Розробка та дослідження комбінованого сонячного колектору на основі алюмінієвих теплових труб для ефективного перетворення сонячної енергії в електричну та теплову

Створено принципово нове технічне рішення елементу сонячної енергетичної установки – комбінованого сонячного колектору, для одночасного перетворення сонячної енергії в теплову та електричну. В ході реалізації проекту розроблено, виготовлено та досліджено макетні зразки теплових труб для комбінованого сонячного колектору та макетний зразок комбінованого сонячного колектору, проведені теплотехнічні дослідження алюмінієвих теплових труб та теплових і електричних характеристик комбінованого сонячного колектору на їх основі, що підтвердили перспективність їх використання. Розроблені основи технології виготовлення алюмінієвих теплових труб для комбінованих сонячних колекторів, що включають процеси підготовки теплоносія і корпусу алюмінієвих теплових труб, а також заправки та герметизації. Визначені основні робочі характеристики алюмінієвих теплових труб з теплоносіями ацетон та пентан, що необхідні для їх проектування, такі як: значення коефіцієнтів теплообміну в зоні нагріву і конденсації, термічний опір, величини максимальних теплових потоків, що передаються. Розроблені теплові труби здатні забезпечувати функціонування комбінованих сонячних колекторів від 00С до 120 0С. При цьому температурний діапазон їх експлуатації дорівнює від – 40 0С до + 230 0С.
Встановлені робочі характеристики (теплова і електрична ефективності, темп розігріву води, вольт-амперна характеристика) діючого макету комбінованого сонячного колектору та їх залежності від зовнішніх умов (густини сонячного потоку, температури навколишнього середовища) та витрат теплоносія в системі. На основі теоретичного аналізу виявлено оптимальні режими експлуатації комбінованого сонячного колектору. Доказано, що комбінований сонячний колектор має більш ефективну роботу в порівнянні з роздільними тепловими сонячними колекторами та фотоелектричними батареями при низьких температурах на абсорбуючій поверхні (нижче 50 0С) і зазвичай при більш високих значеннях сонячного потоку (більше 600 Вт/м2). Аналіз розрахунків та експериментальних даних показав, що розроблений комбінований сонячний колектор дозволяє підвищити ефективність отримання електричної енергії до 23% за рахунок охолодження фотоелектричних перетворювачів, при цьому його максимальна електрична потужність становила 135 Вт/м2. Крім електроенергії, одночасно, можна отримати до 457 Вт тепла з 1 м2 теплопоглинальною поверхні, при температурі вихідного теплоносія 25 0С і густині сонячного потоку 900 Вт/м2.