НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: Marahtanov_P.pdf (564.34Кб)

УДК 53.06	Россия, МГТУ им. Н.Э. Баумана

Во введении работы отмечено, что повышается значение альтернативных источников энергии  в современном мире. При этом, одной из наиболее частых способов использования солнечной энергии является солнечный коллектор. Он представляет собой абсорбер, который принимает солнечное излучение и нагревает циркулирующий в замкнутом контуре теплоноситель. Затем тепло передается в теплоаккумулятор, который интегрирован в систему горячего водоснабжения (ГВС).

В работе предложена перспективная схема солнечного коллектора отличающаяся от традиционной тем, что помимо абсорбирующей панели в ней используются фотоэлектрические преобразователи, вырабатывающие электрическую энергию для работы циркуляционного насоса. Преимуществом такой системы является то, что для работы такого преобразователя солнечной энергии не требуется внешних источников питания, т.е. она является автономной. В качестве основной задачи работы была указана необходимость в расчете необходимых теплофизических параметров, обеспечивающих бесперебойную работу системы.

В предложенной схеме предлагается использовать панель фотоэлементов, преобразующих солнечное излучение в постоянный электрический ток напряжением 12 В, а в случае недостатка солнечной энергии для питания предлагается использовать батарею аккумуляторов. Для обеспечения непрерывного электропитания предлагается использовать устройство согласования.

Для расчета распределения плотности солнечного излучения предложен синусоидальный закон в зависимости от времени суток и географической местности. С использованием этой зависимости были получены выражения для расчета температуры воды в бойлере с течением дневного времени.

Далее в работе был проведен расчет режима работы, при котором эффективный теплообмен будет обеспечиваться при минимальных затратах электрической энергии на циркуляцию теплоносителя в первом контуре. Для этого были рассчитана мощность насоса в зависимости от расхода и гидравлических потерь напора в трубопроводе. В качестве минимального потребного расхода было выбрано значение, при котором ламинарный режим течения переходит в турбулентный, так как при этом теплообмен в коллекторе и теплоаккумуляторе будет наиболее эффективным. Для расчета гидравлических потерь использовалась формула Дарси-Вейсбаха. В итоге была получена формула для расчета минимальной площади ФЭП, которыми необходимо оснастить солнечную энергоустановку для обеспечения непрерывной работы. В результате изысканий было получено, что для типовых внешних параметрах необходимая площадь ФЭП составляет около 100–300 см². Также были получены зависимости, позволяющие рассчитать основные параметры узлов, входящих в состав установки, в том числе необходимые минимальные площади абсорбера и ФЭП, мощность насоса, расход теплоносителя.

В работе сделаны выводы о том, что: полученная в работе модель солнечного теплоаккумулятора позволяет рассчитать основные параметры узлов, входящих в состав установки, необходимые размеры ФЭП имеют приемлемые величины, а также необходимо произвести расчет процессов конвективного теплообмена в абсорбере для оптимизации конструкции с целью уменьшения тепловых и гидравлических потерь.

Список литературы

1. Бутузов В.А., Шетов В.Х., Брянцева Е.В., Бутузов В.В., Гнатюк И.С. Солнечные коллекторы. Тенденции совершенствования конструкций // Альтернативная энергетика и экология. 2009. № 10. С. 41-51.
2. Духопельников Д.В., Ивахненко С.Г., Марахтанов М.К. Селективные покрытия солнечных коллекторов // Известия ВУЗов. Машиностроение. 2012. Спец. вып. «Работы студентов и молодых ученых МГТУ им. Н.Э. Баумана». С. 75-80.
3. Марахтанов М.К. и др . Анализ влияния свойств селективных покрытий на тепловой режим и рабочие характеристики солнечных коллекторов // 7-ая Международная научно-техническая конференция «Вакуумная техника, материалы и технология»: матер. / под ред. д.т.н., проф. С.Б. Нестерова. Москва, 2012.
4. Литвинова В.В., Ивахненко С.Г. Анализ конструкции солнечного коллектора с независимым источником питания насоса // Молодежный научно-технический вестник. 2013. № 5. Режим доступа: http://sntbul.bmstu.ru/doc/569345.html (дата обращения 01.01.2014).