Для расчета теплового баланса преобразователей солнечной энер­гии различного типа и оценки КПД солнечных установок необхо­димо знать точное значение интегрального коэффициента теплового излучения є покрытий для коллекторов солнечной радиации дри температуре, соответствующей наиболее распространенным режи­мам их эксплуатации (60—90° С). Однако большинство используе­мых в настоящее время в гелиотехнике устройств для контроля е позволяет определить степень черноты тела при комнатной или же — при очень высокой температуре (более 1000° С) [23, 335—337].

Испытания устройства с термоэлектрическим датчиком (ТЭД) для измерения степени черноты поверхностей гелиоустановок до и после нанесения селективных оптических покрытий проводились при рабочей температуре эксплуатации гелиоустановок [338]. Дей­ствие устройства основано на радиационном методе определении коэффициента е с использованием абсолютно черного тела в качест­ве эталона. Первичным измерительным преобразователем в установ­ке является чувствительный радиометр на основе датчиков, описан­ных в работах [103, 105].

С помощью этого устройства при 90° С были измерены значения интегральных коэффициентов теплового излучения е9о° с для раз­личных поверхностей, используемых в гелиотехнике. Результаты из­мерений сравнивались со значениями є3о° с, полученными при ис­пользовании накладного терморадиометра ФМ-63 при 30° С (табл. 3.4).

Необходимо отметить, что в тех случаях, когда проведенные ис­пытания указывают на термостойкость селективных покрытий, опре­деление интегрального коэффициента излучения е при различной температуре может быть осуществлено расчетным путем по спек­тральным распределениям отражения образца коллектора с покры­тием в инфракрасной области спектра. Расчет проводится по номо­граммам, построенным с применением метода деформируемой шка­лы длин волн [23, 46]. При использовании табличных спектров, излучения абсолютно черного тела были построены деформирован­ные шкалы длин волн для следующих девяти значений температу-

Таблица*3.4

Экспериментальные значения интегрального коэффициента излучения образцов селективных покрытий дли поверхностей солнечных установок и коллекторов

ры черного тела: -153, -93, -53, 27, 147, 277, 327, 427 и 527° С, и шкала равноэнергетических интервалов, соответствующих различ­ным диапазонам шкалы длин волн для каждого значения темпера­туры (рис. 3.15).

С помощью этих данных были определены температурные зави­симости интегрального коэффициента излучения є для прозрачных проводящих покрытий на основе оксидов олова и индия и их сме­сей. Такие покрытия, особенно в случае нанесения их на тугоплав­
кие стекла или кварц, не изменяют свои спектральные характери­стики до температуры 700—800° С. Приведем результаты расчетов для двух прозрачных проводящих покрытий на основе смеси 10% двуокиси олова и 90% трехокиси индия — покрытия ITO (спек­тральные кривые отражения см. на рис. 3.6, кривые 1, 2) с разным поверхностным слоевым сопротивлением (0,02 кОм/П(Єі) и 0,1 кОм/ /□(в*)):

На погрешность результатов расчета є решающее влияние, ес­тественно, оказывает точность измерения используемых спектраль­ных коэффициентов отражения селективных покрытий. К сожале­нию, большинство применяемых в настоящее время инфракрасных спектрофотометров позволяет измерить толькр зеркальную состав­ляющую коэффициента отражения покрытий. В том случае, когда диффузная составляющая коэффициента отражения мала (покры­тия ІТО), результаты измерений, подобные представленным, доста­точно точно отражают температурную зависимость интегрального коэффициента излучения.

3.4. Результаты испытаний

селективных оптических покрытий солнечных элементов, тепловых и комбинированных фототермических установок и коллекторов в наземных и космических условиях

Селективные оптические покрытия повышают КПД преобразования солнечной энергии установками и коллекторами различных типов в тепловую и электрическую энергию, изменяют в требуемом на­правлении рабочую температуру, способствуют возрастанию погло­щенной радиации за счет эффекта проеветления поверхности, защи­щают от воздействия корпускулярного облучения, улучшают ста­бильность характеристик преобразователей энергии при длительной эксплуатации.

Сравнительную качественную оценку комбинированных фототер­мических установок — источников одновременно тепловой и электри­ческой энергии — можно проводить по общему КПД, представляю­щему простую сумму электрического и теплового КПД. Однако сле­дует помнить, что принципы экзергетического подхода требуют, что­бы при определении и сравнении КПД устройств различные виды энергии приводились к какому-либо одному и параметры, влияющие на работу устройства в целом, были одинаковыми. Корректное опре­деление общего КПД фототермического коллектора может быть вы­полнено, если считать, что вырабатываемая им тепловая энергия используется для получения электрической энергии при температу-

6 М M Колтун

ре работы солнечных элементов. Только после этого, суммируя энер­гоотдачу солнечных элементов и теплового коллектора в форме элек­трической энергии, полученной в аналогичных условиях, следует подсчитать общий КПД устройства. Упрощенный подход к расчету КПД комбинированных устройств оправдан во многих случаях, рас­смотренных в настоящей главе, только потому, что КПД определя­ется здесь лишь для сравнения качества селективных оптических покрытий, а не для оптимизации конструктивных, механических, электрофизических п прочих характеристик преобразователей энергии.