Особенности работы комбинированных систем машина - коллектор

При создании систем, в которых тепловые машины комбинируются с коллектором солнечной энергии, возникают значительные трудности. Как мы видели, повышение максимальной температуры в цикле приводит к увеличению к. п. д. машины, однако из гл. 5 нам известно, что к. п. д. плоского коллектора при повышении температуры снижается. Уравнения (5.4) и (5.5), наглядно иллюстрирующие этот факт, можно переписать таким образом, чтобы выразить к. п. д. коллектора η_к как отношение получаемой от коллектора энергии к общему количеству падающей на него солнечной энергии. При условии, что к. п. д. тепловой машины η_м составляет половину к. п. д. цикла Карно, можно записать

где T_а - температура атмосферы, выполняющей функции охладителя. Тогда общий вид к. п. д. системы коллектор - машина определяется произведением

При интенсивности солнечной радиации на поверхности коллектора P получаемая от машины мощность

Рис. 48. Предельный к. п. д. системы плоский коллектор - тепловая машина (P = 800 ^Вт/_м²)

С повышением температуры T для любого значения P величина η_м увеличивается, а η_к - уменьшается. Результирующее значение к. п. д. сначала повышается, а затем падает (рис. 48). (Приведенные кривые свидетельствуют о том, что подобная система, состоящая из коллектора и машины, имеет очень низкий к. п. д.) Если представить систему, в которой все время поддерживалось бы максимальное значение к. п. д., то ее выходная мощность З₂ будет меняться в зависимости от входной мощности З, как показано на рис. 49. Мы видим, что в условиях тропического полудня с 1 м² поверхности коллектора можно получить лишь 20-40 Вт. Как показывают расчеты, произведенные рассмотренным в гл. 5 методом, ежедневная производительность установки даже в середине лета в тропиках лишь немного выше 100 ^Вт/_м². Следовательно, использование тепловых машин в сочетании с плоскими коллекторами для получения высоких мощностей не экономично, поскольку в этом случае необходимы коллекторы исключительно больших размеров. Тем не менее подобные системы уже используются для таких, например, целей, как перекачка воды и энергоснабжение удаленных радиостанций. Примером могут служить изготовленные в Италии устройства "Сомор", выходная энергия которых в зависимости от размеров коллекторов может достигать 5 кВт,

Рис. 49. Максимальная выходная мощность системы плоский коллектор - машина

В некоторых машинах (в том числе в ряде модификаций устройства "Сомор") плоские коллекторы используются вместе с зеркальными концентраторами, предназначенными для усиления интенсивности солнечной радиации, падающей на поглотитель коллектора. Это еще одно из применений мощных концентраторов, которые мы рассмотрим в следующем разделе. Применение простейших концентраторов не требует регулировки положения коллекторов в соответствии с кажущимся перемещением солнца. Например, при интенсивности падающей на коллектор с нейтральным поглотителем солнечной радиации 800 ^Вт/_м² и коэффициенте концентрации K = 2 максимальная выходная мощность системы коллектор - машина составляет около 80 ^Вт/_м². (Следует отметить, что примерно 90 из 800 ^Вт/_м² приходится на долю рассеянной составляющей, которая не попадает на коллектор при отражении от поверхности концентратора.)