Солнечный коллектор параболический: Как построить высокоэффективный солнечный водонагреватель из параболической антенны

Содержание

Емкостный и эффективный параболических солнечных коллекторов

О продукте и поставщиках:
Снизьте потребление энергии в жилых и коммерческих помещениях с помощью инновационных решений премиум-класса. параболических солнечных коллекторов с Alibaba.com. Солнечные устройства идеально подходят для различных климатических условий и особенно подходят для нагрева воздуха в холодное зимнее время года. Эти расширенные функции и новейшие технологии. параболических солнечных коллекторов подходят для нагрева воды и сушки круп. Наиболее. параболических солнечных коллекторов включают резервуары из нержавеющей стали, которые ..... 

Использование солнечного излучения для удовлетворения различных потребностей в энергии становится все более популярным среди людей, поскольку это экономичный вариант, обеспечивающий лучшая полезность. Эти. параболических солнечных коллекторов обладают превосходной адаптируемостью ко многим условиям, даже к воде. Они также могут устанавливаться как на плоских, так и на наклонных крышах. Вы можете выбрать прочный. параболических солнечных коллекторов с прочным металлическим защитным стеклом, способным выдержать вес взрослого человека. Изоляционные слои этих.

параболических солнечных коллекторов изготавливаются из пенополиуретана, полученного с помощью пенопласта под высоким давлением, для повышения прочности.

Alibaba.com предлагает множество вариантов. параболических солнечных коллекторов различного размера, качества, функций и других аспектов в зависимости от модели продукта и индивидуальных требований. Эти продукты включают медные трубы, оборудованные теплопроводной средой, и вакуумные трубки для предотвращения помех с термическим КПД. Файл. параболических солнечных коллекторов на сайте поставляются с антибликовым слоем, антиабсорбционным слоем, инфракрасным отражающим слоем и геттером для продолжения процесса нагрева воды. Эти. параболических солнечных коллекторов с уникальным дизайном помогают в автоматическом процессе подачи воды и стабилизации температуры воды ..

Изучите широкий спектр. параболических солнечных коллекторов на Alibaba.com, что соответствует требованиям вашего бюджета, и покупайте эти продукты, экономя деньги. Эти продукты поставляются с несколькими вариантами настройки и гарантируют качество от ведущих производителей.

параболических солнечных коллекторов поставщики и оптовики. Вы также можете выбрать послепродажное обслуживание, такое как установка и обслуживание.

Солнечные концентраторы. Виды и особенности. Применение

Полное количество энергии солнца, которое поступает на поверхность Земли всего лишь за неделю, превышает энергию запасов нефти, урана, угля и газа во всем мире. Сберегать солнечное тепло можно различными способами. Одним из таких решений являются солнечные концентраторы. Это специальное устройство для сбора солнечной энергии, которое выполняет функцию нагрева материала-теплоносителя. Обычно применяются для отопления помещений и нужд горячего водоснабжения. Именно указанным свойством он отличается от солнечных батарей, который непосредственно производят электричество.

Устройство

Основная функция солнечного концентратора – фокусировка солнечного излучения на приемнике излучателя, который располагается на фокальной линии или в фокальной точке коллектора солнечной энергии.

Устройство солнечного концентратора предполагает наличие следующих элементов:

  • Линзы или отражатели, которые применяются в качестве концентратора солнечных лучей.
  • Конструкция основания, на которой крепятся линзы или отражатели.
  • Тепловоспринимающий элемент, в качестве которого часто выступает солнечный коллектор.
  • Трубопроводы, которые подводят и отводят теплоноситель.
  • Механизм привода системы слежения. Данный механизм в большинстве случаев включает:
    — Электронный блок преобразования сигналов.
    — Датчик направления на Солнце.
    — Электродвигатель с редуктором, который поворачивает конструкцию солнечного концентратора в двух плоскостях.

В зависимости от конструкции устройство также может включать линзы Френеля, термометр, регулирующий вентиль, контур системы отопления, циркуляционный насос и ряд иных элементов.

Принцип действия

Принцип действия солнечных концентраторов кроется в фокусировке лучей солнца на емкости с теплоносителем.

Работа теплоносителя заключается в поглощении солнечной энергии. В зависимости от используемого метода концентрации энергии солнца могут применяться:
  • Параболоцилиндрические концентраторы, которые фокусируют солнечное излучение на трубах с маслом или водой
  • Гелиоцентрические установки башенного типа.
  • Специальные параболические зеркала.
Солнечное излучение в определенных моделях концентраторов может концентрироваться:
  • В фокусной точке.
  • Вдоль фокальной линии, в которой находится приемник.
Все выглядит следующим образом:
  • Достижение в концентраторах высоких температур обеспечивается путем отражения излучения солнца с большей поверхности на более мелкую поверхность приемника- абсорбера.
  • Жидкость-теплоноситель, который проходит через приемник, максимально поглощает тепло и переносит его к потребителю.

Температура в приемнике достигает высоких значений, но концентраторы способны фокусировать лишь прямое солнечное излучение. В результате их эффективность в облачную или туманную погоду существенно снижается. Наиболее высокие показатели КПД демонстрируют в регионах с высокой степенью инсоляции, к примеру, в экваториальных или пустынных районах.

Чтобы можно было использовать солнечное излучение максимально эффективно, следует обеспечить ориентацию солнечных концентраторов в направлении солнца. С этой целью концентраторы оснащаются трекером, то есть специальной следящей системой. Она поворачивает систему прямо «лицом» к солнцу.

Одноосные следящие системы выполняют поворот системы с востока на запад. В свою очередь двуосные системы с севера на юг, чтобы ориентировать систему на Солнце круглый год.

В промышленных масштабах параболоцилиндрический зеркальный концентратор обеспечивает фокусировку солнечного излучения, обеспечивая более, чем стократную его концентрацию. Результат, жидкость нагревается практически до 400 градусов. Проходя через ряд теплообменников, жидкость вырабатывает пар, который вращает турбину парогенератора. Чтобы минимизировать тепловые потери, приемная трубка окружается прозрачной стеклянной трубкой, которая тянется вдоль фокусной линии цилиндра.

Виды
По конструктивной схеме работы концентраторы выделяют в следующие разновидности:
  • Параболические солнечные концентраторы.

  • Параболоцилиндрические концентраторы.

  • Солнечные башни.

  • Концентраторы на сферических линзах.

  • Концентраторы на линзах Френеля, то есть плоских линзах.

Солнечные концентраторы также классифицируют на следующие виды:

  • Сильно концентрирующие (Кс≥100) и слабо концентрирующие (Кс<100). Это зависит от уровня повышения плотности излучения, либо степени его концентрации.
  • Селективные и неселективные системы, то есть по степени воздействия сконцентрированного излучения на спектральные характеристики.
  • Преломляющие (линзовые) и отражающие (зеркальные) системы — по характеру взаимодействия солнечных лучей с
    оптическими элементами солнечных концентраторов.
  • Без слежения, экваториальная, азимутально-зенитальная система – по схеме слежения за солнцем.
  • Одно- и многоэлементные системы — по числу оптических элементов, которые последовательно участвуют в процессе концентрирования излучения.
  • Со следящим приемником, со следящим отражателем – по методу слежения за солнцем.
  • жидкостным или воздушно-конвективным отводом тепла – по методу отвода тепла.
Особенности
  • Излучение солнца в одних концентраторах фокусируется в фокусной точке, в других — вдоль фокальной линии, где и располагается приемник. При отражении излучения с большей поверхности на меньшую, достигается высокая температура приемника, это тепло отводится теплоносителем.
  • Эффективность концентраторов существенно снижается в период облачности, так как фокусируется только прямое солнечное излучение. В связи с этим подобные системы имеют высокий КПД в регионах, где особенно высок уровень инсоляции: в районе экватора и пустынях. Для повышения эффективности применения солнечного излучения, концентраторы часто оснащаются следящими системами, которые обеспечивают точную ориентацию на солнце.
  • Так как стоимость солнечных концентраторов довольно высока, а следящие системы нуждаются в периодическом обслуживании, в большинстве случаев их применение ограничено промышленными системами электрической генерации. К тому же подобные установки могут применяться в гибридных системах, к примеру, в совокупности с углеводородным топливом. В этом случае аккумулирующая система обеспечит уменьшение себестоимости выдаваемого электричества.
Применение
  • Параболоцилиндрические солнечные концентраторы и башни оптимально работают в структуре крупных систем, соединенных с сетью электростанций, имеющих мощность 30-200 МВт.
  • Системы тарельчатого типа выполнены из модулей, они могут применяться в автономных установках и группах, имеющих общую мощность в несколько мегаватт.

Параболоцилиндрические солнечные концентраторы на текущий момент являются одной из наиболее развитых солнечных энергетических технологий. Вероятнее всего, что именно они в ближайшей перспективе будут использоваться в промышленности. Благодаря эффективной теплоаккумулирующей способности станции башенного типа также могут стать станциями недалекого будущего. Благодаря модульному характеру «тарелок» они могут применяться в небольших установках.

«Тарелки» и башни позволяют обеспечить более высоких значений КПД при получении энергии меньшей стоимости. Однако это требует значительного снижения капитальных затрат. В настоящее время только параболические концентраторы уже апробированы и в скором времени будут усовершенствованы. Башенные солнечные концентраторы требуют демонстрации эксплуатационной надежности и эффективности. Для систем тарельчатого типа нужна разработка недорого концентратора и создание коммерческого двигателя.

Параболические концентраторы
Преимущества:
  • Опробованная технология.
Недостатки:
  • Высокие затраты.
  • Низкая температура теплоносителя.
  • Нужен ультраплоский ландшафт.
Башни
Преимущества:
  • Более высокая эффективность.
  • Более высокая температура.
  • Ниже стоимость энергии.
  • Не нужен ультраплоский ландшафт.
Недостатки:
  • Высокая цена.
  • Малая распространенность.
Солнечные концентраторы с линейными отражателями Френеля
Преимущества:
  • Низкая стоимость энергии.
  • Простой дизайн.
Недостатки:
  • не опробована технология.
Похожие темы:

Новый солнечный концентратор из пленочных труб на 55% дешевле традиционных гелиосистем и может служить мобильной электростанцией (видео)

Солнечные системы концентрирующего типа (CSP) используют зеркала и стекло для концентрации солнечной энергии на небольших участках и преобразуют ее в электричество. Они установили новый стандарт с точки зрения низкого углеродного следа для солнечной энергии, но до сих пор применяемая технология, известная как параболические желоба, является сравнительно ресурсо- и энергоемкой.

Австрийская компания HELIOVIS предлагает более дешевую и менее ресурсоемкую технологию с использованием перерабатываемых пластиковых пленок в качестве сырья. И она вошла в число первых, кто использовал средства SME Instrument (новый инструмент поддержки малых и средних инновационных компаний) для строительства своей электростанции.

Сегодня существует много способов получения энергии за счет концентрации солнечного излучения и, возможно, наиболее узнаваемой формой является «солнечная башня», включающая сотни гелиостатов (двухосевых отражателей), которые направляют солнечный свет на тепловой приемник на вершине башни, и которая больше всего подвергается претензиям со стороны «солнечных скептиков» из-за вреда птицам. В то же время, параболические системы фокусируют солнечный свет на приемнике намного ближе, чем солнечные башни, нагревая трубку внутри желоба для сбора тепловой энергии, что позволяет избежать проблем с птицами.

Новое решение в CSP имеет некоторое сходство с системами на параболических желобах, поскольку в нем также используется концентрация солнечного света на центральном тепловом приемнике, но технология Heliovis в первую очередь направлена на то, чтобы избавиться от высоких издержек. Свернутую систему HELIOtube можно перевозить в стандартном контейнере, а трубы надувать на месте. Это обеспечивает значительные конкурентные преимущества в материалах, производстве, логистике и затратах на установку.

Как заявляют разработчики, технология HELIOtube, основанная на системе из пластиковых пленок вместо жестких параболических зеркал, обойдется примерно на 55% дешевле, в сравнении с традиционными параболическими концентраторами, при этом позволяет сократить выбросы CO2 на 40% за счет легких и перерабатываемых материалов.

Читайте также: Самодельный солнечный концентратор от харьковской команды hooli

Надувные цилиндрические концентраторы длиной 220 м можно легко транспортировать в стандартном контейнере, а затем разворачивать на территории солнечных электростанций. Они способны обеспечить стократную концентрацию света и нагревают теплоноситель до температуры 400-600° С, чего вполне достаточно для питания вырабатывающих электричество паровых турбин.

Внутри трубы создаются две воздухонепроницаемые камеры, а зеркальная пленка сохраняет небольшой перепад давления между ними. Весь цилиндр поддерживается алюминиевыми фермами и стальным каркасом. Жидкий теплоноситель, проходящий через приемник, может затем напрямую подавать тепло или использоваться для выработки пара.

В июне компания запустила «первое промышленное применение этой технологии» с использованием коммерчески доступных пластиковых пленок. HELIOVIS открыла пилотный проект в Испании, где 1 мегаваттная 200-метровая система шириной 9 метров поставила мировой рекорд по использованию однородного зеркала площадью 1600 м2. Новая гелиосистема также включает элементы теплового хранения энергии, которые обеспечивают выделение тепла после наступления темноты, поставляя его в грибные теплицы. Ожидается, что HELIOtube сэкономит фермерам десятки тысяч литров дизельного топлива.

HELIOVIS AG – частная акционерная компания со штаб-квартирой в Австрии, основанная в 2009 году австрийским изобретателем Йоханнесом Хёфлером и швейцарским экспериментальным и квантовым физиком Феликсом Тифенбахером. За последние семь лет HELIOVIS разработала технологию HELIOtube и создала профессиональную команду из 25 международных специалистов. В настоящее время HELIOVIS активно работает на Ближнем Востоке, в Северной Африке, Европе, США и Австралии.

Читайте также: Солнечные шары-коллекторы могут быть в 30 раз эффективнее традиционных фотоэлектрических панелей

Источник: treehugger.com

А вы что думаете по этому поводу? Дайте нам знать – напишите в комментариях!

Понравилась статья? Поделитесь ею и будет вам счастье!

Параболический солнечный коллектор с тепловой трубкой для использования Homet

Технические характеристики Параболический солнечный коллектор для использования Homet
1. Емкость: 100-500L
2. CE, SRCC, солнечный ключ
3. Высокая эффективность

Параболический солнечный коллектор с тепловой трубкой для использования Homet

«Этот вид продуктов использует теплоизоляционный элемент из вспененного трубчатого трубчатого коллектора с тепловой трубкой, поэтому его можно подключить к системе под давлением.
Эти высокопроизводительные солнечные панели для сбора тепла подходят для отопления горячей воды, бассейнов и т. Д. - даже зимой! Одна единица подходит для среднего домохозяйства (3-4 человека), и она модульная, поэтому вы можете добавить больше, если потребуется. Для 200-литрового цилиндра достаточно одной панели, но вы можете поместиться 2 или более для использования в больших количествах или для обогрева бассейнов или подогрева пола. Функция солнечного коллектора:
- Подходит для систем под давлением - Solar Keymarked для RHI - Скачать сертификат - Сертификация SRCC для США - Скачать сертификат - Высокоэффективный солнечный коллектор с использованием тепловых труб, эвакуированных труб - Может использоваться во всех климатических условиях - Надежный и эффективный с двухстенными стеклянными солнечными трубами - Медные тепловые трубы для быстрой передачи тепла - Простая установка для монтажа на крыше или на уровне земли - Не требует обслуживания - Подходит для воды под высоким давлением (до 8 бар / 116 фунтов / кв. Дюйм) - Материал рамы: 304 нержавеющая сталь марки 2B - Материал корпуса : 304 BA или AB нержавеющая сталь - изоляция из стекловолокна для лучшего удержания тепла - коллекторы могут быть соединены последовательно, чтобы увеличить мощность нагрева воды - Трубы легко заменяются, если они сломаны - Идеально подходит для использования в коммерческих солнечных водонагревателях - Ожидаемый срок службы> 15 лет - Пассивная солнечная энергия Tracking '- поддерживает выход тепла независимо от положения солнца в небе - BSEN 12975 Approved SFB series Solar Collector Технические характеристики: Примечание: 1) Угол рамы может быть изменен в производстве в соответствии с местным широтным состоянием клиентов. Мы можем спроектировать подходящий угол для клиентов. 2) Мы можем предложить стойку для SFB, если клиенты нуждаются. 3) Мы можем изменить количество труб каждого солнечного коллектора SFB в соответствии с запросом клиентов. 4) Мы можем изменить различные материалы Коллектора в соответствии с требованием клиентов SFB-AL со стойкой.

Группа Продуктов : Тип давления Солнечные водонагреватели > Эвакуированный Трубчатый Солнечный Подогреватель Воды

Перспективы использования различных конструкций солнечных концентраторов на территории Российской Федерации Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

m Энергетика

Ses Power Engineering

Оригинальная статья / Original article УДК 620.91

DOI: 10.21285/1814-3520-2017-2-127-136

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ СОЛНЕЧНЫХ КОНЦЕНТРАТОРОВ НА ТЕРРИТОРИИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

1 9

© И.Р. Рахматулин1, М.А. Кирпичникова2

Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет), Российская Федерация, 454080, г. Челябинск, ул. Ленина, 7б.

РЕЗЮМЕ. ЦЕЛЬ. Проанализированы возможности применения солнечной энергии в процессах выработки электрической энергии за счет использования пара и паровой турбины. Исследованы различные конструкции солнечных концентраторов; представлены основные характеристики различных концентраторов с точки зрения экономической эффективности и технической производительности, на основании чего сделаны рекомендации по выбору конструкции солнечного концентратора для паровых турбин различной мощности на территории Российской Федерации. МЕТОДЫ. Теоретические расчеты тепловой схемы осложнены отсутствием методик и их результатов по использованию солнечных концентраторов в процессах выработки электрической энергии в России. В связи с чем проведен анализ математических моделей для расчета производительности солнечных электростанций с концентраторами, представлена структура математической модели, приведены расчеты по определению ошибки в оптике тарелки для определения фокального луча и результаты расчетов в графическом исполнении. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ. На Южном Урале получена зависимость выработки электрической энергии солнечной электростанции от времени года при использовании солнечных концентраторов и вакуумных солнечных коллекторов. Представлены результаты проведенных исследований разработанной солнечной электростанции с вакуумными солнечными коллекторами. ВЫВОДЫ. Доказана целесообразность использования вакуумных солнечных коллекторов и концентраторов Стирлинга для бытового потребителя на территории Российской Федерации. Получены технические характеристики пара для работы паровой турбины в составе солнечной электростанции.

Ключевые слова: солнечная башня, концентратор Стирлинга, параболический концентратор, линзы Френеля, солнечные коллекторы, опреснительная установка.

Формат цитирования: Рахматулин И.Р., Кирпичникова И.М. Перспективы использования различных конструкций солнечных концентраторов на территории Российской Федерации // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2017. Т. 21. № 2. С. 127-136. DOI: 10.21285/1814-3520-2017-2-127-136

APPLICATION PROSPECTS OF SOLAR CONCENTRATORS OF VARIOUS DESIGNS IN THE RUSSIAN FEDERATION I.R. Rakhmatulin, I.M. Kirpichnikova

South Ural State University (National Research University), 7b, Lenin St., Chelyabinsk, 454080, Russian Federation.

ABSTRACT. PURPOSE. The paper analyzes application possibilities of solar energy in the processes of electrical energy generation through the use of steam and steam turbines. The study is given to different designs of solar concentrators. The main characteristics of various concentrators are described in terms of economic efficiency and engineering performance. On this basis the recommendations are made on the selection of a solar concentrator design for steam turbines of various capacities in the Russian Federation. METHODS. Theoretical calculations of a thermal circuit are complicated by the absence of techniques and available results on the use of solar concentrators in electric power generation in Russia. Therefore, the analysis is given to the mathematical models to calculate the performance of solar power plants (SPP) with concentrators. In addition, the structure of the mathematical model is described and the calculations on error determination in the dish optics to determine the focal beam are given as well as the calculation results in a graph form. RESULTS AND THEIR DISCUSSION. In the Southern Urals we have obtained the seasonal dependence of SPP electric energy generation using solar concentrators and vacuum solar collectors. The results of the conducted experimental studies of a designed solar power station with vacuum solar collectors are introduced. CONCLUSIONS. The

1

Рахматулин Ильдар Рафикович, кандидат технических наук, e-mail: [email protected] Ildar R. Rakhmatulin, Candidate of technical sciences, e-mail: [email protected]

2Кирпичникова Ирина Михайловна, доктор технических наук, профессор, заведующая кафедрой электрических станций, сетей и систем электроснабжения, e-mail: [email protected]

Irina M. Kirpichnikova, Doctor of technical sciences, Professor, Head of the Department of Electrical Stations, Networks and Power Supply Systems, e-mail: [email protected]

feasibility of vacuum solar collectors and dish-Stirling for household consumers in the Russian Federation is proved. Steam specifications are obtained for steam turbine operation as a part of a solar power plant. Keywords: solar tower, dish-Stirling, parabolic trough, linear Fresnel, solar collectors, desalination plant

For citation: Rakhmatulin I.R., Kirpichnikova I.M. Application prospects of solar concentrators of various designs in the Russian Federation. Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2017, vol. 21, no 21, pp. 127-136. (In Russian) DOI: 10.21285/1814-3520-2017-2-127-136

Введение

Концентрация солнечной энергии для ее преобразования в тепловую энергию за счет нагрева ресивера и выработки пара является перспективным направлением использования возобновляемых источников энергии, так как позволяет за счет небольших капиталовложений применять данный метод для выработки электрической, тепловой энергий и очищенной воды за счет конденсации пара на выходе из турбины.

Несмотря на то что история концентрации солнечной энергии известна с давних времен, данный метод для выработки электрической энергии начал активно развиваться только с 2008 г. и преимущественно в странах Северной Америки, Африки и Западной Европы. Темпы роста использования солнечных концентраторов в процессах выработки электрической энергии в мире показаны на рис. 1 [1].

Рис. 1. Темпы роста использования солнечных концентраторов в составе электростанций:

И - Испания; - США; - остальные страны; — - темпы роста Fig. 1. Rates of growth in the use of solar concentrators as parts of power plants:

I - Spain; -USA; - other countries;

Цель исследования

■ - rates of growth

Необходимо провести анализ установок, предназначенных для концентрации солнечного излучения, произвести их расчеты и экспериментальные исследования, на основании которых сделать вывод о целесообразности использования конкретного метода концентрации солнечного излучения на территории Российской Федерации для выработки электрической энергии.

Для концентрации солнечной энергии широкое применение нашли солнечные башни (Solar Tower, рис. 2, а), которые работают при низких температурах среди концентраторов (от 2600С), при этом в качестве хранения тепловой энергии используют расплавленную соль, синтетические масла. При условиях обеспечения низких затрат на хранение тепловой энергии, получения высокого коэффициента использования установленной мощности и большей эф-

фективности парового цикла целесообразно применять данный метод для выработки электрической энергии в промышленных масштабах (от 10 МВт). При этом чем больше выходная мощность, тем меньше окупаемость и стоимость электрической энергии на выходе.

Для получения небольших объемов электрической энергии применяется концентратор Стирлинга (Dish-Stirling, рис. 2, b), который состоит из параболического зеркала, концентрирующего солнечную инсоляцию на ресивер, расположенный в фокальной точке. Приемник преобразует солнечную энергию в тепло, которое используется двигателем Стирлинга для выработки электрической энергии.

В параболическом концентраторе (Parabolic Trough, рис. 2, с) рефлекторы имеют параболическую форму и сконструированы таким образом, что направляют солнечное излучение по линии фокуса.

Конструкция линз Френеля (Linear Fresnel, рис. 2, d) аналогична конструкции параболического концентратора. Солнечный свет отражается от серии зеркал на трубку ресивера. Но вместо использования цельной формы параболического зеркала, как в концентраторе, плоскость линз Френеля разделена на десять или более плоских зеркал, каждое из которых имеет свой привод и свою программу слежения. Данная конструкция позволяет избежать чрезмерных ветровых нагрузок, и снизить стоимость материала для зеркал.

В табл. 1 приведены основные характеристики четырех конструкций для концентрации солнечного излучения. Технологии концентраторов существенно отличаются друг от друга как с точки зрения технических и экономических составляющих, так и со стороны их надежности и наличия опыта работы в промышленных масштабах [2].

Рис. 2. Основные конструкции для концентрации солнечной энергии: а - солнечная башня; b - концентратор Стирлинга; c - параболический концентратор;

d -линзы Френеля Fig. 2. Main designs for solar power concentrating: a - Solar Tower; b - Dish-Stirling; c - Parabolic Trough; d - Linear Fresnel

Таблица 1

Основные технические характеристики концентраторов

Table 1

Main specil 7cations of concentrators

Параметр / Parameter Параболический концентратор / Parabolic Trough Солнечная башня / Solar Power Линзы Френеля / Linear Fresnel Концентратор Стирлинга / Dish-Stirling

Электрическая мощность, МВт / Electric 10-300 10-200 10-200 0,01-0,025

capacity, MW

Рабочая

температура, 0С / Working temperature, 0С 350-550 250-565 390 550-750

КПД, % / Efficiency, % 14-20 23-35 18 30

Подача воды, м3/МВт / 3 2-3 3 0,05-1

Water supply, m3/MW

Преобразователь солнечной энергии в тепловую / Helio-thermal converter Фиксированный теплообменник/ Fixed heat ex- Поверхность башни/ Tower surface Фиксированный теплообменник/ Fixed heat ex- Отражатель / Reflector

changer changer

Система хранения Два бака c рас- Два бака с рас- Кратковременное

тепловой энергии / плавленной со- плавленной со- хранение под

Thermal energy storage system лью с температурой 3800С / Two tanks with лью с температурой от 550°C / Two tanks with давлением пара (менее 10 мин) / Short-term stor- Без хранения / Without storage

molten salt at a molten salt at a age under steam

temperature of 3800С temperature of 5500C pressure (less than 10 min)

Стабильность энергосистемы / Power system stability Среднее / Middle Высокое / High Среднее/ Middle Низкое / Low

Цикл / Перегретый цикл Перегретый цикл Насыщенный

Cycle пара / Superheated steam cycle пара / Superheated steam cycle цикл пара / Saturated steam cycle -

Характеристики пара, 0С / Бар Steam char- 380/540 540/160 260/50

acteristics, 0C/Bar

Большинство проектов по реализации солнечных электростанций в настоящее время основаны на параболических технологиях, поскольку они зарекомендовали себя на практике надежными системами и показали низкую стоимость и быструю окупаемость проекта в сравнении с другими методами. Для выработки электрической энергии в промышленных масштабах целесообразно использовать солнечные концентраторы и солнечные башни по схемам, представленным на рис. 3.

b

Рис. 3. Схема использования солнечных концентраторов (а) и солнечной башни (b) в составе электростанции: 1 - солнечные концентраторы; 2 - расплав солей, горячая емкость; 3 - расплав солей, холодная емкость; 4 - сосуд теплоносителя; 5 - парогенератор; 6 - трубопровод подачи пара; 7 - деаэратор; 8 - подогреватель; 9 - трубопровод подогретого пара; 10 - паровая турбина; 11 - подогреватель; 12 - конденсатор; 13 - солнечные концентраторы; 14 - солнечная башня; 15 - теплообменник; 16 - парогенератор; 17 - трубопровод подачи пара; 18 - паровая турбина; 19 - конденсатор Fig. 3. Scheme of the use of solar concentrators (a) and a solar tower (b) as parts of a power plant: 1 - solar concentrators; 2 - molten salt, hot container; 3 - molten salt, cold container; 4 - heat transfer medium vessel; 5 - steam generator; 6 - steam supply pipeline; 7 - deaerator; 8 - нeater; 9 - preheated steam piping; 10 - steam turbine; 11 - heater; 12 - condenser; 13 - solar concentrators; 14 - solar tower; 15 - heat exchanger; 16 - steam generator; 17 - steam supply pipeline; 18 - steam turbine; 19 - condenser

а

Ключевым моментом для снижения затрат на выработку электрической энергии за счет использования солнечной энергии является повышение эффективности работы концентраторов солнечной энергии. Из рассматриваемых устройств концентратор Стирлинга имеет самый высокий КПД за счет фокусирования солнечной энергии на узком участке ресивера и использования двигателя Стирлинга. При этом концентратор имеет небольшие размеры, так как не требует системы водоподготовки, деаэратора и других устройств, которые применяются в паровых турбинах. Размеры параболического концентратора Стирлинга с электрической мощностью 4,5 кВт представлены на рис. 4.

Рис. 4. Размеры параболического концентратора Стирлинга с электрической мощностью 4,5 кВт Fig. 4. Dimensions of the parabolic Dish-Stirling engine system with the electrical capacity of 4.5 kW

Концентраторы Стирлинга можно разделить на две части: группу с двигателями в фокусе каждого концентратора и на группу, что имеет одну турбину или двигатель Стирлинга с тепловой энергией, поступающей на турбину от всех концентраторов. При этом концентратор Стирлинга рекомендуется использовать при электрической мощности не более 25 кВт.

Теоретические расчеты целесообразности использования солнечных концентраторов в составе электростанции представляют сложный процесс, учитывающий различные динамические и климатические факторы, использование паровой турбины и тепловых аккумуляторов.

На данный момент для расчетов по целесообразности использования солнечных концентраторов применяется следующее программное обеспечение с математическим моделированием - Heliostat Field Control (HelFiCo), System Advisor Model (SAM) от National Renewable Energy Laboratory (NREL), ряд работ, выполненных в программе Mat Lab и цикл симуляции на языке программировании EES [3-7]. Результаты теоретических расчетов математической модели показывают, что солнечные концентраторы целесообразно использовать на территориях, указанных на рис. 5 [8].

Рис. 5. Целесообразность использования солнечной энергии в процессах выработки электрической энергии за счет использования солнечных концентраторов: S - оптимальные; '"-■■> - очень хорошие; X - хорошие; - неблагоприятные Fig. 5. Application feasibility of solar energy in the processes of electric power generation through the use of solar concentrators: s* _ optimal; V- - very good; X - good; - unfavorable

В Российской Федерации благоприятными регионами для использования солнечных концентраторов являются территории Северного Кавказа, Республики Крым и южные районы Алтайского края.

На рис. 6 представлена эффективность работы теплового двигателя в зависимости от температуры пара [9].

Эффективность работы приемника и теплового двигателя имеет степенную зависимость. После того как достигается пик по температуре, результативность использования ресивера перестает увеличиваться, так как в приемнике начинают преобладать инфракрасные потери.

При проектировании солнечного концентратора и апертуры солнечного приемника для получения максимальной температуры необходимо учитывать минимальный размер пятна на заданном расстоянии. Также обязательно фокусирование всего света от поверхности концентратора на поверхность ресивера в одной точки. Ошибки в оптике тарелки перекоса света увеличивают размер фокального луча. Угловая погрешность из-за оптики рассчитывается с помощью уравнения [7]

Материал и методы исследования

\

Qtot = • Qconc)2 + (Qtracking)2 + (Qrelf)2 + (Qabs)2 + (Qsun)2,

где Qconc - коэффициент неровности поверхности концентратора; Qtracking - коэффициент наличия устройства слежения за солнцем; Qrefi - коэффициент зеркальности отражателя; Qabs - коэффициент расположения приемника в центре фокуса падения солнечных лучей; Qsun - коэффициент параллельного падения солнечных лучей. Температура абсорбера рассчитывается по формуле

Tabs = Ts[(l-n)^^CR^ sinB2]1/4,

ЕйЬэ

где Ts - температура источника, 0C; n - коэффициент эффективности преобразования солнечной энергии в теплоноситель; Nopt - оптическая эффективность концентратора; Eabs -излучательная способность абсорбера; в - угол падения лучей.

Соотношение концентрации параболического концентратора CR рассчитывается по формуле

CR = —,

Аг

о о

где Ad - площадь концентратора, м2; Ar- площадь ресивера, м2 [7].

Рис. 6. Эффективность системы теплового двигателя в зависимости от температуры пара Fig. 6. Heat engine system efficiency depending on steam temperature

Автором [10-12] была разработана солнечная опреснительная установка (рис. 7, а), на основании экспериментальных исследований которой установлены зависимости выработки пара от интенсивности солнечного излучения, наличия устройства слежения за солнцем и использования различных типов солнечных коллекторов. С учетом полученных данных была спроектирована солнечная электростанция и проведены экспериментальные исследования с имитацией подачи пара от солнечных коллекторов (рис. 7, Ь) [13].

а b

Рис. 7. Экспериментальный стенд солнечной опреснительной установки (а) и стенд выработки электрической энергии за счет использования солнечной энергии (b): 1 - солнечные коллекторы;

2 - устройство слежения за солнцем; 3 - трубопроводы подачи воды; 4 - опреснитель; 5 - теплообменник; 6 - солнечные коллекторы; 7 - нагреватель воды; 8 - циркуляционный насос Fig. 7. Test stand of a solar desalination plant (a) and a test stand generating electric power through the use of solar energy (b): 1 - solar collectors; 2 - solar tracker; 3 - water supply pipes; 4 - desalination plant; 5 - heat exchanger; 6 - solar collectors; 7 - water heater; 8 - circulation pump

Результаты исследования и их обсуждение

Результаты экспериментальных исследований (рис. 8) показали возможность применения солнечной энергии за счет использования солнечных коллекторов и солнечных концентраторов в составе электростанции с паровой турбиной мощностью 6,5 кВт на территории Южного Урала.

Рис. 8. Зависимость количества трубок солнечных коллекторов, N, шт. -1 и количества солнечных концентраторов, S, м2- 2 от времени года для выработки тепловой энергии - 42 кВт/ч Fig. 8. Dependence of the number of solar collector tubes, N, items - 1 and the amount of solar concentrators, S, m2- 2 on the season for heat energy generation - 42 kW/h

Для бытового использования солнечных концентраторов предлагается задействовать концентратор с двигателем Стирлинга мощностью до 25 кВт и температурой порядка 800 0С. Для выработки промышленных масштабов целесообразно использовать линзы Френеля с эффективной одноцилиндровой конденсационной паровой турбиной мощностью от 3,5 МВт при давлении от 60 Бар и температурой от 4500С.

Выводы

Доказана целесообразность применения концентраторов Стирлинга и вакуумных коллекторов на территории Российской Федерации для выработки электрической энергии.

Для работы с солнечными вакуумными коллекторами предлагается использовать паровую мини-турбину серии VAMAN компании Mizun Consultant с генератором переменного тока мощностью Р 7,5 кВт, для работы которой потребуется производить 42 кВт/ч тепловой энергии, что позволит обеспечить для турбины требуемый объем пара 64 кг/ч при t 1900C и давлении P 10,5 Бар.

Совершенствование технологии преобразования солнечной энергии в тепловую энергию и уменьшение стоимости хранения тепловой энергии позволят сделать конкурентоспособные солнечные концентраторы даже при работе в условиях переменной облачности и в регионах с поступлением солнечной радиации порядка 1000 кВтч/м2 в год. Помимо южных регионов Российской Федерации, использование солнечных концентраторов рационально в развивающихся странах: Азии, Африке, Индии и Латинской Америке.

Библиография

1. Technology Roadmap Solar Thermal Electricity. 2014. 52 p. Adobe Acrobat Reader [Электронный ресурс]. URL: http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/TechnologyRoadmapSolarThermalElectricity_2014edition.pdf (11.11.2016).

2. Renewable energy technologies: cost analysis series, Volume 1: Power Sector. Issue 2/5. June. 2012. 48 p. Adobe Acrobat Reader [Электронный ресурс]. URL: http://www.irena.org/documentdownloads/publications/re_technologies_cost_analysis-csp.pdf (11.11.2016).

3. Javier Bonilla. Real-Time Simulation of CESA-I Central Receiver Solar Thermal Power Plant. MedioAmbientales y Tecnológicas Universidad Nacional de Educación a Distancia journal (UNED), Madrid, Spain Proceedings 7th Modélica Conference, Como, Italy. 2009. Р. 20-22.

4. A. Okhorzina1, Numerical modelling of a PV concentrator system based on a dual-diode cell model taking into account cooling by a heat sink. 31st European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition. 2013. Р. 345-353.

5. Ebru Usta. A consideration of cycle selection for meso-scale distributed solar-thermal power. A Thesis Presented to The Academic Faculty by Suzanne Price, Georgia Institute of Technology August. 2009. 209 р.

6. Daniel Horst. Performance Simulation For Parabolic Trough Concentrating Solar Power Plants and Export Scenario Analysis For North Africa. A Thesis Submitted to the Faculty of Engineering at Cairo University in Partial Fulfillment. 2012. 122 р.

7. Christopher Newton. Low-cost concentrating solar collector for steam generation by John Dascomb. A Thesis submitted to the Department of Mechanical Engineering in partial ful_llment of the requirements for the degree of Master of Science. 2009. 94 р.

8. Manuel Romero-Alvarez. Steam turbines for solar thermal power plants. Siemens. Handbook of Energy Efficiency and Renewable Energy. 2008. 98 р.

10. Рахматулин И.Р. Экспериментальные исследования влияния устройства слежения на производительность солнечной опреснительной установки // Ползуновский вестник. 2013. № 4-2. С. 168-178.

11. Рахматулин И.Р. Математическая модель солнечной опреснительной установки с устройством слежения за солнцем // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Сер. Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника. 2014. Т. 14. № 1. С. 110-115.

12. Рахматулин И.Р. Сравнительный анализ использования солнечного коллектора и солнечного концентратора для опреснения воды // Наука ЮУрГУ: материалы 65-й научной конференции. Секция «Технические науки»: в 2 т. Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ. 2013. Т. 2. С. 190-193.

13. Кирпичникова И.М., Рахматулин И.Р. Использование паровой турбины в составе солнечной опреснительной установки // Вестник ЮУрГУ. Сер. Энергетика. 2016. Т. 16. № 3. C. 57-61.

References

1. Technology Roadmap Solar Thermal Electricity. 2014, 52 p. Adobe Acrobat Reader. Available at: http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/TechnologyRoadmapSolarThermalElectricity_2014edition.pdf (accessed 11 November 2016).

2. Renewable energy technologies: cost analysis series, Volume 1: Power Sector. Issue 2/5. June. 2012, 48 p. Adobe Acrobat Reader. Available at: http://www.irena.org/documentdownloads/publications/re_technologies_cost_analysis-csp.pdf (11 November 2016).

3. Javier Bonilla. Real-Time Simulation of CESA-I Central Receiver Solar Thermal Power Plant. MedioAmbientales y Tecnológicas Universidad Nacional de Educación a Distancia journal (UNED), Madrid, Spain Proceedings 7th Modelica Conference, Como, Italy. 2009, pp. 20-22.

4. A. Okhorzina1, Numerical modelling of a PV concentrator system based on a dual-diode cell model taking into account cooling by a heat sink. 31st European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition. 2013, pp. 345-353.

5. Ebru Usta. A consideration of cycle selection for meso-scale distributed solar-thermal power. A Thesis Presented to The Academic Faculty by Suzanne Price, Georgia Institute of Technology August. 2009, 209 p.

6. Daniel Horst. Performance Simulation For Parabolic Trough Concentrating Solar Power Plants and Export Scenario Analysis For North Africa. A Thesis Submitted to the Faculty of Engineering at Cairo University in Partial Fulfillment. 2012, 122 p.

7. Christopher Newton. Low-cost concentrating solar collector for steam generation by John Dascomb. A Thesis submitted to the Department of Mechanical Engineering in partial ful_llment of the requirements for the degree of Master of Science. 2009, 94 p.

8. Manuel Romero-Alvarez. Steam turbines for solar thermal power plants. Siemens. Handbook of Energy Efficiency and Renewable Energy. 2008, 98 p.

10. Rakhmatulin I.R. Eksperimental'nye issledovaniya vliyaniya ustroistva slezheniya na proizvoditel'nost' solnechnoi opresnitel'noi ustanovki [Experimental studies of solar tracker effect on solar desalination plant performance]. Polzunovskii vestnik [Polzunovsky Vestnik]. 2013, no. 4-2, pp. 168-178. (In Russian)

11. Rakhmatulin I.R. Matematicheskaya model' solnechnoi opresnitel'noi ustanovki s ustroistvom slezheniya za solntsem [Mathematical model of solar desalination plant with tracking device for the sun]. Vestnik Yuzhno-Ural'skogo gosudar-stvennogo universiteta. Ser. Komp'yuternye tekhnologii, upravlenie, radioelektronika [Bulletin of the South Ural State University. Series: Computer technology, control, radioelectronics]. 2014, vol. 14, no. 1, pp. 110-115. (In Russian)

12. Rakhmatulin I.R. Sravnitel'nyi analiz ispol'zovaniya solnechnogo kollektora i solnechnogo kontsentratora dlya opres-neniya vody [Comparative analysis of the use of solar collector and solar concentrator for water desalination]. Materialy 65 nauchnoi konferentsii "Nauka YuUrGU" [Materials of the 65th scientific conference "Science of the South Ural State University"]. Chelyabinsk, Izdatel'skii tsentr YuUrGU Publ., 2013, vol. 2, pp. 190-193. (In Russian)

13. Kirpichnikova I.M., Rakhmatulin I.R. Ispol'zovanie parovoi turbiny v sostave solnechnoi opresnitel'noi ustanovki [Steam turbine in solar desalination plant]. Vestnik YuUrGU. Ser. Energetika. [Bulletin of the South Ural State University. Series: Power Engineering]. 2016, vol. 16, no. 3, pp. 57-61. (In Russian)

Критерии авторства

Authorship criteria

Рахматулин И.Р., Кирпичникова И.М., проанализировали возможность применения солнечной энергии в процессах выработки электрической энергии за счет использования пара и паровой турбины на территории Российской Федерации, провели обобщение и написали рукопись. Рахматулин И.Р., Кирпичникова И.М. имеют равные авторские права и несут одинаковую ответственность за плагиат.

Rakhmatulin I.R., Kirpichnikova I.M. have analyzed the application possibility of solar energy in the process of electric power generation through the use of steam and steam turbines on the territory of the Russian Federation. They summarized the material and wrote the manuscript. Rakhmatulin I.R., Kirpichnikova I.M. have equal author's rights and bear equal responsibility for plagiarism.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Conflict of interests

The authors declare that there is no conflict of interests regarding the publication of this article.

Статья поступила 28.11.2016 г.

The article was received 28 November 2016

солнечный коллектор, солнечный фотоэлемент, параболическая солнечная электростанция.

Очень давно ещё древние греки использовали солнечную энергию для обогрева жилища. В 19 веке впервые изобрели солнечный коллектор, с помощью которого нагревали воду. Нынешняя энергетика на основе солнечного тепла носит название гелиоэнергетика, и начала развиваться она только в середине 20 века. Солнечную энергию можно преобразовать в электрическую или тепловую с помощью трёх технологий: Чаще всего используется вариант снабжения теплом при помощи солнечных коллекторов — водонагревателей. Их устанавливают в неподвижном состоянии на крышах домов так, чтобы сохранялся определённый угол к горизонту. Теплоносителем может служить воздух, вода или антифриз. Это вещество нагревается на 40-50 градусов больше температуры окружающего пространства, что и обеспечивают вышеупомянутые коллекторы. Но такие устройства могут применяться не только для обогрева. Ими кондиционируют воздух, сушат продукты сельского хозяйства и даже делают пресной морскую воду. Япония и США на сегодняшний день — лидеры по закупке таких солнечнообогревательных систем. Но на Кипре и в Израиле этих установок несколько больше из расчёта на одного человека. В Израиле, например, 70% населения пользуются такой солнечной энергией, и всех их обеспечивает 1 млн. коллекторов. Индия и Китай тоже не обходятся без этого. В некоторых странах Африки солнечные коллекторы используются в основном, чтоб запустить насосные установки. При втором способе солнечная энергия трансформируется не в тепловую, а в электрическую. Этот процесс осуществляют солнечные батареи на основе кремня, так называемые фотоэлектрические установки. Подобные устройства использовались на космических кораблях. Впервые такая система была запущена в Калифорнии. Сейчас же третью рынка фотоэлектрических элементов управляет Япония. Хотя такая электроэнергия всё ещё очень дорого стоит, в некоторых странах ею успешно пользуются. Третий способ тоже преобразовывает энергию Солнца в электричество. Это осуществимо с помощью параболических или башенных солнечных электростанций.
  • < Назад
  • Вперёд >

gaz.wiki - gaz.wiki

Navigation

  • Main page

Languages

  • Deutsch
  • Français
  • Nederlands
  • Русский
  • Italiano
  • Español
  • Polski
  • Português
  • Norsk
  • Suomen kieli
  • Magyar
  • Čeština
  • Türkçe
  • Dansk
  • Română
  • Svenska

Параболический желоб для солнечных тепловых систем

Параболический желоб для солнечных тепловых систем Статья Учебники по альтернативной энергии 18.06.2010 08.03.2021 Учебные пособия по альтернативным источникам энергии

Параболический желоб увеличивает энергию солнца

До сих пор мы видели несколько различных типов конструкций солнечных коллекторов, которые используют энергию солнца для нагрева воды. Каждая конструкция, будь то основной почерневший плоский коллектор или более продвинутый вакуумный трубчатый коллектор, имеет свои преимущества и недостатки, и для большинства бытовых солнечных систем горячего водоснабжения этих типов солнечных коллекторов более чем достаточно.Но для получения более высоких температур с хорошей эффективностью может потребоваться солнечный коллектор в виде параболического желоба , отражателя .

Параболический желоб-рефлектор

Параболический желоб-рефлектор - это коллектор солнечной тепловой энергии, предназначенный для улавливания прямого солнечного излучения на большой площади поверхности и фокусировки, или, в более общем смысле, «концентрации» на небольшой фокусной области, увеличивая солнечную энергию получено более чем в два раза, что означает больше тепла на квадратный метр желоба.

Форма концентрирующих солнечных коллекторов должна быть специально спроектирована так, чтобы весь входящий солнечный свет отражался от поверхности коллектора и попадал в одну и ту же точку фокусировки, независимо от того, в какую часть коллектора солнечный свет попадает первым.

Концентрирующие солнечные коллекторы для жилых помещений обычно представляют собой параболический желоб «U-образной формы» (отсюда и их название), который концентрирует солнечную энергию на поглотительной тепловой трубке, называемой приемником, которая расположена вдоль оси фокуса отражающего желоба.

Параболические желобные отражатели или PTR изготавливаются путем простого сгибания листа отражающего или хорошо отполированного материала в параболическую форму, называемую параболой. Поскольку солнечные световые волны, по существу, распространяются параллельно друг другу, этот тип солнечного коллектора можно направить прямо на солнце и при этом добиться полной фокусной мощности от всех частей рефлектора в форме желоба, как показано.

Параболический желобный отражатель при использовании в качестве коллектора солнечной тепловой энергии сконструирован как длинное параболическое отражающее зеркало, которое обычно окрашено в серебристый цвет, или сделано из полированного алюминия, или использует зеркала, которые линейно переходят в форму желоба.Металлическая черная тепловая трубка внутри герметичной стеклянной трубки, которую также можно откачивать, используется для уменьшения тепловых потерь. Тепловая трубка содержит теплоноситель, который перекачивается по петле внутри трубки, поглощая тепло при прохождении через нее.

Параболический желобчатый отражатель может генерировать гораздо более высокие температуры более эффективно, чем коллектор с одной плоской пластиной, поскольку площадь поверхности поглотителя намного меньше. Жидкий теплоноситель, который обычно представляет собой смесь воды и других присадок или термомасла, прокачивается через трубку и поглощает солнечное тепло, достигая температуры более 200 o C.

Горячая вода направляется в теплообменник, где она непосредственно нагревает резервуар для горячей воды для использования в доме, что делает этот тип солнечного отопления активной системой с замкнутым контуром. Однако параболические желобные отражатели используют только прямое солнечное излучение для нагрева приемной трубы, поскольку рассеянное солнечное излучение не может быть сфокусировано на поглотителе, что делает их менее эффективными, когда небо облачно или солнце не выровнено.

Параболический желобный отражатель

Для решения этой проблемы большинству концентрирующих коллекторов требуется какое-либо механическое оборудование, которое постоянно ориентирует коллекторы на солнце, удерживая поглотитель тепловой трубки в правильной фокусной точке.Это может быть достигнуто с помощью следящего солнечного концентратора, который выравнивает желоб по солнцу в течение дня, увеличивая приток солнечного тепла.

Коллектор обычно имеет единственную ось вращения по длине желоба, которая может быть ориентирована в направлении с востока на запад, отслеживая солнце с севера на юг, или ориентирована в направлении с севера на юг и отслеживая движение солнце с востока на запад.

Параболические впадины обычно выровнены по оси с севера на юг и вращаются для отслеживания движения солнца по небу каждый день с утра до ночи.

Преимущества этого типа режима слежения заключаются в том, что в течение дня требуется очень небольшая регулировка коллектора, в результате чего солнечный желоб всегда обращен к солнцу в полдень, но производительность коллектора рано утром или поздно днем ​​значительно снижается. из-за больших углов падения желоба.

Хотя солнечные коллекторы используют системы слежения, чтобы держать их обращенными к солнцу, они наиболее эффективны в более солнечном климате, где есть хорошие солнечные ресурсы.Как и многие другие солнечные коллекторы, параболические желобные отражатели имеют модульную конструкцию, что означает, что отдельные желоба можно соединять вместе.

Преимущество здесь состоит в том, что их соединение создает большую площадь поверхности абсорбера, производящего большое количество горячей воды от солнечной энергии, чем может быть создано отдельным желобом. Множество отдельных желобов, соединенных вместе, образуют коллекторное поле, если они соединены вместе последовательными и параллельными рядами.

В качестве концентрирующих коллекторов, ориентированных на линию, параболические желобные отражатели более эффективны для промышленных и коммерческих применений, где требуется большое количество горячей воды круглосуточно.В этих типах установок солнечная энергия, захваченная солнечными желобами, нагревает специальный тип термомасла до очень высоких температур.

Масло, циркулирующее в активной системе с замкнутым контуром, используется для нагрева больших объемов воды или для генерации пара при очень высоких температурах до 400 o C, который затем может использоваться для выработки электроэнергии. Кроме того, для соединения параболических желобов с образованием коллекторных полей для установки требуются большие площади земли, но они компенсируют потребность в традиционной энергии и обеспечивают экономию энергии и экологические преимущества.

Солнечные концентраторы, такие как параболические желоба, имеют небольшую площадь абсорбера и, следовательно, меньшие тепловые потери и обеспечивают высокий КПД около 12% при гораздо более высоких рабочих температурах по сравнению со стандартными плоскими коллекторами. Однако у них есть недостаток, заключающийся в меньшем угле обзора, и, следовательно, для их удержания в правильной точке фокусировки требуется какая-то система слежения или ручная регулировка.

Также параболические желобные отражатели не могут улавливать большую часть рассеянной солнечной радиации.Параболические коллекторы не рекомендуются для домашнего использования из-за их размера и высоких температур воды, но желательны для определенных промышленных и коммерческих нужд, чтобы обеспечить большие объемы горячей воды и / или для производства электроэнергии с помощью работающих паровых турбин.

В следующем уроке о солнечном нагреве мы рассмотрим другой тип солнечного коллектора, который предназначен для еще большей концентрации принимаемого солнечного излучения в одной точке фокусировки, в то же время принимая большую часть рассеянного излучения, повышая их эффективность.

Кроме того, эти концентраторы могут быть стационарными или требовать лишь небольшой сезонной регулировки наклона, чтобы их тепловая труба находилась в правильной фокусной точке. Эти типы солнечных тепловых коллекторов называются солнечными коллекторами для посуды, которые можно использовать для сосредоточения солнечной энергии в одной точке.

Самые продаваемые солнечные параболические отражатели

Параболический желоб - обзор

7.5.1 Системы параболического желоба

Системы параболического желоба, как показано на рис.7.2 являются наиболее экономически эффективными и широко используемыми системами для выработки электроэнергии в мире. На его долю приходится около 90% установленной базы CSP.

Рисунок 7.2. Система параболического желоба.

Эта система состоит из длинного коллектора параболической формы с изогнутыми зеркалами, который фокусирует солнечные лучи на приемной трубе (трубе поглотителя), расположенной в фокусе параболических желобов. Эти желоба могут иметь длину более 600 м, и металлическая трубка абсорбера обычно встраивается в вакуумированную стеклянную трубку для уменьшения тепловых потерь.Желоба вращаются в течение дня, когда солнце движется с востока на запад, чтобы максимизировать получаемую солнечную энергию. Металлическая трубка абсорбера заполнена жидкостью, обычно синтетическим маслом, которое можно нагревать до 400 ° C. Благодаря параболической форме желоба могут фокусировать солнце с интенсивностью в 30–100 раз больше нормальной. Затем жидкость прокачивается через теплообменник, который передает тепло воде, которая образует пар при кипячении воды. Пар используется для запуска турбины, вырабатывающей электричество.Использование других жидких теплоносителей, таких как расплавленные соли или прямой пар, позволяет работать при температуре до 550 ° C, тем самым повышая эффективность установки. Эти системы также могут быть спроектированы как гибриды с использованием ископаемого топлива для поддержки солнечной тепловой мощности в ночное время или в периоды пасмурных дней.

Большинство современных тепловых электростанций для крупных электростанций были разработаны Lunz International, в которой используется конструкция с параболическим желобом, называемая системой LUZ (LS-1,2,3), коллекторы, изготовленные из оцинкованной стали, для поддержки своей конструкции, основанной на крутящем моменте.В период с 1984 по 1990 год Луз построил девять солнечных электростанций (SEGS) мощностью 13–80 МВт. Две дополнительные электростанции с параболическими желобами работали с 1990-х годов в Соединенных Штатах в Неваде и Флориде. Nevada Solar One (NSO) была запущена в 2007 году и вырабатывает 64 МВт. Центр солнечной энергии Martin Next Generation в Индиантауне, Флорида, начал свою работу в 2010 году с мощностью 75 МВт. Это первая гибридная установка на природном газе с комбинированным циклом и CSP.

В Испании более 1 ГВт солнечных электростанций с параболическим желобом построено в период с 2007 по 2013 год с помощью государственных субсидий в виде зеленых тарифов.Большинство этих растений используют расплав соли для TES. Установки с параболическим желобом в Испании включают солнечную электростанцию ​​Solaben мощностью 200 МВт, солнечную электростанцию ​​Solnova мощностью 200 МВт и солнечную электростанцию ​​Andasol-1 мощностью 50 МВт, в которой используются коллекторы Eurotrough.

Солнечная электростанция Solnova состоит из пяти отдельных блоков по 50 МВт каждый, расположенных в Севилье в Солукар-ла-Майор, которые построены и эксплуатируются компанией Abengoa Solar. Строительство трех энергоблоков «Сольнова-1», «Сольнова-III» и «Сольнова-IV» было завершено в 2010 г. поэтапно, начавшимся в 2007 г.Каждый блок использует 360 коллекторов параболического желоба на основе технологии параболического желоба ASTRO, разработанной компанией Solnova Solar. Эта технология включает в себя длинные ряды изогнутых зеркал гелиостата, которые можно поворачивать в направлении солнца. Зеркала, в свою очередь, отражают солнечный свет, который фокусируется на трубе, содержащей жидкость. Три завершенных блока также оборудованы для использования природного газа в качестве вторичного источника топлива. На рис. 7.3 справа показана установка Сольнова-1, слева спереди - Сольнова-III, а сзади слева - Сольнова-IV.Две башни на заднем плане - это PS10 и PS20 (см. Главу «Доступность фотоэлектрических систем», «Общественные солнечные системы» и «Солнечные микросети» и дополнительную информацию ниже).

Рисунок 7.3. Установка Сольнова ЦСП с использованием параболических желобных отражателей.

В 2014 году солнечные тепловые энергетические системы, использующие технологию параболического желоба, включают электростанции SEGS мощностью 354 МВт в Калифорнии, США, электростанцию ​​Solana мощностью 280 МВт в Аризоне и проект Genesis Solar Energy мощностью 250 МВт в Калифорнии.

Система солнечной генерации Solana разработана и принадлежит Abengoa Solar, глобальной компании, которая в настоящее время имеет 1603 МВт в коммерческой эксплуатации, 360 МВт в стадии строительства и более 320 МВт в стадии предварительного строительства в разных странах.Установка, показанная на рис. 7.4, производит 280 МВт (валовая) солнечной энергии от двух паротурбинных генераторов мощностью 140 МВт; это самая большая установка с параболическими желобами в мире.

Рисунок 7.4. Электростанция Solana с параболическими желобными отражателями.

Предоставлено Abengoa.

Эта система использует 3200 зеркальных параболических желобных коллекторов и 2,2 миллиона квадратных метров отражающей поверхности, покрывающей 3 квадратных мили солнечного поля. Электроэнергия вырабатывается с помощью обычных паровых турбин. Завод использует расплав соли для TES и может обеспечивать 6 часов управляемой энергии после захода солнца или в пасмурные дни.Электростанция Solana может обеспечивать чистую электроэнергию для питания 71 000 домов, избегая при этом 5000 тонн CO 2 ежегодно. Резервным источником ископаемого топлива, используемого на этом заводе, является природный газ.

Параболический желобный коллектор - обзор

6.8 Комбинации солнечного опреснения

Одна из первых солнечных систем была установлена ​​в Абу-Даби (рис. 6.22), которая представляет собой многоступенчатую дистилляционную систему (MES) с системой солнечных коллекторов с откачиваемыми трубками. проектная производительность 120 м 3 сутки −1 и обычно 85 м 3 сутки −1 (El-Nashar, 1993, 2000a, b, 2001a), в то время как некоторые другие комбинации были изучены, которые касаются конструкций в основном пилотные установки.Гарсия-Родригес и др. (2002) сообщают, что типичная температура для солнечной дистилляции MED составляет 65–75 ° C, тогда как для системы дистилляции MSF она составляет 80–90 ° C. Для этих систем подходят коллекторы с плоскими пластинами, а также коллекторы с вакуумными трубками, PTC, составные параболические коллекторы и линейные зеркала Френеля, причем лучшая комбинация - параболические желоба.

Рисунок 6.22. Установка MES и поле солнечного коллектора с вакуумными трубками установлены в Абу-Даби (Эль-Нашар, штат Эолсс).

Из четырех основных промышленных методов опреснения два относятся к термическому (MED и MSF), а два (MVC и RO) - к механическому.Эти два термических метода имеют высокую надежность применения и полностью индустриализированы. Два механических метода имеют средний класс надежности, но они также являются зрелыми и полностью индустриализированными. Метод дистилляции MED более эффективен по сравнению с дистилляцией MSF в отношении первичной рабочей энергии, а потребление электроэнергии имеет меньшую стоимость и более низкие рабочие температуры. Поэтому он подходит для комбинации с солнечными концентрирующими системами, такими как параболические желоба или линейные коллекторы Френеля.В последнее время дистилляционная система MED комбинируется либо с MVC, либо с RO для повышения производительности гибридной системы обоих методов опреснения.

Комбинация PTC с дистилляцией MED представляет собой систему высокой надежности с простым управлением. Средняя концентрация параболического желоба составляет C = 15–40, а подаваемая температура составляет ~ 380 ° C. Они вращаются вокруг одной оси и используют в качестве теплоносителя:

1.

Синтетические масла, которые, однако, ограничивают более высокую подаваемую температуру

2.

Вода для производства пара непосредственно в абсорбирующей трубе коллектора с температурой до 400 ° C. Гарсиа-Родригес и Гомес-Камачо (1999, 2001) и Гарсиа-Родригес, 2003 предложили использовать в качестве теплоносителя воду, морскую воду или рассол, и они провели экономическую оценку для каждой из жидкостей.

PTC прямого производства пара имеет много преимуществ по сравнению с термомаслами. Системы MED более гибкие, чем системы MSF, могут работать при частичной нагрузке и имеют меньшую вероятность образования накипи.Как правило, они считаются более подходящими, чем MSF, для установок относительно небольшой мощности, тогда как системы опреснения с TVC имеют более низкую производительность по сравнению с системами MED и MSF (García-Rodríguez et al., 1999). Обычно их комбинируют с дистилляционными системами MED или MSF.

Соединение двух систем достигается с помощью вспомогательных устройств, тогда как для систем PTC / MED и PTC / MSF требуются накопительный бак и обычный котел. В резервуаре для хранения в качестве рабочей жидкости используется масло.В этом случае разница температур на входе и выходе из поля солнечного коллектора составляет ~ 80 ° C.

Darwish and Darwish (2014) сообщают, что, хотя RO является более эффективным методом и имеет более низкую стоимость производства опресненной воды, все еще существует интерес к термическим методам MSF, MED и TVC, либо в виде отдельных единиц, либо в гибридных комбинациях для подключение к системам сбора солнечной энергии. Наиболее эффективным из этих методов дистилляции является LT-MED, который потребляет примерно такую ​​же тепловую энергию, что и MSF.Необходимая солнечная энергия составляет 250–300 МДж м –3 и ~ 4 кВтч м –3 для питания насосов. MED требует 1,5–2,0 кВтч м –3 для циркуляции различных жидкостей. Кроме того, применяются эксплуатационные пределы, представленные в таблице 6.2.

Таблица 6.2. Эксплуатационные ограничения для различных методов термического опреснения

Метод дистилляции Давление греющего пара (бар) Максимальная температура (° C)
MSF 2-3 111–115
LT-MED 2–3 80
TVC 3–10 70

Существует большое количество публикаций, которые относятся к традиционному опреснению с использованием солнечной энергии и / или возобновляемые источники энергии.Некоторые из этих работ упоминаются здесь случайным образом. Офир и Надав (1982) дают обзор систем, используемых для производства электроэнергии и опресненной воды из солнечной энергии. Эль-Нашар (1985, 2000b) описал оптимизацию солнечных опреснительных установок, тогда как Калогиру (1997, 2001) представил исследование влияния стоимости на цену опресненной воды, которая производится с использованием возобновляемых источников энергии. Триб и Мюллер-Штайнхаген (2008) ссылаются на использование концентрированной солнечной энергии для производства опресненной воды на Ближнем Востоке и в Северной Африке.Али и др. (2011) представили технико-экономический обзор косвенного солнечного опреснения для установок MSF и MED, а также для RO и MD. Sagie et al. (2005) проанализировали коммерческие солнечные энергетические системы и коммерческие опреснительные системы, которые могут быть связаны с солнечной энергией, и оценили экономичность этих систем. Среди последних исследовательских работ - работы Дарвиша (2014) и Дарвиша и Дарвиша (2014), в которых говорится о сочетании солнечного опреснения с использованием вспомогательной энергии природного газа для электростанции / опресненной воды в Катаре ( ОАЭ).

На рис. 6.23 показаны комбинации опреснительных / электроэнергетических систем в зависимости от типа турбины в секции производства электроэнергии.

Рисунок 6.23. Возможность наиболее подходящего сочетания солнечной энергии с системами опреснения.

На рис. 6.22 показана одна из первых установок косвенного производства опресненной воды с помощью солнечной энергии. Это касается установки в Абу-Даби (Эль-Нашар, 1993, 2000а, б, 2001а, б). Он состоит из блока солнечных вакуумных трубчатых коллекторов и многоступенчатой ​​вытяжной системы дистилляции (MES).Поле вакуумного трубчатого коллектора имеет общую площадь 1862 м 2 . Система рассчитана на 120 м. 3 сут. -1 , но работала с несколько меньшей производительностью. Подаваемая морская вода имела концентрацию соли 55 и температуру на входе в испаритель 135 ° C. Эль-Нашар (2001a, 2003) сообщил, что на откачанных трубах осаждалась пыль и песок, которые снижали эффективность системы, и что часть попутной воды использовалась для очистки поверхности коллектора, тем самым снижая доступную добычу.

Были созданы различные комбинированные типы традиционной опреснительной / солнечной энергии, как система AQUASOL, показанная на рис. 6.24 (Alarcón et al., 2005). Большинство из этих установок являются экспериментальными для изучения условий эксплуатации, тогда как в последнее время были проведены исследования для установки в засушливых районах, но они еще не построены для эксплуатации. В Таблице 6.3 показаны некоторые экспериментальные установки традиционных методов опреснения с некоторыми эксплуатационными данными, тогда как в Таблице 6.4 также ориентировочно приведены некоторые из последних установок H / D и MD, которые питаются косвенно солнечной энергией.

Рисунок 6.24. Гибридная опреснительная система «AQUASOL» с солнечной системой на Солнечной плате в Альмерии, Испания (Alarcón et al., 2005).

Таблица 6.3. Опреснительные установки с косвенным питанием от солнечной энергии (MSF, MED)

-Ain (ОАЭ) a a пластинчатые коллекторы плоские коллекторы 9015 10
Местоположение Тип опреснителя Опресненная вода (м 3 день −1 ) Тип солнечного коллектора
20-ступенчатая MSF
55-Eff.MED
600
500
Плоские коллекторы
Университет Аль-Азхар, Газа a MSF 10 Плоские коллекторы
Зона Hzag, Тунис Дистилляция 0,2 Коллекторы с плоской пластиной + PV
Персидский залив MED 6000 Параболические желоба
Гран-Канария, Испания

a
MS MS с низкой концентрацией
Кувейт b MSF 100 Параболические желоба
Ла-Пас, Нижняя Калифорния, Мексика c 10-ступенчатые MSF 10
Остров Ла Дезире, Французские Карибские острова a 14-Eff.MED 40 Вакуумные трубчатые коллекторы
PSA, Альмерия, Испания d Тепловой насос MED 72 Составные параболические коллекторы
Остров Такахами328, Япония MES 16 Плоские коллекторы
Сулайбия, Кувейт f RO + MSF 20/25 Коллекторы с точечной фокусировкой
Safat, Кувейт Плоские коллекторы
Ум-Аль-Нар, Абу-Даби г 18-Eff.MES 120 Коллекторы вакуумные

Таблица 6.4. Установки опреснения косвенной энергии на солнечной энергии (H / D, MD)

Засушливые районы, Квом, Иран a
Местоположение Тип опреснителя Опресненная вода (м 3 день −1 ) Тип солнечного коллектора
2-ступенчатая H / D 580 л день −1
Sfax, Тунис b Многоэтапное увлажнение (MEH) 180 л день −1 Оригинальные плоские коллекторы
INRST (Национальный институт научных и технологических исследований), Тунис (см.рис.5.12) c 4-ступенчатый MEH 355 кг день −1 Оригинальные плоские коллекторы
Al-Hail, uscat, Oman d MEH 180 л день −1 Плоские коллекторы
Красное море, Ирбид e Автономная мембранная дистилляция с воздушным зазором (AGMD) 120 л день −1 Плоские коллекторы + PV

Коммерческий солнечный дегидратор - Параболические желобные коллекторы для солнечной тепловой энергии

солнечный осушитель

Коммерческий солнечный осушитель

Коммерческий солнечный осушитель AirFlow 208 имеет площадь сушильного лотка 208 квадратных футов.Он вмещает от 300 до 400 фунтов нарезанных фруктов или пюре. Это пищевой осушитель, работающий на 100% солнечной энергии, он имеет прочную конструкцию и легкий. Эта структурная рама, изготовленная из алюминиевых конструкционных ребер 6061 T6 с зажимами из нержавеющей стали, прослужит весь срок службы.

Это устройство поставляется с антипригарным силиконовым покрытием №2000, которое поддерживает чистоту лотков. Их не нужно стирать так часто, это сэкономит воду и время. Также поставляется с 12-футовым инструментом для лотков, который упрощает загрузку и разгрузку лотков в солнечном коллекторе теплого воздуха.Предоставляется бесщеточный вентилятор постоянного тока на шарикоподшипниках с общей мощностью 190 кубических футов в минуту. Циркулируя солнечный горячий воздух по осушителю AirFlow, сушку производят равномерно и быстро. В регионах, где больше времени на солнце, тем быстрее время высыхания.

Сборка занимает около 4 часов.

(Примечание: это черные противни из полипропилена, одобренные NSF для тяжелых условий эксплуатации, на рисунке показаны алюминиевые противни)

Особенности:
  • Heavy Duty 6061 T6 алюминиевая рама
  • Фурнитура из нержавеющей стали
  • 6 мельниц сверхмощная, 4-летняя пленка, обычно 10 лет на эту пленку, легко заменить
  • # 64 полноразмерные сверхпрочные коммерческие полипропиленовые лотки, 3.25 квадратных футов каждые 208 квадратных футов вмещают от 300 до 400 фунтов нарезанных фруктов или пюре
  • DC Brushless (1), солнечный вентилятор на шарикоподшипниках 190 куб. Футов в минуту всего
  • 40-ваттный P.V. модуль (1) для запуска вентилятора
  • Моющийся воздушный фильтр (1)
  • # 100 зажимов 2 держателя пластик
  • # 2000 Антипригарная силиконовая подкладка (поддерживает чистоту лотков, поэтому их не нужно так часто мыть, экономит воду)
  • 12-футовый инструмент для лотков упрощает загрузку и разгрузку лотков в солнечном коллекторе теплого воздуха
  • 1.Обвязка 5 x 1,5, позволяющая легко задвигать поддоны в солнечный коллектор теплого воздуха и извлекать из него

Пожалуйста, напишите по адресу [email protected], чтобы узнать цены и стоимость доставки.

Пожалуйста, позвольте 1-2 недели на обработку.

Что такое параболический солнечный коллектор?

Параболические желобные коллекторы - это еще один тип солнечных тепловых коллекторов. Этот тип солнечных батарей используется в установках солнечной тепловой энергии.Они используют параболические цилиндры, чтобы сконцентрировать всю солнечную радиацию в одной точке.

Вместо гелиостатов в параболических солнечных коллекторах используются ряды зеркал в форме параболических цилиндров. Через фокус параболы проходит труба, которая принимает концентрированные лучи Солнца, где жидкость нагревается благодаря термодинамическим процессам, обычно это термомасло. В настоящее время жидкость достигает высоких температур, близких к 400 градусам Цельсия.

До недавнего времени концентрирующие солнечные тепловые системы использовались только в исследованиях, промышленности или производстве электроэнергии.Причина заключалась в том, что технология этого источника энергии требовала сложных систем слежения и больших поверхностей для их обнаружения.

Коллекторы состоят из трубопроводов с селективным покрытием, которые проходят через коллектор в продольном направлении и действуют как поглотитель.

Из-за его формы люди называют его несколькими именами:

  • Параболический солнечный коллектор

  • Параболический желоб для концентрированной солнечной энергии.

  • Цилиндрический параболический концентратор.

  • Цилиндрический параболический коллектор.

  • Цилиндрический солнечный коллектор.

Компоненты цилиндрического параболического коллектора

Основными компонентами солнечных систем с параболическим желобом являются:

  • Металлическая структура придает жесткость всему.

  • Параболический желоботражатель: функция параболического желоба - концентрировать солнечное излучение на поглощающей трубке.Для этого он построен из светоотражающих материалов.

  • Трубка абсорбера: Трубка абсорбера состоит из двух концентрических трубок, разделенных вакуумным слоем. Внутренняя часть, по которой циркулирует нагретая жидкость, металлическая, а внешняя - стеклянная.

  • Рабочая жидкость, которая циркулирует по внутренней трубе, различается в зависимости от технологии.

  • Система слежения за солнцем. Наиболее распространенная система для отслеживания солнечной энергии состоит из устройства, которое вращает параболические отражатели коллектора вокруг оси.

Как цилиндрические параболические коллекторы вырабатывают электроэнергию?

Мы можем использовать проекты концентрированной солнечной энергии для выработки электроэнергии и поставки ее непосредственно в сеть.

Параболические солнечные панели теплопередающая жидкость. Это масло для перекачиваемой жидкости перекачивается через ряд теплообменников для производства перегретого пара. Тепло, присутствующее в этом паре, преобразуется в электрическую энергию в обычной паровой турбине. Базовая система такая же, как в солнечной башне или солнечной печи.

Работа этих солнечных электростанций аналогична работе тепловых электростанций, включая атомную электростанцию. Все системы используют тепло для генерации пара, который приводит в действие турбины и вырабатывает электроэнергию. Разница между одним и другим заключается в способе получения тепла.

Как работает концентрированная солнечная электростанция?

Он заключается в использовании тепловой энергии солнечного излучения для передачи и хранения ее в теплоносителе, как правило, в воде.Наиболее часто используемая технология для хранения этой энергии - это расплавленные соли, аккумулирующие тепло. Состав этих солей варьируется, наиболее широко используется смесь нитрата калия, нитрата натрия, а в последнее время была добавлена ​​нитрат кальция.

Необходимо сконцентрировать солнечное излучение так, чтобы можно было достичь высоких температур, от 300 ° C до 1000 ° C. При этих температурах мы можем получить приемлемую производительность в термодинамическом цикле.

Улавливание и концентрация солнечных лучей в установках CSP осуществляется с помощью зеркал с автоматической ориентацией для отслеживания солнца.Эти зеркала указывают на центральную башню, где жидкость нагревается, или на меньшие механизмы параболической геометрии. Отраженная поверхность и устройство ее ориентации называется гелиостатом или параболическим желобом-концентраторами солнечной энергии.

Что такое концентрированная солнечная энергия CSP?

Концентрированная солнечная энергия - это выработка солнечной энергии с помощью зеркал или линз для концентрации солнечных лучей на небольшой площади. Электричество вырабатывается, когда солнечный свет концентрируется и преобразуется в тепло (солнечная тепловая энергия).Эта энергия приводит в действие тепловую машину (обычно паровую турбину), соединенную с генератором электроэнергии.

В большинстве случаев текущая технология CSP не может конкурировать по цене с солнечными фотоэлектрическими панелями, которые в последние годы значительно выросли из-за снижения цен, а эксплуатационные расходы намного ниже. CSP обычно требует большого количества прямого солнечного излучения для производства энергии в больших масштабах. Его выработка энергии резко падает с облачностью. Он отличается от фотоэлектрических, которые могут генерировать электричество также из диффузных лучей.

Однако преимущество CSP по сравнению с фотоэлектрическим преобразованием состоит в том, что в качестве тепловой технологии установки CSP могут включать аккумуляторы тепловой энергии. Эти растения могут накапливать энергию либо в виде явного тепла, либо в виде скрытого тепла. Это позволяет этим растениям продолжать вырабатывать электроэнергию, когда это необходимо, днем ​​или ночью.

Это делает проекты CSP источником солнечной энергии, которая может быть доставлена ​​при необходимости. Это ценно для мест, которые испытали высокий уровень проникновения фотоэлектрических модулей, таких как Калифорния.Это происходит из-за того, что пиковая потребность в энергии ночью увеличивается, в то время как выходная мощность PV ослабевает на закате (явление, известное как кривая утки).

Список десяти наиболее важных желобных растений

Этот список может быть изменен и может быть неполным или актуальным.

Это список крупнейших электростанций, проектирующих электростанции, использующие параболический желоб концентрированной солнечной энергии:

, Аризона
Электроэнергия МВт Центральное название Страна Местоположение
359 Системы производства солнечной энергии (SEGS) США Пустыня Мохаве, Калифорния
280 Проект солнечной энергии Мохаве США Барстоу, Калифорния
280 Solana Generating Station
250 Genesis Solar Energy Project США Блайт, Калифорния
200 Solaben Solar Power Station Испания Логросан 160142 Марокко Ghassate, O провинция Уарзазат
150 Солнечная электростанция Сольнова Испания Санлукар-ла-Майор
150 Солнечная электростанция Андасол Испания 14 Экстрем Испания Башня Мигеля Сесмеро
100 KaXu Solar One Южная Африка Pofadder, Northern Cape

Параболические солнечные коллекторы

Параболические солнечные коллекторы

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ ДЛЯ УКАЗАТЕЛЬНОЙ СТРАНИЦЫ

ПАРАБОЛИЧЕСКИЕ СОЛНЕЧНЫЕ КОЛЛЕКТОРЫ

В.Райан 2005 - 2009

ФАЙЛ PDF - НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ ДЛЯ ПЕЧАТИ РАБОЧЕГО ЛИСТА

Солнечная энергия - это энергия солнца. Хотя солнце на расстоянии 150 миллионов километров, он по-прежнему чрезвычайно мощный. В количество энергии, которое он дает Земле за одну минуту, достаточно велико для удовлетворения потребностей Земли в энергии в течение одного года.Проблема в разработка технологий, которые могут использовать этот бесплатный источник энергии.

Солнечные коллекторы - один из способов сосредоточить внимание на солнечные лучи для нагрева жидкостей. Виден типичный массив солнечных коллекторов. противоположный. В основном это зеркала необычной формы (параболические в форма), которые фокусируют тепло солнца на трубе, несущей специальный жидкость.Температура жидкости в трубе увеличивается по мере ее протекания. по трубе, вдоль солнечных коллекторов. Труба простирается на всю длина зеркал.

Этот тип установки лучше всего работает в пустынных районах. где нет недостатка в солнечном свете и очень мало облаков. Горячий жидкость в трубе может быть использована через систему теплообменников для производят электричество или горячую воду.

Специальная жидкость внутри труб может быть заменена с водой.Концентрированное тепло от параболических коллекторов превращается в вода в пар. Струя пара используется для вращения турбин. производство электроэнергии. Эта система хорошо работает в пустынных регионах из-за жаркий климат.

Современные системы имеют синтетическое масло отопление в трубах. Отраженное солнце нагревает масло, которое в очередь нагревает воду, создавая пар. Пар приводит в движение турбины, которые производить электричество.

На фотографиях показано расположение параболических солнечные коллекторы.Обратите внимание, энергия солнца сосредоточена на водопроводной трубе. в его центре.

РАСПОЛОЖЕНИЕ ПАРАБОЛИЧЕСКИЕ СОЛНЕЧНЫЕ КОЛЛЕКТОРЫ - ИСПАНИЯ
НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ ИНДЕКС ТЕХНОЛОГИЙ И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ, СТР.

Проектирование, разработка и оценка потенциала

Настоящее исследование представляет численный анализ производительности системы параболического желоба (PTC), разработанной для систем солнечного кондиционирования воздуха, в реальном времени.Первоначально термодинамическая модель PTC разрабатывается с использованием решателя инженерных уравнений (EES) мощностью около 3 кВт. Затем устанавливается экспериментальная установка системы PTC с коэффициентом концентрации 9,93 с использованием вакуумных трубчатых приемников. Экспериментальное исследование проводится в климатических условиях Таксилы, Пакистан, в соответствии со стандартом ASHRAE 93-1986. Кроме того, система PTC интегрирована с осушителем с твердым адсорбентом (SDD) для изучения влияния различных рабочих параметров, таких как прямое солнечное излучение и температура жидкости на входе, а также их влияние на долю осушения.Максимальный экспериментальный прирост температуры составляет около 5,2 ° C с максимальной эффективностью 62% в солнечный день. Аналогичным образом, максимальный прирост тепловой энергии в солнечные и пасмурные дни составляет 3,07 кВт и 2,33 кВт соответственно. Впоследствии та же комплексная модель PTC EES с некоторыми модификациями используется для ежегодного анализа переходных процессов в TRNSYS для пяти различных климатических условий Пакистана. Кветта показал пиковую солнечную инсоляцию 656 Вт / м 2 и пиковую тепловую энергию 1139 МДж с эффективностью 46%. Сравнение показывает хорошее согласие между результатами моделирования и эксперимента со среднеквадратичной ошибкой около 9%.

1. Введение

Глобальные тенденции потребления энергии в последние несколько десятилетий постепенно увеличиваются, и ископаемое топливо лидирует с долей 80% [1]. Солнечная энергия - один из лучших экологически чистых возобновляемых источников энергии, доступных в мире. PTC - одна из передовых термических технологий концентрирования. Однако применение PTC ограничено диапазоном средних и повышенных температур, то есть от 150–300 ° C и 300–400 ° C соответственно [2]. В связи с этим были проведены различные численные и экспериментальные исследования по проектированию и разработке PTC.В исследовании была предложена термоматематическая модель с использованием дифференциальных и нелинейных алгебраических корреляций с коэффициентом концентрации 9,37 [3]. Результаты хорошо согласуются с экспериментальными данными Sandia National Laboratory (SNL). В другом исследовании разработка модели PTC с коэффициентом концентрации 12,7 и ее моделирование в твердых конструкциях проводились с использованием метода конечных элементов. Явление теплопередачи и эффективность системы были предсказаны и сравнены с моделью [4].Аналогичным образом была разработана подробная численная модель, основанная на методе конечных объемов, для анализа характеристик теплопередачи откачанной приемной трубы [5]. Используя метод дискретизации, приемник был разделен на небольшие сегменты, и баланс энергии был применен к каждому контрольному объему. Модель была протестирована по результатам испытаний Национальной лаборатории Сандиа. Более того, сложная динамическая модель PTC и ее динамическое моделирование для проверки были представлены со среднеквадратичной ошибкой 1.2% [6]. Аналогичным образом, результаты новой модели солнечного коллектора с параболическим желобом были подтверждены опубликованными данными Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NERL) и Сандийской национальной лаборатории (SNL) [7]. Было отмечено, что разработанная модель снизила неопределенность с 1,11% до 0,64% по сравнению с кодом EES от NREL. Аналогичным образом, в другом исследовании была разработана численная модель для изучения теплового поведения одно- и двухходовой приемной трубы PTC [8]. Численный анализ показал, что двухпроходная трубка дает более высокую тепловую эффективность по сравнению с однопроходной.

Климатические условия с точки зрения интенсивности солнечного излучения и доступности сильно влияют на производительность систем PTC. Таким образом, было проведено исследование, чтобы оценить потенциал PTC для промышленного применения тепла на Кипре с использованием TRNSYS [9]. Система способна выдерживать 50% годовой нагрузки и доказала жизнеспособность системы для энергоемких производств. Кроме того, для средиземноморского климата предпочтение было отдано слежению с востока на запад с точки зрения получения энергии по сравнению с севером и югом. Аналогичное исследование было проведено для оценки солнечного теплового потенциала и характеристик PTC для Алжира [10].Было проведено сравнение теплопередачи и изменения температуры для разных климатических условий. Жаркий климат пустыни был признан наиболее подходящим для PTC.

Кроме того, было проведено экспериментальное исследование в соответствии со стандартом ASHRAE 93-1986 с использованием PTC, армированного стекловолокном, для горячего водоснабжения [11]. Была разработана методика испытаний для изучения влияния различных рабочих параметров на тепловой КПД.

Принимая во внимание непостоянный характер ресурса солнечной энергии, было проведено исследование, чтобы получить доступ к годовой производительности мини-PTC [12].В модели для анализа переходных процессов использовалась неавакуумированная трубка со стеклянной крышкой и покрытием черной краской. Коллектор достиг максимального мгновенного КПД 66,78%. Аналогичным образом, квазидинамическая имитационная модель в TRNSYS была разработана для анализа производительности PTC для прямого производства пара [13]. В исследовании обсуждались базовый подход к моделированию и сравнение результатов.

Однако из обзора литературы видно, что большинство вышеупомянутых систем представляют собой ПТК с высоким коэффициентом концентрации, которые создают высокие температуры, связанные с высокой стоимостью.Кроме того, эти PTC несовместимы с системами горячего водоснабжения, такими как кондиционирование воздуха, из-за нехватки места в коммерческих и промышленных зданиях [14]. Более того, географически Пакистан расположен так, что более 95% его площади получает среднюю глобальную освещенность 5–7 кВтч / м 2 / день при среднем дневном периоде солнечного сияния 7,6 часов [15–17]. Хотя в Пакистане имеется в изобилии солнечная энергия, не существует такого исследования, чтобы выявить тепловой потенциал солнечной энергии с использованием технологии PTC.Поэтому в этой исследовательской работе предлагается небольшой параболический желобный коллектор (PTC) для систем осушения с помощью солнечной энергии, в которых требуется температура горячей воды в диапазоне 70–90 ° C. Следовательно, компактный и эффективный PTC делает его подходящим для установки на крышах горячего водоснабжения. Принимая во внимание конкретное применение осушения с помощью солнечной энергии, группа из четырех небольших систем PTC разработана с коэффициентом концентрации всего 9,93 для производства около 3 кВт тепловой энергии. Кроме того, разработанная система PTC из полированной нержавеющей стали проанализирована численно и экспериментально в широком диапазоне рабочих условий для осушения.

2. Тепловая модель

Тепловой расчет предлагаемой системы основан на расчетах фокуса желоба, угла обода и коэффициента концентрации. Кроме того, тепловые характеристики вакуумного трубчатого приемника также рассчитываются с точки зрения коэффициента теплопотерь, коэффициента излучения, общего коэффициента теплопередачи и полезного притока тепла.

Оптическая эффективность приемника рассчитывается как [18]

2.1. Приемник

В данном исследовании используется откачанная трубка, так что потери на конвекцию незначительны.Модель теплового сопротивления PTC приведена на рисунке 1. Коэффициент тепловых потерь приемника определяется по [18]


Коэффициент излучения от поглотителя до стеклянной крышки получен из [18]

Общий коэффициент теплопередачи рассчитывается с учетом внешнего и внутреннего диаметра труб как [9]

Число Нуссельта рассчитывается по уравнению стандартного расхода в трубе как [19]

Коэффициент полезного действия коллектора определяется как [18]

Коэффициент отвода тепла от коллектора - это отношение фактического выигрыша полезной энергии к максимальному выигрышу энергии как [18]

2.2. Полезное тепловое усиление

Полезная энергия, передаваемая от PTC, получается через коэффициент полезного действия приемника вместе с модификатором угла падения, определяемым путем применения баланса энергии к приемнику [20]:

Здесь, чтобы определить зависимость модификатора угла падения (IAM) от угла падения, разработана корреляция. Корреляция получена путем аппроксимации полиномиальной кривой экспериментальных данных, как показано на рисунке 2 (b). тогда как мгновенный тепловой КПД PTC находится по [21]

Наконец, температура на выходе PTC определяется по [18]

Вышеупомянутые проектные расчеты системы выполняются путем разработки математической модели в программе решения инженерных уравнений (EES) [22] из-за ее совместимости с TRNSYS [23].Блок-схема термодинамической модели представлена ​​на рисунке 3.


2.3. Сокращение данных

Используя различные уравнения и корреляции, данные сокращаются для анализа и графического представления.

Прирост тепловой энергии PTC определяется как

Следовательно, мгновенный КПД PTC в каждом случае можно рассчитать по [20]

Однако термический КПД, связанный с параметрами из точек данных, определяется выражением [18] куда

Кроме того, модификатор угла падения (IAM) определяется как отношение мгновенного теплового КПД при угле падения к пиковому тепловому КПД как [24, 25]

Постоянная времени коллектора - это время, необходимое PTC для изменения температуры рабочей жидкости, 63.2% от его стационарного значения, когда происходит скачкообразное изменение падающего излучения [26].

Испытание на постоянную времени для тепловых коллекторов представляет собой тепловую инерцию ресивера или его теплоемкость.

Постоянная времени для нагрева и охлаждения определяется выражением [27]

Наконец, значение среднеквадратичной ошибки определяется по [28]

Доля солнечной энергии в системе PTC определяется как где - выигрыш солнечной энергии от PTC и - сумма солнечной энергии, а также вспомогательной энергии от электрических нагревателей.

Кроме того, доля осушения (DS) является произведением солнечной фракции и общего произведенного эффекта осушения, выраженного как где - общий эффект осушения влагопоглотителем.

3. Материалы и методы

Этот раздел включает экспериментальную установку, процедуру измерения и корреляции, использованные в текущем исследовании.

3.1. Экспериментальная установка

Экспериментальная структура изготовлена ​​для анализа в реальном времени на основе проектных параметров, полученных в результате обработки модели EES.Установка состоит из массива из четырех PTC, контура рабочей жидкости и измерительных приборов, как показано на рисунке 4.


Полированный лист из нержавеющей стали размером 2 × 1 м 2 используется в качестве среды отражателя для каждого из них. впадина. Лист должным образом согнут для достижения желаемого расчетного коэффициента концентрации 9,93 и фокусной точки 0,210 м. В общей сложности четыре последовательно подключенных модуля PTC используются при анализе переходных процессов и производительности системы в реальном времени. Вакуумный трубчатый ресивер состоит из медной трубки длиной 2 м с наружным и внутренним диаметрами 0.21 м и 0,19 м соответственно с селективным покрытием. Одноосное отслеживание E-W осуществлялось с помощью комплекта для отслеживания солнечного света, состоящего из датчика солнечного света и линейного привода солнечного трекера. Трубка поглотителя покрыта боросиликатным стеклом толщиной 0,004 м.

Другим важным компонентом экспериментальной установки является осушитель с твердым адсорбентом, как показано на рисунке 5. Расчетные параметры и общие технические характеристики системы PTC и колеса с твердым влагопоглотителем приведены в таблице 1.Для циркуляции воды используется многослойный накопитель горячей воды с полиуретановой изоляцией, оснащенный электронагревателем. Заданная температура для электрического нагревателя составляет 80 ° C. Горячая вода забирается из верхней части бака и подается в нагревательный змеевик. Окружающий воздух на ступени 1 проходит через нагревательный змеевик и после регенерации осушающего колеса покидает систему на ступени 2. Точно так же влажный воздух поступает в систему осушения на ступени 3, осушается и покидает систему на ступени 4.


9014 Ширина апертуры (м) ) Приемник
49 902 907

Параметр Значение
Длина апертуры (м) 2,1
0,211
Площадь апертуры (м 2 ) 2,077
Соотношение концентраций 9,93
Угол обода ( o ) 108 м) 0.0005
Отражение поверхности 0,89
Светопропускание стекла 0,90
Длина приемника (м) 2,0
Внешний диаметр стеклянной трубки (м) 0,123
Толщина внешней стеклянной трубки (м) 0,002
Диаметр внутренней трубки (м) 0.003
Толщина внутренней трубки (м) 0,0013
Электропроводность трубки (Вт / м · К) 380
Эмиттанс трубки <7%
Колесо осушителя
Скорость регенерации колеса осушителя 60–120 ° C
Скорость вращения 20 об / ч
Эффективность при Диаметр при 55% колесо 350 мм
Длина колеса 200 мм
Расчетная мощность 800 кг / час

3.2. Процедура измерения

Эксперименты проводятся в RERDC (Центр исследований и разработок возобновляемой энергии), расположенном в Таксиле (33,7370 ° северной широты и 72,7994 ° восточной долготы). На рис. 5 представлена ​​схема экспериментальной установки с измерительными и измерительными приборами. В текущем исследовании различные климатические параметры, параметры на входе и выходе измеряются непрерывно с интервалом времени 10 минут. Параметры включают прямое солнечное излучение, температуру окружающей среды, скорость ветра, температуру воды, влажность воздуха и массовый расход.

Рабочие температуры воды измеряются с помощью термопар типа K с чувствительностью 0,01 ° C. Циркуляционный термостат с охлаждающей баней модели WCR-P12 используется для калибровки со стандартной термопарой PT100, диапазоном калибровки от –20 ° C до 120 ° C и точностью ± 0,01 ° C. Цифровой датчик расхода S8011R использовался для измерения массового расхода в диапазоне 50–1000 кг / ч, тогда как климатические данные, включая скорость ветра и солнечную радиацию, измерялись с помощью термоанемометра и пиргелиометра модели TBS-2-2 со спектральным диапазоном 280–3000 нм и чувствительность 9.876 мкм В / Втм −2 . Кроме того, температура и влажность воздуха измеряются с помощью датчиков Pro-dual (KLK-100). Термоанемометр используется для измерения скорости воздуха в воздуховоде. Эксперименты проводились с 9:00 до 18:00 в каждом случае с фиксированным массовым расходом 480 кг / час, средней скоростью ветра менее 1 м / с, температурой окружающей среды в пределах ± 3% от 30 ° C и абсолютная влажность 16 г / кг в пределах ± 3%. Климатические данные были записаны в блок сбора данных Jinzhou Sunshine Science, модель TRM-Zs1.

3.3. Анализ переходных процессов

Анализ переходных процессов выполняется путем связывания модели EES с TRNSYS через тип 66a. В текущем исследовании используется та же модель PTC EES с некоторыми модификациями, как обсуждалось в предыдущем разделе. Хотя библиотека TESS для TRNSYS также содержит модель линейного параболического концентратора, модель EES предпочтительна из-за определенных ограничений Типа 536. Поскольку эффективность перехвата в Типе 536 заявлена ​​как параметр, который остается постоянным на протяжении всего моделирования, тогда как в разработанной модели уравнение .8 используется для получения полезного тепловыделения для зависимости всех переменных от переходных процессов и его большей точности во время проверки модели. Различные компоненты (типы) используются для генерации и обработки входных данных вместе с некоторыми выходными данными. Ежечасные климатические данные, такие как температура окружающей среды, радиация и угол падения, основанные на файлах TMY, включаются через Тип 15. Кроме того, временной график реализуется с 9:00 до 18:00. Уравнение 1 в студии моделирования используется для преобразования прямого солнечного излучения из кДж / ч в Вт / м 2 и для расчета значений IAM для соответствующих углов падения.Основные компоненты включают тип 683 для модели колеса с твердым осушителем, тип 667 для рекуперации тепла и тип 4b для многослойного накопительного бака. Подробное описание компонентов можно найти в стандартном руководстве TRNSYS [23]. Кроме того, ежемесячный прирост полезной энергии определяется путем применения интегратора, который ежечасно интегрирует в ежемесячные результаты. Выходные рабочие параметры, например температура воды на выходе, полезный приток тепла и эффективность системы, извлекаются из модели с помощью различных компонентов вывода, таких как принтер и плоттеры, как показано на рисунке 6.Годовое моделирование переходных процессов выполняется с использованием данных TMY для климатических условий в Таксиле, Пакистан. Кроме того, потенциальная оценка для различных других городов также выполняется с помощью файлов данных TMY [23]. Интервал моделирования составляет один час и выполняется с использованием метода решения с последовательной заменой с допуском сходимости 0,0001.


Переходный анализ следует почти такому же подходу, как описано в экспериментальной установке, с некоторыми небольшими изменениями и стратегиями управления.Холодная вода из дна многослойного резервуара циркулирует через насос в массив PTC. Затем модель рассчитывает прирост тепловой энергии и температуру на выходе на основе заданных климатических данных. Дифференциальный контроллер управляет работой насоса с заданным диапазоном температур 10 ° C. Температурный клапан ограничивает температуру выходящего потока подаваемой воды от превышения заданной температуры. Из-за прерывистого характера солнечной энергии в поток добавляется дополнительный газовый нагреватель.Горячая вода проходит через нагревательные змеевики и после теплообмена снова возвращается в резервуар для горячей воды. Воздух для регенерации после прохождения через колесо рекуперации тепла поглощает это тепло для достижения желаемой температуры регенерации. Таким образом, этот горячий воздух регенерирует осушающее колесо.

4. Результаты и обсуждение

Первоначально тепловые характеристики PTC оцениваются с помощью различных экспериментальных испытаний в соответствии со стандартом ASHRAE 93-1986 [26] для процедурной проверки.После этого проводится дальнейший подробный экспериментальный анализ, разделенный на две категории, с точки зрения изменения температуры, полезного притока тепла и теплового КПД PTC, интегрированного с осушителем с твердым адсорбентом, при фиксированном массовом расходе 480 кг / час.

Можно заметить, что тепловой КПД η является линейной функцией от T , как показано на рисунке 2. Наклон и точка пересечения линейной аппроксимации η представлены как «a», «b» и заданные формулами (16) и (17) соответственно.

Для получения наилучшей прямой линии используется метод наименьших квадратов с использованием набора точек эффективности. Тепловой КПД PTC определяется как

Тепловые потери коллектора стабильны по сравнению с температурой рабочей жидкости. Кривая показывает, что, когда температура жидкости на входе близка к температуре окружающей среды, эффективность коллектора составляет около 67%, что согласуется с опубликованными данными, сравнимыми с эффективностью других ПТК, разработанных и испытанных для диапазонов средних температур [29].Однако η в настоящей работе ближе к коллектору наименьшего отношения концентраций, представленному в литературе Coccia et al. [30].

Точно так же на рисунке 2 (b) показано изменение модификатора угла падения по отношению к углу падения. По мере увеличения угла падения модификатор угла падения уменьшается. Полиномиальное уравнение третьего порядка получается для IAM путем аппроксимации кривой для его дальнейшего применения при проверке достоверности модели и анализе переходных процессов, как указано в (9).Коэффициент детерминации ( R 2 ) для аппроксимации кривой равен 0,99.

Постоянная времени PTC нагрева и охлаждения составляет 160 с и 270 с, соответственно, как показано на рисунках 2 (c) и 2 (d), соответственно.

4.1. Экспериментальный анализ
4.1.1. Случай 1: Sunny Day

В данной работе экспериментальный анализ PTC, интегрированного с твердым адсорбционным осушителем (SDD), проводится и обсуждается следующим образом.

Изменение температуры воды на входе и выходе, а также разница температур показаны на Рисунке 7 (a).Увеличение падающего излучения положительно влияет на температуру воды на выходе. Колебания температуры на входе в течение дня от 72 ° C до 77 ° C. Температура рабочей жидкости на входе и выходе постепенно увеличивается с 9:00 до 14:30. Точно так же разница температур рабочей жидкости на входе и выходе также демонстрирует ту же тенденцию постепенного увеличения до 14:00. Максимальное значение температуры на выходе составляет 84 ° C в 14:30. Кроме того, максимальная и минимальная разница температур составляет 5.52 ° С и 1,5 ° С соответственно. Экспериментальный мгновенный тепловой КПД PTC вместе с соответствующими результатами модели EES показаны на рисунке 7 (b). Экспериментальные данные показывают, что КПД ( η ) имеет минимальные значения в утренние и дневные часы.

Принимая во внимание, что максимальное значение η составляет около 62% в 13:20, причина вариации заключается в том, что мгновенная эффективность максимальна, когда прямое солнечное излучение находится на пике, а углы падения малы.Минимальное мгновенное значение КПД составляет 19% в 18:00. Более того, сравнительный анализ экспериментальных данных и результатов моделирования хорошо согласуются со среднеквадратичной ошибкой около 9%.

Аналогичным образом почасовые потоки энергии и доля солнечной энергии в системе представлены на Рисунке 7 (c). Можно заметить, что потребность системы в тепле для осушения колеблется от 2 до 2,83 кВт.

Аналогично, прирост солнечной энергии также варьируется от 0,62 до 3 кВт. Пиковое увеличение солнечной энергии происходит при падающем луче мощностью 5 кВтч.Более того, солнечная фракция также начинает увеличиваться с утра, пока не достигает единицы в 12:00; однако он начинает уменьшаться после 15:00.

Наконец, доля PTC в осушении выделена на Рисунке 7 (d). Можно заметить, что доля ПТК в осушении колеблется от 1,7 до 6,4 г / кг в зависимости от наличия солнечного излучения.

4.1.2. Случай 2: Пасмурный день

Температура жидкости на выходе и разница температур на входе и выходе колеблются в течение дня в соответствии с интенсивностью солнечного излучения, как показано на Рисунке 8 (а).

Максимальная температура на выходе и разница температур составляет 80 ° C и 4,2 ° C соответственно. Средняя температура воды на выходе 78 ° C.

Облачный день связан с резкими изменениями солнечного потока от 170 Вт / м 2 до 700 Вт / м 2 , как показано на Рисунке 8 (b). Максимальное значение падающего прямого солнечного излучения составляет 700 Вт / м 2 в 9:20 утра; кроме того, эффективность PTC в пасмурный день также представлена ​​на Рисунке 8 (c).Максимальное значение КПД в пасмурный день составляет до 56,6%, что соответствует 331 Вт / м 2 в 13:30.

Точно так же потоки энергии системы вместе с солнечной долей представлены на Рисунке 8 (c).

Падающее солнечное излучение и, следовательно, получение солнечной энергии постоянно колеблются в течение дня; однако приток тепла невелик из-за большего угла падения утром. Хотя максимальная падающая энергия 4,72 кВтч происходит в 10:00 утра, но максимальный приток тепла равен 1.Достигнуто 92 кВт, что соответствует падающей энергии 4,21 кВтч в 13:00. Таким образом, из сравнения также очевидно, что падающее прямое солнечное излучение вместе с углом падения сильно влияют на полезный приток тепла PTC.

Кроме того, на Рисунке 8 (d) представлена ​​доля осушения PTC в пасмурный день. Очевидно, что он показывает почти те же тенденции, что и прирост солнечной энергии на Рисунке 8 (c). Максимальные и минимальные значения доли осушения составляют 5,0 г / кг и 0.6 г / кг соответственно.

4.2. Анализ переходных процессов

Далее система PTC подвергается ежегодному анализу переходных процессов, что показано на рисунках 9–11 с использованием методологии, приведенной в разделе 2.3.




Среднемесячные тенденции прямой солнечной радиации представлены на Рисунке 9 для пяти крупных городов Пакистана. По интенсивности солнечного излучения очевидно, что в стране существует значительный потенциал использования солнечной энергии.Максимальное значение прямого солнечного излучения до 656 Вт / м 2 для Кветты в июне. Однако минимальное среднемесячное значение существует для Taxila в феврале, то есть 453 Вт / м 2 .

Также можно заметить, что среднемесячные значения эффективности варьируются от 24 до 51%, как показано на Рисунке 10. Эффективность коллектора максимальна в Кветте из-за лучшей доступной освещенности, а минимальная - во влажном климате Карачи.

Наконец, среднемесячный прирост солнечной энергии для различных климатических условий представлен на Рисунке 11.Очевидно, что максимальный среднемесячный прирост полезной энергии в 1140 МДж достигается в июне для Кветты, а минимальное значение составляет 408 МДж в феврале.

5. Выводы

Экспериментальное исследование малогабаритного параболического желобного коллектора для солнечного осушения было проведено в настоящем исследовании. По результатам расследования были сделаны следующие выводы: (i) Экспериментальные результаты сравниваются с результатами, полученными с помощью математической модели.Различные испытания, проведенные в соответствии со стандартом ASHRAE, показали, что максимальный мгновенный тепловой КПД коллектора составляет 67%. (Ii) Пересечение и наклон кривой КПД PTC составляют 0,67 и 0,62 соответственно. В то время как полученные постоянные времени нагрева и охлаждения PTC составляют 160 с и 270 с, соответственно. (Iii) Детальный экспериментальный анализ PTC, интегрированного с твердым адсорбционным осушителем в солнечный и облачный день, показал максимальную мгновенную тепловую эффективность 62% и 56.6%, максимальная разница температур 5,52 ° C и 4,1 ° C и максимальный прирост полезной энергии 3,0 кВт и 1,92 кВт соответственно. (Iv) Годовой анализ переходных процессов в разных городах показал максимальную среднемесячную эффективность до 52% в Кветте и максимальный прирост солнечной энергии около 1139 МДж. Наконец, проверка модели с параметром эффективности показывает, что существует значение среднеквадратичной ошибки (RMSEV) 9%. Следовательно, предлагаемая система очень подходит для систем осушения и кондиционирования воздуха с помощью солнечной энергии.

Обозначение
Коэффициент полезного действия коллектора -) Массовый расход (кг / с) 9 0153 Солнечная энергия, поглощаемая стеклянной крышкой (Вт)
: Площадь апертуры (м 2 )
: Площадь стеклянного покрытия (м 2 )
: Площадь приемника (м 2 )
: Геометрический фактор (-)
: Коэффициент концентрации (-)
: Теплоемкость (кДж / кг · К)
: Эффект осушения
: Внутренний диаметр трубы (м)
: Внешний диаметр трубы (м)
: Коэффициент теплоотвода (-)
: :
: Коэффициент конвективной теплоотдачи внутри трубы (Вт / м 2 K)
: Коэффициент излучения от приемника к ко вер (Вт / м 2 K)
: Коэффициент излучения от крышки к окружающей среде (Вт / м 2 K)
: Коэффициент теплопередачи ветром (Вт / м 2 K)
: Излучение падающего луча (Вт / м 2 )
: Модификатор угла падения
: Проводимость (Вт / мК)
: Общее количество наблюдений
: Число Нуссельта (-)
: Число Прандтля (-)
Теплопередача за счет теплопроводности (Вт)
: Теплопередача за счет конвекции (Вт)
: Теплопередача за счет излучения (Вт)
: Солнечная энергия (Вт / м 2 )
: Общая энергия (Вт)
: Прирост тепловой энергии (Вт)
: Число Рейнольдса (-)
: :
:
: Температура окружающей среды (К)
: Температура стеклянной крышки (К)
: Температура жидкости на входе (К)
: Начальная температура на выходе ( )
: Температура жидкости на выходе (K)
: Температура приемной трубы (K)
: Общий коэффициент теплопередачи (Вт / м 2 K)
: Коэффициент потерь приемника (Вт / м 2 K)
Вт a : Ширина проема (м)
:
: Солнечная энергия, поглощаемая приемником (Вт)
: Значение экспериментальных данных (-)
: Значение модельных данных ( -)
Y: Параметр параболы.
Греческие символы Оптическая эффективность (-) : Отражение зеркала.
: Коэффициент излучения защитной трубки (-)
: Коэффициент излучения приемной трубки (-)
:
Угол обода ( o )
: Тепловой КПД (-)
: Константа Стефана Больцмана (Вт м −2 . K −4 )
: Угол падения ( o )
: Коэффициент пропускания стеклянной крышки
: Поглощающая способность приемника
: Коэффициент пересечения
Дополнительные точки

Основные моменты . Основные моменты исследования: (i) параболический желоб с низким коэффициентом концентрации для осушения, (ii) тепловая модель вместе с экспериментальной проверкой, (iii) переходный анализ интегрированной системы в пяти крупных городах Пакистана, (iv) в режиме реального времени исследование производительности в солнечные и пасмурные дни, и (v) доля осушения PTC наряду с солнечной фракцией.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *