4.1.4. Вакуумированные трубчатые коллекторы

Как и плоские солнечные коллекторы, вакуумированные трубчатые коллекторы превращают падающую солнечную энергию в тепло. Солнечное излучение проникает в вакуумированную стеклянную трубку, где попадает на ее внутреннюю поглощающую поверхность, на которой и происходит преобразование энергии солнечного излучения в тепловую энергию. Фактически потери тепла в окружающей среде не происходит, что связано с использованием высококачественного селективного покрытия на внутренней поверхности стеклянной трубки, а также благодаря тому, что она вакуумирована. Тепловая энергия, образующаяся на поглощающей поверхности, передается в трубку теплообменника, которая находится в нижней части поглотителя. В результате жидкость в этой трубке нагревается и часть ее испаряется. Образовавшийся пар попадает в конденсатор, где превращается в воду. Теплота, выделяющаяся в процессе конденсации, передается потоку воды, а конденсат возвращается в теплообменник. Таким образом, реализуется замкнутый цикл. На рис. 4. 1. 4. 1  показан общий вид стандартного вакуумированного трубчатого коллектора и его схематическое изображение. Оптимизация расположения (азимутальный угол/угол установки) этого типа солнечных коллекторов производится так же, как и для плоских солнечных коллекторов.

	Принцип работы вакуумированного трубчатого коллектора 1. Тепловое излучение 2. Стеклянная трубка 3. Проводящая трубка с наполнением 4. Поглотитель, селективное покрытие 5. Конденсатор 6. Теплоизоляция 7. Трубка теплообменника

Рис 4. 1. 4. 1. Вакуумированные трубчатые коллекторы (На изображении: Viessmann)[37]

Типичные энергетические характеристики различных типов солнечных коллекторов представлены на рис 4. 1. 1. в виде зависимости КПД солнечного коллектора от отношения разности температур теплоносителя и окружающей среды к потоку падающего солнечного излучения. Кпд солнечного коллектора определяется двумя основными показателями: оптическим кпд – долей падающего на плоскость коллектора солнечного излучения поглощенного тепловоспринимающей панелью, и обобщенным коэффициентом тепловых потерь – тангенсом угла наклона характеристической кривой рисунке 9 (Вт/м²К).

Рис 4. 1. 1 Типичные тепловые характеристики солнечных коллекторов[38]

Данные, приведенные на 4. 4. 1 показывают, что с помощью солнечных коллекторов при характерном потоке солнечного излучения 1000 Вт/м2 можно нагреть теплоноситель до нескольких сотен градусов выше температуры окружающей среды. Наиболее «высокотемпературными» (до 300. С) являются трубчатые вакуумированные солнечные коллекторы, в которых коэффициент тепловых потерь за счет вакуумной теплоизоляции может быть снижен до 1, 2…2 Вт/м2К. Еще более высокие температуры могут быть получены с использованием концентраторов солнечного излучения, однако кпд таких коллекторов оказывается невысоким вследствие неиспользования рассеянной компоненты солнечного излучения. Наиболее широкое практическое применение нашли плоские солнечные коллекторы, обеспечивающие по сравнению с другими типами коллекторов более эффективный нагрев теплоносителя на 10…50. С выше температуры окружающей среды.

Плоские коллекторы занимают подавляющую часть современного рынка теплоиспользующих солнечных установок, хотя в последнее время на рынок активно прорываются вакуумированные трубчатые солнечные коллекторы в основном китайского производства.

Именно плоские солнечные коллекторы являются объектом исследований в настоящей работе. Несмотря на незначительные отличительные особенности конструкций плоских солнечных коллекторов, выпускаемых сотнями различных производителей в разных странах мира (сегодня число фирм-производителей в мире составляет около 800), типичный плоский солнечный коллектор (рисунок 10) содержит металлическую тепловоспримающую панель с каналами для теплоносителя, имеющую наружное оптически селективное поглощающее покрытие, прозрачное фронтальное ограждение, изготовленное из упрочненного или закаленного стекла с низким содержанием железа, и теплоизоляционный корпус.

Рис. 4. 1. 2 Типичная конструкция плоского солнечного коллектора[39]

Целью выполняемых исследований является изучение возможности и обоснование технических и технологических решений по использованию в конструкции плоского солнечного коллектора современных теплостойких пластмасс вместо традиционных металла и стекла.