Математическое моделирование процессов теплообмена в системе "солнечный коллектор - аккумулятор тепла"

• Автор: Трошкина, Галина Николаевна
• Шифр специальности: 05.13.18, 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 193 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ.
1. Методы расчета систем солнечного теплоснабжения и перспективы развития солнечной энергетики

1.1. Перспективы развития солнечной и других видов нетрадиционной энергетики .

1.2. Солнечная радиация данные измерений и расчет

1.3. Типы и характеристики солнечных коллекторов

1.4. Обзор методов энергетического расчета систем солнечного теплоснабжения.

1.5. Основные элементы систем солнечного теплоснабжения.

1.6. Селективные покрытия и прозрачная сотовая тепловая изоляция

2. Расчет теплопроизводительности солнечных коллекторов.

2.1. Методика оценки располагаемого количества солнечной энергии

2.2. Исследование теплоизоляционных свойств прозрачной сотовой тепловой изоляции.
3. Расчет тепловой мощности, отводимой от солнечного коллектора
4. Расчет теплопотерь коллектором и соединительными трубопроводами.
5. Расчет теплопотерь из заглубленного межсезонного аккумулятора тепла в одномерном приближении
5.1. Постановка задачи.
5.2. Методика расчета тепловых потерь межсезонным аккумулятором
5.3. Результаты численного моделирования тепловых потоков из аккумулятора тепла в грунт
Заключение.
Литература


Однако у СЭС есть несколько крупных недостатков: во-первых, достаточно высокая установочная стоимость, связанная с необходимостью использования дорогих параболических отражательных систем и (особенно для «башенной» схемы) механизмов их «слежения за солнцем»; во-вторых, необходимость отчуждения под станцию больших площадей и высокие эксплуатационные расходы, связанные с обязательной регулярной очисткой отражателей; в третьих, сравнительно низкий КПД преобразования энергии. По указанным причинам разрабатываемые в США в начале -х годов проекты 5 СЭС мощностью до 0-0 МВт были в последние годы свернуты [,]. Тем не менее, в ряде стран СЭС (в основном модульного типа) по-прежнему уделяется большое внимание. СОЛАР» по строительству нескольких тысяч автономных гелиоустановок для электро- и теплоснабжения [,]. Одним из весьма перспективных направлений использования солнечной энергии в тепловых циклах преобразования считается совмещение в едином комплексе СЭС и газовой ТЭС. ТЭС [,]. Третья (считающаяся наиболее перспективной) технология использования солнечной энергии заключается в применении прямых преобразователей в виде батарей фотоэлементов [,,,, , ,,]. Принцип такого преобразования базируется на явлении фотоэмиссии, когда возбужденные фотонами солнечного света электроны проводника (но гораздо эффективнее - полупроводника: легированного кремния, арсенида галлия и др. Теоретически КПД полупроводникового фотопреобразования света в электроэнергию может быть весьма высоким, однако реально на сегодняшний день при промышленном производстве максимальные достигнутые значения КПД составляют не более -% [,,]. Тем не менее сейчас уже построен ряд экспериментальных фотоэлектрических станций (ФЭС) мощностью до нескольких тысяч киловатт. Наращивает мощность индустрия массового производства фотоэлектрических панелей разного типа, в том числе в виде тонколистовых и пленочных материалов, пригодных для покрытий больших неровных поверхностей. Солнечная энергетика ФЭС довольно быстро развивается, в первую очередь, благодаря уменьшению стоимости фотоэлектрических преобразователей [,,,]. Одним из лидеров практического использования ФЭС, в рамках программы «СОЛАР», стала Швейцария. Здесь уже построено около 2 тыс. Вт. Такие установки, чаще всего мощностью 2-3 кВт, монтируют на крышах и фасадах зданий, площадью несколько десятков квадратных метров, и их оказывается достаточно для обеспечения бытовых нужд среднего дома и зарядки аккумуляторов электромобиля. Дневной избыток энергии в летние сезоны направляют в электрическую сеть общего пользования, а зимой, особенно в ночные часы, энергия бесплатно возвращается владельцу гелиоустановки от местной сети []. Крупные фирмы монтируют на крышах производственных корпусов гелиостанции мощностью до 0 кВт. Такая станция может покрыть потребности небольшого предприятия в энергии на -%. В муниципальной сфере, чтобы не отчуждать для сооружения ФЭС землю, панели фотопреобразователей располагают на крышах и стенах зданий, на шумозащитных ограждениях автодорог, на транспортных и промышленных сооружениях (мостах, цехах, акведуках, плотинах) []. К существенным недостаткам ФЭС, помимо слишком высокой установочной стоимости и незначительной мощности, относят и специфику преобразования (по крайней мере в жаркое время года): КПД фотоэлементов большинства известных типов резко падает при их нагреве. Поэтому для эффективной работы солнечных фотопанелей под ними прокладывают трубопроводы системы охлаждения (водяного или, чаще, воздушного). Нагретый теплоноситель при этом обычно дополнительно используют в описанных выше коллекторных системах теплоснабжения [,]. В целом в настоящее время наиболее эффективными направлениями гелиоэнергетики считается развитие технологий с использованием солнечных коллекторов для систем теплоснабжения и ФЭС малой и средней мощности, в первую очередь для автономного энергообеспечения горных и южных регионов. При этом перспективы развития гелиоэнергетики и наиболее коммерчески привлекательные сферы инвестиций в ней эксперты связывают прежде всего с улучшением технологичности и снижением стоимости фотоэлектрических преобразователей, а также с повышением их КПД и сроков службы [,, ,,]. К другим возобновляемым источникам энергии нетрадиционного типа, помимо солнечной, относятся энергия ветра, биомассы, гидротермальная. Ветроэнергетика активно развивается в таких странах как США, Германия, Дания, Швеция, Великобритания, Нидерланды, Испания, Греция, Канада.