ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ПЫЛИ И ЗАТЕНЕНИЯ НА ОПТИЧЕСКИЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЛОСКОГО СОЛНЕЧНОГО КОЛЛЕКТОРА С ДВУХСТЕКОЛЬНЫМ ПРОЗРАЧНЫМ ПОКРЫТИЕМ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ

ЭНЕРГЕТИКА

RENEWABLE

ENERGY

СОЛНЕЧНЫЕ КОЛЛЕКТОРЫ

SOLAR COLLECTORS

Статья поступила в редакцию 11.02.15. Ред. рег. № 2183

УДK 662.997:662.93

The article has entered in publishing office 11.02.15. Ed. reg. No. 2183

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ПЫЛИ И ЗАТЕНЕНИЯ НА ОПТИЧЕСКИЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЛОСКОГО СОЛНЕЧНОГО КОЛЛЕКТОРА С ДВУХСТЕКОЛЬНЫМ ПРОЗРАЧНЫМ ПОКРЫТИЕМ

О.М. Саламов

Заключение совета рецензентов: 18.02.15 Заключение совета экспертов: 25.02.15 Принято к публикации: 02.03.15

В работе приводятся результаты расчета ряда оптических и энергетических параметров плоского солнечного коллектора (ПСК) с двухстекольным прозрачным покрытием. Расчеты проведены с учетом ряда конструктивных и оптических параметров ПСК для наихудших погодных условий, наблюдаемых 15 января 2014 г. При расчете в первую очередь были найдены углы преломления солнечных лучей с учетом суточного хода изменения угла падения солнечных лучей на поверхности ПСК. Далее были определены отражательная способность границы раздела, пропускательная способность прозрачного покрытия ПСК с учетом только отражения и только поглощения и полная пропускательная способность. Определены отражательная, пропускательная и поглощательная способности, а также часовые и среднесуточные значения КПД ПСК с учетом и без учета влияния пыли и затенения прозрачного покрытия. Установлено, что в условиях Апшерон-ского полуострова, при нормальном обслуживании, практически суммарное влияние коэффициентов пыли и затенения на оптические и теплоэнергетические параметры ПСК не превосходит 5^6%, а полезно используемая часть энергии солнечных лучей меняется в пределе 57^143 Вт/м2

Ключевые слова: плоский солнечный коллектор, прозрачное покрытие, отражательная способность, пропускательная способность, поглощающая пластина, интенсивность солнечной радиации, теплопотеря, коэффициент полезного действия.

DETERMINATION OF THE DUST AND SHADING EFFECT ON THE OPTICAL AND ENERGY CHARACTERISTICS OF THE FLAT-PLATE SOLAR COLLECTOR

Институт радиационных проблем HAH Азербайджана Азербайджан, AZ 1143, г. Баку, ул. Б. Вахабзаде, 9 тел: (99412) 539-32-24, доп. 125; факс: (99412) 539-83-19; e-mail: oktay_dae@mail.ru

doi: 10.15518/isjaee. 2015.04.001

WITH TWO GLASS TRANSPARENT COVERS

O.M. Salamov

Institute of Radiation Problems of ANAS B. Vahabzadeh Str., 9, Baku, Azerbaijan, AZ1143 ph.: (99412) 539 32 24 (125); fax: (99412) 539 83 19; e-mail: oktay_dae@mail.ru

Referred 18 February 2015 Received in revised form 25 February 2015 Accepted 2 March 2015

The paper presents the results of the calculation of optical and energy parameters of the flat-plate solar collector (FSC) with two glass transparent covers. The author of this paper carried out the calculations taking into account a number of structural and optical parameters of the FSC for the worst weather conditions observed in the 15 January 2014. Firstly, the angles of refraction of sunlight were found considering the diurnal variation of the angle of incidence of sunlight on the surface of the FSC. Secondly, it were defined the reflectance of interfaces, transmittance of a transparent coating of FSC taking into account only the reflectance, and only the absorbability, and, lastly, total transmittance. The paper identifies the refectance, transmittance and absorbability, as well as hourly and daily averages of FSC efficiency with and without the influence of dust and shading on transparent cover. It was found that the cumulative effect of virtually dust and shading coefficients on the optical and thermal power settings FSC does not exceed 5 ^ 6% and radiation efficiency varies in the range of 57 ^ 143 W / m2 under the conditions of the Absheron Peninsula, in normal service.

Key words: flat-plate solar collector, transparent cover, reflectivity, transmittance, absorbing plate, the intensity of solar radiation, heat loss, efficiency.

Саламов Октай Мустафа оглы Salamov Oktay Mustafa

Сведения об авторе: доктор философии по физ.-мат. н., почетный доктор и профессор Международной экоэнергетической академии по развитию альтернативной энергетики, ведущий научный сотрудник Института радиационных проблем Национальной Академии наук Азербайджана, доцент Азербайджанского технического университета.

Образование: электротехнический факультет Азербайджанского технического университета (1973 г.).

Область научных интересов: солнечная и ветровая энергетика; математическое моделирование альтернативных энергоустановок различного назначения; водородная энергетика и теплоэнергетика, в частности, горячее водоснабжение и теплоснабжение с применением комбинированных солнечно-ветровых энергоустановок; разработка следящих систем для автоматического наведения концентрирующих зеркал на солнце, антикоррозионных систем для катодной защиты металлических сооружений от электрохимической и электрической коррозии, а также оптимизирующих, дозирующих и защитных устройств различной модификации.

Публикации: 170, в том числе 44 авторских свидетельства СССР на изобретения, а также патенты РФ и Азербайджанской Республики.

Information about the author: PhD

(Physics and Mathematics), Associate Professor in Physics of Semiconductors and Dielectrics, and Honorary Professor-Doctor of Sciences of International Ecoenergy Academy in Alternative Energy Development, Leading Researcher of the Radiation Problems Institute, Azerbaijan National Academy of Sciences, Associate Professor of Azerbaijan Technical University.

Education: Electrical Engineering Faculty of Azerbaijan Technical University (1973).

Research interests: solar and wind power-engineering, mathematical simulation of alternative power plants of different use; hydrogen power-engineering and thermal powerengineering, in particular, heat and hot water supply applying combined solar-wind power plants; development of tracking systems for an automatic guidance of concentrating solar mirrors, anticorrosion systems for cathode protection of metallic constructions from electrochemical and electrical corrosion, as well as optimizing, dozing and protection equipments with different modifications.

Publication: 170, including 44 certificates of USSR authorship and patents in RF and Azerbaijan Republic.

Введение

Ранее в работе [1] нами были приведены данные по исследованию хода изменения коэффициентов влияния пыли (^п) и затенения (^) защитных стеклянных трубок, внутри которых расположены фотоэлектрические преобразователи солнечной батареи (СБ). Было установлено, что зимой и летом (при отсутствии ветра) в климатических условиях г. Баку при длительной непрерывной эксплуатации СБ значение коэффициента влияния пыли незначительно отклоняется от единицы (= 0,95^0,97), а при ветровых погодных условиях в летнем и осенне-весеннем сезонах в течение 1-2 месяцев непрерывной работы фотоэлектрических преобразователей

снижается вплоть до 0,8, и дальнейшее загрязнение стеклянного покрытия модулей СБ незначительно влияет на его значения. Для устранения указанно -го недостатка в летние и весенне-осенние периоды необходимо раз в месяц промывать прозрачные защитные трубки модулей СБ.

Коэффициент затенения ^ влияет на параметры СБ в основном при больших углах наклона солнечных лучей, т. е. в утренние и вечерние часы. И поскольку в указанные часы интенсивность солнечной радиации (ИСР) бывает в несколько раз меньше её максимального значения, то влияние коэффициента ^з на суточную эффективность СБ будет невысокой (в самом худшем случае до 10 %).

Кроме того, если коэффициент является оптическим параметром и значение его изменяется в зависимости от климатических условий, то коэффициент ^з зависит как от конструктивного выполнения СБ, так и от наличия следящего устройства.

Аналогичные исследования проведены нами для ПСК с двухстекольным прозрачным покрытием. Выявлено, что в условиях Апшеронского полуострова, в частности в г. Баку, при продолжительных сухих погодных условиях, за счет отрицательного влияния пыли, пропускательная способность ПСК с углом наклона до 550 относительно горизонтальной плоскости и двухслойным стеклянным покрытием снижается на —5-10 %. При этом степень загрязнения стекла значительно зависит и от ветрового режима. В г. Баку среднегодовая скорость ветра составляет 6-8 м/сек, а мгновенные скорости ветра меняются в широких пределах (от 0 до 30 м/сек и выше), особенно в весенний и осенний периоды [2]. Поэтому возникает необходимость определить, как загрязнение прозрачного покрытия (стекла) пылью влияет на оптические характеристики ПСК. Однако, согласно литературным данным [3-5], в практических условиях и при проведении математических расчетов за численные значения коэффициента влияния пыли принимается = 2-3 %.

Вместе с тем на оптические характеристики ПСК также существенно влияет степень частичного затенения прозрачного покрытия посредством соседнего ПСК, особенно в утренние и вечерние часы. В практических условиях рекомендуется считывать уменьшения суммарных теплоэнергетических и оптических характеристик прозрачного покрытия и поглощающей пластины в среднем на —5-6 %.

Далее мы приводим расчеты ряда оптических характеристик ПСК с двухстекольным прозрачным покрытием.

Расчет отражательной, полной пропускательной и поглощательной способностей ПСК

с двухстекольным прозрачным покрытием

При проведении расчета были учтены следующие оптические и конструктивные параметры экспериментального ПСК: коэффициент ослабления солнечного излучения К (для используемого нами стекла составляет 0,17 см-1); Ь - длина пути излучения через среду (для нашего случая Ь = 0,25 см).

Расчеты проводились для 15 января 2012 г. (при наихудших погодных условиях).

Для определения полной пропускательной способности на наклонную поверхность ПСК, при различных значениях угла падения б^л солнечных лучей, в первую очередь по нижеследующему уравнению были определены численные значения бдл для различных часов светлого времени суток указанного дня:

cos 8нп = cos (ф-р) cos 5 cos ю + sin (ф-р) sin 5, (1)

где ф - угол северной широты местности (для г. Баку ф =40024', а для общей территории Азербайджана ф меняется в пределах от 390 до 420); р - угол наклона поверхности ПСК к горизонту (в данном случае нами принят р =55024'); 5 - угол склонения солнца, т. е. угловое положение солнца в солнечный полдень относительно плоскости экватора, который имеет положительный знак для северного полушария (в данном случае для г. Баку 15-го января 5 = -210); ю -часовой угол солнца, равный нулю в солнечный полдень (каждый час соответствует 150 долготы, причем значения часового угла до полудня считаются положительными, а после полудня - отрицательными; в данном случае для периода с 800 ч до 17 00 ч ю меняется в пределах от +67,50 до -67,50).

С учетом указанных значений ф, р, 5 и ю из уравнения (1) были выведены численные значения угла падения солнечного излучения 6НП. Далее с использованием нижеследующих уравнений были определены численные значения углов преломления солнечных лучей 6ПР:

(

0Ш = arg sin

sin 0

V n2 / n1 у

(2)

отражательной способности границы раздела

р(0нп):

р(0нп) = ^(v-O;

(3)

пропускательной способности с учетом только отра-

жения т

отр = 1

отр

1 -v

1 -I

1 + (2N - l)v 1 + (2N -1)

(4)

пропускательной способности с учетом только по-

погл. тч :

- NKL/cos 0т-

глощения тп°гл:

тпогл =е

^прел .

ч — - , (5)

и полной пропускательной способности тполн :

тполн = тотр тпогл

Т4 — ^ч ч -

(6)

где щ и П2 - показатели преломления солнечного излучения на разделе первой и второй среды соответственно (для обычного оконного стекла в видимой части области солнечного спектра средний показатель преломления составляет П2 / щ = 1,526); N -

число прозрачных покрытий, т. е. стекол (в данном случае N =2); V и £ - отражательные способности двух компонентов на разделе среды соответственно.

Для определения численных значений V и £ были использованы следующие тригонометрические выражения:

аш2 (9пр ~9нп) £ ( -9НП ) (7)

v=—2-; £=~2-• (7)

яп2 (9ПР + 9НП ) гм2 (9ПР + 9НП )

При последовательном применении уравнений (1-7) были определены численные значения бнп,

9ПР , Р (9НП), ТоТР, тП0Гл , v и £ для часовых углов солнца +67,50; +52,50; +37,50; +22,50; +7,50; -7,50; -22,50; -37,50; -52,50; -67,50, которые соответствуют 800, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600 и 1700 часам светлого времени суток. Результаты расчета приведены в таблице 1.

Таблица 1 Table 1

Результаты расчета оптических параметров ПСК с двухстекольным прозрачным покрытием The optical parameters of the FSC with two glass transparent covers

Время дня, час 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700

ю , угл. град +67,5 +52,5 +37,5 +22,5 +7,5 -7,5 -22,5 -37,5 -52,5 -67,5

9НП = град. 60 50 36 22 15 15 22 36 50 60

9ПР , град. 34,57 30,13 22,65 14,22 9,77 9,77 14,22 22,65 30,13 34,57

V , доля ед. 0,304 0,649 0,761 0,819 0,834 0,834 0,819 0,761 0,649 0,304

£, доля ед. 0,996 0,984 0,921 0,859 0,859 0,859 0,859 0,921 0,984 0,996

Р(9НП), доля ед. 0,094 0,062 0,047 0,046 0,043 0,043 0,046 0,047 0,062 0,094

тчтр , доля ед. 0,65 0,82 0,83 0,84 0,85 0,85 0,84 0,83 0,82 0,65

<Г , доля ед. 0,95 0,952 0,955 0,957 0,958 0,958 0,957 0,955 0,952 0,95

<2гл , доля ед. 0,902 0,906 0,912 0,916 0,917 0,917 0,916 0,912 0,906 0,902

(та), доля ед. 0,563 0,714 0,737 0,739 0,749 0,749 0,739 0,737 0,714 0,563

(та)е , доля ед. 0,631 0,779 0,798 0,798 0,808 0,808 0,798 0,798 0,779 0,631

Для того чтобы определить количество поглощенной энергии солнечного излучения поглощающей пластиной (после неоднократного отражения этих лучей) между нижним стеклом и теплопогло-щающей пластиной, вначале определены значения (та) для всех углов падения солнечного излучения 9НП с применением следующего выражения:

0,766 • 0,95

(xa ) = i

а

- (1 -а )Pd

(8)

(xa)l0 i - (i - о,95) • 0,24 0;

0,728

988

= 0,737.

где а - направленная поглощающая способность теплопоглощающей пластины ПСК, изменяющаяся в пределах 0,9-0,96 (независимо от ориентации нами принято а = 0,95); Р^ - диффузная отражательная способность (для двухстекольного прозрачного покрытия Р^ = 0,24).

В качестве примера ниже приведём расчет величины (та) для 1000 часов 15-го января, при котором

9НП = 360; 9ПР = 22,650; т™™ = 0,766,

Аналогичным образом были определены численные значения (та) и для других часов. Результаты проведенных расчетов также сведены в таблицу 1. В таблице 1 параметры т™гл и т™гл являются

пропускательными способностями верхнего и нижнего прозрачных слоев двухстекольного ПСК с учетом только поглощения.

Далее, применив нижеследующее уравнение, определили численные значения эффективной приведенной поглощательной способности (та') для прозрачного покрытия с двумя однотипными слоями:

(та) = (та) + «1 (1 -т^) + «2 (1 -т™1*), (9)

где « и «2 - отношение полного коэффициента потерь к коэффициентам потерь первого и второго слоев прозрачного покрытия соответственно (в данном случае согласно [3] « = 0,15; «2 = 0,62).

Численные значения т™гл и т™гл были определены из уравнения (5). При этом для верхнего стекла принято N = 1, а для нижнего стекла - N = 2.

В качестве примера ниже приводим расчет численного значения (та )е для 1000 часов утра 15 января. Для проведения расчета из таблицы 1 выбрали: (та) = 0,737; т™™ = 0,955; т™гл =0,912. С учетом этих значений получили:

скоростью ветра выше 7 м/сек за 1-2 месяца непрерывной работы ПСК влияние загрязнения на его характеристики может достичь 5-6 %. Поэтому, с учетом регулярной промывки верхнего слоя прозрачного покрытия, в проводимых расчетах за среднегодовые значения приняты ё = 0,03 и 5 = 0,03. Тогда получим (1 - ё) = 0,97 и (1 - 5) = 0,97.

Часовые значения ИСР на наклонной плоскости относительно горизонта определяются из следующей эмпирической формулы:

(та) =0,737 + 0,15(1-0,955) + 0,62(1-0,912) = 0,798. нп ГП e 1ч 7

Аналогичным образом были определены численные значения (та )е и для других часов. Результаты

расчетов также приведены в таблице 1.

Расчет часовых и суточных значений КПД ПСК с учетом пыли и затенения

Для того чтобы определить часовые и суточные значения КПД ПСК 1 м2 площади, необходимо найти часовые значения ИСР на 1 м2 наклонной плоскости. При этом следует одновременно учитывать коэффициент влияния пыли (1 - ё) и коэффициент затенения (1 - 5) на уменьшение солнечного излучения,

поглощаемого теплопоглощающей пластиной. Как было указано выше, для г. Баку со среднегодовой

= IЧ R,

ГП

(10)

где 1ч - часовое значение ИСР (в данном случае учитывается только прямая радиация) на 1 м2 горизонтальной поверхности, Вт/м2; Я - поправочный коэффициент, служащий для определения часовых

НП

значений ИСР на наклонной поверхности 1ч . Часовые значения ИСР на 1 м2 горизонтальной ГП

поверхности 1ч и среднечасовые значения температуры окружающей среды /окр, определяемые по

многолетним данным Управления гидрометеослужбы Министерства экологии и природных ресурсов АР [6], приведены в Таблице 2.

Часовые значения ИСР на 1 м2 горизонтальной плоскости и температура окружающей среды,

наблюдаемые в г. Баку 15 января

Таблица 2

Table 2

SRI hourly values per 1 m2 horizontal plane and the ambient air temperature observed in Baku on 15th January

Время дня, час 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700

l}F, Вт/м2 25 150 260 345 375 365 285 195 90 10

г0Кр , град. -1 +1 +3 +5 +8 +9 +6 +4 +2 +1

В работе [7] нами были определены среднемесячные значения коэффициента Я для г. Баку с учетом прямой, рассеянной и отраженной (альбедо) солнечной радиации. В настоящей работе учтена только прямая солнечная радиация, и для определения часовых значений Я использовано следующее уравнение:

Численные значения cos 9нп были определены по формуле (1), а для определения часовых значений cos 6}п использовано следующее выражение:

cos 8}п = sin ф sin 5 + cos ф cos 5 cos ra .

(12)

R =

cos "НП

cos8}n

(11)

где cos и^п является косинусом угла падения солнечных лучей на наклонную, а cos брп - на горизонтальную поверхности.

Далее, применив уравнения (10), (11) и (12) в обратной последовательности, были рассчитаны часовые значения ИСР на 1 м2 наклонной поверхности НП

1ч . А для определения часовых значений ИСР на наклонную поверхность с учетом пыли и затенения было использовано следующее уравнение:

( i™ L

= i

НП

(та) (1 -d)• (1 -,).

(13)

С учетом выбранных значений коэффициентов влияния пыли (1 - ё) = 0,97 и затенения (1 - 5) = 0,97 уравнение (13) принимает вид:

где qD

часовые значения полезно используемои

части энергии солнечного излучения, определяемые по формуле

(' L

= 0,9411-

нп

(та )е

(14)

пи - F

9ч - fR

(Iнп ) _ ul ( _ t ) ч J ^ ч ^'вх 'возд)

(16)

В качестве примера ниже приведен расчет чис-

ленного значения

где ^ - коэффициент отвода тепла из коллектора (в нашем случае для ПСК с двухстекольным прозрач-

янваРя. Для проведения расчета из таблицы 2 выбра- ным покрытием ЕЯ = 0,9); П^ - тепловые потери на

('НП )e

для 10 часов утра 15

ны /ч = /ч Я = 260-2,44 = 634 Вт/м ; (та)е = каждый 1 м2 поверхности ПСК (в данном случае для

экспериментального ПСК с двухстекольным прозрачным покрытием тепловые потери на каждый 1 м2

площади коллектора составляет П^ = 6,0); гвх - температура теплоносителя у входа в СК (при расчетах и для других часов светлого принимается постоянной, в данном случае гвх =

60 0С); гокр - температура окружающей среды, ко-

0,798 и в результате расчета получено: () =

= 0,941-634-0,798 = 476 Вт/м2.

Аналогичным образом были определены числен-

ные значения

(IНП).

времени суток.

Для определения часовых и суточных значений К Д СК, с учетом влияния пыли и затенения, нами использованы следующие эмпирические выражения:

qU

^ч - 9ч

I

НП

: 100 %;

"Лсут

V U А 9ч

ZIчш

: 100 ,

(15)

'окр

торая является изменяющимся параметром в течение суток. Численные значения гокр для г. Баку на данные часы 15 января приведены в Таблице 2.

Результаты расчетов, проводимых по уравнениям (10-14), приведены в Таблице 3.

Результаты расчета часовых и суточных значений КПД ПСК с учетом влияния пыли и затенения The hourly and daily values of the FSC efficiency with the influence of dust and shading

Таблица 3 Table 3

Время дня, час 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700

ю , 0/час +67,5 +52,5 +37,5 22,5 +7,5 -7,5 -22,5 -37,5 -52,5 -67,5

гокр , гРаД- -1 +1 +3 +5 +8 +9 +6 +4 +2 +1

/}П , Вт/м2 25 150 260 345 375 365 285 195 90 10

cos 0ч , доля ед. 0,04 0,20 0,33 0,42 0,47 0,47 0,42 0,33 0,20 0,04

ЫП cos 0ч , доля ед. 0,44 0,64 0,81 0,93 0,99 0,99 0,93 0,81 0,64 0,44

R, доля ед. - 3,20 2,44 2,18 2,09 2,09 2,18 2,44 3,2 -

/чНП, Вт/м2 - 480 634 752 784 763 621 476 288 -

(та), доля ед. 0,563 0,714 0,737 0,739 0,749 0,749 0,739 0,737 0,714 0,563

(та)е , доля ед. 0,631 0,779 0,798 0,798 0,808 0,808 0,798 0,798 0,779 0,631

(/чНП) , Вт/м2 - 352 476 565 596 580 466 357 211 -

Uч - (?вх - Гвозд ) , Вт/м2 366 354 342 330 312 306 324 336 348 354

qU , Вт/м2 - - 121 212 256 247 128 19 - -

лч,% 0 0 19,1 28,1 32,7 32,4 20,1 4,0 0 0

X qU , Вт/м2 983

X /чНП , Вт/м2 4798

лсут 20,5

В качестве примера ниже приведен расчет численных значений общей тепловой потери

ич (¿вх - ^окр) и полезно используемой части энергии солнечного излучения ^ для 1000 часов дня. Для проведения расчета из таблиц 1 и 2 выбраны

/окр = + 3 0С и (7™) = 476 Вт/м2 и в результате

расчета получены: (гвх -гокр) = 6х(60-3) = 342

Вт/м2 И с[0 = 0,9х(476-342) = 121 Вт/м2.

Таким же образом были определены численные

значения Чч (¿вх - ¿окр) и для других часов

выбранного дня (15 января 2014 г.).

Затем с использованием уравнения (15) были определены часовые и среднесуточные значения КПД ПСК. При этом были учтены соответствующие часо-

НП НП

вые и суточные значения 7ч , 2 7ч , определяемые без учета влияния пыли и затенения, а также

значения д^ и 2 с^, определяемые с учетом влияния пыли и затенения.

Для примера ниже приводим расчет часового значения КПД ПСК для 1000 часов утра 15 января

^10 . Чтобы произвести расчет, из таблицы 3 выбираем = 121 Вт/м2; 7™ = 634 Вт/м2 и с учетом выбранных параметров д^и из уравнения (15) находим часовое значение КПД ПСК Гю:

1 О 1

Г и) =-х 100 = 19,1%.

10 324

Аналогичным образом были определены часовые значения КПД ПСК и для других часов светлого времени суток.

Для того чтобы определить среднесуточные значения КПД ПСК, с учетом влияния пыли и затенения, сначала были определены суммарные суточные

значения 2 и 2 , которые также приведены в Таблице 3. Установлено, что суммарные суточные

НП и НП

значения /ч и дч составляют 2 /ч = 4798

2 11 2 Вт/м2 и 2 дч = 983 Вт/м2 соответственно. С учетом

указанных значений 2 дч и 2 из уравнения 983

(15) находим Гсут = х Ш = 20,5 %.

Как видно из уравнения (14), значение общего коэффициента влияния пыли и затенения (одновременное влияние) на параметры ПСК составляет (1 - ё) х (1 - 5) = 0,941. Поэтому для идеального слу-

чая, т. е. когда (1 - ё) =1 и (1 - 5) = 1 (ё = 0 и 5 =0), суточное значение КПД ПСК может быть найдено

следующим образом: ^^Дт =

Псут _ 20,5

= 21,8%.

0,941 0,941 Как видно из сопоставления двух значений суточного КПД, найденных для идеального и реально -го (без учета и с учетом пыли и затенения) режимов работы ПСК, разница между ними составляет всего лишь Лгсут = 1,3. А если выражать в процентах, то

общее влияние пыли и затенения на суточное значение КПД ПСК в условиях г. Баку для 15-го января

Лгсут

2014 г. может составить: Д^

сут

Псут

: 100 ~ 6,0 %

Согласно уравнению (13), как часовые, так и суточные значение ИСР на наклонной плоскости ПСК, в зависимости от изменения коэффициентов влияния пыли (ё) и затенения (5) изменяются линейно. Таким же образом изменяются и численные значения и ее

Сч , Гч, Гсут в зависимости от изменения численных значений ё и 5.

В качестве примера на рис. 1 и рис. 2 показаны су-

точные изменения

(IНП )e

для различных значении

коэффициентов влияния пыли (d) и затенения (s).

(I чНП ) ,

Вт/м2

1 2

1

700 600 500 400 300 200 100

7 9 11 13 15 17

Время дня, час

Рис.1. Суточные изменения () для различных

значений коэффициента влияния пыли d при s = 0,98 (кривые 1, 2, 3 и 4 соответствуют значениям ¿/ = 1,0; d = 0,96; tf = 0,92 и d = 0,88)

Fig. 1. Diurnal variation changes () for different values

of the coefficient of dust influence d at s = 0.98 (curves 1, 2, 3 and 4 correspond to the values of = 1.0; d = 0.96; rf = 0.92 and d = 0.88)

При этом все кривые, представленные на рис. 1, относятся к значению коэффициента затенения 5 = 0,98, а кривые, представленные на рис. 2, - к значению 5 = 0,9.

этот показатель составляет

(i г ).

Вт1м2

^o—vi Л

4

наблюдаемые до и после полудня, в зави-

( I ч™ I

= б21-502 =

600 500 400 300 200 100

7 9 11 13 15 17 Время дня, час

Рис.2. Суточные изменения (/НП) для различных

значений коэффициента влияния пыли d при s = 0,9 (кривые 1, 2, 3 и 4 соответствуют значениям ¿/ = 1,0; d = 0,96; tf = 0,92 и d = 0,88)

Fig. 2. Diurnal variation changes (/НП) for different values

of the coefficient of dust influence d at s = 0.9 (curves 1, 2, 3 and 4 correspond to the values of d = 1.0; d = 0.96; tf = 0.92 and d = 0.88

Что касается коэффициента влияния пыли ё, то он изменяется в пределах 0,88 + 1,0 (в двух рисунках кривые 1, 2, 3 и 4 соответствуют численным значениям ё = 1,0; ё = 0,96; ё = 0,92 и ё = 0,88). При построении этих кривых параметры были выбраны с учетом реальных возможностей загрязнения верхнего слоя прозрачного покрытия ПСК при 3+4 часах непрерывной работы каждый день в течение одного месяца в условиях г. Баку. Из сопоставления рисунков 1 и 2, видно, что как максимальное значение, наблюдаемое в полдень, так и остальные значения

(' чНП ).

симости от изменения этих двух коэффициентов (по мере уменьшения их численных значений) линейно

перемещаются в сторону уменьшения () . При

этом разница между максимальными и минимальными значениями (/НП) , определяемыми для

5 = 0,9; ё =1,0 и 5 = 0,98; ё = 0,88 соответственно, является существенной (например, для полудня

119 Вт/м ). А это означает, что при изменении коэффициентов 5 и ё в указанных пределах, около 19,1 % мощности ИСР, поступающей на поверхности ПСК, теряется. Но, как было указано выше, в практических условиях, т. е. при нормальном обслуживании, суммарное влияние этих коэффициентов на оптические и теплоэнергетические параметры СК не превосходит 5+6 %.

Для большей наглядности на рисунках 3 и 4

от

представлены графические зависимости (/НП)

коэффициента влияния пыли (при этом кривые 1, 2, 3, 4, 5 и 6 соответствуют значениям коэффициента затенения 5 = 0; 0,02; 0,04; 0,06; 0,08 и 0,1) и от коэффициента затенения (кривые 1, 2, 3, 4, 5 и 6 соответствуют значениям коэффициента влияния пыли ё = 0,01; 0,03; 0,05; 0,07; 0,09 и 0,11). Все кривые сняты для 1000 час дня.

(г Н")

, Вт1м2

550

500

450

400

350

0.04 0.08 0.12 0.16 d, доля ед.

Рис. 3. Графическая зависимость () от коэффициента

влияния пыли d : (кривые 1, 2, 3, 4, 5 и 6 соответствуют значениям коэффициента затенения s = 0; s = 0,02; s = 0,04; s = 0,06; s = 0,08 ив = 0,1)

Fig. 3. Graphic dependence of ( ) on the coefficient of dust

impact tf : (curves 1, 2, 3, 4, 5 and 6 correspond to the values of the shading coefficient s = 0; s = 0.02; s = 0.04; s = 0.06; s = 0.08 and s =0.1)

Как видно на рис. 3, разница между максимальным и минимальным значениями (/НП) составляет А (г™ ) = 501-387 = 114 Вт/м2, а это 22,8 % от

максимальной мощности. Как видно, при больших значениях 5 и ё в утренние и вечерние часы за счет увеличения угла поступления солнечных лучей на поверхности СК потерянная часть мощности ИСР тоже растет. А это отрицательно влияет как на часо-

0

вые, так и на суточные показатели ПСК, в том числе

НП ) qU и „е

е

на численные значения (ID"" ) , q4 и „4 •

(IЧ?П ) , qU, Вт/м2; гЧ xiG-1, %

(i г ),

Вт/м2

500

450

400

350

сти

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 s, доля ед.

Рис. 4. Графическая зависимость (1^П) от коэффициента

затенения s : (кривые 1, 2, 3, 4, 5 и 6 соответствуют значениям коэффициента влияния пыли d = 0,01; d = 0,03; d = 0,05; d = 0,07; d = 0,09 и d =0,11)

Fig. 4. Graphic dependence of (1^П) on shading coefficient

s (curves 1, 2, 3, 4, 5 and 6 correspond to the values of the coefficient of dust impact d = 0.01; d = 0.03; d = 0.05; d = 0.07; tf = 0.09 and d =0.11)

Для больше! наглядности на рис. 5 представлены графические зависимости (I™) (кривая 1),

q4 (кривая 2) и ^Ч (кривая 3) от коэффициента влияния пыли d , при значении коэффициента затенения s = 0,03; а на рис. 6 - графические зависимо-

(Iч1П) (кривая 1), д^ (кривая 2) и -ч (кривая

3) от коэффициентов влияния пыли d и затенения s, при их одновременном влиянии.

Обе кривые построены для 1000 часов дня. Как видно из сопоставления рис. 5 и 6, во втором случае (при одновременном изменении этих двух коэффициентов) часовое значение КПД ПСК изменяется в более широких пределах (от 9,0 до 22,6 %), чем в первом случае (при изменении только коэффициента влияния пыли d при постоянном значении s = 0,03), при котором часовое значение КПД изменяется в пределе 14,2-21,1 %.

Таким же образом изменяются и часовые значения полезно используемо! части энергии солнечного

излучения дч (в первом и во втором случаях в пределах 90-134 Вт/м2 и 57-143 Вт/м2 соответственно).

600 500 400 300 200 100 0

0.86 0.88 0.90 0.92 0.94 0.96 0.98 (1 - d ) (1 - s), доля ед.

Рис. 5. Графические зависимости () (кривая 1), qц

(кривая 2) и г|ч (кривая 3) от коэффициента влияния пыли d при значении коэффициента затенения (s = 0,03)

Fig. 5. Graphic dependence () (curve 1), q^ (curve 2)

and г|ч (curve 3) of the impact of dust coefficient d at a value of shading coefficient (s = 0.03)

(i™) , q4U, Вт/м2; гЧ x10-1,%

600 500 400 300 200 100 0

-ж-—^ -ж — -ж

д— ж — —ж — -Ж — №

0.78 0.82 0.86 0.90 0.94 0.98 1.02

(1 - d)(1 - s), доля ед.

Рис.6. Графические зависимости (J™) (кривая 1), qц

(кривая 2) и г|ч (кривая 3) от коэффициентов влияния пыли d и затенения s при их одновременном влиянии

Fig. 6. Graphic dependence () (curve 1), q!/ (curve 2)

and г|ч (curve 3) of the coefficients of dust influence d and shading at their impact

Выводы

1. На основе проведенных расчетов с учетом экспериментальных данных, а также данных Управления гидрометеослужбы Министерства экологии и природных ресурсов Азербайджанской Республики, установлено, что в условиях Апшеронского полуострова, в частности г. Баку, при длительной непрерывной работе ПСК за счет влияния пыли как оптические, так и теплоэнергетические параметры значительно ухудшаются. Для устранения указанного недостатка, по меньшей мере раз в месяц необходимо промывать первый (верхний) слой двухстекольного прозрачного покрытия ПСК

2. Определено, что при изменении коэффициента влияния пыли в интервале от 0,01 до 0,15 и постоянном значении коэффициента затенения (5 = 0,03) часовое значение КПД ПСК снижается всего лишь на 2,8 %, по сравнению с идеальным случаем, когда численные значения обоих коэффициентов приравниваются к нулю.

3. Показано, что основным фактором, влияющим на собственные параметры ПСК, является оптимальное установление отдельных панелей ПСК относительно друг друга с условием наименьшего затенения.

4. Выявлено, что в самом худшем случае, когда коэффициенты 5 и ё изменяются в широких пределах (например, в пределах 0,02-0,1 и 0-0,12 соответственно), около 19,1 % мощности ИСР, поступающей на поверхности ПСК, теряется как отраженное солнечное излучение. Но в практических условиях, т. е. при нормальном обслуживании, суммарное влияние этих коэффициентов на оптические и теплоэнергетические параметры ПСК не превышает 5-6%.

5. Определено, что при больших значениях 5 и ё в утренние и вечерние часы, за счет увеличения угла падения солнечных лучей на поверхности ПСК, потерянная часть мощности ПСК тоже растет. А это оказывает отрицательное влияние, как на часовые, так и на суточные показатели ПСК, в том числе на

численные значения (/НП) , д^ и ^ .

6. Из сопоставления графиков, построенных расчетным путем, установлено, что при одновременном изменении коэффициентов 5 и ё часовое значение КПД ПСК изменяется в более широких пределах (от 9,0 до 22,6 %), чем при изменении только коэффициента влияния пыли ё при постоянном значении коэффициента затенения (5 = 0,03), при котором часовое значение КПД изменяется от 14,2 до 21,1 %. А часовые значения полезно используемой части энергии солнечного излучения д^ в первом и во втором случаях изменяются в пределах 90-134 Вт/м2 и 57-143 Вт/м2 соответственно.

Список литературы

1. Саламов О.М. Процесс аккумулирования солнечной энергии с использованием полупроводниковых фотопреобразователей: Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Баку, 1990.

2. Саламов О.М., Мамедов Ф.Ф., Самедова У.Ф. Перспективы использования энергии ветра в условиях Азербайджана // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). 2010. № 1 (81). С. 132-144.

3. Даффи Дж.А., Бекман У. А. Тепловые процессы с использованием солнечной энергии. М.: Мир, 1977.

4. Байрамов Р.А., Ушакова А.Д. Солнечные водо-нагревательные установки. Ашхабад: Ылым, 1987.

5. Бекман У., Клейн С., Даффи Дж. Расчет систем солнечного теплоснабжения. М.: Энергоиздат, 1982.

6. Национальное сообщение Азербайджанской Республики по Рамочной Конвенции ООН по климату. Государственный Комитет по Гидрометеорологии Азербайджанской Республики. Б.: 2011.

7. Саламов О.М., Аббасова Ф.Ф., Рзаев П.Ф. Расчет солнечной водоподогревательной системы для горячего водоснабжения сельской семьи // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). 2006. № 10 (42). С. 30-36.

References

1. Salamov O.M. Process Akkumulirovania solnecnoj energii s ispol'zovaniem poluprovodnikovyh fotopreobrazovatelej: Diss. kand. fiz.-mat. nauk. Baku, 1990 [in Russ.].

2. Salamov O.M., Mammadov F.F., Samadova U.F. Prospects of wind energy application in Azerbaijan. International Scientific Journal "Alternative Energy and Ecology" (ISJAEE), 2010, no. 1 (81), pp. 132-144.

3. Daffi Dz.A., Bekman U.A. Teplovye processy s ispol'zovaniem solnecnoo energii. Moscow: Mir Publ., 1977 [in Russ.].

4. Bajramov R.A., Ushakova A.D. Solnecnye vodonagrevatel'nye ustanovki. Ashhabad.: Ylym Publ., 1987 [in Russ.].

5. Bekman U., Klejn S., Daffi Dz. Rascet sistem solnecnogo teplosnabzenia. Moscow: Energoizdat Publ., 1982 [in Russ.].

6. Nacional'noe soobsenie Azerbajdzanskoj Respubliki po Ramocnoo Konvencii OON po klimatu. Gosudarstvennyj Komitet po Gidrometeorologii Azerbajdzanskoj Respubliki. B.: 2011 [in Russ.].

7. Salamov O.M., Abbasova F.F., Rzaev P.F. Rascet solnecnoj vodopodogrevatel'noj sistemy dla goracego vodosnabzenia sel'skoj sem'i. International Scientific Journal "Al'ternativnaa energetika i ekologia" (ISJAEE), 2006, no. 10 (42), pp. 30-36 [in Russ.].

Транслитерация no ISO 9:1995

— ТАТД — г . - :

# ISIIEI 21