4.3.3 Сравнение интегральных энергетических показателей традиционных и пластмассовых солнечных коллекторов

4. 3. 3 Сравнение интегральных энергетических показателей традиционных и пластмассовых солнечных коллекторов

Энергетические характеристики солнечного коллектора принято представлять в виде зависимости его кпд (отношения полезной тепловой мощности, переданной теплоносителю единицей площади поверхности светопрозрачного ограждения СК, qu, к плотности потока солнечной энергии, поступающего на эту поверхность, I) от характерного комплекса Δ T /, где T– разность между температурой нагреваемого теплоносителя и температурой окружающей среды. На рис 4. 3. 3. 1 представлены расчетные характеристики различных типов СК, имеющих одинаковую тыльную теплоизоляцию, но отличающихся видом светопрозрачного ограждения (стекло, монолитный или сотовый поликарбонат), а также наличием или отсутствием оптического селективного покрытия на фронтальной поверхности тепловоспринимающей панели. Кривая 4 соответствует традиционному солнечному коллектору «Сокол» НПО Машиностроения со стеклянным ограждением и селективным покрытием панели.

Солнечные коллекторы с прозрачным ограждением из поликарбоната имеют более низкий оптический кпд (точка пересечения кривой с осью ординат), из-за более низкого коэффициента пропускания солнечного излучения. При одинаковой тыльной теплоизоляции коэффициент тепловых потерь (тангенс угла наклона кривой) наибольший у СК с ограждением из монолитного поликарбоната и без селективного покрытия поглощающей панели. Коллектор ограждением из сотового поликарбоната обладает практически одинаковым с «Соколом» коэффициентом потерь: снижение фронтальных конвективных потерь за счет двухслойного (сотового) ограждения примерно эквивалентно уменьшению радиационных фронтальных потерь у «Сокола» за счет селективного покрытия панели. Минимальный коэффициент тепловых потерь должен иметь СК с сотовым ограждением и селективным покрытием, по оптическим характеристикам сходным с покрытием панели «Сокола» (кривая 3). Типичный рабочий диапазон плоских солнечных коллекторов в системах солнечного теплоснабжения – нагрев теплоносителя выше температуры окружающей среды на Δ T≤ 50С – соответствует изменению комплекса 0 ≤ Δ T / I ≤ 0, 05 (. С м2)/Вт (при облученности СК солнечным излучением – до 1000 Вт/м2). В этом диапазоне рассмотренные солнечные коллекторы из полимерных материалов имеют несколько более низкий кпд, чем традиционные – из металла и стекла. Однако это различие невелико, а если учесть, что применение современных пластмасс может обеспечить снижение стоимости коллектора в 1, 5…2 раза и одновременно уменьшить его материалоемкость в 4…5 раз, то применение современных пластмасс в конструкции СК представляет несомненный практический интерес. [45]

Рис 4. 3. 3. 1. Тепловые характеристики солнечных коллекторов: 1 – с прозрачным ограждением из 2 мм монолитного поликарбоната без селективного покрытия поглощающей панели; 2 – с прозрачным ограждением из 4 мм сотового поликарбоната без селективного покрытия поглощающей панели; 3 – с прозрачным ограждением из 4 мм сотового поликарбоната и селективным покрытием поглощающей панели; 4 – солнечного коллектора «Сокол» по данным производителя

4. 3. 4 Предварительные исследования селективных покрытий на полимерных материалах

Как показано выше, энергетические характеристики солнечных коллекторов могут быть улучшены путем нанесения на тепловоспринимающую панель специальных оптически селективных покрытий, обеспечивающих снижение радиационных потерь через прозрачное ограждение при сохранении высокого поглощения в спектре солнечного излучения.

Применительно к панелям из полимерных материалов системные технологические исследования в этом направлении ранее не проводилось. Следует отметить, что технология нанесения селективного покрытия на полимерные материалы существенно отличается от технологии нанесения на металл и стекло. Это объясняется другой химической структурой материала подложки и другим допустимым диапазоном температур нанесения покрытия.

На первом этапе начатых по данной проблеме исследований в качестве селективного покрытия на поликарбонате рассматривалось многослойное интерференционное покрытие, наносимое методом вакуумного напыления и формируемое за счет последовательного чередования слоёв пермаллоя (79НМ) и SiO2. Толщина слоя SiO контролировалась с помощью интерференционной системы и составляла величину λ /4 (при λ =500 нм).

Помимо селективных покрытий на панели из полимерных материалов наносились краски.

Опытные образцы подвергались циклическим испытаниям на устойчивость покрытий к воздействию влаги, на стойкость к термическим нагрузкам, на максимальный нагрев при воздействии прямого солнечного излучения и другим. Результаты испытаний показали принципиальную возможность нанесения теплопоглощающих покрытий на поликарбонат; для селективного покрытия получены коэффициент поглощения в спектре солнечного излучения. = 0, 95 и степень черноты в диапазоне собственного теплового излучения. = 0, 15. Выполненные исследования позволяют перейти к практической реализации новых технических решений в опытных образцах. [46]