Разработка и исследование комбинированного солнечного коллектора на основе алюминиевых тепловых труб для эффективного преобразования солнечной энергии в электрическую и тепловую

Создано принципиально новое техническое решение элемента солнечной энергетической установки - комбинированного солнечного коллектора, для одновременного преобразования солнечной энергии в тепловую и электрическую. В ходе реализации проекта разработаны, изготовлены и исследованы макетные образцы тепловых труб для комбинированного солнечного коллектора и макетный образец комбинированного солнечного коллектора, проведенные теплотехнические исследования алюминиевых тепловых труб и тепловых и электрических характеристик комбинированного солнечного коллектора на их основе, подтвердили перспективность их использования. Разработаны основы технологии изготовления алюминиевых тепловых труб для комбинированных солнечных коллекторов, включающих процессы подготовки теплоносителя и корпуса алюминиевых тепловых труб, а также заправки и герметизации. Определены основные рабочие характеристики алюминиевых тепловых труб с теплоносителями ацетон и пентан, которые необходимы для их проектирования, такие как: значения коэффициентов теплообмена в зоне нагрева и конденсации, термическое сопротивление, величины максимальных передаваемых тепловых потоков. Разработанные тепловые трубы способны обеспечивать функционирование комбинированных солнечных коллекторов от 00С до 120 0С. При этом температурный диапазон их эксплуатации равен от - 40 0С до + 230 0С.
Установлены рабочие характеристики (тепловая и электрическая эффективности, темп разогрева воды, вольт-амперная характеристика) действующего макета комбинированного солнечного коллектора и их зависимости от внешних условий (плотности солнечного потока, температуры окружающей среды) и расхода теплоносителя в системе. На основе теоретического анализа выявлено оптимальные режимы эксплуатации комбинированного солнечного коллектора. Доказано, что комбинированный солнечный коллектор имеет более эффективную работу по сравнению с раздельными тепловыми солнечными коллекторами и фотоэлектрическими батареями при низких температурах на абсорбирующей поверхности (ниже 50 0С) и обычно при более высоких значениях солнечного потока (более 600 Вт/м2). Анализ расчетов и экспериментальных данных показал, что разработанный комбинированный солнечный коллектор позволяет повысить эффективность получения электрической энергии до 23% за счет охлаждения фотоэлектрических преобразователей, при этом его максимальная электрическая мощность составляла 135 Вт/м2. Кроме электроэнергии, одновременно, можно получить до 457 Вт тепла с 1 м2 теплопоглощающей поверхности при температуре исходного теплоносителя 25 0С и плотности солнечного потока 900 Вт/м2.