Низкопотенциальное тепло, солнечные коллекторы

НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОЕ ТЕПЛО, СОЛНЕЧНЫЕ КОЛЛЕКТОРЫ

В основе пристального внимания специалистов в солнеч­ной энергии лежит прежде всего озабоченность скорым ис­тощением запасов традиционных видов топлива. Особое внимание уделяется практическому использованию этого вида энергии для горячего водоснабжения и отопления зданий. Современный опыт эксплуатации большого числа экспериментальных и промышленных систем солнечного теплоснабжения свидетельствует о том, что подобные установки, несмотря на высокие начальные затраты при нали­чии аккумуляторов и дополнительных источников энергии, уже сейчас экономически оправдывают себя в благоприят­ных климатических регионах благодаря экономии топлива.     С точки зрения применения энергии Солнца на Земле следует учитывать излучение в интервале длин волн 0,3 — 2,5 мкм, которое проходит через атмосферу, подвергаясь изменениям вследствие рассеяния и поглощения.    Условия теплообмена в солнечных бытовых и энерге­тических установках, возникающие за счет перемешивания различных слоев, существенно зависят от свойств матери­алов, из которых состоят основные их узлы, в частности их теплопроводности. Для достижения максимального погло­щения используют, как правило, непрозрачные материалы. Их поверхности должны хорошо поглощать видимый свет и хорошо пропускать лучи длинноволновой области спектра.  Поскольку плоские солнечные коллекторы обычно ра­ботают при достаточно низких температурах, практически все испускаемое ими излучение приходится на область длин волн меньше 3 мкм. Спектральное распределение отражательной способности для некоторых реальных по­верхностей показано на рис. 16. Исследования, направлен­ные на создание поверхностей, поглощающих свет опре­деленной длины волны (селективной), которые применя­ются как в космических аппаратах, так и на Земле, при­вели к определенным достижениям в этой области. Так, при изготовлении коллекторов необходимое сочетание оп­тических свойств поверхностей достигается в основном тремя путями.

1. Создание покрытий, которые хорошо поглощают ви­димый свет и пропускают длинноволновое излучение. Они могут быть нанесены на поверхности с малой степенью черноты, которые служат подложкой.

2. Установка интерференционных фильтров на под­ложках с низкой степенью черноты. Например, трехслой­ные покрытия  на подложках из алюми­ния имеют отражательную способность ниже 0,1 для види­мой части спектра и более 0,9 — для длинноволнового из­лучения.

3. Специальная обработка поверхности металла (на­несение царапин, травление и т. д.), в значительной мере повышающая поглощение коротковолнового излучения за счет образования набора «полостных» поглотителей. Длинноволновое излучение отражается от такой поверхно­сти, как от гладкой.  Солнечные коллекторы рассчитаны на работу в тече­ние длительного времени. Их поверхности подвержены воздействию окисляющей и коррозионно-активной среды, относительно высоких температур. Зависимость их ради­ационных характеристик от температуры и времени экс­плуатации требует отдельного исследования.  Нормальная солнечная радиация является переменной величиной и в лучшем случае составляет порядка 1 кВт/м². Рабочий интервал длин волн лежит в области 0,3—3 мкм, т. е. значительно меньше, чем собственного из­лучения большинства поверхностей поглощающих матери­алов. Создание коллекторов сопряжено с решением про­блем теплообмена при низких и переменных плотностях потока энергии, а также относительно большой роли из­лучения.  Плоские коллекторы используются главным образом в системах горячего водоснабжения; их можно также при­менять для систем отопления и кондиционирования. Они устанавливаются неподвижно как неотъемлемый элемент стены или крыши дома с оптимальной ориентацией для конкретной широты его расположения и времени года, 'на который рассчитана его работа. Они могут использовать­ся как водо- и воздухонагреватели, а также для получения пара низкого давления.