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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Impianti solari per il riscaldamento dell'acqua. Convertitore di energia solare termodinamico. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Fonti di energia alternative Il forte aumento dei prezzi e delle tariffe per l'elettricità e il calore, il desiderio dei consumatori di aumentare l'affidabilità e di utilizzare le proprie fonti autonome di approvvigionamento energetico, nonché il crescente interesse per l'uso di fonti energetiche rinnovabili rispettose dell'ambiente stanno portando al rapido sviluppo di il mercato interno delle unità solari per il riscaldamento dell'acqua (SWH), a modo loro, gli indicatori tecnici ed economici e la sofisticazione tecnologica sono i più preparati per un ampio uso commerciale non solo nelle regioni meridionali della Russia, ma anche nella sua zona centrale e persino in le regioni settentrionali. Allo stesso tempo, lo sviluppo di questo mercato in Russia è ostacolato da una serie di fattori, tra cui i più significativi sono l'alto costo degli IED, la loro insufficiente affidabilità e durata. Osservazioni a lungo termine sull'affidabilità operativa dei collettori solari hanno dimostrato che la maggior parte dei progetti non garantisce la durata minima stabilita dallo standard russo: 10 anni. Il costo dei collettori solari dei produttori russi oggi varia da 100 a 200 dollari per 1 m2 di superficie ricevente il calore. Tenendo conto del costo di installazione e delle attrezzature e dei componenti aggiuntivi necessari, i sistemi solari di riscaldamento dell’acqua costano al consumatore $ 200-500/mq. Gli analoghi stranieri degli IED offerti sul mercato russo risultano ancora più costosi. Pertanto, il compito di migliorare la progettazione dei collettori solari, riducendone i costi e allo stesso tempo aumentando il periodo di funzionamento affidabile, è estremamente rilevante. Il convertitore di energia solare termodinamico deve contenere i seguenti componenti: a) un sistema per la cattura della radiazione incidente;
Sistemi di captazione della radiazione solare e progettazione di convertitori termici I sistemi di cattura della radiazione solare forniscono diversi gradi di concentrazione (Fig. 3.1).
Un basso grado di concentrazione (circa 100) si ottiene utilizzando superfici riflettenti che concentrano l'energia in qualunque direzione di arrivo della luce solare. L'osservazione del Sole viene effettuata in questo caso utilizzando un sistema di controllo semplificato. Dispositivi di questo tipo includono riflettori parabolico-cilindrici, il cui asse è orizzontale o perpendicolare al piano di movimento del Sole. Tale installazione è controllata solo in base al cambiamento della posizione del Sole nel cielo durante il giorno. Il cambiamento nella posizione del Sole durante l'anno non viene preso in considerazione e le misure vengono prese solo per garantire che l'immagine focale non si estenda oltre la superficie del ricevitore di radiazioni concentrate. Un grado medio di concentrazione (circa 1000) si ottiene utilizzando eliostati di focalizzazione controllati da due gradi di libertà rotazionali. Tale eliostato può essere uno specchio a forma di paraboloide di rotazione, il cui asse è orientato verso il Sole. Un elevato grado di concentrazione è raggiunto da un unico sistema ottico (eliostati piatti e riflettore paraboloide). Permette di raggiungere temperature molto elevate. La radiazione solare concentrata viene assorbita dalla superficie del ricevitore e convertita in calore. Per ridurre le perdite di calore associate alla radiazione proveniente da un ricevitore riscaldato nella regione termica dello spettro, la superficie del ricevitore è rivestita con una pellicola sottile di materiali che assorbono selettivamente. Ciò consente di aumentare significativamente l'efficienza del sistema. Disegni di convertitori termici. Ci sono due possibili schemi schematici. Nel primo (Fig. 3.2A), il liquido di raffreddamento viene riscaldato nel ricevitore e quindi è assicurato il carico termico della batteria. In questo caso, il fluido di lavoro viene riscaldato dalla batteria, che attenua i cambiamenti nel flusso della radiazione solare. Pertanto, la batteria svolge costantemente il ruolo di buffer e la connessione tra il sistema ricevitore-accumulatore e il motore termico viene effettuata utilizzando almeno uno scambiatore di calore. Nel secondo schema (Fig. 3.2B), il fluido di lavoro viene riscaldato direttamente nel ricevitore. La batteria viene caricata rimuovendo parte del corpo riscaldato e la comunicazione con il motore termico avviene senza dispositivi intermedi. Nel primo schema, rispetto al secondo, si ha mediamente una maggiore diminuzione della pressione termica, cioè la differenza di temperatura tra il riscaldatore e il frigorifero di un motore termico. Nel secondo schema il calore viene perso solo durante l'accumulo e il ritorno. Tuttavia, nel primo caso, il motore termico e i suoi dispositivi ausiliari non sono soggetti a variazioni casuali di temperatura anche in assenza di un sistema di controllo. Inoltre, in molti casi il liquido di raffreddamento stesso svolge il ruolo di accumulatore di calore.
accumulatori di calore Attualmente l’accumulo di energia avviene attraverso l’accumulo di calore. L'accumulatore di calore è un elemento costoso. In base alla temperatura del sistema, l'accumulo di energia è generalmente classificato come a bassa temperatura (fino a 100°C), a media temperatura (da 100 a 550°C) e ad alta temperatura (>550°C). Le batterie a bassa temperatura, in particolare le batterie ad acqua, sono ampiamente utilizzate nella tecnologia solare per il riscaldamento degli edifici e la fornitura di acqua calda. Per l'accumulo a bassa temperatura vengono utilizzate anche reazioni reversibili di idratazione e solvatazione di sali e acidi, nonché processi di transizione di fase. A tal fine, come sostanze che accumulano calore, vengono utilizzate paraffine ed emulsioni costituite da paraffina e acqua. Il calore latente di fusione della paraffina è di circa 44 cal/g e il punto di fusione è di 35 - 50°C. In Svezia è in fase di sviluppo un nuovo tipo di sistema di stoccaggio termochimico, Tepidus. Questa pianta utilizza il processo di rilascio del calore dall'idratazione del solfuro di sodio. Per l'accumulo a media temperatura, oltre che come refrigerante, vengono utilizzati sali e loro eutettici, caratterizzati da un punto di fusione di diverse centinaia di gradi e un grande calore latente di transizione di fase. Gli idrati di ossidi di metalli alcalino terrosi sono molto promettenti per l'accumulo a media temperatura. L'uso di processi di accumulo per le reazioni di idratazione dell'ossido presenta numerosi vantaggi. Si tratta di un'elevata densità di energia immagazzinata, un semplice accumulo a lungo termine a temperatura ambiente, la compattezza di una sostanza solida che immagazzina energia, un basso costo e una produzione di calore potenziale sufficientemente elevato nella fase di idratazione. L'accumulo ad alta temperatura viene effettuato utilizzando reazioni esoendotermiche reversibili. In questo caso le reazioni possono essere divise in due gruppi: reazioni di decomposizione catalitica, i cui prodotti non possono essere separati e immagazzinati insieme, e reazioni che avvengono senza catalizzatori, i cui prodotti devono essere separati alla temperatura del ricevitore solare per evitare una reazione inversa. La scelta del tipo di ciclo termodinamico e della natura del fluido di lavoro è determinata dall'intervallo di temperature di esercizio del motore termico, ovvero le caratteristiche del sistema di concentrazione, della batteria e dei parametri del ciclo sono strettamente correlati. Negli impianti solari a concentrazione sono preferiti i cicli vapore-acqua. Autore: Magomedov A.M.
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