Структура и принципы солнечных коллекторов

Рисунок 1. Схематический вид простого солнечного коллектора.
Сегодня солнечные коллекторы стали самым эффективным устройством в использовании солнечной энергии. Если фотоэлектрические панели используют 14-18% солнечной энергии, которую они получают, эффективность солнечного коллектора достигает 70-80%.
В зависимости от температуры мы рассматриваем следующие типы солнечных коллекторов:
1. Низкотемпературные коллекторы - такие коллекторы вырабатывают температуру не выше 50ºC. Они используются в ситуациях, когда не требуются высокие температуры, например, при подогреве воды в бассейне.
2. Коллекторы средней температуры - могут нагревать воду до 50 - 80ºC. Чаще всего такой коллектор представляет собой плоскую стеклянную пластину, представляющую собой устройство, состоящее из жидкости в качестве теплоносителя.
3. Высокотемпературные коллекторы часто имеют форму параболы и часто работают в относительно больших системах, которые собирают электроэнергию и распределяют ее по всему городу[2].
Причина, по которой поглощающая пластина или абсорбент окрашивается в черный цвет, заключается в увеличении количества поглощаемой солнечной энергии. Это связано с тем, что абсолютно черное тело поглощает весь диапазон падающего излучения, независимо от длины волны.
Солнечная энергия, которая попадает на поглощающую пластину через стекло, затем передается теплоносителю, чтобы продолжить процесс преобразования ее в тепловую энергию. Теплоноситель - циркулирующий по трубам воздух или жидкость. К сожалению, затемненная поверхность также отражает 10% солнечного излучения. Для ограничения этого выигрышная пластина покрывается дополнительным специальным покрытием. Такое покрытие держится дольше, чем поверхность, окрашенная обычной краской, а также позволяет увеличить КПД коллектора. Примерами таких покрытий являются слои аморфных полупроводников. К таким металлам относятся алюминий и медь. Разница между этими двумя металлами заключается в том, что медь имеет лучшую теплопроводность и коррозионную стойкость, чем алюминиевая пластина (рис. 2) [3].

А - часть, поглощающая солнечную энергию; B - Деталь, которая нагревает воду и преобразует ее в электричество; 1 - Теплозащищенная часть; 2 - Стеклянный слой; 3 - фотоэлектрическая панель; 4- Зона испарения в тепловых трубках; 5 - Электрообогреваемые детали; 6 - Фильтры; 7 - теплопоглощающий слой; 8 - секция теплообмена; 9 - Поле конденсации жидкости в тепловых трубках.
В областях планеты с относительно высоким уровнем солнечной радиации впервые были использованы плоские солнечные коллекторы. Однако в холодную, ветреную и пасмурную погоду КПД такого типа коллектора на полную мощность значительно снижается. Это также мешает некоторым внутренним частям коллектора правильно выполнять свои функции из-за избыточной влажности и некоторых неудобств. В результате время обслуживания коллектора сокращается. Для преодоления таких недостатков используются вакуумные солнечные коллекторы[4].