Возобновляемые источники энергии

3
2
1
4
6
7
5
8
Рис. 3.7. Простейший солнечный коллектор:
1
— абсорбер, покрытый черной краской; 
2
— стекло; 
3
— пенополиуретановая изоляция;
4
— корпус коллектора; 
5
, 
6
, 
7
— уплотнители и элементы крепления; 
8
— штуцеры для
присоединения к системе

---

157
ются за счет применения селективного покрытия. В вакуумном кол-
лекторе теплоноситель можно нагреть до 120—150 °С. Коэффициент
полезного действия вакуумного коллектора существенно выше, чем у
плоского коллектора, но и стоит он значительно дороже.
Эффективность работы гелиоэнергетических установок во мно-
гом зависит от оптических свойств поверхности, поглощающей сол-
нечное излучение. Для сведения к минимальным потерям энергии
необходимо, чтобы в видимой и ближней инфракрасных областях
солнечного спектра коэффициент поглощения этой поверхности был
как можно ближе к единице, а в области длин волн собственного теп-
лового излучения поверхности к единице должен стремиться коэф-
фициент отражения. Таким образом, поверхность должна обладать
селективными свойствами — хорошо поглощать коротковолновое
излучение и хорошо отражать длинноволновое.
По типу механизма, ответственного за избирательность оптиче-
ских свойств, различают четыре группы селективных покрытий:
•
собственные;
•
двухслойные, у которых верхний слой обладает большим коэф-
фициентом поглощения в видимой области спектра и малым —
в инфракрасной области, а нижний слой — высоким коэффициентом
отражения в инфракрасной области;
•
с микрорельефом, обеспечивающим требуемый эффект;
•
интерференционные.
Собственной избирательностью оптических свойств обладает
небольшое число известных материалов, например W, Cu
2
S, HfC.
Наибольшее распространение получили двухслойные селективные
покрытия. На поверхность, которой необходимо придать селектив-
ные свойства, наносится слой с большим коэффициентом отражения
Рис. 3.8. Коллектор из вакуумированных труб

---

158
в длинноволновой области спектра, например медь, никель, молиб-
ден, серебро, алюминий. Поверх этого слоя наносится слой, прозрач-
ный в длинноволновой области, но имеющий высокий коэффициент
поглощения в видимой и ближней инфракрасной областях спектра.
Такими свойствами обладают многие окислы.
Селективность поверхности может быть обеспечена за счет чисто
геометрических факторов: неровности поверхности должны быть
больше длины волны света в видимой и ближней инфракрасной
областях спектра и меньше длины волны, соответствующей собст-
венному тепловому излучению поверхности. Такая поверхность для
первой из указанных областей спектра будет черной, а для второй —
зеркальной. Селективными свойствами обладают поверхности с
дендритной или пористой структурой при соответствующих разме-
рах дендритных игл или пор.
Интерференционные селективные поверхности образованы
несколькими перемежающимися слоями металла и диэлектрика, в
которых коротковолновое излучение гасится за счет интерференции,
а длинноволновое — свободно отражается.
3.1.4. Использование солнечных систем теплоснабжения
По данным МЭА к концу 2001 г. суммарная площадь установлен-
ных коллекторов в 26 странах, составила около 100 млн м
2
, из кото-
рых 27,7 млн м
2
приходится на долю неостекленных коллекторов, в
основном используемых для подогрева воды в бассейнах. Остальные —
плоские остекленные коллекторы и коллекторы с вакуумироваными
трубами, — использовались в системах ГВС или для отопления
помещений. Площадь установленных коллекторов, приходящаяся на
1 тыс. жителей Израиля составляет 608 м
2
, Греции — 298 м
2
и Авст-
рии — 220 м
2
.
Общая площадь солнечных коллекторов, установленных к концу
2004 г., в странах ЕС достигла 13,96 млн м
2
, а в мире уже превысила
150 млн м
2
. Ежегодный прирост площади солнечных коллекторов в
Европе в среднем составляет 12 %, а в отдельных странах находится
на уровне 28 — 30 % и более. Мировой лидер по количеству коллек-
торов на 1 тыс. жителей — Кипр, где 90 % домов оборудованы сол-
нечными установками (на 1 тыс. жителей приходится 615,7 м
2
сол-
нечных коллекторов), за ним следуют Израиль, Греция и Австрия.
Абсолютным лидером по площади установленных коллекторов в
Европе является Германия — 47 %, далее следует Греция — 14 %,
Австрия — 12 %, Испания — 6 %, Италия — 4 %, Франция — 3 %.
Европейские страны — бесспорные лидеры в разработке новых тех-

---

159
нологий систем солнечного теплоснабжения, однако сильно усту-
пают Китаю в объемах ввода в эксплуатацию новых солнечных уста-
новок. Из общей площади солнечных коллекторов, установленных в
мире в 2004 г., 78 % установлено в Китае [14]. Рынок СВУ в Китае в
последнее время растет с темпом 28 % в год. В 2007 г. общая пло-
щадь солнечных коллекторов, установленных в мире, уже составляла
200 млн м
2
, в том числе в Европе — более 20 млн м
2
[3]. 
В настоящее время на мировом рынке стоимость СВУ (рис. 3.9),
включающей коллектор площадью 5—6 м
2
, бак-аккумулятор емкостью
около 300 л и необходимую арматуру составляет 300—400 долл. США
в расчете на 1м
2
коллектора. Системы с резервным нагревателем
(электрическим или газовым) преимущественно устанавливают в
индивидуальных домах. При установке бака-аккумулятора выше кол-
лектора система может работать на естественной циркуляции (термо-
сифонный принцип); при установке бака-аккумулятора в подвале —
на принудительной.
В мировой практике наиболее широко распространены малые сис-
темы солнечного теплоснабжения. Как правило, такие системы вклю-
чают в себя солнечные коллекторы общей площадью 2—8 м
2
, бак-
аккумулятор, емкость которого определяется площадью установленных
коллекторов, циркуляционный насос (в зависимости от типа тепло-
вой схемы) и другое вспомогательное оборудование.
Активные системы большого размера, в которых бак-аккумулятор
находится ниже коллекторов и циркуляция теплоносителя осуществля-
ется с помощью насоса, применяются для нужд горячего водоснабжения