1.2 Определение параметров плоского солнечного коллектора

Принято различать мгновенные и долгосрочные характеристики коллектора. Для изучения работы коллектора при переменных условиях необходимо определить зависимость его мгновенных характеристик от метеорологических и режимных факторов. Полезная энергия, отводимая из коллектора в данный момент времени, – это разность количества солнечной энергии, поглощенной пластиной коллектора, и количества энергии, теряемой в окружающую среду.

Чтобы предотвратить замерзание жидкости в коллекторе, применяют схему ССТ с промежуточным теплообменником, разделяющим коллектор и бак-аккумулятор (рис. 1.2). При этом в контуре коллектора используют антифриз, а в контуре аккумулятора – воду. Хотя этот теплообменник и не является частью коллектора, целесообразно ввести понятие эффективного коэффициента отвода тепла F_R, подстановка которого в уравнение вместо F_R позволяет рассчитать характеристики коллектора с учетом влияния теплообменника.

Отношение F_R / F_R называют поправочным коэффициентом, учитывающим влияние теплообменника. Этот коэффициент, значения которого лежат в пределах от 0 до 1 характеризует уменьшение полезной энергии коллектора вследствие применения двухконтурной схемы отвода тепла с промежуточным теплообменником.

Для расчета поправочного коэффициента используют следующее выражение

где  – Эффективность промежуточного теплообменника;

С_р – Теплоемкость антифриза С_р=927 кг/м³;

– расход антифриза через коллектор, кг/с.

F_R - коэффициент отвода тепла из коллектора;

 - пропускательная способность прозрачных покрытий по отношению к солнечному излучению;

 - поглощательная способность пластины коллектора по отношению к солнечному излучению;

U_L - полный коэффициент тепловых потерь коллектора, Вт/ (м^2.К);

1.3 Влияние ориентации коллектора на характеристики сст

При проектировании ССТ важно знать его долгосрочные характеристики. Большое влияние на эти характеристики оказывает ориентация коллектора (рис. 1.4), которая воздействует на них двояким образом.

С одной стороны, при изменении ориентации коллектора существенно изменяется количество солнечной радиации, падающей на его поверхность.

С другой - ориентация коллектора определяет пропускательную способность прозрачных покрытий и поглощательную способность пластины коллектора, поскольку обе эти величины зависят от угла падения солнечных лучей.

Рис. 1.4 - Углы, характеризующие положение точки на земной поверхности (а) и наклонной поверхности коллектора (б) относительно солнечных лучей:

 - часовой угол;

 - склонение солнца;

i - угол падения солнечных лучей на наклонную поверхность солнечного коллектора;

 - угол высоты Солнца;

a_с - азимут Солнца;

a_н - азимут наклонной поверхности.

1.3.1 Расчет прихода солнечной радиации на наклонную поверхность

Средние месячные значения дневных приходов солнечной радиации на горизонтальную поверхность известны для многих географических пунктов (Прил. 1), тогда как для наклонной поверхности таких данных нет.

Среднемесячный дневной приход суммарной солнечной радиации на наклонную поверхность определяется следующим образом

,

где - среднемесячный дневной приход суммарной радиации на горизонтальную поверхность, кДж/ (м² сут);

- отношение среднемесячных дневных приходов суммарной радиации на наклонную и горизонтальную поверхности.

Чтобы определить , нужно знать составляющие потока солнечной радиации:

• прямую;

• диффузную;

• отраженную.

Прямое излучение вызывает отбрасывание тени освещаемым солнцем предметом. Диффузное - отражается и рассеивается облаками и пылью, прежде чем достигает поверхности земли, и, в отличие от прямого излучения, не приводит к образованию теней. Третья составляющая – это излучение, отраженное от земли на поверхность коллектора.

Просуммировав эти составляющие, величину можно представить в виде

,

где - среднемесячный дневной приход диффузной радиации на горизонтальную поверхность, кДж/(м² сут);

- отношение среднемесячных приходов прямой радиации на наклонную и горизонтальную поверхности;

 - угол наклона коллектора к горизонту (рис. 1.4);

 - отражательная способность земли, которая изменяется от 0,2 (летом) до 0,7 (зимой при наличии снежного покрова).

Исследования показали, что доля диффузной составляющей в суммарной радиации зависит от показателя облачности (коэффициента ясности атмосферы)

Зависимость доли диффузной радиации от показателя облачности может быть выражена формулой:

Для поверхностей, ориентированных на юг, величина может быть определена согласно уравнению. Эти же значения с допустимой погрешностью можно использовать и для поверхностей, азимут которых по абсолютному значению не превышает 15.

где ω - часовой угол захода солнца на горизонтальной поверхности, равный

ω' – часовой угол захода солнца на наклонной поверхности:

- склонение солнца; в приближенных расчетах можно воспользоваться величинами для среднего дня каждого из 12 месяцев [прилож. 2]