ГЛАВА 2
СЕЛЕКТИВНЫЕ ПОВЕРХНОСТИ В ТЕПЛОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯХ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ
Обычно качество селективных теплоприемников оценивается по величине отношения а/ε, однако для солнечных коллекторов это отношение не является показательным. Если теплоприемник должен отдавать энергию, то его поверхность не находится в условиях радиационного равновесия и ее качество нельзя оценить по величине отношения α/ε. В настоящей главе рассматривается эффективность солнечного коллектора с селективной теплоприемной поверхностью и селективной прозрачной изоляцией. Приводится обзор методов испытаний селективных поверхностей в рабочих условиях, а также опубликованных в литературе важнейших результатов их испытаний.
2.1. Эффективность прозрачной изоляции тепловых преобразователей солнечной энергии
Если теплоприемник используется для выработки энергии, как, например, в плоском коллекторе, то его поверхность не находится в условиях радиационного равновесия и отношение α/ε не является критерием для оценки ее качества. Формула для определения эффективности солнечного коллектора с селективной теплоприемной поверхностью и селективной прозрачной изоляцией выведена в работе [ 5]. Рассчитана эффективность селективной прозрачной теплоотражающей изоляции в сочетании с черным теплоприемником и теплоприемником с покрытием А12O8 - Мо - А12О8 -Мо, обладающим высокой степенью селективности. В качестве прозрачного теплоотражающего покрытия были использованы легированные оловом пленки In2О8, полученные на пластине из стекла "пирекс" методом высокочастотного распыления.
Обозначим количество энергии падающего солнечного излучения через Q0, долю энергии, поглощенную теплоприемником, через Qa, количество энергии, теряемое теплоприемником путем излучения, через Qr, а долю этой энергии, отраженную селективной прозрачной изоляцией и снова поглощенную теплоприемником, через Qe (рис. 2.1.1).
Рис. 2.1.1. Принципиальная схема солнечного коллектора [б].
1 - прозрачная селективная изоляция; 2 — теплоприемник.
Рис. 2.1.2. Принципиальная схема солнечного коллектора с прозрачной селективной изоляцией 1 и нечерным теплоприемником 2. [б].
Функция распределения энергии излучения черного тела при температуре Тв. При интегрировании по полусферическому телесному углу вводятся обозначения
fdw, (2.1.7)
dw=sinθdQdφ. (2.1.8)
Если спектральная отражательная способность не зависит от угла падения излучения, то
Qr -Qe =fWB(TB, λ)[l-r'0(λ)]dλ, (2.1.9)
где r'0(λ) - спектральная отражательная способность относительно излучения, падающего по нормали к поверхности. Тогда выражение для η можно записать следующим образом:
со
кft'0(λ)A(λ)dλ- fWB (Тв, λ)[1 - r'0(λ)]dλ.
Следовательно, если известны спектральные отражательная и пропускательная способности селективной прозрачной изоляции относительно излучения, падающего по нормали к поверхности, то можно рассчитать значение η.
Если поверхность теплоприемника не является черной, то между ней и прозрачной селективной изоляцией происходят многократные отражения (рис. 2.1.2).
Применительно к теплоприемнику, поверхность которого не является ни чисто диффузно, ни чисто зеркально отражающей, в работе [5] приводятся следующие выражения для (Qa, Qr и Qe: 
Рис. 2.1.3. Сравнение эффективности коллекторов с прозрачным теплоотражающим покрытием на внутренней поверхности пластины из стекла "пирекс" и с такой же пластиной без покрытия [5]— черный теплоприемник,
теплоприемник с высокой степенью селективности, обусловленной многослойным покрытием АМАМ.
Приведенные выше выражения, определяющие эффективность солнечных коллекторов с прозрачной изоляцией и теплоприемной поверхностью, были использованы [5] для расчета эффективности коллекторных систем. В качестве прозрачной изоляции применялась пластина из стекла "пирекс" с нанесенной на нее пленкой In2О3 толщиной 3100 A, легированной оловом. Оптические свойства пленок In2О3, легированных оловом, хорошо объясняются в рамках модели Друде, за исключением области длин волн, меньших 0, 4 мкм, где расположена основная полоса поглощения. Эффективность рассчитывалась в функции от ТB и К с использованием уравнения (2.1.10). Если тепло- приемник имеет черную поглощающую поверхность, то коллектор без прозрачного теплоотражающего покрытия оказывается более эффективным, пока ТB ниже некоторой температуры, зависящей от К. Если Тв=600К, коллектор с прозрачным теплоотражающим покрытием имеет более высокую эффективность при К < 86, когда энергия активации Ес = 0,00 эВ, и при К<40, когда Ес = 0,10 эВ (Ес = h/т, где т - время релаксации).
Для поглощающей поверхности, обладающей высокой степенью селективности, например многослойного поглощающего покрытия А12О3 — Mo -А12O8-Мо (АМАМ), условия эффективного применения прозрачного теплоотражающего покрытия ограничены, как это следует из рис. 2.1.3, высокими значениями Тв и низкими значениями К. В этих расчетах [ 5] использовался рекомендованный CIE [75] наземный спектр АМ1.
