Солнечные коллекторы и их эффективность

Сегодня существует множество способов получения тепла, среди которых выделяются солнечные коллекторы, преобразовывающие тепловую энергию из солнечной. Однако возникает вопрос, насколько эффективны эти устройства?

Скажем сразу, эффективность этих устройств не стопроцентная, поскольку неизбежны тепловые и оптические потери.

К тепловым потерям относится часть энергии солнца, которая преобразовалась в тепловую, но рассеялась в воздухе и не использовалась для нагрева теплоносителя. Зависит это от разницы температуры воздуха и коллектора, а также от коэффициента тепловых потерь, которые могут быть конвекционными, на излучение или на теплопроводность.

К тепловым потерям относится часть энергии солнца, которая преобразовалась в тепловую, но рассеялась в воздухе и не использовалась для нагрева теплоносителя. Зависит это от разницы температуры воздуха и коллектора, а также от коэффициента тепловых потерь, которые могут быть конвекционными, на излучение или на теплопроводность.

Оптические потери – это солнечная энергия, которая попала на коллектор, но не преобразовалась в тепловую. Выражается она оптическим КПД η₀, который определяется поглощающей способностью абсорбера (a), прозрачностью изолятора (t) и эффективностью поглощающей панели (Fr). Значение η₀, рассчитываемое по формуле η₀ = a·t·Fr, считается паспортным значением коллектора, а КПД достигает максимума при нулевой разнице температур, что означает нулевые тепловые потери.

Солнечные коллекторы конструируются так, чтобы поглощающая способность их увеличивалась, а тепловые потери уменьшались. Наибольшим оптическим КПД и в то же время наибольшими тепловыми потерями отличаются открытые коллекторы. Вакуумные коллекторы имеют наименьшие тепловые потери, но использование двух слоёв стекла и промежуточные теплопередачи существенно снижают оптический КПД.