г)

д)

Ч \ X

V ч ч ^

Рис. 2.8. Типы поглотителей воздушных солнечных коллекторов

в - плоский с ребрами; б - из наклонны^с прозрачных пластин; в - сетчатый многослойный; г - V-образный; д - из пористого материала

Рис 2.9. Воадгнвьй солнечный коляекюр типа CH-2Q

1 — корпус; 2 — поглощающая стальная пластина; 3 — закаленное стекло; 4 — уплотняющая резина; 5 — резиновые уплотнители; 6 — турбулизатор; 7 - изоляция ^ = 100 мм; S - каркас

алюминиевого листа (рис. 2.12). Степень концентрации излучения составляет около 1,5.

Коэффициент концентрации фоклинов может быть определен как» отношение ширины входного отверстия d и выходного d:

а)

Рис 2.10. Концеятракфы

в - линза Френеля; б - 1Ч)изменный; в - п^лболоидный; г — Шфаболоцилиищжческий

Рис 2.11. Коллжюры с фоклинами

а — двугранным; б - параболоцилиндрическим; 1 — щюзрачяое покрытие; 2 — отражающая поверхность; 3 - каналы с теплоноситела*; 4 — теплоизоляция

где параметрический угол раскрытия.

Задавшись коэффициентом концентрации и диаметром поглощающей трубы, равному ширине выходного отверстия, можно найти стальные параметры фоклина.

Для Д-фоклина (двухгранного)

Рис 2.12. Поперечный разрез солнечншо коллектора типа С-121 с малт концентрацией

I — стальной корпус; 2 — полиэтиленовые листы;

3— изоляция из минеральной ваты <? = 40 мм;

4— стеклопласгиковая пластина 3 = Ь мм; 5 — параболоцилиндрический концентратор; 6 -поглощающая труба 40x20x2 мм; 7 - закаленное стекло (Г = 4 мм; 8 - крепежные элементы с резиновым уплотнителем

D = fcd;H =

Dfc(fc+1)

,0,5

2(fc-l)

,0,5

Для ПЦ-фоклина (параболоциливдрического) D№ + l)(fc^-l)°^

2к

При одинаковых степенях концентрации Д-фоклины имеют несколько большее входное отверстие. Однако при падении параметрического угла Д-фоклин пропускает в среднем только 75 % потока излучения. Для этого фоклина характерны также многократные отражения лучей, поэтому его реальное пропускание может резко уменьшиться при использовании зеркал с коэффициентом отражения менее 0,9. Кроме того, Д-фоклины более чувствительны к разориентации, чем ПЦ-фоклины. Основным недостатком ПЦ-фоклинов является сложность изготовления криволинейных зеркал, поэтому разрабатываются так называемые усеченные фоклины. Уменьшение высоты ПЦ-фоклина в 2 раза уменьшает степень концентрации всего на 10 %.

Повышение температуры теплоносителя в фокусирующих коллекторах связано с уменьшением теплоотдающей площади приемника излучения. В первом приближении можно принять, что такое уменьшение потерь тепла пропорционально степени концентрации. Особенно перспективно применение в концентрирующих солнечных коллекторах приемников с вакуумной изоляцией.

Параллельно с совершенствованием концентрирующих коллекторов на основе фоклинов разрабатывают простые концентрирующие системы плоских коллекторов с плоскими горизонтальными и наклонными зеркальными крыльями.

В связи с тем, что концентрирующие коллекторы используют в основном прямую составляющую солнечного излучения, их эффективность, несмотря на меньшие теплопотери, ниже, чем плоских. Улучшить показатели можно, применяя системы слежения за солнцем. Слежение можно осуществлять как вращением вокруг одной или двух осей, так и периодической корректировкой (сезонной или месячной).

Эффективность слежения разного вида различна и составляет:

* Вращение по двум осям (полное).........................1

То же, по одной оси:

полярная ось.....................................0,94

ось север-юг .................................... 0,84

ось восток-запад................................„. 0,77

Корректировка угла наклона сезонная.................... 0,67

Аккумуляторы солнечной энергии. Несовпадание графиков нагрузки систем солнечного теплоснабжения с суточными и годовыми поступлениями солнечной радиации вызывает необходимость аккумулирования энергии. Аккумуляторы классифицируют по характеру протекающих в них физико-химических процессов следующим образом:

использующие теплоемкость вещества без изменения агрегатного состояния (вода, водные растворы солей, камни, грунт в контейнерах или естественном состоянии);

использующие скрытую теплоту фазового перехода (гидраты неорга-- нических солей, парафины);

основанные на обратимых химических и фртохимических реакциях, таких, как, например, циклическая гидратация и дегидратация, расщепление и рекомбинация молекул, гидрирование и дегидрирование (изменение концентрации кислот, разложение сернистого ангидрида);

основанные на необратимых фотохимических реакциях, в первую очередь на реакциях фотосинтеза и термохимических (получение биомассы и биогаза, производство водорода).

В первой группе происходят циклические или одновременные нагрев и охлаждение аккумулирующего вещества за счет солнечной энергии непосредственно теплоносителем или через теплообменник. Это технически и технологически наиболее изученный вид аккумулирования и соответственно наиболее распространенный. Существует множество решений аккумуляторов такого типа. Наиболее типичные из них рассмотрены ниже.

Аккумуляторы, использующие теплоту фазового перехода, имеют большую объемную энергоемкость и постоянную рабочую температуру. Однако они обладают и рядом недостатков: коррозионная активность,

Гие. 2.13. Аккумулятор^геплообмеввик с фазовым nepexojioivi

J - теплоаккумулирующее вещество; 2 — канал горячего теплоносителя

деградация во времени и высокая стоимость. Кроме того, они требуют развитых поверхностей теплообмена.

Теплообменник с сребренными кольцевыми каналами, приведенный на рис. 2ЛЗ, имеет раздельные контуры зарядной и разрядной сред [4], что позволяет вести одновременно зарядку и разрядку аккумулятора. Теплообменный элемент состоит из коаксиальных трубок, в которых тепловой контакт между наружной и внутренней трубками обеспечивается продольными ребрами. Кольцевое пространство между ребрами заполнено аккумулирующим материалом {табл. 2.4). Для повышения стабильности аккумулирующих материалов применяют грануляцию, добавление катализаторов кристаллизации и др.Общим недостатком всех тепловых аккумуляторов является потеря энергии в процессе аккумулирования.

Аккумуляторы, основанные на фотохимических и термохимических реакциях, позволяют достичь чрезвычайно высокой плотности аккумулирования и хранить энергию длительное время без потерь. Например, выпаривая с помощью солнечной энергии воду из раствора серной кислоты, повышают концентрацию последней, а затем получают эндотермическое тепло, выделяющееся при ее разбавлении. Цикл с использованием водорода состоит в получении гидритной формы, вещества при относительно низких температурах и давлении с последующим выделением водорода при нагревании вещества. Известен процесс расщепления серного ангидрида на сернистый ангидрид и кислород, протекающий с поглощением энергии. В дальнейшем

2.4. Основные параметры теплоаккутлупирующих матфиалов

Вещество

Температура плавления, °С

Теплота плавления, кДж/кг

Плотность, кг/м^

Органические соединения Кислота:

миристиновая58

маргариновая68

стеариновая70

Парафин высокоплавкий73

Цереэииовая фракция70...

Парафин-151,1

Дифенил70,5

80

203,6

216,6

181,8

212

165,1

141,2

121,5

862,2 857,8 847 781,4 870 778,6 1180

происходит рекомбинация исходного продукта с выделением эндотермического тепла. В настоящее время аккумуляторы с использованием водорода и серного ангидрида еще не нашли практического применения.

Для аккумуляторов с краткосуточным аккумулированием в качестве теплоносителя чаще всего используют воду или воздух.

Промышленностью освоена широкая номенклатура сосудов, которые могут быть использованы как водяные баки-аккумуляторы (металлические и железобетонные емкости и др.). Одновременно разрабатывается и специальное оборудование. Так, для применения в системах с теплоносителем этиленгликолем сконструированы баки-аккумуляторы с двумя змеевиками, баки-аккумуляторы, обеспечивающие температурную стратификацию воды.

В воздушных системах теплоснабжения в качестве аккумулирующего материала чаще всего применяют каменные засыпки, лучше гальку. Можно использовать также пустотные конструкции зданий (панели стен и перекрытий), прогоняя через них нагретый воздух.

Все большее внимание, особенно в северных широтах, уделяют сезонному аккумулированию солнечной энергии. Анализ технических решений в мировой практике показал, что наибольшее распространение имеют теплоемкостные сезонные аккумуляторы.

В крупных системах теплоснабжения используют стальные и железобетонные резервуары вместимостью до 50 ООО м^ в которых вода содержится при атмосферном давлении. Они удобны в эксплуатации,