STUDY OF THE SPECTRAL CHARACTERISTICS OF THE TRANSPARENT THERMAL INSULATION OF THE RECEIVER

АННОТАЦИЯ

В данной статье приведены результаты исследований спектральных характеристик прозрачно-тепловой изоляции приемника, где рассмотрены материалы, применяемые в качестве прозрачно-тепловой изо­ляции, приведен график зависимости поглощательной способности обычных зачерненных поверхностей от угла падения солнечного излучения.

ABSTRACT

This article presents the results of studies of the spectral characteristics of the transparent-thermal insulation of the receiver, where materials used as transparent-thermal insulation are considered, a graph of the dependence of the absorption capacity of ordinary blackened surfaces on the angle of incidence of solar radiation is given.

Ключевые слова: эффективность, изоляция, приемник, излучение, пленка, магний, кремний, титан.

Keywords: efficiency, isolation, receiver, radiation, film, magnesium, silicon, titanium.

Одним из важнейших элементов при повышении эффективности параболоцилиндрических установок является тепловой изоляционный материал приемника установки. Поглощающая поверхность теплоприемника параболоцилиндрической установки преобразует падающий на него концентрированный поток солнечного излучения в другую форму или в излучение другой длины волны.

На практике для трубчатых приемников параболоцилиндрических установок в качестве прозрачно-тепловой изо­ляции чаще всего используют трубы из стекла марки «Пирекс» или цилиндры из молибденового, боросиликатного стекла марки С49+С54. Эти стекла обладают хорошими оптическими качествами. Интегральное пропускание их в области длин волн солнечного излучения достаточно высоко – около 0,9–0,92, а поглощение и отражение минимальны – около А_S = R_S = 0,025–0,07. В то же время стекла, являясь непрозрачными для длинно­волнового излучения, выдерживают температурные перепады вплоть до 250 °С [1; 3].

Спектральные характеристики прозрачной изоляции могут быть изменены путем специальных обработок стекла – просветлением. При этом должны быть соблюдены следующие условия нанесения просветляющей пленки [4]:

                                                   (1)

,

где d – толщина пленки;

l – длина волны света;

n_ст – показатель преломления стекла;

n – показатель преломления пленки;

m = 0, 1, 2, 3; и т.д.

Нанесение просветляющих покрытий на стекло можно вести осаждением из раствора, испарением в вакууме, катодным распылением и т.д. Образующаяся на стекле пленка может сос­тоять из фтористого магния, двуокиси кремния, двуокиси титана и т.д. В последнее время разработаны способы многослойного пок­рытия, которое обеспечивает особо эффективное просветление. Применение таких покрытий дает не только высокое пропускание света в широкой области спектра, но и резко уменьшает долю рассеянного. Однако обработка поверхности стекла путем хими­ческого травления является наиболее простой и технологичной. При этом пропускная способность стекла t_c высокого качества может быть увеличена до 0,94–0,95 при снижении отражательной способности R_C до 0,02 [5].

Спектральные характеристики поглощающей поверхности приемника

Важнейшим коэффициентом поглощающей поверхности приемника является коэффициент поглощения А_S, а также спектральная кривая поглощения A_l, т.е. зависимость коэффициента поглощения от длины волны.

Все светопоглощающие материалы, используемые для погло­щающей поверхности приемника, можно разделить на две группы: материалы с неселективным (интегральным) поглощением и селективным (избирательным) поглощением.

Материалы, которые в одинаковой степени поглощают падающее на них излучение различных длин волн видимого диапазона спектра, называются неселективнопоглощающими свет. К ним относятся сажа, различные черни, черные железоокисные пегменты, тонкие металлические пленки и т.д. Чаще всего приемники зачерняются черной сажей или окрашиваются температуростойкой черной краской. Основой сажи является углерод, количество которого в различных видах сажи колеблется в пределах 94–99,9%. Коэффициент поглощения лучших саж – 0,99. Сажа обладает большой химической устойчивостью, стойкостью к действию высоких и низких температур. Она используется для приготовления черных красок.

Рисунок 1. Зависимость поглощательной способности зачерненной поверхности от угла падения солнечного излучения [4]

Для окраски поверхности приемника особенно эффективны кремний, органические черные краски типа КО-819. Поглощающая поверхность приемника имеет следующие спектральные характеристики: поглощательная способность к солнечному спектру А_S = 0,9–0,95; степень черноты e = 0,9–0,95; отражательная способность R_S = 0,05–0,1. На рис. 1 показана зависимость поглощательной способности обычных зачерненных поверхностей от угла падения солнечного излучения [5].

Рисунок 2. Идеальная селективная поверхность [4]

При более высоких рабочих температурах параболоцилиндрических установок (100–400 °С) для повышения эффективности приемника применяются селективные покрытия. Селективные поверхности обладают высокой поглощательной способностью в диапазоне длинных волн солнечного излучения и низкой степенью черноты в длинноволновой области спектра (рис. 2). На практике при создании приемников параболоцилиндрических установок нашли применение селективные покрытия, получаемые методом электрохимического осаждения окислов никеля, хрома, молибдена и кобальта. Для покрытий, полученных методом электрохимического осаждения, характерны следующие оптические коэффициенты: А_S = 0,85–0,97; R_S = 0,11–0,4. Рабочая темпе­ратура покрытий – 200–600 °С [6].

Параметры теплового режима приемника, т.е. рабочая температура, тепловые потери и получаемое полезное тепло, требуют отдельного рассмотрения.

Заключения

Результаты исследований спектральных характеристик прозрачно-тепловой изоляции приемника показывают, что правильно рассчитанный тепловой изоляционный материал приемника установки чувствительно повышает эффективность работы параболоцилиндрических установок. Параметры теплового режима приемника, т.е. рабочая температура, тепловые потери и получаемое полезное тепло, требуют отдельного рассмотрения.

Список литературы:

1. Абдурахманов А.А., Тураева У.Ф., Клычев Ш.И. Методика определения интегральной селективности реальных тел // Гелиотехника. – Ташкент, 2008. – № 4. – С. 50–53.
2. Абдурахманов А.А., Тураева У.Ф., Клычев Ш.И. Методика определения интегральной излучательной способности приемников солнечного излучения // Гелиотехника. – Ташкент, 2009. – № 2. – С. 62–64.
3. Кучкаров А.А., Муминов Ш.А. Моделирование и создание плоского френелевского линейного зеркального солнечного концентратора // Universum: технические науки. – 2020. – № 3-2 (72) / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http:// 7universum.com/ru/tech/arch.
4. Селективные базальтовые детонационные покрытия для абсорбера солнечного коллектора / Ю.Ю. Почекайлов, А.В. Шашев, В.И. Яковлев, Н.А. Яковлева // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2015. – № 4 – С. 35−39.
5. Тожибоев А.К., Хакимов М.Ф. Расчет оптических потерь и основные характеристики приемника параболоцилиндрической установки со стационарным концентратором // Экономика и социум. – 2020. – № 7 (74). – С. 410–418.
6. Тураева У.Ф. Влияние селективности приемной поверхности на изменение температур // Табиий фанларнинг долзарб муаммолари: Республика ёш олимлар илмий-амалий анжумани материаллари тўплами. – Самарқанд, 2008. – С. 145–146.