КОНЦЕНТРАТОРЫ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ




СОЛНЕЧНЫЕ КОНЦЕНТРАТОРЫ

Разработана, конструктивная схема концентратора солнечной энергии (рис.2), которая будет актуальна утром и вечером и для низких широт (экватор, тропики)

 

 

Рисунок 2 – Конструктивная схема концентрирования солнечной энергии в солнечный соляной пруд концентратором солнечной энергии за счет слежения за движением Солнца по небосводу.

 

Система среднетемпературного холодоснабжения на зиму может быть преобразована в систему теплоснабжения согласно рисунку 5.

1 – солнечное излучение; 2, 7 – теплоизоляционное покрытие; 3 – конденсатор теплового насоса; 4 – дроссель; 5, 10 – регулятор потока хладагента; 6 – испаритель теплового насоса; 8 – воздуховод; 9 – котлован с талой водой; 11 – хладомёт (двигатель Стирлинга с компрессором); 12 – тепловая гравитационная труба (термосифон); 13 –грунт; 14 – солнечный соляной пруд

1 – солнечное излучение; 2 – концентратор солнечного излучения; 3 – испаритель холодильника; 4 – дроссель, 5 – конденсатор холодильника; 6 – теплоизоляционное покрытие; 7 – регулятор потока пара хладагента; 8 – воздуховод; 9 – котлован со льдом; 10 – маслопровод; 11, 14 – тепловые гравитационные трубы (термосифоны); 12 – хладомёт (двигатель Стирлинга с компрессором); 13 – водопровод; 15 – грунт; 16 – солнечный соляной пруд

Рисунок 4 – Схема системы среднетемпературного холодоснабжения (гелиохолодильника)

Система предназначена для охлаждения замкнутых объемов посредством циркуляции хладагента по рабочему контуру гелиохолодильника: конденсатор 5 – дроссель 4 – испаритель 3.

КОНЦЕНТРАТОРЫСОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ

Основные положения.. Многие возможные приложения требуют более высоких температур, чем те, которые можно получить даже с помощью лучших плоских пластинчатых нагревателей. Так, рабочая жидкость при 500 С может приводить в движение стандартный тепловой двигатель для совершения механической работы и. следовательно, если требуется, для произ водства электроэнергии. Еще более высокие температуры (примерно 2000° С) требуются при изготовлении и очистке, отражающих материалов.

Концентрирующий коллектор включает в себя приемник, поглощающий излучение и преобразующий его в какой-либо другой вид энергии, и концентратор, который представляет собой оптическую систему, направляющую поток излучения на приемник (например, такой, как показан на рис. 6.10). Обычно концентратор требуется непрерывно поворачивать, чтобы он во время работы был обращен к Солнцу. (Ниже в этом параграфе обсуждается нетипичный случай.)

Апертура системы Л,, есть площадь поверхности концентратора, обращенной к потоку излучения. Определим коэффициент концентрации X как отношение апертуры к площади поверхности приемника:

Х^Ла/А,. (6.17)

Для идеального коллектора Л' представляет собой отношение плотности потока излучения на приемнике к плотности потока на концентраторе, на практике плотность потока сильно меняется вдоль приемника. Температуру приемника простым увеличением X неограниченно повышать невозможно, так как но закону Кирхгофа (см. § 3.5) температура приемника Т. не может достигнуть Рис. 6.10. ПарабОЯИЯвСВЖЙ концентратор. Общий ВИД. Показаны приемник,::ро ходящий вдоль оси, и опоры, поддерживающие приемник и черкало (й) и сечение устройства, КОТОрое ОбсуЖДаеТСЯ в тексте (О) (не в масштабе): / _ экрян; 2 ПОГЛОТЯТСЯ!»; 3 зеркало

эквивалентной температуры Солнца Г». Более того, расстояние до Солнца I. и радиус его А\ определяют конечный угол па поверхности Земли, который ограничивает коэффициент концентрации величиной

X<JL/RS -15 000 (6.18)

(см. задачу 6.4). Ниже показано, как сильно это ограничивает реально достижимые Т, и.V. В гл. 7 обсуждаются концентраторы для солнечных фотоэлементов (см. рис. 7,24).

Параболический вогнутый концентратор. На рис. 6.10, а пока зан типичный коллектор. Концентратор представляет собой параболическое зеркало длиной / с приемником, расположенным вдоль его оси. Это дает концентрацию энергии только в одном направлении, поэтому коэффициент концентрации меньше, чем для параболоида, однако одномерное расположение осуществить проше. Кроме ТОГО, обычно необходимо, чтобы коллектор следил за Солнцем только в одном направлении. Ось располагают с запада на восток, и зеркало автоматически поворачивает ся вокруг оси, отслеживая наклон в сторону Солнца.

Энергия, поглощаемая приемной трубкой, равна

Pete^pe&lDGb, (6.19)

где о коэффициент отражения концентратора; а коэффициент поглощения приемника; //) площадь; 6\< - средняя облученность зеркала.

Экран, показанный на рис. 6.10.6, уменьшает тепловые потери поглотителя, а также закрывает его от прямого излучения.

которое, впрочем, незначительно но сравнению с. концентрированным излучением, приходящим с другой стороны. Приемник теряет энергию только в направлениях, не защищенных экраном. Следовательно, он излучает

Р„,!~г {aTf) (2л/-/) (1 - t/rr). (6.20)

где Т,, г и г соответственно температура, излучательная способность и радиус поглощающей трубки. Для минимизации потерь необходимо уменьшать радиус г, а для увеличения полной энергии Раы необходимо иметь трубку по крайней мере такого же размера, как изображение солнечного диска, поэтому обычно выбирают

г = ])'{)< (6.21)

(обозначения те же. что и на рис. 6.10,6). Все тепловые потери, кроме радиационных, в принципе можно исключить, поэтому полагаем Pn,d: Реь$ И находим температуру I- щ -J lSTr(i-c/n)J • (bJ2)

Эта величина максимальна, когда тень от экрана на зеркале наименьшая, т. е. когда % >.i \\\ Геометрический член во второй скобке уравнения (6.22) можно привести к виду 1 /0Ч, так что максимальная температура составит

TV™"=[**'• г;%; — 11160 к (6.23)

для типичных условий С,— 600 Вт-м й; р,- 0.8; а/г 1; ()s = Rs/L 4,6-10s рад; а-5.67-К)" Вт-м --К 4. Температура Т, = 1160 К намного выше той, которую можно получить с помощью плоского пластинчатого приемника (ср. с табл. 5.1). Практически достижимые температуры ниже максимальной У',""'" но двум причинам: 1) реальные зеркала не являются строго параболическими, поэтому полуугол, под которым с Земли наблюдается солнечный диск, (К > 0S Rs/L\ 2) полезное тепло выводится посредством прокачки жидкости через поглотитель, следовательно. Тем не менее при благоприятных условиях жидкость можно нагреть примерно до 700° С

 

Из выражения (6.22) следует, что Т, можно повысить еще, если использовать селективную поверхность с a/V> 1, однако преимущества такой поверхности невелики, так как селективность определяется тем, что ос и 8 средние значения в раз личных областях спектра (см. § 5.6).

Действительно, согласно определениям (3.27)

а= 2L-; %.-. (6.24)

С увеличением Т, соответствующее излучателю распределение энергии абсолютно черного тела щ^д{Тг) приближается к распределению энергии в солнечном спектре Щм==*%,,в(Тм). Так как согласно закону Кирхгофа (3.30) а*, = е* для любой длины волны /., из (6.24) следует, что при Т,-> Ts а/г >1.

Параболический объемный концентратор. Концентрация энергии может осуществляться в двух направлениях, если использовать объемный концентратор. Это требует проектирования более сложной системы слежения за Солнцем, чем для одномерного случая, подобной системе, применяемой в астрономических телескопах.

Наилучшая фокусировка обеспечивается, если зеркало имеет форму параболоида вращения. Его параметры можно найти из расчетов, аналогичных проделанным выше, причем в данном случае рис. 6.10. 6 соответствует сечению параболоида. Форма приемника предполагается сферической. Максимально достижимая температура определяется при %-*~Q, как

77- [яе«$ЙЙ*11/* (6.25)

Сравнивая это выражение с (6.23), видим, что в данном случае весь концентратор поворачивается вслед за Солнцем и 0.. заменено на (2()s/sin \\-)'2, поэтому У." iN значительно возрас тает. Действительно, в идеальном случае, когда sin ^«=в=?рв— = т;, ---)•■: 1, мы получаем темпера гуру Т, 7\ большую, чем в одномерном случае. Даже несмотря на точность слежения и возможные отклонения профиля зеркала от параболического при всех трудностях конструирования приемника, на практике возможно достижение температуры до 3000 К.

Концентраторы, не следящие за Солнцем. Выше были описаны устройства, в которых высокая точность изготовления и слежения позволяет получить высокий коэффициент концентрации. Однако в некоторых случаях могут быть полезны также и дешевые коллекторы с низким коэффициентом концентрации. Так, иногда дешевле и удобнее использовать концентратор площадью 5 м с коэффициентом концентрации 5 на каждом солнечном элементе системы площадью 1 м2, чем систему солнечных элементов общей площадью 5 м2 без концентрации энергии. Такая установка будет еще дешевле, если концентраторы

m

не следят за Солнцем. Однако необходимо учитывать, что в этом случае освещенность солнечных элементов будет неравномерной

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2019-04-14 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: