4.3.1 Спектральные оптические характеристики поликарбоната

Основными функциями прозрачного ограждения солнечного коллектора являются:

– эффективное пропускание внутрь коллектора солнечного излучения, которое поглощается тепловоспринимающей панелью, преобразующей его в тепло, идущее на нагрев прокачиваемого через панель теплоносителя;

– снижение фронтальных радиационных и конвективных тепловых потерь в окружающую среду от нагретой тепловоспринимающей панели.

Наиболее подходящим полимерным материалом, отвечающим перечисленным выше требованиям к прозрачной теплоизоляции солнечных коллекторов, является поликарбонат.

В этой связи одной из важных задач стало экспериментальное изучение спектральных оптических свойств поликарбоната в диапазоне длин волн от 0,2 до 25 мкм. Этот диапазон практически полностью перекрывает спектр солнечного излучения и спектр теплового излучения тел, нагретых до температуры 50…100 ^оС, характерной для солнечных водонагревательных установок.

Результаты известных исследований спектральных свойств стекла и проведенных авторами измерений спектральных характеристик поликарбоната при нормальном к поверхности падении излучения в наиболее важном диапазоне длин волн 0,2 …2,5 мкм суммированы на рис. 4.3.1.1.

Практически вся энергия потока солнечного излучения (более 95%) сосредоточена в диапазоне длин волн 0,2…1,4 мкм. Стекло имеет высокую почти постоянную пропускательную способность на уровне 0,91 практически во всем солнечном спектре, начиная с 0,3 мкм. При длинах волн более 2,8 мкм прозрачность стекла резко снижается, и его спектральный коэффициент пропускания в диапазоне длин волн 2,8…25 мкм оказывается близок к нулю.

Рис. 4.3.1.1.Спектральная пропускательная способность стекла,монолитного и сотового поликарбоната: 1 – сотовый поликарбонат Polygal® толщиной 4 мм, 2 –монолитный листовой поликарбонат толщиной 2 мм, 3 – стекло толщиной 3,2 мм. 4 – относительная спектральная плотность солнечного излучения

Исследованные образцы поликарбоната так же, как и стекло, имеют в солнечном спектре достаточно высокие показатели прозрачности. Спектральные коэффициенты пропускания для монолитного поликарбоната достигают 0,9, для сотового поликарбоната – 0,85. Вместе с тем, пропускание света поликарбонатными образцами имеет следующие существенные особенности:

а) в отличие от стекла пороговая длина волны, начиная с которой имеет место высокое пропускание, составляет около 0,4 мкм (у стекла 0,3 мкм), что объясняется использованием специального защитного покрытия, не пропускающего внутрь материала разрушающее его ультрафиолетовое излучение;

б) поликарбонат характеризуется линейчатой спектральной характеристикой, что обусловлено его сложным химическим составом;

в) как и у стекла, на длинных волнах спектральная пропускательная способность поликарбоната резко снижается: поликарбонат, как и стекло, становится практически непрозрачным для теплового излучения, обеспечивая необходимый для эффективного преобразования солнечного излучения в тепло «парниковый» эффект.

Обработка спектральных характеристик стекла и исследованных образцов поликарбоната позволяет определить их интегральные показатели прозрачности в солнечном спектре. Для стекла интегральный коэффициент пропускания солнечного света составляет 90%, для монолитного листового поликарбоната толщиной 2 мм – около 82%, для сотового поликарбоната толщиной 4 мм –около 78%. ⁴³