Прежде чем анализировать информацию, представленную ниже, нужно уяснить два момента:

1. При установке солнечного коллектора стационарно в Южном направлении под определенным углом наклона, основное количество энергии будет получено в зоне падения лучей от -50^о до +50^о относительно перпендикуляра к общей поверхности солнечного коллектора.

2. Каждый солнечный коллектор имеет свои нюансы конструкции, в результате которых солнечные лучи могут затеняться, многократно отражаться, преломляться, поглощаться и накладываться друг на друга прежде чем достигнут основного рабочего (поглощающего) слоя солнечного коллектора. При различных углах падения солнечных лучей, специфика их пути прохождения и затенения может существенно меняться.

На примере стеклянной трубки хорошо видно преломление и рассеивание проходящие лучей. Обратите внимание - в крайних зонах имеет место полное внутренне отражение (практически под 90^о).

*т.к. путь солнечного луча в некоторых конструкциях гелиоколлекторов достаточно сложен, ниже мы приводит упрощенное представление данной картины!

Вся статистика по количеству солнечной энергии в каждом конкретном месте нашей планеты указывается на горизонтальную плоскость. Затем, чтобы использовать эти данные для расчета выработки солнечными коллекторами, сначала производится пересчет на наклонную плоскость.

Если проанализировать как меняется мощность солнечного излучения в этой плоскости то видно, что при углах, отличных от перпендикуляра, часть солнечных лучей проходит мимо анализируемой поверхности. Итоговую мощность в анализируемой плоскости легко вычислить, зная только угол.

Т.к. конструктивные особенности конкретного солнечного коллектора могут менять фактическое количество солнечного излучения в плоскости его абсорбера, пришлось ввести понятие Углового коэффициента, который помогает откорректировать данную погрешность при конкретном угле падения солнечных лучей.

В технической документации на солнечный коллектор как раз указывается данный коэффициент при угле падения солнечных лучей 50^о. Т.к. направление солнечных лучей меняется по двум угловым координатам, разделяют продольный и поперечный угловые коэффициенты (подробнее в конце статьи).

В ситуации с плоскими коллекторами, при угле 50^о обычно данный коэффициент меньше «1», т.к. дополнительно имеет место некоторое дополнительное отражение стеклом, а также затенение абсорбера корпусом.

 - направление прямого солнечного излучения.

1000 Вт/м² - пример мощности солнечного излучения (ясный день).

1000 и 643 Вт - соответствующая мощность солнечного излучения на 1 м² эталонной плоской поверхности, в зависимости от угла падения солнечных лучей.

IAM (Incident Angle Modifier) - угловой коэффициент. Поправочный коэффициент, который помогает учесть конструктивные особенности конкретного гелиоколлектора, чтобы откорректировать количество солнечного излучения поступающего при различных углах падения относительно основной плоскости солнечного коллектора (учитывается все отражение, преломление и затенение солнечных лучей).

max КПД - ориентировочный диапазон максимальных КПД солнечных коллекторов определенной конструкции, в пересчете на их апертурную площадь. Учитываются все преобразования энергии (в т.ч. отражение и переотражение) для доставки тепловой энергии теплоносителю.

800 Вт - пример расчета тепловой мощности, передаваемой теплоносителю с учетом максимального КПД и углового коэффициента солнечного коллектора определенной конструкции (без учета тепловых потерь).

В трубчатом перьевом вакуумном коллекторе в некоторых моделях Угловой коэффициент при угле 50^о может быть даже выше «1», т.к. сам абсорбер может быть несколько изогнут, также имеет место преломление и отражение солнечных лучей на стеклянной трубке (в том числе и от соседней).

Сама трубка коаксиального вакуумного коллектора имеет одинаковые условия по освещенности при различных углах падения солнечных лучей в поперечной оси. Но если анализировать в целом гелиоколлектор, то при перпендикулярных лучах часть солнечного излучения проскакивает между трубками, а при определенных косых луча, соседние вакуумные трубки начинают ограничивать поступление солнечного излучения, затеняя друг друга. Чтобы при угле 50^о мощность сохранилась, угловой коэффициент должен быть равным 1.55, это может быть достигнуто увеличением расстояния между трубками, что еще больше увеличивает габарит и цену гелиоколлектора. При этом тыльная сторона данной вакуумной трубки практически не используется.

Полностью использовать возможности коаксиальной вакуумной трубки (всю поглощающую поверхность) можно добавив в конструкцию гелиоколлектора рефлектор, который переотразит солнечные лучи на тыльную ее часть. При этом часто уменьшают количество вакуумных трубок.

В виде графика корректировку значения мощности солнечного излучения можно представить следующим образом:

Т.к. солнце движется по небосводу по двум координатам, разделяют Поперечный (IAMT - transversal) и Продольный (IAML - longitudinal) угловой коэффициент. Обычно у плоских гелиоколлекторов оба эти коэффициента одинаковые, поэтому указывается только одно значение. У трубчатых вакуумных гелиоколлекторов может существенно отличается Поперечный коэффициент, а Продольный, зачастую, примерно такой же как и плоских коллекторов.

Как отличается угловой коэффициент различных конструкций солнечных коллекторов и как он влияет на их годовую производительность можно удобно проанализировать, воспользовавшись данными электронного каталога на сайте "Швейцарского института солнечных технологий SPF" - http://www.spf.ch/index.php?id=111&L=6

Также программные продукты по моделированию гелиосистем дают возможность понять как влияет угловой коэффициент на годовую производительность. Например, даже демо-режим немецкой программы T*SOL (доступна первая схема) позволяет получить необходимую информацию.

Для этого необходимо:

1. Выбрать стандартный вакуумный коллектор (клацнуть на его изображении в схеме и зайти в каталог = “Select”). *также можно задать и другие параметры по своему желанию.
2. Применить.
3. Нажать рассчитать (значок «калькулятор» = “Simulation”), чтобы получить первые данные.
4. Просмотреть отчет (результаты расчета) – “Report”. Записать.
5. Зайти в параметры солнечного коллектора и переназначить каждую точку поперечного углового коэффициента (“crosswise”) так же как и у продольного.
6. Применить.
7. Нажать рассчитать.
8. Просмотреть отчет.
9. Сравнить со стандартным расчетом.

На нашем примере ниже, при корректировке углового коэффициента на 40% (при угле 50^о - с 1.3 до 0.9) годовая выработка изменилась только на 10%.

http://sintsolar.com.ua/info/images/stories/IAM/TSOL_IAM_vac.png

http://sintsolar.com.ua/info/images/stories/IAM/TSOL_IAM-IAM.png

ВЫВОД: С точки зрения энергетики - угловой коэффициент, безусловно, оказывает влияние на итоговую тепловую выработку солнечным коллектором, но нельзя сказать, что большие его значения - это гарантия высокой производительности. Если просмотреть каталог SPF, то станет ясно, что лидирующие позиции в производительности (в пересчете на апертурную площадь) занимают солнечные коллекторы с плоскими поглощающими элементами и прямым отбором тепла (как плоские, так и вакуумные). Т.к. в этом случае достигаются наибольшие значения оптического КПД (оказывает большее влияние на итоговую производительность), при этом их угловые коэффициенты имеют значения около «1», что значительно ниже, чем у коаксиальных вакуумных коллекторов.