Quyosh energiyasini konversiyalashning fizik asoslari

Quyosh absorberlari

Quyosh absorberlari past haroratli kollektorlardir.
Ular sovutish suvi aylanib yuradigan kanallari bo'lgan issiqlik qabul qiluvchi paneldan iborat (2.8-rasm). Issiqlik qabul qiluvchi paneli teskari tomondan sirlangan va issiqlik izolatsiyasi bilan izolyatsiyalanmagan. Shu munosabat bilan, quyosh kollektorlari bilan solishtirganda ushbu dizaynning narxini sezilarli darajada kamaytiradigan uy-joyga ehtiyoj yo'q. Issiqlik tashuvchisi atrof-muhit havosi haroratidan 3-5 ° S past bo'lgan doimiy haroratda ta'minlanadi. Shu tufayli nafaqat to'g'ridan-to'g'ri va diffuz quyosh nurlanishidan, balki atmosfera issiqligidan ham foydalanish mumkin. Absorber bilan birlashganda, uyning issiqlik yo'qotilishining bir qismini bino konverti orqali ishlatish ham mumkin. Bunday dizaynlar hovuzlarda suvni mavsumiy isitish, ularning yuqori samaradorligi uchun eng keng tarqalgan. faqat juda kichik harorat farqi va suvning majburiy aylanishi bilan mumkin.
Quyosh absorberlari deyarli issiqlik yo'qotmaydi. Qoplamaning rangi va sifatiga qarab, ularning yuzasiga tushgan quyosh radiatsiyasining atigi 5-10% undan aks etadi. Absorberning osmonga va uning atrofidagi sirtlarga o'z termal nurlanishi ham yo'q yoki absorberning o'zi osmon va uning atrofidagi sirtlarning uzun to'lqinli nurlanishini sezadi. Absorberlar changdan tozalashni talab qilmaydi, chunki u quyosh nurlanishining yutilish koeffitsientini oshiradi.
Quyosh absorberlari qurilmasiga quyidagi talablar qo'yiladi: uning tuzilishi, rangi, orientatsiyasi, yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi, chidamliligi, arzonligi tufayli sirtning yuqori yutilish xususiyatlari. Shuning uchun ular ko'pincha kontrplak yoki plastmassadan tayyorlanadi, shuningdek, ortiqcha sovutish suvi bosimisiz ishlaydi. Eng oddiy tuzilmalar isitiladigan suv erkin oqadigan moyil yuzalardir . Hatto suvning bug'lanishi tufayli yo'qotishlar ham ularning samaradorligiga kam ta'sir qiladi.
Quyosh absorberlarining asosiy kamchiliklari sovutish suvining doimiy past harorat darajasini saqlab turish zaruratidir, bu esa uni isitish va issiq suv ta'minoti uchun ishlatishni imkonsiz qiladi.

2.8-rasm. To'rtburchaklar naychali quyosh absorber:
- issiqlikni yutuvchi varaq; 2 - to'rtburchaklar kesimdagi quvurlardan payvandlangan quvurlar registri; 3 - birlashtiruvchi armatura; 4 - mahkamlash murvatlari; 5 - to'rtburchaklar kesimning qavslari; 6 - plitalar.

Yassi kollektor dizaynlari

2.9-rasm. Yassi suyuqlik kollektorlarining absorberlarining sxemalari:
a - varaqdagi quvur; b - gofrirovka qilingan va tekis plitalarning ulanishi; c - shtamplangan absorber; d - payvandlangan to'rtburchaklar kanalli varaq.

Suyuq issiqlik tashuvchisi uchun quvur ichidagi kollektorda quyosh nurlanishini yutish vositasi sifatida (2.9., a-rasm) diametri 12-15 mm bo'lgan bir qator parallel quvurlar yuqoridan lehimlangan yoki payvandlangan, pastda yoki bitta tekislikda metall qatlamga va bir-biridan 50 -150 mm masofada joylashgan. Ushbu quvurlarning yuqori va pastki uchlari gidravlik manifoldlarga lehim yoki payvandlash orqali ulanadi . qovurg'alar bilan (11-rasm, b) yoki gofrirovka qilingan (2.9-rasm, c), shisha plitalardan, yarim qoraygan va yarim shaffof (2.9-rasm, d). Yassi CSCda quyosh energiyasi kollektorga kiradigan "deraza" maydoni yutuvchi sirt maydoniga teng bo'ladi va shuning uchun quyosh nurlari oqimining zichligi oshmaydi. Konsentratorlardan, ya'ni nometall yoki linzalar kabi optik qurilmalardan foydalanganda quyosh energiyasi oqimining zichligi oshishiga erishiladi. Quyoshni kuzatish uchun maxsus mexanizmni talab qiladigan quyosh energiyasi kollektorlarini fokuslashda shunday bo'ladi. Nometall - tekis, paraboloid yoki parabolik silindrsimon - yupqa metall qatlam, folga yoki boshqa yuqori aks ettiruvchi materiallardan tayyorlanadi.

Guruch. 2.10. Quyosh energiyasi kontsentratorlari:
a - parabolik olukli kontsentrator; b-fokliya; v-paraboloid konsentratori; Janob Frekel linzalari; markaziy nurlanish qabul qiluvchiga ega geliostatlarning elektron maydoni: 1-reflektor, 2-radiatsiya qabul qiluvchi.

Vakuumli manifold dizaynlari

Ta'riflangan CSE ning ikkita asosiy turiga qo'shimcha ravishda - tekis va fokusli kollektorlar - shisha quvurli evakuatsiya qilingan kollektorlar ishlab chiqilgan va ular CSE va issiqlik akkumulyatorining kombinatsiyasi bo'lgan.
Evakuatsiya qilingan kollektorlarni loyihalash uchun turli xil variantlar mavjud. Ulardan ba'zilari 2.11-rasmda ko'rsatilgan . (bo'limda). Diametri 100-150 mm bo'lgan yuqori sifatli borosilikat oynadan tayyorlangan shisha qobig'ining ichida issiqlik tashuvchisi uchun trubka, nurni yutuvchi sirt va reflektor joylashtirilgan. Quvur U shaklida (2.11.a va c) yoki issiqlik trubkasi (2.11.b va d) shaklida bo'lishi mumkin. Qobiqning ichki bo'shlig'i evakuatsiya qilinadi. Reflektor foklin shaklida tayyorlanishi mumkin (2.11-rasm, c), qobiqning bir qismini tashkil qilishi mumkin (2.11-rasm, d) yoki shaffof sifatida ishlatiladigan evakuatsiya qilingan quvurlarning yon devorlarida chiziqlar shaklida bo'lishi mumkin. izolyatsiyalash (2.11-rasm, e ). 2.11.e-rasmda ko'rsatilgan dizaynda nurni yutuvchi sirt evakuatsiya qilingan quvurlar ostida joylashgan va issiqlik izolyatsiyasiga joylashtirilgan isitiladigan suyuqlik uchun quvurlarga ishonchli tarzda ulangan. Odatda, kollektor moduli isitiladigan suyuqlik harakatlanadigan umumiy trubaga ulangan bir qator (10 tagacha) shisha evakuatsiya qilingan quvurlarni o'z ichiga oladi. Qoidaga ko'ra, modul issiqlik izolyatsiyalangan korpusga joylashtiriladi. Strukturaviy jihatdan zaif nuqta shisha va metall qismlarning birikmasidir, ular qizdirilganda turli xil chiziqli kengayish koeffitsientlariga ega.
Shunday qilib, evakuatsiya qilingan kollektorlarning samaradorligini oshirish uchun selektiv qoplamalar, reflektorlar va boshqalar qo'llaniladi.Shisha qobig'ining yuqori qismining ichki yuzasiga qoplama qo'llaniladi, masalan, issiqlik uchun yaxshi aks ettiruvchi indiy dioksididan. (infraqizil) nurlanish va o'tkazuvchanlikka ta'sir qilmaydi.

Fig.2.12.. Evakuatsiya qilingan shisha quvurli kollektorlarning ko'ndalang kesimi
- shisha qobiq; 2 - isitiladigan suyuqlik uchun quvur; 3 - nurni yutuvchi sirt; 4 - reflektor; 5 - issiqlik izolatsiyasi
3-bob. “Issiqlik energiyasini saqlash ”

.1 Issiqlik akkumulyatorining energiya balansi

Issiqlik saqlash - bu issiqlik energiya omborida (TES) saqlanadigan fizik yoki kimyoviy jarayon.

Batareya saqlash tanki (odatda issiqlik izolyatsiyasi), saqlash muhiti (ishchi suyuqlik), zaryadlash va tushirish moslamalari va yordamchi uskunalardan iborat.
Saqlash tizimi batareyani zaryadlash uchun energiya manbadan olinishi, (agar kerak bo'lsa) energiyaning kerakli shakliga aylantirilishi va iste'molchiga berilishi usullari bilan tavsiflanadi.
Shaklda. 3.1. idish-akkumulyator yordamida issiqlik to'plash jarayoni ko'rsatilgan. Bu jarayon uchun energiya balansi umumiy shaklda yozilishi mumkin
in - Eout = Eac,

Bu erda Ein - berilgan energiya, tashqariga - yo'naltirilgan energiya, to'plangan energiya.

3.1-rasm Batareyaning energiya balansi.

Ushbu ochiq tizimga energiya kiritish va chiqarish uchun termodinamikaning birinchi qonunini qo'llash orqali biz differentsial shakldagi ochiq tizimlar uchun asosiy energiya saqlash tenglamasini olamiz:

Bu erda mak - to'plangan muhitning massasi; - ichki energiya (ixtiyoriy nol darajadan hisoblanadi); - bosim; - o'ziga xos hajm; - tortishish tezlashishi; - balandlik (ixtiyoriy nol darajadan hisoblanadi); - o'ziga xos potentsial energiya; oqim tezlik; solishtirma kinetik energiya; - tizimga beriladigan issiqlik; - massa almashinuviga bog'liq bo'lmagan tizimning ishlashi (masalan, tizim devorlari harakatlanayotganda, elektr energiyasi, motor milining energiyasi).

Umumiy tenglamani o'rganish shuni ko'rsatadiki, energiya to'planishi o'zgarish natijasida amalga oshirilishi mumkin:
a) solishtirma ichki energiya;
b) solishtirma potensial energiya;
v) solishtirma kinetik energiya;
d) tizimning massasi.
Ishchi suyuqlikning o'ziga xos ichki energiyasi atrof-muhitdan yuqori bo'lsa, (a) holati odatda issiqlik energiyasini saqlash, shuningdek (b) holati deb ataladi.
Agar kinetik va potentsial energiyaning to'planishi chiqarib tashlansa va qo'shimcha ravishda, kirish va chiqish massalarining kinetik va potentsial energiyalariga mos keladigan tenglama shartlari ahamiyatsiz bo'lsa va ish sirtlarning harakati bilan cheklangan bo'lsa. tizimni bog'lagan, ya'ni agar

Bu erda Vac - akkumulyatorning hajmi; ac - akkumulyatordagi bosim,

keyin tenglama issiqlik akkumulyatori uchun amal qiladigan shaklga aylanadi:


= u + pv,
va shuning uchun energiya balansi quyidagi shaklni oladi:

Shunga ko'ra, massa balansi quyidagicha yoziladi:

Zaryadlash va tushirish jarayonlari umumiy shaklda tenglamalar bilan tavsiflanadi va oddiy hollarda analitik yechim mumkin. Boshqa, murakkabroq holatlarda, raqamli echimlarni olish mumkin (bu, xususan, tushirish jarayoniga tegishli).

.2 Issiqlik akkumulyatorlarining tasnifi

Yuqorida qabul qilingan ta'rif va xulosalarga muvofiq issiqlik akkumulyatorlarini tasniflash mumkin.[15]

Yig'uvchi va issiqlik almashinuvi vositalari.
To'g'ridan-to'g'ri saqlash: saqlash va issiqlik almashinuvi vositalari bir xil. Saqlash muhiti qattiq, suyuq, gazsimon yoki ikki fazali (suyuq va gaz) bo'lishi mumkin.
Bilvosita saqlash: energiya faqat issiqlik uzatish (masalan, tankning devorlari orqali issiqlik o'tkazuvchanligi) yoki suyuq, ikki fazali yoki gazsimon holatda maxsus issiqlik almashinuvchining massa o'tkazilishi natijasida to'planadi. Yigʻuvchi muhitning oʻzi qattiq, suyuq yoki gazsimon boʻlishi mumkin (jarayon fazali oʻtishsiz, qattiq-qattiq, qattiq-suyuq yoki suyuq-bugʻ fazalari bilan oʻtishi mumkin) Bu yerda issiqlik almashuvchi muhit toʻplanishda kam ishtirok etadi.
Yarim to'g'ridan-to'g'ri saqlash: jarayon avvalgi holatda bo'lgani kabi davom etadi, bundan mustasno, issiqlik almashinuvchisining saqlash hajmi muhimroq rol o'ynaydi.
Sorbsion saqlash: bu holda, ba'zi saqlash vositalarining issiqlik chiqishi (va gaz desorbsiyasi paytida issiqlikni yutish) bilan gazlarni yutish qobiliyatidan foydalaniladi. Energiyaning uzatilishi to'g'ridan-to'g'ri issiqlik shaklida yoki gaz yordamida amalga oshirilishi mumkin.
To'planadigan muhitning massasi.
doimiy massa. Odatda bu bilvosita to'planish holatidir. Shu bilan birga, to'g'ridan-to'g'ri to'planish, agar sovutish (bo'shatish paytida) yoki isitishdan keyin (zaryadlash vaqtida) massaning o'tkazilgan qismi batareyaga to'liq qaytarilsa (joy almashinuvi to'planishi) sodir bo'lishi mumkin.
Amalda, pnevmatik, issiqlik nasoslari va boshqalar kabi tizimli murakkab turdagi akkumulyatorlar qo'llanilmaydi.
Eng maqbul tizimlar faol tizimlarda to'g'ridan-to'g'ri va yarim to'g'ridan-to'g'ri to'plash va passiv isitish tizimlarida bilvosita.

.3 Issiqlik energiyasini saqlash tizimlari

O'z vazifalarini bajarish uchun saqlash tizimi saqlash idishlari va ularning ichki qurilmalaridan tashqari, tashqi jihozlarga ham ega bo'lishi kerak. Termal saqlash bilan nasoslar, issiqlik almashtirgichlar, evaporatorlar, vanalar, quvurlarni zaryadlash va tushirish uchun kerak bo'lishi mumkin.

Batareyalarning asosiy turlari:
 Tanklar - akkumulyatorlar.
 Quyoshli basseynlar.
 Fazali o'tish bilan
 Shag‘al va suv-havo
 Monolit devorlar.
Issiq suv ishlab chiqarish uchun issiqlik energiyasini saqlash bilan faol issiqlik ta'minoti tizimining odatiy diagrammasi (3.2-rasm) Antifrizning asosiy sxemasi, saqlash tankining pastki qismidagi issiqlik almashtirgich va uning yuqori qismida qo'shimcha isitgichni o'z ichiga oladi. Quyosh kollektorining samaradorligi birlamchi kontaktlarning zanglashiga olib, atrof-muhit o'rtasidagi harorat farqi ortishi bilan kamayganligi sababli, birlamchi kontaktlarning zanglashiga olib keladigan harorati imkon qadar past bo'lishi kerak. Buning uchun issiqlik almashtirgichda kichik harorat farqini ta'minlash, idishda aralashmani oldini olish va issiqlikning faqat tankning eng sovuq qismiga berilishini ta'minlash kerak.[15]



3.2-rasm.Quyosh energiyasidan foydalangan holda maishiy ehtiyojlar uchun issiq suv olish sxemasi:
- quyosh kollektorlari; 2 - asosiy tsikl (antifriz); 3 - aylanma nasos; 4 - saqlash tanki; 5 - quyosh issiqlik almashinuvchisi; 6 - sovuq suv bilan ta'minlash; 7 - qo'shimcha isitgich; 8 - besleme liniyasi.

Tanklar - batareyalar

Quyosh kollektori va qisqa muddatli (issiq maishiy suv) va uzoq muddatli (isitish) saqlash uchun saqlash tankining o'lchamlari o'rtasidagi nisbatni tanlash qiziqarli optimallashtirish muammosidir. Umumiy optimallik kollektorning ham, batareyaning ham xarakteristikalari maqbul bo'lganda olinadi. Qisqa muddatli to'plash uchun akkumulyatorlarning solishtirma quvvati odatda 1 m2 kollektor maydoniga 50-100 kg suvni, iqlim sharoitida uzoq muddatli to'plash uchun esa.
Markaziy Evropa 1000 kg / m2 o'ziga xos quvvat qiymatlariga muhtoj.
Kollektor va batareya birlashtirilgan quyosh hovuzi issiq sovutish suvi yordamida to'planishning alohida holatidir. Quyosh radiatsiyasi hovuzning pastki yuzasi tomonidan so'riladi. Sovutish suyuqligida yuqori konvektiv qatlam (shamol ta'siridan) va pastki konvektiv qatlam (issiqlikni olib tashlash tufayli) o'rtasida tuz kontsentratsiyasi gradienti yaratiladi va saqlanadi (kontsentratsiya chuqurlik bilan ortadi). Shu sababli, konvektsiya va unga bog'liq bo'lgan issiqlikning sirtga olib tashlanishi bostiriladi va qalinligi ~ 1 m bo'lgan qatlam issiqlik izolatsiyasi bo'lib xizmat qiladi, unda konvektsiya yo'q.
Shu tarzda, 100 ° C suv haroratiga erishish mumkin va 90 ° S issiq iqlimli hududlarda umumiy dizayn qiymati hisoblanadi.

3.3-rasm. Tuz kontsentratsiyasi gradienti bo'lgan quyosh hovuzining sxemasi:
- suvning sirt qatlami; 2 - yer yuzasi; 3 - issiqlik iste'molchisiga yoki issiqlik almashtirgichga issiq sho'r suv chiqishi; 4 - konvektiv (yig'uvchi) maydon; 5 - sovuq sho'r suvning qaytishi; 6 - konvektiv bo'lmagan (izolyatsiya qiluvchi) qatlam.

Fazali o'zgaruvchan batareyalar.

Havo (3.4-rasm) yoki suv (3.5-rasm) bilan zaryadlash va tushirish uchun fazaviy o'tish issiqligidan foydalanishga asoslangan akkumulyatsiya tizimlari taklif qilingan va ishlab chiqilgan.
Shaklda. 3.4. muhitni zaryadlash va tushirish uchun alohida sxemalarga ega qanotli halqa kanallari bo'lgan issiqlik almashtirgichning variantini ko'rsatadi. Shunday qilib, issiqlik almashtirgich bir vaqtning o'zida zaryadlash va tushirish imkonini beradi. Har bir issiqlik almashinuvi elementi ichki va tashqi quvurlardan iborat bo'lib, ular orasidagi issiqlik aloqasi yaxshi issiqlik o'tkazuvchanligi (masalan, alyuminiy) bo'lgan materialdan yasalgan uzunlamasına qovurg'alar bilan ta'minlanadi. Qovurg'alar orasidagi halqali bo'shliq fazaga o'tish energiyasini to'playdigan material bilan to'ldiriladi (birlashma issiqligiga teng). Ushbu versiyada issiqlik saqlash tizimi gibrid akkumulyator sifatida ishlaydi, u fazaviy o'tishning issiqligi va ishchi suyuqlikni isitish issiqligidan foydalanadi.

3.4-rasm. Kvartirani isitish uchun polietilen tsilindrlarda 2400 kg CaCl2 6H2O (Tf = 27,2 ° C) bo'lgan energiya saqlash majmuasi bloki.



3.5-rasm Na2S2O3-5H2O yoki MgCl2-6H2O da fazaviy o‘tish issiqligini to‘plash uchun CALMAC birligi:
- olinadigan qopqoq; 2 - aralashtirish uchun vosita; 3 - suv kirish joyi; 4 - tuz hidrati; 5 - plastik issiqlik almashtirgich; 6 - tank; 7 - suv chiqishi.



3.6-rasm. Faza o'zgarishi issiqligidan foydalangan holda energiyani saqlash uchun qanotli halqa kanalli issiqlik almashtirgich :
- issiqlik almashinuvi blokining elementi: 2 - issiqlik saqlash moddasi; 3 - uzunlamasına qovurg'a; 4 - issiq sovutish suvi; 5 - rezervuar (qopqoq); 5 - tushirish uchun sovuq sovutish suvi.

shag'al akkumulyatorlari

Pebble issiqlik akkumulyatori (3.7-rasm). Quyosh havosini isitish tizimlarida odatda tosh issiqlik akkumulyatorlari ishlatiladi, ular zarrachalarning zich qatlami ko'rinishidagi 20-50 mm toshlarni o'z ichiga olgan yumaloq yoki to'rtburchaklar kesimli konteynerlardir. Ushbu turdagi batareyalar bir qator afzalliklarga ega, ammo suv akkumulyatori bilan taqqoslaganda, bu holda katta hajm talab qilinadi. Toshli akkumulyator vertikal yoki gorizontal holatda joylashtirilishi mumkin.
Quyosh kollektoridan kun davomida batareyaga kiradigan issiq havo o'z issiqligini toshlarga beradi va shu bilan batareya zaryadlanadi. Batareya kechasi yoki noqulay ob-havo sharoitida zaryadsizlanganda, havo teskari yo'nalishda harakat qiladi va iste'molchiga issiqlikni olib tashlaydi.
Xuddi shu energiya zichligi bilan tosh issiqlik akkumulyatorining hajmi suv saqlash idishining hajmidan 3 baravar katta.



3.7-rasm.Toshli akkumulyatorning umumiy ko'rinishi:
-qopqoq, 2-bunker, 3-beton blok, 4-issiqlik izolatsiyasi, 5-to‘r, 6-shag‘al
Multilitik devorlar asosan passiv isitish tizimlarida qo'llaniladi va quyida muhokama qilinadi.

4-bob Passiv isitish tizimlari

.1 "Quyoshli uy"

Quyoshdan issiqlik manbai sifatida foydalanishda yangilik yo'q. Bundan 2400 yil muqaddam Sokrat shunday yozgan edi: “Hozir janubga qaragan uylarda qishda quyosh nurlari galereyalarga kirib boradi, yozda esa quyosh yoʻli boshimiz va tomlarimiz ustida yotadi, shunda soya boʻladi. . Agar bu eng yaxshi tartib bo'lsa, unda qishki quyosh nurlari uyga kirishi uchun uyning janubiy jabhasini balandroq qurishimiz kerak va uyni qishki shamollardan himoya qilish uchun shimoliy jabhani pastga tushirish kerak.

Sokrat ta'riflagan yunon uyi konvektiv va radiatsiyaviy yo'qotishlar tufayli issiqlikni tez yo'qotayotgan bo'lsa-da, rimliklar agar portiko (galereya) va janubga qaragan derazalar sirlangan bo'lsa, quyosh energiyasini qo'lga kiritishi mumkinligini aniqladilar. saqlansin.kechasi olingan issiqlik. Bu oddiy hodisa "issiqxona effekti" deb ataladi. Bugungi kunda issiqxona effektini isitish uchun ishlatadigan uyni biz "passiv quyosh uyi" deb ataymiz.[16]
An'anaviy tarzda loyihalashtirilgan bir xil o'lchamdagi uy bilan solishtirganda yaxshi mo'ljallangan passiv quyosh uyi qurilish xarajatlarini atigi 25-10% ga oshirish bilan birga, isitish xarajatlarini 50-75% ga kamaytirishi mumkin bo'lgan umumiy qoida mavjud.