Характеристики солнечного концентратора

На сегодняшний день наиболее популярны три способа получения тепловой энергии из солнечного излучения. Основным их отличием друг от друга является используемое в них оборудование. Так по названию оборудования солнечные системы разделяют на плоские коллекторы, коллекторы на вакуумных трубках и солнечные концентраторы. Далее поведём анализ работы оборудования по нескольким критериям (табл. 1).

№	Прибор Критерий	плоский коллектор	вакуумная трубка	солнечный концентратор
1	Работа при отрицательных t, ˚C	Не работоспособен	Хорошо работает	Хорошо работает
2	Работа в условиях облачности	Плохо работает	Хорошо работает	Не работоспособен
3	Стоимость	Относительно низкая	Относительно дорогая	Относительно дорогая
4	Работа с избытком тепла (кипение)	Требуется выхолаживание*	Требуется выхолаживание	Кипение технически исключено
5	Трудоёмкость монтажных работ	Относительно простой монтаж	Относительно простой монтаж	Относительно сложный монтаж
6	Ремонтопригодность	Ремонт не целесообразен	Ремонт не целесообразен	Ремонт выгоднее замены
7	КПД	Низкий КПД	Средний КПД (до 50%)	Средний КПД около 50%

* - утилизация избыточного тепла, например: подогрев воды в бассейне.

Пояснения к таблице 1

Критерий 1. Плоские коллекторы имеют потери тепла пропорциональные разнице температур окружающей среды и теплоносителя. По этой причине они практически не работоспособны при отрицательных температурах. Вакуумные трубки, благодаря вакууму, практически не имеют тепловых потерь, т.е. хорошо работают зимой. Солнечные концентраторы благодаря высокой концентрации солнечного излучения (100:1) и малой поверхности рассеивания тепла практически не имеют тепловых потерь и поэтому тоже хорошо работают зимой.

Критерий 2. В условиях сильной облачности солнечные лучи рассеиваются в атмосфере. Солнечные концентраторы не способны собрать рассеянное излучение, поэтом они не работоспособны. Плоские коллекторы нагреваются не намного выше температуры окружающего воздуха. Вакуумные трубки собирают рассеянные солнечные лучи.

Критерий 3. Если рассматривать приборы с сопоставимой площадью для приёма солнечного излучения, то стоимость устройства на вакуумных трубках и солнечного концентратора приблизительно ровны. А стоимость плоского коллектора примерно вдвое дешевле.

Критерий 4. Плоские коллекторы и вакуумные трубки жёстко закреплены на несущей конструкции. Поэтому при перегреве штатной системы необходимо предусматривать аварийное выхолаживание (сброс тепла, например в бассейн). В противном случае произойдет закипание теплоносителя и, как следствие, повреждение системы. В аналогичной ситуации солнечный концентратор прекращает принимать избыточную энергию от солнца. Физически это реализовано так: штатная система управления отворачивает панель зеркал от Солнца.

Критерий 5. Монтаж солнечных концентраторов предъявляет большие требования к месту установки, чем монтаж коллекторов и трубок. Этим объясняется скорее большая трудоёмкость монтажных работ, нежели сложность. В некоторых случаях, может возникнуть необходимость использования подъемных механизмов и устройство строительных лесов. При этом во всех случаях перечень работ является доступным и выполнимым для среднего технического персонала.

Критерий 6. Ремонтопригодность оборудования - важная характеристика, влияющая на стоимость жизненного цикла всей системы. Моноблочность конструкции плоских коллекторов делает целесообразным скорее дорогостоящую замену оборудования, чем его ремонт. Коллектор на вакуумных трубках также может потребовать дорогостоящий ремонт, так как трубка чувствительна к перегреву. И в случае сбоя системы управления, вероятность выхода из строя всего коллектора высока. Солнечные концентраторы это сложная сборочная конструкция. Ответственность за генерацию тепла распределена между несколькими узлами: зеркало, абсорбер, система слежения. В случае выхода из строя одного узла его целесообразно заменить, не разрушая всей установки.

Критерий 7. Высокий показатель КПД солнечных концентраторов стал возможен благодаря функции слежения и концентрации солнечного излучения. В других приборах панель приёма солнечного излучения закреплена жёстко, поэтому период приёма солнечного излучения заметно меньше. Также для плоских коллекторов свойственно рассеивание тепловой энергии в окружающее пространство.

Технические характеристики солнечного концентратора приведены в таблице

Площадь зеркал:	4,2 м²
Максимальная мощность поглощения солнечной энергии	2,1 кВт
Средняя мощность поглощения за сутки тепловой энергии в день весеннего/осеннего равноденствия на широте южных регионов России при отсутствии облачности	15 кВт*ч
Максимальная потребляемая мощность системой управления	2 Вт.
Средняя потребляемая мощность системой управления	< 1 Вт
Объем аккумулятора тепла	750 л
Нагрев воды аккумулятора тепла за день ясной погоды	35 ˚С
Максимально допустимая скорость ветра	30 м/с.
Естественное охлаждение воды в аккумуляторе тепла за сутки при пасмурной погоде (при начальной температуре 80 ˚С и температуре в помещении 20 ˚С)	5˚С/сут.
Вес системы примерно	200 кг.
Габаритные размеры м, (диаметр основания/ высота/вылет мишени за диаметр основания)	3.0/2.6/1.0