CC BY
3УДК 620.9 Рахимбулов В.Е., Явнов И.Д., Шостак И.В.
Рахимбулов В.Е.
студент кафедры электро- и теплоэнергетика Оренбургский государственный университет (г. Оренбург, Россия)
Явнов И.Д.
студент кафедры электро- и теплоэнергетика Оренбургский государственный университет (г. Оренбург, Россия)
Шостак И.В.
студент кафедры электро- и теплоэнергетика Оренбургский государственный университет (г. Оренбург, Россия)
ДОСТИЖЕНИЯ В ТЕХНОЛОГИИ СБОРА
СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ НА ОСНОВЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ СОЛНЕЧНОГО ПОГЛОЩЕНИЯ
Аннотация: в данной статье описан один из способов генерации электроэнергии.
Ключевые слова: комбинированная теплоэнергетика, концентрирующие коллекторы, энергетика.
1. Введение.
Энергия — самая фундаментальная и важная часть повседневной жизни, все достижения человечества были достигнуты за счет использования энергии. Энергия является частью экономики и окружающей среды и влияет на нашу повседневную жизнь. Это важно для развития цивилизации и является важным вопросом в политике и дипломатии во всем мире. Спрос на энергию быстро
2281
растет, что привело к чрезмерному использованию ископаемого топлива в промышленных секторах. Ожидается, что с ростом спроса потребление нефти может достичь 123 миллионов баррелей в день к 2025 году. Чрезмерное использование ископаемого топлива привело к загрязнению воздуха и глобальному потеплению. Новые и возобновляемые источники энергии являются устойчивыми, экологически безопасными и оказывают минимальное воздействие на окружающую среду по сравнению с традиционными энергетическими технологиями, хотя некоторые вопросы, касающиеся анализа жизненного цикла, все еще требуют решения.2. Описание предлагаемой системы.
Для четкого и систематизированного описания предлагаемой системы производства электроэнергии все ее аспекты описаны в следующих подразделах: 2. Конфигурация системы.
По концентрации солнечного потока на поверхности поглотителя изделия были отнесены к категории коллекторов поглощения с одной солнечной поверхностью и многосолнечные коллекторы поверхностного поглощения. Изделия, относящиеся к группе с несколькими солнцами, были далее разделены на следующие подгруппы: с низкой концентрацией, средней концентрации и коллекторы высокой концентрации. Рецензируемые статьи за последние четырнадцать лет (2004-2017 гг.), в которых описываются новые методы и техники, были отнесены к категории основных технологических разработок, имеющих отношение к данному исследованию. Чтобы обеспечить всесторонний обзор достижений в области применения этой технологии в контексте реальных проблем, было обнаружено несколько опубликованных рецензируемых статей с 2013 по 2017 год. В этом исследовании использовалась смешанная методика исследования, объединяющая как качественные, так и количественные результаты исследований, чтобы лучше понять и определить проблемы в будущей работе. Цель этой обзорной статьи — ответить на фундаментальные и ключевые исследовательские вопросы, связанные с развитием технологии ББЛС и ее применения жидкость от прямого контакта с солнечным светом. Из-за
2282
накопления дополнительного солнечного тепла на поверхности абсорбера неизбежно изменение расхода рабочей жидкости. Поэтому правильный выбор материала поглотителя и рабочей жидкости играет важную роль в сборе теплового потока. Скорость плотности солнечного потока на поверхности поглотителя различна для неконцентрирующих и концентрирующих солнечных систем. В контексте сбора поверхностного поглощения неконцентрирующие и концентрирующие солнечные коллекторы также известны как коллекторы поверхностного поглощения с одним солнцем и с несколькими солнцем соответственно.
Поглощающие коллекторы с одной поверхностью также называют неконцентрирующими солнечными коллекторами. Благодаря одинаковой площади перехвата (сквозной апертуры) и поглощения солнечного излучения эти солнечные коллекторы имеют коэффициент концентрации, равный единице. Следовательно, суммарный поток излучения в фототермическом процессе остается неизменным. Неконцентрирующие коллекторы занимают большую долю рынка солнечной энергетики из-за своей конструкции и простоты. Здесь будут обсуждаться различные типы коллекторов поверхностного поглощения с одним солнцем, доступные на рынке. Эти типы коллекторов в основном состоят из плоских пластинчатых и вакуумных трубчатых коллекторов.
Плоский пластинчатый коллектор (БРС) является наиболее важным представителем семейства фототермических преобразователей. Этот тип коллектора легко доступен на рынке и широко используется для отопления при низких и средних температурах, например, для нагрева воды в домах и закрытых бассейнах. БРС включают в себя фиксированные или стационарные коллекторы, для которых не требуется система слежения за солнечной энергией. Благодаря своему фиксированному положению ФПК получает сравнительно меньше энергии на единицу площади коллектора, но его способность поглощать как рассеянное, так и прямое солнечное излучение перевешивает этот недостаток. В зависимости от теплоносителя БРС можно разделить на две категории: жидкостные и воздушные соответственно. Сборка БРС чаще всего состоит из
2283
остекления, поглощающей пластины, комплекта трубок и изолированной коробки. После прохождения через прозрачное стекло падающее солнечное излучение перехватывается и поглощается селективным покрытием поглотителя.
Составной параболический концентратор. Составной параболический концентратор (СРС), также называемый концентратором без изображения, широко используется для сбора солнечного тепла. Среди других неотслеживающих солнечных коллекторов эта система имеет самый высокий коэффициент концентрации при условии выравнивания в направлении восток-запад. О первой конструкции этого концентратора сообщил Уинстон в 1965 году. Геометрия коллектора состоит из двух одинаковых параболических отражателей, расположенных таким образом, что фокус одного попадает в нижний конец другого и наоборот. В плоскости апертуры поверхности отражателя и ось ЦПК имеют параллельные наклоны. Коэффициент концентрации ЦПК меняется в течение года, например, при ежедневной регулировке наклона можно достичь максимального значения 10, а в случае фиксированного положения это значение снижается до 1,5-2,0. При работе в течение полугода фиксированная цена за клик может достичь коэффициента концентрации 3,0. Чтобы сделать этот концентратор более практичным и экономически эффективным, можно внести несколько изменений в конструкцию, включая усечение высоты СРС, установку концентратора второй ступени и использование приемников другой формы.
Который имеет более высокую эффективность сбора по сравнению с плоским пластинчатым коллектором, но с такой же площадью сбора, что и FPC. Из-за фиксированного положения коэффициент концентрации этих коллекторов относительно невелик и составляет от одного до четырех. Производительность и эффективность этих концентраторов напрямую зависят от угла падения солнечной энергии. Поскольку угол падения превышает угол отражающих зеркал, концентратор становится менее эффективным из-за наличия тени на приемнике. Для получения дополнительного излучения все четыре стороны
2284
приемника можно оборудовать дополнительными зеркалами. Однако в случае массива коллекторов можно использовать только две стороны приемника. Преимущество этого коллектора в том, что он использует как прямое, так и рассеянное излучение. Изменяя угол наклона зеркал-бустеров несколько раз в течение года, его эффективность можно значительно повысить.
Цилиндрический концентратор Табора-Цаймера. Этот цилиндрический оптический коллектор состоит из трех сегментов: прозрачная часть сверху позволяет излучению проникать и падать на отражатель или зеркало с алюминиевым покрытием, которое отражает входящее излучение на третий сегмент, который действует как приемник треугольной трубы.
Приемник размещается в оптимальном положении в цилиндре, чтобы можно было перехватить максимально возможное отраженное от зеркала излучение. Концентрация в три раза может быть достигнута путем размещения коллектора в направлении восток-запад и сезонного отслеживания. Помимо прямого излучения, этот концентратор может также собирать рассеянное излучение.
Коллектор с параболическим желобом. Джон Эрикссон был успешным инженером, который построил первый практически применимый параболический желобный коллектор (PTC) в 1870 году. После этого были изучены и сравнены различные типы систем PTC, основанные на различных системах слежения за солнцем. Был сделан вывод, что двухосная система слежения экономически нецелесообразна по сравнению с одноосной слежением из-за дополнительных деталей, требований к мощности управления и затрат на техническое обслуживание. Система PTC — это хорошо зарекомендовавшая себя основная технология для крупномасштабного отопления и охлаждения. Технология PTC очень энергоэффективна и экономически выгодна, особенно для тех областей, где солнечное излучение является высоким. Основной принцип работы системы PTC заключается в том, что она проста и понятна. Его характеристики зависят от изогнутого отражателя или зеркала в форме параболы, которое концентрирует падающее солнечное излучение на фокальной
2285
линии вакуумно-изолированной поглотительной трубы. Труба абсорбера закреплена вдоль фокальной оси отражателя, внутри нее течет теплоноситель (вода, синтетическое масло, минеральное масло и т. д.). На крупномасштабных параболических желобах в качестве теплоносителя обычно используются синтетические или минеральные масла. Концентрированный солнечный поток нагревает теплоноситель, который передает скрытое тепло воде в паровом котле для производства пара для работы турбины. Эти крупногабаритные системы в основном используются в коммерческих масштабах, а диапазон температур составляет от 300 до 400 °C. Кроме того, систему PTC также можно использовать в малых и средних масштабах, например, для обогрева промышленных процессов, отопления помещений, бытового отопления и отопления бассейнов. Требования к температуре для этой малой и средней группы варьируются от 100 до 250 °C.
Фиксированный зеркальный солнечный концентратор (FMSC). FMSC — это солнечный коллектор с линейной фокусировкой, в котором поверхность отражателя не перемещается, в то время как приемник движется по круговой траектории вместе с движением Солнца. В этой системе массив линейных граней зеркала закреплен на опорной подложке цилиндрической формы. Этот массив линейных зеркальных граней отражает падающее на приемник излучение, которое проходит вдоль центра кривизны цилиндрической подложки, показанной на рисунке. Эти коллекторы в основном фокусируют прямое солнечное излучение, поэтому вклад рассеянного солнечного излучения в их работоспособность невелик.
Цилиндрический желобный коллектор (ЦТС). Цилиндрические желобчатые коллекторы имеют большую площадь отражателя для улавливания большего количества падающего солнечного излучения. Эти коллекторы относятся к семейству фотоконцентраторов солнечной энергии. По своей геометрии они очень напоминают системы ПТК, и основное отличие состоит в том, что этот коллектор фокусируется на плоскости, а ПТК фокусируется на фокальной линии с более высокой энергией. В этой системе двусторонняя
2286
плоская тепловая панель или фотоэлектрическая панель размещается в фокальной плоскости нижней половины цилиндрического желоба. Чтобы исключить потерю эффективности сбора, эти коллекторы должны отслеживать солнце во время работы. Обычно эти типы солнечных концентраторов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Васильев Ю.С., Хрисанов Н.И. Экология использования возобновляющихся энергоисточников. Л.: Изд-во ЛГУ, 1991. - 343 с;
2. Мировая энергетика и переход к устойчивому развитию //Беляев Л.С., Марченко О.В., и др.-Новосибирск: Наука, 2000. - 269 с;
3. Новая энергетическая политика России. Под общ. ред. Ю.К. Шафраника. М.: Энергоатомиздат, 1995. - 512 с;
4. Роль возобновляемых источников энергии в энергетической стратегии России. Национальный доклад - М., 1999. [Электронный ресурс]. URL: https://www.inter-solar.ru;
5. Виссарионов В.И., Кузнецова В.А., Малинин Н.К., и др. Расчет ресурсов ветровой энергетики. - М.: Изд-во МЭИ, 1997. - 32 с
2287
Rakhimbulov V.E., YavnovI.D., ShostakI.V.
Rakhimbulov V.E.
Orenburg State University (Orenburg, Russia)
Yavnov I.D.
Orenburg State University (Orenburg, Russia)
Shostak I.V.
Orenburg State University (Orenburg, Russia)
ADVANCES IN COLLECTION TECHNOLOGY SOLAR ENERGY BASED ON SURFACE SOLAR ABSORPTION COLLECTORS
Abstract: this article describes one of the methods for generating electricity. Keywords: combined heat, power engineering, concentrating collectors.
2288
