Надежность солнечных коллекторов

Солнечный коллектор какой конструкции лучше?

       На сегодняшний день существуют множество конструкций солнечных коллекторов: наибольшее распространение получили плоские и с вакуумными трубками. Выбор солнечного коллектора осуществляется из цели его применения, места эксплуатации, качества конструкции и цены. Мы рекомендуем Вам узнать о конструкции и реальной долгосрочной эксплуатации солнечного коллектора, изучить сертификаты международных авторитетных организаций. Так, например, продавцы часто в погоне за прибылью или большой дилерской скидкой навязывают потребителю только вакуумные коллекторы как единственные работающие в условиях России, не уточняя их недостатки и реальный КПД. Производителей и конструкций вакуумных коллекторов в мире и в частности в Китае очень много, все они отличаются эффективностью и долговечностью. Но главным их недостатком является, то что технический вакуум в трубке не остается на протяжении всего времени работы вакуумного солнечного коллектора. Это происходит по многим причинам: механическое повреждение, низкое качество производства, испускание газов селективным покрытием и неизбежная газопроницаемость стекла (смотри информацию ниже).

1.jpg2.jpg

    Скорость уменьшение степени вакуума с технического вакуума 4 х 10 –6 Ра до состояния обычной разряженной атмосферы зависит от качества материалов вакуумной трубки, технологии изготовления, конструкции солнечного коллектора и может составлять у одних коллекторов 2-3 года, а других более 7 лет. Но обычному покупателю и за частую даже продавцу определить срок службы не возможно, не испытав солнечный коллектор на протяжении большого периода времени. Все тестирования и наблюдения по коллекторам проводятся на протяжении максимум одного года и не постоянно. Как всем известно, китайские производители или даже продавцы со временем могут начать поставлять оборудование заведомо худшего качества с целью увеличения прибыли.
     Для поддержания вакуума между двумя стеклянными трубами используется бариевый газопоглотитель (такой же, как в телевизионных трубках). При производстве газопоглотитель подвергается воздействию высоких температур, вследствие чего нижний конец вакуумной трубы покрывается слоем чистого бария. Этот слой бария поглощает CO, CO2, N2, O2, H2O и H2, которые выделяются из трубы в процессе хранения и эксплуатации, поддерживая таким образом состояние вакуума. Слой бария также является четким визуальным индикатором состояния вакуума. Когда вакуум исчезает, бариевый слой из серебряного становится белым.

3.jpg

Случайно или нет, но конструкторы солнечных коллекторов сделали простой визуальный контроль за степенью вакуума не возможным без демонтажа трубки.

Газопроницаемость стекол

Уже в первых экспериментах с вакуумом было установлено, что газ обладает способностью проникать сквозь тонкие стеклянные стенки. В работах, выполненных в 1920—1930-х гг., была измерена газопроницаемость кварца и стекла. Однако было сделано предположение, что скорость, с которой газ просачивается в вакуумную систему из атмосферы при комнатной температуре, в практических применениях настолько мала, что этим эффектом можно пренебречь.

Тем не менее, при получении в стеклянных системах сверхвысокого вакуума было обнаружено, что проникающий сквозь стенки газ является дополнительным источником газа, лимитирующим предельно достижимую степень разрежения. Так, в вакуумной системе, изготовленной из пирексового стекла, проникновение атмосферного гелия (равновесное давление Не в воздухе составляет около 5,3•1O-1 Па) сквозь стенки оказалось основным источником остаточного газа).

Микроструктура стекла представляет собой связанные между собой через атомы кислорода тетраэдрические группы SiO, которые, в отличие от кристалла кварца, образуют не упорядоченную кристаллическую структуру, а нерегулярную и асимметричную кремнекислородную сетку (рис. 2.3), в которую могут внедряться атомы газа.

Поток газа Q, прошедшего сквозь стенку или мембрану толщиной d и площадью А, можно определить из

4.jpg (2-1)

где p1 и р2 — давление газа по обе стороны стенки и K — постоянная проницаемости», [К]=[м2с-1].
5.jpg

Для стекла n=1, т. е.

6.jpg (2.2)

Поскольку проницаемость К связана с константой диффузии, она экспоненциально возрастает с повышением температуры по закону

7.jpg (2.3)

где E — энергия активации, a Kо— константа. Поэтому проницаемость удобно представлять в координатах Ig К и 1/Т.

Проведенные измерения проницаемости подтверждают сделанные выше предположения. Влияние диаметра молекул газа на проникновение газа иллюстрирует табл. 2.2, в которой представлены значения постоянных проницаемости для плавленого кварца в зависимости от рода проникающего газа при T=700°C.

Из таблицы видно, что гелий, имеющий наименьший диаметр молекул, обладает наивысшей скоростью проникновения в отличие от аргона, азота и кислорода, которые практически не способны проникать сквозь стенку. На практике можно считать, что для этих газов кварц непроницаем. Сравнение результатов, полученных для водорода и неона, показывает, что диаметр молекул не является единственным фактором, влияющим на проникновение газа. Согласно Нортону, большая скорость проникновения для водорода, по-видимому, объясняется поверхностными и объемными эффектами.

 Таблица 2.2 Диаметры молекул газа и постоянные газопроницаемости для плавленого кварца при 700°C

8.jpg
9.jpg

Рис 2.4. Проникновение гелия сквозь стекла типа «корнинг» в зависимости от температуры

Скорость проникновения гелия сквозь стекла различного состава изучалась рядом авторов. Полученные ими результаты не выходят за рамки общих закономерностей. Значения величин К в зависимости от температуры представлены на рис. 2.4 [5]. В этой работе изучались стекла типа «корнинг», в том числе специальное алюмосиликатное стекло, которое является наилучшим для сверхвысоковакуумных систем с точки зрения газопроницаемости.

Из данных, приведенных на рис. 2.4, видно, что скорости проникновения максимальны для плавленого кварца, а также что проникновением любых газов, кроме гелия, можно пренебречь. Вообще говоря, газопроницаемость стекла снижается с уменьшением содержания стеклообразующих окислов, таких как SiO2, B2O3 и P2Os. Корреляция между К и массовой долей стеклообразующих окислов, а также плотностью стекла, установлена в работе [4]. Отмечалось, однако, что данные для свинцового и натриевого стекол не удовлетворяют этой зависимости [5]. Исходя из предположения, что плотность упаковки атомов в решетке, а не их масса (и, следовательно, мольная, а не массовая доля) является определяющим фактором для скорости проникновения, Альтемоуз  показал, что график зависимости логарифма скорости проникновения от содержания SiO2+ + ВгОз+РгОб1' в мольных процентах имеет практически линейный характер (рис. 2.5).

Натекание гелия из атмосферы и влияние этого эффекта на предельно достижимое давление можно оценить по величине К. В качестве примера рассмотрим прирост давления в отпаянных сферических стеклянных сосудах радиусом 1,6 см с толщиной стенок 1 мм, изготовленных из различных стекол. На рис. 2.6 представлено изменение давления в таких сосудах по времени в логарифмических координатах. Как видно из рисунка, для того чтобы в сосудах, изготовленных из разных стекол, давление поднялось до 10-5 Па, требуются следующие времена: для кварца — минуты, пирекса — часы, боросиликатных стекол, свариваемых с молибденом, — несколько суток и натриевого стекла — годы. Таким образом, пирекс не является наилучшим материалом для систем сверхвысокого вакуума, но следует отметить, что повышение температуры, например до 400 °С, приводит к тому, что даже для натриевого стекла увеличение давления до 10-5 Па происходит уже менее чем за 1 ч.

Информация взята с Сайт о вакуумной технике Pro-vacuum

10.jpg