Сонячний колектор: ефективність

Сонячний колектор – це складний теплообмінний апарат, який перетворює сонячну енергію в теплову. Сонячний колектор не може бути ефективним на 100 %, оскільки має втрати при перетворенні теплової енергії, а також оптичні втрати.

Теплові втрати – це частина сонячної енергії, яка була перетворена в сонячному колекторі на теплову енергію, але не була використана на нагрівання теплоносія, а розсіялася в навколишньому повітрі. Даний вид втрат залежить від різниці температури в колекторі та навколишньому повітрі та коефіцієнтів теплових втрат k₁ (лінійний коефіцієнт теплових втрат Вт/(м²·К)) та k₂ (коефіцієнт теплових втрат з урахуванням нелінійності Вт/(м²·К²)).

Втрати складаються із трьох режимів теплообміну:

• втрати на теплопровідність;
• конвекційні втрати;
• втрати випромінювання;

Оптичні втрати – це частина сонячної енергії, яка при попаданні на сонячний колектор не була перетворена на теплову енергію. Оптична ефективність сонячного колектора виражається оптичним коефіцієнтом корисної дії η₀ (безрозмірна величина). Оптичний ККД залежить від поглинальної здатності абсорбера, прозорості ізоляції (скла), та ефективності поглинаючої панелі (ефективність передачі теплової енергії від абсорбера до теплоносія), що виражаються в коефіцієнтах a, t, Fr відповідно.

Таким чином η₀ = (a·t·Fr). Ці коефіцієнти є довідковими і визначаються за допомогою стандартизованих випробувань на спеціальних стендах і відноситься до одиниці площі сонячного колектора. Значення η₀ ще називають ККД колектора за нульових теплових втрат.

Реальний ККД сонячного колектора

Загальну ефективність сонячного колектора визначають значенням ККД колектора:

η-коефіцієнт корисної дії колектора;
η₀-оптичний коефіцієнт корисної дії;
k₁ -коефіцієнт теплових втрат Вт/(м²·К);
k₂ -коефіцієнт теплових втрат Вт/(м²·К²);
∆Т- різниця температур між колектором та повітрям К;
Е – сумарна  інтенсивність сонячного випромінювання.

Максимальне значення ККД досягається за умови, що різниця температури ∆Т дорівнює нулю. У такому разі колектор не має теплових втрат. Однак такі ідеальні умови на практиці не зустрічаються. Значення η₀ є паспортним значенням будь-якого сонячного колектора і обов’язково має бути зазначено у документації до сонячного колектора.