Плоский сонячний колектор

Изобретение относится к области гелиотехники, более конкретно - к устройствам для поглощения солнечной энергии. Известны плоские солнечные коллекторы, включающие в себя поглощающую панель, состоящую из каналов с теплоносителем и листовой части, тепловую изоляцию и корпус (Солнечный коллектор Братского завода отопительного оборудования, рис.2,5(а), с.31. - В кн.: Системы солнечного тепло- и хладоснабжения / Под ред. Э.В. Сариацкого, С.В. Чистовича. - М.: С тройиздат, 1990. - 328с.), в которых солнечная радиация воспринимается черной поглощающей поверхностью панели одинаково. Недостатком указанной модели солнечного коллектора является то, что при работе с температурами 60 100°C при диффузной солнечной радиации коллектор не может обеспечить требуемый температурный уровень. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому техническому решению является солнечный коллектор, содержащий две полимерные пластины, выполненные из полиметилметакрилата и активированные люминесцентным красителем желтого свечения (Сахно Т.В., Барашков Н.Н. и др. Органические материалы для люминесцентных солнечных концентраторов. Обзор, инф. - М.: НИИТЭХИ М, 1992. - Рис.16, с.66). Солнечное излучение падает на полимерную пластину, активированную люминесцентным красителем. При этом свет частично поглощается молекулами красителя и переизлучается ими. Люминесцентное излучение направляется на поверхность поглотителя с каналами для циркуляции теплоносителя. Недостатки конструкции обусловлены наличием теплопотерь излучением с поверхности поглотителя. Повышенная за счет концентрации солнечного света равновесная температура поверхности поглотителя не приводит к повышению теплопроизводительности солнечного коллектора, а следовательно, и КПД конструкции. Кроме того, описываемая конструкция имеет малый оптический КПД. Это обусловлено потерями за счет непоглощенного солнечного излучения, отражения и т.д., а также отсутствия оптического контакта между поглотителем и полимерными пластинами. В основу изобретения поставлены задачи усовершенствования плоского солнечного коллектора, в котором повышение КПД обеспечивается тем, что листовая часть лицевой поверхности поглощающей панели снабжена концентрирующими устройствами, представляющими собой полимерные пластины, активированные люминесцентным красителем с полосой поглощения 0,3 - 3мкм, расположенным на листовой части между каналами для циркуляции теплоносителя (причем толщина пластин не превышает высоту канала над листовой частью), а также прозрачные призматические световоды, установленные в зазорах между стенками каналов и излучающими торцами полимерных пластин. Поставленная задача решается тем, что: лицевая сторона поглощающей панели плоского солнечного коллектора снабжена концентрирующими устройствами, представляющими собой полимерные пластины, активированные люминесцентным красителем с полосой поглощения спектра наземного солнечного излучения с атмосферной массой AM 1,5, расположенными на листовой части между каналами для циркуляции теплоносителя (причем толщина пластин не превышает высоту канала над листовой частью), а также прозрачные призматические световоды, установленные в зазорах между стенками каналов и излучающими торцами полимерных пластин. Не выявлено известных технических решений, обладающих отличи тельными признаками заявляемого. В заявляемом плоском солнечном коллекторе расположение полимерных пластин, активированных люминесцентным красителем, предлагаемым образом приводит к следующим эффектам. Падающая солнечная радиация поглощается поверхностью канала с теплоносителем и листовой частью поглощающей панели. При этом поступающее в межтрубное пространство излучение поглощается не только листовой частью поглощающей панели, но и полимерной пластиной, активированной люминесцентным красителем. В результате поглощенная теплота солнечного излучения поступает к стенкам канала с теплоносителем не только путем теплопроводности, но и оптическим путем. Такая конструкция улучшает отвод тепла с межтрубного пространства к теплоносителю. В результате повышается один из трех определяющих КПД коллектора параметров - коэффициент эффективности (F). При этом два др уги х определяющих параметра - оптический КПД (t a) и коэффициент тепловых потерь (Kк ) сохраняются или незначительно улучшаются. Таким образом, можно утверждать о безусловном повышении итогового КПД коллектора. Следует отметить, что полимерные пластины обладают невысокой теплопроводностью. Благодаря этому уменьшаются тепловые потери листовой поверхности поглощающей панели, причем при этом не уменьшается поступление солнечного излучения к теплоносителю. Благодаря свойству полимерной пластины, активированной люминесцентным красителем концентрировать падающий на нее солнечный свет, пристенный слой теплоносителя в канале поглощающей панели нагревается сильнее. Ввиду того, что профиль поглощающей панели плоского солнечного коллектора может быть различной формы, а угол падения солнечного света изменяется в течении дня в широком диапазоне, для направления светового потока наилучшим образом (перпендикулярно к стенкам канала с теплоносителем) концентрирующее устройство содержит прозрачные призматические световоды, установленные в зазорах между стенками канала с теплоносителем и излучающими торцами полимерных пластин. Кроме того, еще большее сужение торца полимерной пластины концентрирующего устройства, достигаемое при использовании призматического световода, приводит к увеличению степени концентрации солнечного света, падающего на стенку канала с теплоносителем. На фиг.1 представлен заявляемый плоский солнечный коллектор, вид сверху; на фиг.2 - то же, поперечный разрез. На листовой части поглощающей панели 1 плоского солнечного коллектора, на ее листовой части 2, расположенной в пространстве между каналами 3 с теплоносителем, находятся концентрирующие устройства 4, включающие полимерные пластины 5, активированные люминесцентным красителем, и призматические световоды 6, расположенные в зазоре 7 между стенкой канала 3 с теплоносителем и излучающим торцом 8 полимерной пластины 5 концентрирующего устройства 4. В пространстве между полимерными пластинами 5 концентрирующего устройства 4, призматическими световодами 6 и стенками канала 3 находится глицериновая иммерсионная среда 9. Для уменьшения тепловых потерь поглощающей панелью 1 в нижней части конструкции располагается тепловая изоляция 10. Подача холодного теплоносителя в солнечный коллектор осуществляется посредством патрубков 11. Отвод нагретого теплоносителя осуществляется посредством патрубков 12. Поглощающая панель 1 и тепловая изоляция 10 укладываются в корпус 13. Плоский солнечный коллектор работает следующим образом. Солнечное излучение поступает к лицевой части поглощающей панели 1. При этом часть излучения поступает на концентрирующее устройство 4 - в полимерную пластину 5, активированную люминесцентным красителем. Люминесцентный краситель поглощает падающее излучение, которое оптическим путем распространяется по пластине 5 к ее излучающим торцам 8. Пройдя через прозрачный призматический световод 6, люминесцентное излучение концентрируется и падает на стенку канала 3, нагревая его. Канал 3 с теплоносителем окрашен в черный цвет. Поверхность канала 3, неконтактирующая с полимерными пластинами 5 и призматическими световодами 6 (концентрирующим устройством 4) нагревается падающим солнечным излучением. Другая часть солнечного излучения, пройдя полимерную пластину 5 концентрирующего устройства 4 достигает листовой части 2 поглощающей панели 1 и нагревает ее. Нагретая листовая часть 2 в процессе теплопередачи отдает свою теплоту нагреваемому теплоносителю. Таким образом, теплоноситель нагревается непосредственно падающим излучением, концентрированным люминесцентным излучением, а также в процессе теплопередачи от листовой части 2 поглощающей панели 1 к теплоносителю. Полимерные пластины 5 концентрирующего устройства 4 изготавливаются, например, из полиметилметакрилата, а в качестве люминесцентных красителей могут использоваться родамин-6Ж или кумарин-6. Прозрачные призматические световоды 6 должны быть изготовлены из высокопрозрачных материалов, например, с коэффициентом преломления более 2. Крепление концентрирующи х устройств 4 на листовой части 2 поглощающей панели 1 возможно как клеевое, так и механическое. Поглощающая панель 1, снабженная концентрирующими устройствами 4, тепловая изоляция 10 находятся в корпусе 13, который необходим для крепления конструкции, а также выполняет предохранительные функции. Использование предлагаемой конструкции позволит повысить ее КПД как при прямой, так и при диффузной солнечной радиации.