Солнечный коллектор

Солнечный коллектор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано, в частности, в устройствах, преобразующих электромагнитное излучение Солнца в тепловую энергию для нагрева теплоносителя.

Известны солнечные коллекторы, содержащие корпус в виде рамной конструкции, в верхней части которого установлено светопрозрачное ограждение в виде плоского стекла. За стеклом установлена плоская теплоприемная панель с оптическим покрытием, преобразующим солнечное излучение в тепло (см., например, Sanit + Hezungstechnik, v.62, pp.46, 48,80).

Недостатком известных солнечных коллекторов является низкая эффективность их работы в вечерние и утренние часы, когда теплоприемная панель частично затеняется непрозрачным каркасом боковых стенок рамной конструкции, а коэффициент отражения плоского стекла в утренние и вечерние часы при больших углах падения излучения значительно увеличивается в соответствии с формулой Френеля, что приводит к снижению эффективности работы коллектора в утренние и вечерние часы.

Известен солнечный коллектор, содержащий замкнутую оболочку из прозрачного однослойного или многослойного материала шириной L, состоящую из центральной цилиндрической поверхности радиуса R, сопряженных с ней на ее крайних кромках двух боковых цилиндрических поверхностей радиусом r и плоскости, касательной к двум боковым цилиндрическим поверхностям. На торцах оболочки установлены две крышки, образующие с оболочкой замкнутую полость, в которую установлена плоская теплоприемная панель шириной Н и толщиной t с селективным поглощающим покрытием на ее внешней поверхности и с каналами для протекания жидкого теплоносителя, причем по всей длине панели на ее краях с каждой стороны установлены отогнутые к задней поверхности панели дополнительные теплоприемные элементы с селективным поглощающим покрытием, предназначенные для более эффективного поглощения солнечной энергии в утренние и вечерние часы, причем геометрические размеры оболочки и теплоприемной панели связаны следующими соотношениями: 5Н≥R≥3Н; 1,5t≥r≥(√2/2)t; 1,1H≥L≥1,05H (см., например, Солнечный коллектор, патент РФ №2224188 C1, 20.02.2004 г.).

Основным недостатком известного солнечного коллектора является то, что дополнительные теплоприемные элементы в течение всего светового дня больше сбрасывают тепла, чем передают теплоносителю, так как в ранние утренние часы вся неосвещенная солнцем часть панели холодная и нет ни термосифонного, ни принудительного движения теплоносителя, так как при холодной панели циркуляционный насос не включается. При работе коллектора в середине светового дня тепловой поток на дополнительные элементы от солнца меньше, чем на основную поверхность теплоприемной панели, а потери теплопередачей через боковые цилиндрические поверхности больше в π/2 раз.

Другим недостатком известного солнечного коллектора является низкий коэффициент светопропускания прозрачного материала солнечного коллектора, что приводит к снижению эффективности работы коллектора.

Другим недостатком известного солнечного коллектора является ухудшение пропускания светопрозрачного материала коллектора за счет осаждения пыли и других загрязнений на его внешнюю поверхность, что приводит к уменьшению эффективности работы коллектора с течением времени его эксплуатации.

Задачами настоящего изобретения является создание конструкции солнечного коллектора, обладающего повышенной эффективностью, в том числе в утренние и вечерние часы, а также увеличение эффективности солнечного коллектора путем увеличения светопропускания прозрачного материала оболочки солнечного коллектора и путем уменьшения загрязнения внешней поверхности коллектора при его эксплуатации.

Указанные задачи решаются тем, что в солнечном коллекторе, содержащем замкнутую оболочку из прозрачного однослойного или многослойного материала шириной L (м), состоящую из центральной цилиндрической поверхности радиусом R (м), сопряженных с ней на ее крайних кромках двух боковых цилиндрических поверхностей радиусом r (м) и плоскости касательной к двум боковым цилиндрическим поверхностям, две торцевые крышки, установленные на торцах оболочки, и размещенную в оболочке плоскую теплоприемную панель шириной H (м) и толщиной t (м) с селективным поглощающим покрытием и с каналами для протекания жидкого теплоносителя, причем геометрические размеры оболочки и теплоприемной панели связаны следующими соотношениями: 5H≥R≥3H; 1,5t≥r≥(√2/2)t; 1,1H≥L≥1,05H, согласно изобретению плоская теплоприемная панель установлена в плоскости, проходящей через две оси боковых цилиндрических поверхностей оболочки коллектора, а в области, примыкающей к боковой цилиндрической поверхности оболочки и ниже продольной кромки плоской теплоприемной панели, установлена по всей ее длине дополнительная теплоизоляция.

На каждую поверхность однослойного или многослойного материала оболочки солнечного коллектора может быть нанесено однослойное просветляющее покрытие в виде пленки SiO₂ толщиной от 0,15 до 0,30 мкм. При толщине пленки меньше 0,15 мкм просветление достигается в основном в ультрафиолетовой области. При толщине пленки более 0,30 мкм просветление достигается в основном в ближней инфракрасной области.

Для нанесения просветляющего покрытия на все поверхности может быть использована золь-гель технология получения тонких пленок (см., например, Суйковская Н.В. Химические методы получения тонких прозрачных пленок. Л., Химия, 1971, стр.116). Применение просветляющего покрытия указанного типа позволяет увеличить пропускание однослойного прозрачного материала от 90% до 95%, а двухслойного сотового материала от 81% до 89%, что приводит к соответствующему увеличению эффективности работы коллектора на 5%-8%.

На внешнюю наружную поверхность оболочки солнечного коллектора может быть нанесено распылением на воздухе самоотверждающееся кремнийорганическое гидрофобное покрытие толщиной от 0,02 до 0,05 мкм. При толщине менее 0,02 мкм уменьшается эффективность работы покрытия. При толщине более 0,05 мкм может снизиться эффект просветления лежащего ниже просветляющего покрытия из SiO₂. Гидрофобное покрытие обеспечивает снижение загрязнения поверхности в режиме эксплуатации и эффективную очистку поверхности во время дождя.

На фиг.1 приведено нормальное сечение предлагаемой конструкции солнечного коллектора, на фиг.2 приведено схематическое изображение оболочки из однослойного и двухслойного прозрачного материала, на фиг.3 приведено схематическое изображение оболочки коллектора с нанесенным на ее поверхность просветляющим покрытием и гидрофобным покрытием.

Теплоприемная панель 2 установлена в плоскости, проходящей через оси О боковых цилиндрических поверхностей 5 параллельно основанию корпуса 6. Дополнительная изоляция 1 установлена между продольной кромкой 3 теплоприемной панели 2 и внутренней боковой цилиндрической поверхностью 5.

Солнечные лучи в утренние, дневные и вечерние часы свободно проходят через оболочку 4 и обеспечивают равномерное освещение плоской поверхности теплоприемной панели 2 во всех случаях. Уменьшение тепловых потерь достигнуто за счет установки дополнительной теплоизоляции 1. Предложенная конструкция повышает эффективность работы коллектора, в том числе в утренние и вечерние часы.

На поверхность однослойного или двухслойного прозрачного материала оболочки 4 может быть нанесено однослойное просветляющее покрытие 7 из слоя SiO₂ толщиной 0,15-0,30 мкм (фиг.2).

На поверхность оболочки 4 солнечного коллектора может быть нанесено просветляющее покрытие 7 и гидрофобное покрытие 8.

Применение предлагаемого технического решения позволит увеличить эффективность работы солнечного коллектора на 10-15%, увеличить его стойкость к атмосферным воздействиям.

1. Солнечный коллектор, содержащий замкнутую оболочку из прозрачного однослойного или многослойного материала шириной L, состоящую из центральной цилиндрической поверхности радиусом R, сопряженных с ней на ее крайних кромках двух боковых цилиндрических поверхностей радиусом r и плоскости, касательной к двум боковым цилиндрическим поверхностям, две торцевые крышки, установленные на торцах оболочки, и размещенную в оболочке плоскую теплоприемную панель шириной Н и толщиной t с селективным поглощающим покрытием и с каналами для протекания жидкого теплоносителя, причем геометрические размеры оболочки и теплоприемной панели связаны следующими соотношениями: 5H≥R≥3H; 1,5t≥r≥(√2/2)t; 1,1H≥L≥1,05H, отличающийся тем, что плоская теплоприемная панель установлена в плоскости, проходящей через две оси боковых цилиндрических поверхностей оболочки коллектора, а в области, примыкающей к боковой цилиндрической поверхности оболочки и ниже продольной кромки плоской теплоприемной панели, установлена по всей ее длине дополнительная теплоизоляция.

2. Солнечный коллектор по п.1, отличающийся тем, что оболочка солнечного коллектора на внешних или на каждой ее поверхности имеет однослойное просветляющее покрытие в виде пленки SiO₂ толщиной от 0,15 до 0,3 мкм.

3. Солнечный коллектор по п.2, отличающийся тем, что на внешнюю наружную поверхность оболочки нанесено дополнительно гидрофобное покрытие толщиной от 0,02 до 0,05 мкм из самоотверждающегося на воздухе кремнийорганического материала.