CC BY
49
диации, повысить энергетический кпд фотоэлектрического модуля, а также повысить кпд самих фотоэлементов за счет снижения температуры их эксплуатации.
Литература
1. Kharchenko V., Nikitin B., Sherban D., Simashkevich F., Bruk L., Usat I. Estimation of solar cell parameters in view of solar radiation spectral structure // Mold. Journ. Phys. Sciences, 2009, v.8, Nr.3-4, pp.387-391.
2. Никитин Б.А., Гусаров В.А. Анализ стандартного спектра наземного солнечного излучения интенсивностью 1000 Вт/м2 и оценка на его основе ожидаемых характеристик кремниевых фотоэлектрических преобразователей // Автономная энергетика: технический прогресс и экономика, М.: НПП «Квант», №24-25, 2008-2009 гг., с. 50-60.
3. Bird R.E., Hulstrom R.L., Lewis L.J. Terrestrial Solar Spectral, Data Sets // Solar Energy, vol. 30, 6, 1983, p. 563-573.
ИНДИКАТОР ВАКУУМА ДЛЯ ПРОЗРАЧНОЙ ИЗОЛЯЦИИ СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ
Канд. техн. наук И.В. Митина, канд. техн. наук С.Н. Трушевский
(ГНУ ВИЭСХ), д-р хим. наук М.Б. Алехина, д-р техн. наук С.А. Ануров (Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, г. Москва)
Основной задачей в проектировании солнечных коллекторов (СК) является выбор прозрачной изоляции, т.к. именно через нее происходит большая часть (до 90 %) тепловых потерь.
Как правило, для изоляции СК применяют одинарное остекление, на которое может наноситься низкоэмиссионное покрытие, уменьшающее теплопотери за счет теплового излучения: селективные покрытия обладают невысокой излучательной способностью в инфракрасном диапазоне длин волн. Сопротивления теплопередаче одинарного остекления без селективного покрытия и с селективным покрытием в составе СК составляют соответственно 0,13 и 0,24 м2К/Вт (при рабочих условиях: температура приемника солнечного излучения ґпр = 100оС; температура окружающей среды ґос = -20оС; коэффициент теплоотдачи конвекцией от стекла в окружающую
среду Н = 20 Вт/(м2К)).
конв
Уменьшить теплопотери СК можно за счет применения в качестве прозрачной изоляции вакуумированных стеклопакетов (ВСП). ВСП представляет собой 2 стекла толщиной 2,5...4 мм с зазором 0,2 мм, которые герметично соединены по периметру. Зазор между стеклами вакуумирован и поддерживается при помощи стеклокерамических фиксаторов. По данным производителей ВСП давление разреженного газа в зазоре составляет 2-10"3...5-10"5 мм рт. ст. [1, 2]. Расчеты показывают, что при вакууме 10-3 мм рт. ст. сопротивление теплопередаче ВСП с низкоэмисион-ным покрытием в составе СК составляет 0,77 м2К/Вт [3, 4].
Однако по данным экспериментальных исследований [4, 5] вакуум в зазоре ВСП ниже заявляемого производителями и составляет 10"2...5-10"3 мм рт. ст. Сопротивление теплопередаче ВСП в составе СК при таком вакууме достигает 0,43.0,5 м2К/Вт (рабочие условия СК указаны выше).
Вакуум внутри ВСП является неконтролируемой средой, и у потребителя нет возможности произвести измерение давления разреженного газа в зазоре или оценить степень вакуума визуально в процессе эксплуатации ВСП в качестве оконного ограждения, теплоизоляции теплицы или солнечного коллектора.
Предлагается поместить внутрь ВСП вещество-индикатор, меняющий цвет при повышении давления разреженного газа. Это вещество должно удовлетворять следующим требованиям (условия соответствуют режиму изготовления ВСП [2]): изменять цвет при изменении давления рабочей среды (разреженного воздуха) от 10-3 мм рт. ст. до 10-1 мм рт. ст.; «выдерживать» нагрев до 450оС со скоростью 5оС/мин. и выдержку при этой температуре в течение 30 мин при атмосферном давлении; не разрушаться при последующей откачке воздуха от атмосферного давления до вакуума 5-10"5 мм рт. ст., начиная с 370оС до комнатной температуры со скоростью охлаждения 5оС/мин.; не реагировать при контакте с оконным стеклом при указанных выше условиях.
В качестве вещества-индикатора предлагается использовать синтетические цеолиты типа А, модифицированные путем введения в структуру элементов, способных образовывать с водой окрашенные гидраты. Цвет последних меняется в зависимости от содержания молекул воды в них. В качестве модификаторов могут быть использованы соли серебра или ванадий. Например, при обмене ионов Ка на Ag получается цеолит AgА с химической формулой Ag2O•Al2O3•SiO2.
Цеолит AgА может служить в качестве индикатора малых количеств (40 - 70 частей на миллион) паров воды. Он является термостойким до температуры 450оС, поэтому может применяться в вакуумном зазоре ВСП.
Цеолит AgA при повышении давления паров воды от 3-10-2 до 5-10-2 мм рт. ст. меняет цвет с яркого желто-красного на светложелтый, а в интервале давлений от 0,8-10-1 до 10-1 мм рт. ст. из желтого через розовый переходит в серо-белый [6].
Вещество-индикатор может быть нанесено на одну из внутренних поверхностей стекол в виде частиц, имеющих размер меньше, чем расстояние между стеклами (0,05 - 0,1 мм). Индикатор должен иметь небольшой линейный размер (10 - 30 мм), чтобы не мешать обзору через прозрачный вакуумированный стеклопакет, и при этом быть заметным невооруженным глазом. Он может быть помещен в любом месте на одной из внутренних поверхностей стекол [7].
Данный способ оценки давления разреженного газа позволит потребителю определять наличие и степень вакуума в ВСП при его эксплуатации, и при деградации вакуума заменять ВСП на новый.
Литература
1. Патент ЯИ 2165510 С1 МКИ3 Е 06 В 3/66. Стеклоблок для окон / Ив-люшкин А.Н., Карпов В.Ю., Самородов В.Г.
2. Патент ЯИ 2183718 С1 МКИ3 Е 06 В 3/66. Способ изготовления вакуумного стеклопакета/ Ивлюшкин А.Н., Самородов В.Г.
3. Митина И.В., Стребков Д.С., Трушевский С.Н. Оптимизация параметров вакуумированных стеклопакетов для их применения в солнечных коллекторах // Альтернативная энергетика и экология, 2008, № 8. С. 61 - 66.
4. Митина И.В. Повышение эффективности солнечных коллекторов с вакуумированными стеклопакетами. Дисс. ... канд. техн. наук. М., 2009. - 148 с.
5. Митина И.В., Стребков Д.С., Трушевский С.Н. Расчетноэкспериментальная методика определения тепловых характеристик солнечных коллекторов с вакуумированными стеклопакетами // Альтернативная энергетика и экология, 2008, № 11. С. 59 - 62.
6. Ралек М., Иру П., Грубнер О., Бейер Г. Синтетические цеолиты - молекулярные сита с цветной индикацией давления паров воды // Синтетические цеолиты. Получение, исследование и применение. М.: Изд-во Академии наук СССР, 1962.
7. Митина И.В., Стребков Д.С., Трушевский С.Н., Алехина М.Б., Ануров С.А. Вакуумированный стеклопакет с индикатором. Решение о выдаче патента № 2008151043/03(067041).
