концен­трацию тепловой энергии в придонном слое.

Отметим, что расслоение возможно только в пруду, заполненном насыщенным солевым раствором. В пресноводном пруду нагретая у дна вода поднимается вверх. Это приводит к ее перемешиванию и выравниванию температурного поля по всему объему пруда. Зона повышенной температуры у дна здесь не образуется. Температура же на поверхности пруда остается невысокой из-за повышенных тепловых потерь в окружающую среду.

При глубине солнечного пруда 1...3 м на 1 м его площади требуется 500..1000 кг поваренной соли или хлорида магния. Для отвода теплоты потребителю тепловой энергии (ПТЭ) в придонной области солнечного пруда устанавливается трубчатый теплообменник 4. К достоинствам солнечных прудов сле­дует отнести их невысокую стоимость и повышенную энергоемкость. При большой площади солнеч­ный пруд может работать как сезонный аккумулятор энергии.


Авторы: 239 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 268 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я