Laboratorium Konwersji Energii - Wydział Fizyki Technicznej i ...

64 Ćwiczenie 7. Badania porównawcze absorberów kolektorów słonecznych
Rysunek 7.1. Widma emisyjne ciała doskonale czarnego: (a) — o temperaturze
5800 K, odpowiadającej temperaturze Słońca, (b) — o temperaturze powierzchni
Ziemi, T = 288 K. Uwaga: należy zauważyć różnice skal na obu wykresach
wa emisji Słońca (rys. 7.1(a)) reprezentuje gęstość mocy, docierającej do
powierzchni absorbera — rzędu 10 8 W · m −1 · µm −1 .Krzywaemisjiciała
doskonale czarnego o temperaturze T = 353 K (por. rys. 7.1(b)) reprezentuje
straty mocy na skutek promieniowania poczernionego absorbera — rzędu
W · m −1 · µm −1 . Olbrzymia różnica emitowanych mocy oraz położenie maksimów
widm w różnych zakresach długości fal decydują o małych stratach
w procesie absorpcji promieniowania słonecznego w rozważanym układzie.
Straty przez przewodzenie zmniejsza się, stosując odpowiednie warstwy
izolacyjne.
Straty wywołane konwekcją zmniejsza się, przykrywając górną część kolektora
szybą wykonaną ze szkła lub tworzyw sztucznych. Utworzona w ten
sposób warstwa powietrza spełnia rolę izolatora. Temperatura powierzchni
osłony jest więc znacznie niższa niż temperatura absorbera co oznacza
także znacznie mniejszy konwekcyjny strumień strat ciepła. Rozwiązanie takie
warto stosować pomimo strat, wywołanych odbiciem promieniowania od
osłony. Przekrój najprostszego kolektora przedstawia rys. 7.2.
7.3. Charakterystyka dynamiczna absorbera
Rozważmy absorber znajdujący się początkowo w równowadze termicznej
z otoczeniem. Z chwilą „włączenia” promieniowania jego temperatura
zacznie wzrastać aż do momentu ustalenia się równowagi cieplnej. Stanowi
równowagi odpowiadać będzie temperatura równowagi Tb, wynikającaz
prawa Stefana - Boltzmanna
T 4 b = ξ
σ Pi
(7.2)
(Pi jest, wyrażoną w watach na metr kwadratowy, gęstością mocy padającego
promieniowania, ξ jest współczynnikiem emisyjności całkowitej). Tem-