Оптические потери солнечного коллектора

Когда солнечные лучи падают на плоскость солнечного коллектора перпендикулярно, оптические потери солнечного коллектора будут минимальными. Поскольку в этот момент отражение от прозрачной изоляции (обычно используется стекло) имеет минимальное значение.

Перпендикулярное направление солнечного излучение на поверхность плоского солнечного коллектора

Однако на практике, в течение светового дня, такое падение лучей происходит в непродолжительный период.  Световые лучи попадают под различными углами на солнечный коллектор в зависимости от времени суток и времени года. При этом отражается больше света, чем при перпендикулярном направлении лучей. Поскольку свет проходит  через стекло коллектора под углом с большей траекторией, то и часть света поглощенного стеклом, тоже увеличивается.

Падение солнечного излучение под наклоном на поверхность плоского солнечного коллектора

Оптические потери солнечного коллектора при наклонном солнечном излучении

В расчетах оптической эффективности солнечного коллектора необходимо учитывать все вышеуказанные параметры. Для этого был введен специальный угловой коэффициент известный под  аббревиатурой IAM (Incidence Angle Modifier). Определение этого коэффициента является стандартной процедурой при испытании для сертификации солнечного коллектора. Угловой коэффициент равен отношению величины солнечного излучения попадающего на коллектор под углом к величине солнечного излучения проходящего на абсорбер перпендикулярно. Введение данного коэффициента было обусловлено различной геометрией солнечных коллекторов, поскольку все расчеты проводятся к единице площади плоской поверхности.

Для плоского солнечного коллектора угловой коэффициент IAM равен единице, если солнечные лучи попадают на коллектор под прямым углом и снижается  при увеличении угла падения солнечного света как показано на графике. В расчетах учитывается как продольное (IAML), так и поперечное (IAMT) падение солнечных лучей.

Пример графика углового коэффициента IAM для плоского солнечного коллектора

При попадании солнечного излучения на трубчатый солнечный коллектор отражается значительно больше света, чем у плоского коллектора, поскольку лишь небольшая часть лучей попадает на трубку перпендикулярно, а большинство лучей отражаются. Это объясняет, почему трубчатые коллекторы имеют большие оптические потери, чем плоский солнечный коллектор.

Схема попадания и отражения солнечных лучей на вакуумный трубчатый солнечный коллектор

Однако угловой коэффициент у трубчатых вакуумных коллекторов для поперечного солнечного излучения может быть больше единицы. Это происходит из-за того, что при увеличении угла падения солнечных лучей уменьшается количество света попадающего в зазоры между трубками.

Перпендикулярное направление солнечного излучение на поверхность вакуумного трубчатого коллектора

Падение солнечного излучение под наклоном на поверхность трубчатого солнечного коллектора

Как правило, более дорогие коллекторы имеют большое расстояние между трубками для предотвращения затенения трубок друг другом при больших углах падения поперечных солнечных лучей.  Тем самым увеличивается и значение IAM коэффициента.

Пример графика углового коэффициента IAM для трубчатого вакуумного солнечного коллектора

Влияние углового коэффициента на оптический КПД солнечного коллектора

Угловой коэффициент IAM всегда учитывается при исследованиях оптических свойств солнечных коллекторов. с помощью этого коэффициента корректируют данные по количеству солнечной энергии проходящей через прозрачную изоляцию. Обычно его указывают при угле падения 50 градусов от перпендикуляра, поскольку в этом диапазоне поступает практически все солнечное излучение за световой день на плоскость коллектора. По сути, IAM коэффициент показывает на сколько хорошо тот или иной коллектор способен поглощать наклонное солнечное излучение.

Чтобы улучшить оптические характеристики солнечных коллекторов применяют различные методы модернизации. Для уменьшения отражения используют специальные антибликовые покрытия. А для уменьшения поглощения тепла используется стекло с минимальным количеством окислов железа.  Как правило, оптические потери на преодоление прозрачной изоляции солнечного коллектора лежат в пределах 8-5%. Большинство производителей указывают количество полезной энергии попадающей на абсорбер коллектора в технических характеристиках как «поглощающая способность» и это значение обычно равно 92-95%. Не стоит путать это значение с оптическим КПД солнечного коллектора, т.к. этот параметр лишь частично характеризует оптические потери коллектора и показывает на сколько хорошо пропускает солнечные лучи стекло.

Оптический КПД солнечного коллектора характеризует все этапы преобразования солнечной энергии поступающей на поверхность солнечного коллектора в тепловую энергию, передаваемую теплоносителю гелиосистемы.