Тепловая математическая модель солнечного коллектора

Для того, чтобы максимально эффективно исследовать Вашу ССНВ, давайте дальше
работать по такому плану. Я уже прошел этот путь несколько раз.
Необходимо проделать один или несколько точно поставленных экспериментов.
------------------------------------------------------------------------------------------------
В качестве примера привожу свой эксперимент.
Был изготовлен специально для экспериментов СК с облучаемой площадью 0.464 м2.
Абсорбер - ржавое листовое железо толщиной 0.5 мм. Хорошая теплоизоляция и стекло.
Эксперимент проводился в следующем порядке.
СК устанавливался перпендикулярно солнечному излучению и такой угол поддерживался
все время эксперимента. Установили датчики температуры на абсорбер, стекло.
Фотоэлементом измеряли солнечное излучение. Эксперименты проводили в первой
половине дня ближе к полудню. СК вначале был закрыт от облучения.
Открывался абсорбер и шел эксперимент.
Данные снимались через каждые 5 минут.
Разогрев от 20 до 120 градусов длился чуть меньше часа.
Экспериментальных точек было 11. Это принципиально !!!
Был уже сделан тепловой расчет СК и написана мат. модель.
По результатам эксперимента мат. модель была ОТКАЛИБРОВАНА.
Калибровка мат. модели - это отдельный блок эксперимента.
В результате калибровки по всем 11 экспериментальным точкам
было достигнуто хорошее совпадение расчетных и экспериментальных
точек. Суммарное расхождение по всем 11 точкам составило 4 градуса.
-----------------------------------------------------------------------------------------------
Теперь наша основная задача провести несколько
точных калибровочных экспериментов.
В результате получим хорошую мат. модель ВАШЕЙ конкретной ССНВ.
Это мое такое предложение.

 

Рассматриваем более подробно принципиальную схему СК1 и СК2
1-го и 2-го каскадов базовой трехкаскадной ССНВ.
Принципиальная схема трехкаскадной ССНВ приведена на стр. 5.
Состоит СК из следующих основных элементов:
1 - Емкость, она же и абсорбер, из стали размером 1000*1000* 100 мм и объемом 100 литров.
2 - Теплоизоляция.
3 - Жгут для прижима пленки.
4 - Корпус из досок толщиной 20 мм.
5 - Пленка устойчивая к ультрафиолету.
----------------------------------------------------
Это простой и дешевый СК.
Такая конструкция была сделана, испытана и эксплуатируется много лет.
Одно из главных преимуществ состоит в том, что вода греется всей поверхностью
абсорбера, поднимается вдоль верхней облучаемой стенки вверх и собирается
в верхней части емкости. Уже через 3-4 часа там есть теплая вода, а затем
прогревается и вся емкость. Но в верхней части температура всегда выше.
Поэтому отбор горячей воды обязательно производится из верхней части,
а подпитка холодной из нижней, при такой циркуляции исключается
и образование воздушных пробок между водой и абсорбером, что недопустимо.
Основной недостаток такой конструкции СК в том, что нагретая вода быстро
остывает, когда нет облучения - вечером и ночью. Большие тепловые потери
через верхнюю часть без теплоизоляции где только пленка. Следовательно
нагретая вода должна быть полностью использована в конце дня.
Главное требование к СК - минимальная стоимость, но не в ущерб техническим
характеристикам.
В качестве "остекления" используем пленку размером примерно 3*3 метра,
самый дешевый вариант, можно использовать б/у оконные рамы со стеклами,
поликарбонат, но это самый дорогой вариант.
Теперь по теплоизоляции. Сейчас цены на теплоизолирующие материалы
" взбесились", резко возросли и не думают останавливаться. Это препятствие
обойдем следующим образом. Сухая солома из под комбайна является отличной
теплоизоляцией, вот ее и используем в СК. Толщина со стороны днища 150 мм.
С боков не менее 50 мм. В СК ее необходимо немного утрамбовать.
Подобный СК из таких материалов: корпус-доски, теплоизоляция- солома, пленка
был изготовлен и испытан.
Результаты испытаний.
Максимальная т-ра абсорбера без воды при прямом облучении была на 60 С
выше т-ры окружающего воздуха. Для предварительного нагрева воды эти
характеристики подходят.
Пример. При т-ре окр. воздуха 20 С и т-ре воды в СК 50 С кпд составит 50%,
(при прямом облучении). Этот пример не совсем корректный потому что из за
большой массы воды необходимо учитывать еще и время разогрева.
Анализ трехкаскадной система ССНВ еще продолжим.

 

Рассматриваем простейший солнечный коллектор.
Подавляющее большинство устанавливают на летний душ емкости различной
конфигурации и получают летний душ. На примере простейшего СК хочу показать,
как с небольшими доработками из обыкновенной емкости можно сделать хороший СК.
Состоит СК из следующих элементов:
1 - Емкость.
2 - Крышка.
3 - Пленка.
4 - Подложка под емкость.
5 - Трубопровод подпитки холодной водой.
6 - Трубопровод отбора горячей воды.
7 - Подставки крепления подложи, например на крыше.
Некоторые общие рекомендации.
СК должен устанавливаться под углом к горизонту примерно 30 градусов.
Зазор между пленкой и емкостью должен быть не менее 20 мм.
Подпитка холодной водой обязательно снизу, а забор горячей сверху.
Отсутствие воздушных пробок.
Подложка желательно должна быть и теплоизолирующей.
Исключить попадание воды внутрь.
Вся нагретая вода должна расходоваться в конце дня, до утра все равно остынет.

 

--- добавлено: 11 янв 2015 в 18:33 ---
Рассматриваем простейший солнечный коллектор.
В качестве нагревателя для летнего душа часто используют обыкновенные бочки.
На приведенном рисунке показана как более эффективно использовать бочку
для простого СК.
Состоит СК из следующих элементов:
1 - Бочка.
2 - Крышка.
3 - Пленка.
4 - Подложка под емкость.
5 - Трубопровод подпитки холодной водой.
6 - Трубопровод отбора горячей воды.
7 - Подставки крепления подложи, например на крыше.
8 - Дуги для поддержки пленки.
9 - Теплоизоляция солома.
Некоторые общие рекомендации.
СК должен устанавливаться горизонтально.
Остальные рекомендации те же, что и для предыдущего СК с плоским баком.
........................................................................................................................
На этом в основном закончили анализ трехкаскадной ССНВ.
Можно приступать к обсуждению.

 

Рассмотрим и проанализируем теперь поворотный СК и сравним его тепловые
характеристики с неподвижным СК одинаковой облучаемой площадью.
Рассматриваются СК с одинаковой облучаемой площадью 1 м2 для 50 градусов сев. широты.
Результаты энергетических расчетов приведены в таблице.
Пояснения к таблице.
Солнечная постоянная принята равной 1000 Вт/м2. Поглощение в атмосфере не учитывается.
Прозрачность атмосферы не выше 0.9 и возрастает от зенита к горизонту.
Кто хочет учитывать прозрачность атмосферы пусть берет коэффициент 0.9 и умножает на него
все значения кВт-часов в столбиках 3 и 4. Кому нужны более точные значения ищите их
и используйте для своих расчетов.
Неподвижный и поворотный СК устанавливаются под оптимальным углом к горизонту,
чтобы угол облучения в полдень был равным 90 градусов.
Этот угол равен широте места 50 градусов плюс минус 24 градуса.
Примерные значения для каждого месяца в году приведены в последней колонке таблицы.
Исходя из этих начальных условий угол облучения неподвижного СК будет меняться
от 0 утром до 90 градусов в полдень и затем до 0 вечером.
Полный угол облучения 180 градусов (12 часов) и не больше.
Зимой, когда световой день достигает минимума 8 часов,
Угол облучения меняется от 30 до 150 градусов.
Полное количество энергии, попадающее на неподвижный СК за световой день
приведено в 3-м столбике таблицы.
Поворотный СК вращается, в приспособлении вокруг полярной оси, и облучается
весь световой день под оптимальным углом 90 градусов.
Полное количество энергии, попадающее на поворотный СК за световой день
приведено в 4-м столбике таблицы.
Поворотное устройство - это простая и несложная конструкция, рассмотрим позже.

 

--- добавлено: 14 янв 2015 в 15:47 ---
ПРИНЦИПОВА СХЕМА УСТАНОВКИ ДЛЯ ПОВОРОТНОГО СК З РУЧНИМ ПРИВОДОМ.
Принципова схема установки яка використовувалася під час експериментів зображена на малюнку. Дана установка складється з підставки1, яка встановлюється вертикально на землі. На підставці змонтовано поворотну ферму 3, вісь2 якої повинна бути направлена точно на північ під кутом ß=50 градусів до горизонту (ß – це ширина місцевості ). На вісь 2 змонтована шестерінка 4 з стопором 5 для фіксації усієї поворотної системи у потрібному положенні. Крок зубів на шестерінці 4 дозволяє слідкувати за положенням сонця з точністю до ±4 градуса у площині зоряного екватора.
Була використана більша шестерня від велосипеда.
Таким чином вся рухома частина, змонтована на фермі 3, може рухатись кругом вісі паралельній полярній. Також на фермі 3 змонтована площадка 8 у свою чергу на котрій монтується за допомогою посадочних місць 9 сам експериментальний стенд 10 - СК.
Посадочна площадка 8 може повертатись навколо вісі 6 на кут C від 0 до 48 градусів в залежності від пори року та відповідно висоти сонця над горизонтом.
Встановлюються кут C за допомогою тяги 7 таким чином щоб кут A дорівнював 90 градусів.
На малюнку СК змонтований паралельно полярній вісі. Таке розміщення СК повинне бути
в березні і вересні місяцях року.
Таким чином слідкування за сонцем здійснюється тільки за допомогою обертання всієї системи з експериментальним СК навколо вісі 2.
Шестерню 4 можно обертати і за допомогою електродвигуна.