Научно-производственное предприятие
phone
  • (068) 734-59-44
ETOVХарьковSyneko - научно-производственное предприятиеСтатьиМощность вакуумной трубки при работе с концентратором
Контакты
  • Syneko - научно-производственное предприятие
  • Александр Согоконь
  • +38 (068) 734-59-44
  • Написать нам
  • Московский проспект, 41, Харьков
  • График работы

Мощность вакуумной трубки при работе с концентратором

В работе [1] показано, что одним из путей увеличения эффективности солнечных коллекторов, составленных из большого числа вакуумных трубок, является увеличение мощности каждой отдельно взятой трубки. Это продиктовано тем, что при сложении полезной мощности от каждой трубки, складываются и их парциальные потери. Поэтому, увеличение мощности каждой трубки при сохранении прежнего уровня потерь, это перспективное направление улучшения параметров коллекторов. В настоящее время эта задача решается путем увеличения длины трубок, так как основные каналы потерь, сосредоточенные в районе горловины и в хвостовой части, практически не зависят от длины трубки.

Другой подход заключается в том, чтобы увеличить плотность мощности солнечного излучения, приходящего на каждую трубку, и тем самым сократить количество трубок вплоть до одной. Это достигается использованием концентраторов самых разнообразных конструкций. И при этом молчаливо предполагается, что полезная мощность возрастает пропорционально увеличению плотности потока, а потери энергии в трубке не изменяются.

Целью настоящей работы является экспериментальная проверка сформулированного выше утверждения.

В эксперименте использовался сегментированный концентратор под вакуумную трубку длиной 85см, (предшественник 1-киловаттного концентратора http://syneko.etov.com.ua/product/165751-lineyniy... Его размер: высота 78см, ширина 75см и толщина 25см. Вес с заполненной трубкой 6,6кг. Слежение за положением солнца осуществлялось с помощью трекера - экспериментального образца «Дитрас»[2]. Учитывая легкость конструкции концентратора, гелиосистема смонтирована на геодезической треноге. Внешний вид устройства показан на рис.1.

.

внешний вид.png

Методика эксперимента аналогична методике приведенной в работе [1]. В холодную трубку заливалось 1,2 литра воды с комнатной температурой. Закрывалась пенопластовой пробкой и помещалась в концентратор, который система слежения уже сориентировала на солнце. Поскольку нагрев происходит быстро, показания термометра снимались каждую минуту. Эксперимент начался в 12:19. Через 19 минут вода вскипела, концентратор был затенен, и трубка остывала в том же месте, где и нагревалась. Через 10 часов, когда температура в трубке достигла 53 градусов, эксперимент завершился. Результаты приведены на рис.2 и рис.3 .

Кинетика нагрева.png

Рис.2.

Поскольку в данном эксперименте использовалась точно такая же трубка, как и в работе [1], то для вычисления мощности можно воспользоваться то же формулой:

Р = (1,2х4200 + 0,423х860)dT/dt = 5404 dT/dt.

Используя данные Рис.2, находим, что мощность вакуумной трубки с концентратором составляет 5404х4,563/60=410Вт. Аналогично мощность тепловых потерь равна 5404х0,0727/60=6,5 Вт. Т.е., полезная мощность возросла в 10 раз, а потери тепла в трубке не изменились. Таким образом, применение концентратора увеличивает мощность трубки, и не влияет на величину потерь. Этот вывод наглядно подтверждается данными приведенными на рис.3. И более того, даже нет особого смысла рассматривать баланс мощности для трубок, работающих с концентратором, так как мощность потерь очень мала по сравнению с полезной мощностью. Максимальная мощность в процессе нагрева достигала 515Вт, а минимальная 350Вт.

Интересный результат дает сравнение угловых коэффициентов в уравнениях кинетики нагрева в случае применения концентратора и без него. Так, из рис.2 имеем значение 4,563 (с применением концентратора), а из рис.3 в работе [1] находим значение 0,454 (без концентратора). Физический смысл этих коэффициентов – скорость нагрева (градус/мин). Как видим, концентратор ровно в 10 раз увеличивает скорость нагрева. Другими словами, одна трубка с концентратором заменяют трубчатый коллектор из 10-ти трубок, и потери при этом остаются на уровне потерь одной трубки, а не 10-ти, как у коллектора.

Баланс.png

Рис.3.

Если предположить, что плотность мощности солнечного излучения в момент проведения эксперимента составляла 1000Вт/м2, то концентратор должен был бы собрать 585 Вт (0,78х0,75=0,585м2 ) тепловой энергии. До теплоносителя (в нашем случае вода в трубке) дошло только 410 Вт. Отсюда можем оценить КПД системы концентратор-вакуумная трубка: 410/585=0,7, т.е., 70%.

Какие еще преимущества может дать применение концентраторов, кроме рассмотренного выше, повышения эффективности за счет уменьшения потерь?

1.Уменьшение габаритов и веса гелиосистемы.

Ширина концентратора 75см. Ширина коллектора из 10-и вакуумных трубок фирмы «Star-energy»равна 100см. Таким образом, концентратор экономит место, более рационально использует пространство. Вес сухого коллектора из 10-и трубок составляет 21 кг, а одной заправленной трубки с концентратором, готовой к работе, всего 6,6кг. Это более чемв 3 раз меньше! Если по габаритам выигрыш составляет 25%, то по весу выигрыш более 300%. Причем, чем больше в батарее трубок, тем больше выигрыш.

Уменьшение габаритов и веса влечет за собой много других преимуществ, и снимает целый ряд ограничений по применению солнечных коллекторов, например, в транспортных средствах.

2.Повышение производительности гелиосистемы за счет слежения за солнцем.

Возможность постоянного слежения за солнцем от восхода до заката приводит к повышению производительности гелиосистемы в 1,5-1,7 раза. Это особенно актуально в северных районах, где солнце по азимуту описывает дугу в 250-280 градусов, а трубчатый коллектор эффективно собирает тепло лишь в угле 120-130 градусов.

Только двух последних преимуществ достаточно, чтобы серьезно заняться разработкой, исследованиями и производством солнечных коллекторов с применением концентраторов солнечного излучения. Например, так как поступили парни из США http://www.gosunstove.com .

Литература

    1-5 декабря 2014

05 декабря 2014
© 2013 - 2018 Syneko - научно-производственное предприятие | Пожаловаться на содержимое
Создать сайт бесплатно
Сайт создан на платформе ETOV