CC BY
8УДК 620.9 Короткое В.В., Явнов И.Д., Мицура Д.И.
Коротков В.В.
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)
Мицура Д.И.
студент кафедры электро- и теплоэнергетика Оренбургский государственный университет (г. Оренбург, Россия)
СОЛНЕЧНЫЕ КОЛЛЕКТОРЫ С ПАРАБОЛИЧЕСКИМ ЖЕЛОБОМ.
УСТОЙЧИВЫЙ И ЭФФЕКТИВНЫЙ ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ
Аннотация: в данной статье написано о солнечном коллекторе с параболическим желобом, который можно использовать для выработки электроэнергии.
Ключевые слова: параболический желоб, солнечный коллектор, концентрирующие коллекторы.
Энергетический кризис является широко обсуждаемой темой в сфере энергетики. Простыми словами, энергетический кризис можно определить как дефицит предложения энергии, когда спрос сталкивается с резким увеличением. В настоящее время потребности в энергии удовлетворяются в первую очередь за счет ископаемых видов топлива, таких как уголь, нефть и газ, но их запасы ограничены, а также существует риск негативного воздействия выбросов
2233
углекислого газа на глобальный климат. Эта ситуация мало изменилась за длительный период времени, что привело к падению предложения. Несмотря на то, что достижения в области технологий помогли нам найти новые месторождения нефти и газа, их недостаточно для удовлетворения растущего спроса.
Сравнительное исследование между ископаемым топливом и солнечной энергией выявило значительные различия в различных измерениях. Ископаемое топливо, хотя исторически занимало центральное место в производстве энергии, имеет существенные экологические недостатки. При сжигании ископаемого топлива выделяются парниковые газы и загрязняющие вещества, способствующие загрязнению воздуха и изменению климата. Кроме того, процессы добычи и транспортировки могут привести к разрушению среды обитания, загрязнению воды и разливам нефти. Их невозобновляемый характер вызывает опасения по поводу истощения ресурсов. С другой стороны, солнечная энергия предлагает более экологичную альтернативу. Солнечные технологии производят электроэнергию без выбросов парниковых газов во время работы, что приводит к снижению воздействия на окружающую среду. Возобновляемая и обильная природа солнечной энергии сводит к минимуму опасения по поводу нехватки и истощения ресурсов.
Развитие энергетики является перспективной областью, которая фокусируется на обеспечении достаточного количества энергии, включая те, которые обеспечивают производство традиционных и возобновляемых ресурсов и повторное использование. Среди возобновляемых ресурсов к основным относятся солнечная энергия, энергия ветра, энергия приливов, гидроэнергия и ядерная энергия. Каждый из них изучается, чтобы найти возможное решение энергетического кризиса. Солнечная энергия - это лучистая энергия, получаемая от Солнца в результате ядерного синтеза на поверхности Солнца. Эта возобновляемая форма энергии присутствует в изобилии и способна решить мировую энергетическую проблему при эффективном использовании.
2234
Солнечный коллектор - это устройство, которое улавливает поступающую солнечную радиацию. Собранная солнечная энергия может быть преобразована либо в тепловую энергию для рабочего тела, как в технологии концентрированной солнечной энергии, либо в электрическую энергию, как в фотоэлектрической технологии. Тепловая энергия может быть использована для нагрева воды или обеспечения заряда для теплового или любого другого процесса, где требуется тепловая энергия. Существует две основные категории солнечных коллекторов: неконцентрирующие и концентрирующиеся. Концентрирующие коллекторы превосходят неконцентрирующие по перехватывающей способности, учитывая, что их коллекторная и поглотительная площади эквивалентны. Концентрирующие коллекторы концентрируют входящее излучение на меньшей площади, что приводит к более высокому потоку и повышению эффективности, особенно при более высоких температурах.
В солнечных коллекторах концентрирующего типа площадь поглотителя значительно меньше площади коллектора, и падающее излучение фокусируется на этой меньшей площади, увеличивая тепловой поток и, следовательно, эффективность системы. Системы концентрированной солнечной энергии используют простые механизмы, такие как зеркала и линзы, для концентрации огромного количества падающего излучения на небольшой площади. Этот концентрированный солнечный свет преобразуется в тепло, которое, в свою очередь, приводит в движение тепловой двигатель, подключенный либо к генератору, либо для термохимической реакции. Электростанция в сочетании с теплоаккумулирующей емкостью может продолжать производить электроэнергию даже после захода солнца.
Параболическая тарелка, имеет стратегически расположенную последовательность параболических тарельчатых зеркал. Точная форма напоминает форму круглого параболоида и похожа на спутниковую тарелку. Конструкция формы направлена на преобразование входящей плоской волны, которая распространяется вдоль оси, в сферическую волну, которая сходится к
2235
фокальной точке. В этих системах фокус поддерживается постоянным, в то время как отражатели приводятся в движение. Фокусировка на точной точке требует высокой точности и не очень легко достижима.
Зеркала и линзы фокусируют солнечный свет на неподвижную точку фокусировки, в которой размещен приемник. Эта энергия нагревает передаточную жидкость, присутствующую в ресивере, до желаемой температуры и давления для выработки электричества в двигателе, прикрепленном на конце приемника. Параболические тарельчатые двигатели имеют ряд преимуществ по сравнению с централизованными источниками питания, включая высокую оптическую эффективность, минимальные пусковые потери и превосходную модульность.
Параболические желоба, в отличие от плоских коллекторов, не могут использовать рассеянное излучение, так как рассеянное излучение не может быть сфокусировано на коллекторной пластине. Это делает их менее эффективными, когда небо неясное или когда солнце не находится на одной линии с устройством. Следовательно, устанавливается устройство слежения, чтобы компенсировать эту невозможность. Устройство слежения позволяет отражателям следовать за солнцем в течение всего дня, тем самым помогая поддерживать неподвижную фокусную точку. Обычно ствольная коробка изготавливается из черного металла для повышения эффективности его поглощения.
Коллектор и, следовательно, рабочая жидкость поднимаются до определенной температуры от 150 °C до 3500 °C. Устройство слежения установлено для увеличения прироста электрической мощности, и путем различных экспериментов по нему, а также путем сравнения результатов гусеничного параболического желоба с фиксированным желобом, было обнаружено, что увеличение усиления может достигать 43,87 %. Улавливаемое тепло обычно используется для повышения температуры пара в турбогенераторы. Процесс экономичен и эффективен. Тепловой КПД может достигать 80%.
2236
На рисунке 1, показан коллектор параболического желоба, который состоит из нескольких компонентов, включая отражатели, приемники, опорную раму и механизмы слежения, которые включают датчики и приводы. Параболические желобчатые отражатели, т.е. зеркала, изготовлены из отражающих материалов, таких как алюминий, которые концентрируют входящее излучение на приемнике, расположенном на фокальной линии. Приемник представляет собой металлическую трубку абсорбера, заключенную в вакуумный стеклянный корпус для минимизации потерь тепла за счет конвекции. Опорная рама изготовлена из низкоуглеродистой стали, так как она обладает достаточной прочностью, чтобы выдержать нагрузку и может быть согнута в необходимую форму для рамы.
Рисунок 1. Коллектор параболического желоба.
Интеграция небольших параболических желобчатых солнечных коллекторов в жилые дома для обеспечения горячей водой имеет ряд преимуществ. Во-первых, это приводит к заметному сокращению счетов за электроэнергию для жителей, поскольку они могут полагаться на солнечную энергию для нагрева воды, сводя к минимуму потребность в традиционных источниках энергии. Это сокращение не только приносит финансовое облегчение, но и способствует снижению углеродного следа за счет снижения зависимости от ископаемого топлива.
2237
С другой стороны, крупномасштабные солнечные электростанции, использующие расплавленная соль в качестве теплоносителя в сочетании с параболическими желобчатыми коллекторами, имеют явные преимущества. Работа этих систем при высоких температурах обеспечивает эффективное хранение энергии, облегчая выработку электроэнергии даже в периоды низкой солнечной радиации, например, в ночное время. Эта функция особенно ценна для обеспечения стабильного электропитания.
Коллекторы с параболическими желобами имеют множество преимуществ, таких как высокая эффективность, минимальное воздействие на окружающую среду и совместимость с существующей инфраструктурой. Тем не менее, у них также есть некоторые недостатки, такие как требования к техническому обслуживанию, первоначальные затраты и непостоянный характер солнечных ресурсов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Васильев, А.Н., и Кузнецов, И.А. (2021). "Параболические солнечные коллекторы: теоретические основы и практическое применение." Энергетика и промышленность России, 6, 45-55;
2. Гаврилов, М.И., и Попов, В.Н. (2020). "Эффективность использования параболических желобных солнечных коллекторов в условиях российского климата." Вестник Волжского государственного технического университета. Серия: Естественные и технические науки, 4, 78-88;
3. Дмитриев, С.В., и Королев, П.Ю. (2019). "Солнечные коллекторы с параболическим желобом: анализ эффективности и перспективы использования." Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. Физико-математические науки, 3, 34-45;
2238
4. Егоров, А.В., и Лебедев, А.С. (2022). "Оптимизация конструкций параболических солнечных коллекторов для повышения энергетической эффективности." Вестник ЮУрГУ. Серия: Энергетика, 5, 23-34;
5. Жуков, П.С. (2021). "Сравнительный анализ различных типов солнечных коллекторов: плоские, вакуумные и параболические желобные." Альтернативные источники энергии и их применение в России, 7, 89-102;
6. Иванов, Д.К., и Смирнова, Е.Н. (2020). "Перспективы развития параболических солнечных коллекторов в России." Энергетическая безопасность и энергосбережение, 2, 56-67;
7. Кирсанов, В.Л. (2022). "Экономическая эффективность использования параболических желобных солнечных коллекторов." Экономика и энергетика, 3, 112-123;
8. Лебедев, С.В., и Павлов, И.А. (2019). "Моделирование тепловых процессов в параболических солнечных коллекторах." Теплоэнергетика и водоснабжение, 6, 45-55;
9. Михайлов, Ю.П., и Орлов, В.Н. (2021). "Солнечные коллекторы с параболическим желобом: обзор технологий и перспективы развития." Вестник Санкт-Петербургского государственного университета. Серия: Технические науки, 8, 78-89
2239
Korotkov V. V., Yavnov I.D., Mitsura D.I.
Korotkov V.V.
Orenburg State University (Orenburg, Russia)
Yavnov I.D.
Orenburg State University (Orenburg, Russia)
Mitsura D.I.
Orenburg State University (Orenburg, Russia)
SOLAR COLLECTORS WITH PARABOLIC CHUTE. STABLE AND AN EFFICIENT ENERGY SOURCE
Abstract: this article is written about a solar collector with a parabolic trough, which can be used to generate electricity.
Keywords: parabolic trough, solar collector, concentrating collectors.
2240
