ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ
ЭНЕРГЕТИКА
RENEWABLE
ENERGY
СОЛНЕЧНЫЕ КОЛЛЕКТОРЫ
SOLAR COLLECTORS
Статья поступила в редакцию 11.02.15. Ред. рег. № 2183
УДK 662.997:662.93
The article has entered in publishing office 11.02.15. Ed. reg. No. 2183
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ПЫЛИ И ЗАТЕНЕНИЯ НА ОПТИЧЕСКИЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЛОСКОГО СОЛНЕЧНОГО КОЛЛЕКТОРА С ДВУХСТЕКОЛЬНЫМ ПРОЗРАЧНЫМ ПОКРЫТИЕМ
О.М. Саламов
Заключение совета рецензентов: 18.02.15 Заключение совета экспертов: 25.02.15 Принято к публикации: 02.03.15
В работе приводятся результаты расчета ряда оптических и энергетических параметров плоского солнечного коллектора (ПСК) с двухстекольным прозрачным покрытием. Расчеты проведены с учетом ряда конструктивных и оптических параметров ПСК для наихудших погодных условий, наблюдаемых 15 января 2014 г. При расчете в первую очередь были найдены углы преломления солнечных лучей с учетом суточного хода изменения угла падения солнечных лучей на поверхности ПСК. Далее были определены отражательная способность границы раздела, пропускательная способность прозрачного покрытия ПСК с учетом только отражения и только поглощения и полная пропускательная способность. Определены отражательная, пропускательная и поглощательная способности, а также часовые и среднесуточные значения КПД ПСК с учетом и без учета влияния пыли и затенения прозрачного покрытия. Установлено, что в условиях Апшерон-ского полуострова, при нормальном обслуживании, практически суммарное влияние коэффициентов пыли и затенения на оптические и теплоэнергетические параметры ПСК не превосходит 5^6%, а полезно используемая часть энергии солнечных лучей меняется в пределе 57^143 Вт/м2
Ключевые слова: плоский солнечный коллектор, прозрачное покрытие, отражательная способность, пропускательная способность, поглощающая пластина, интенсивность солнечной радиации, теплопотеря, коэффициент полезного действия.
DETERMINATION OF THE DUST AND SHADING EFFECT ON THE OPTICAL AND ENERGY CHARACTERISTICS OF THE FLAT-PLATE SOLAR COLLECTOR
Институт радиационных проблем HAH Азербайджана Азербайджан, AZ 1143, г. Баку, ул. Б. Вахабзаде, 9 тел: (99412) 539-32-24, доп. 125; факс: (99412) 539-83-19; e-mail: oktay_dae@mail.ru
doi: 10.15518/isjaee. 2015.04.001
WITH TWO GLASS TRANSPARENT COVERS
O.M. Salamov
Institute of Radiation Problems of ANAS B. Vahabzadeh Str., 9, Baku, Azerbaijan, AZ1143 ph.: (99412) 539 32 24 (125); fax: (99412) 539 83 19; e-mail: oktay_dae@mail.ru
Referred 18 February 2015 Received in revised form 25 February 2015 Accepted 2 March 2015
The paper presents the results of the calculation of optical and energy parameters of the flat-plate solar collector (FSC) with two glass transparent covers. The author of this paper carried out the calculations taking into account a number of structural and optical parameters of the FSC for the worst weather conditions observed in the 15 January 2014. Firstly, the angles of refraction of sunlight were found considering the diurnal variation of the angle of incidence of sunlight on the surface of the FSC. Secondly, it were defined the reflectance of interfaces, transmittance of a transparent coating of FSC taking into account only the reflectance, and only the absorbability, and, lastly, total transmittance. The paper identifies the refectance, transmittance and absorbability, as well as hourly and daily averages of FSC efficiency with and without the influence of dust and shading on transparent cover. It was found that the cumulative effect of virtually dust and shading coefficients on the optical and thermal power settings FSC does not exceed 5 ^ 6% and radiation efficiency varies in the range of 57 ^ 143 W / m2 under the conditions of the Absheron Peninsula, in normal service.
Key words: flat-plate solar collector, transparent cover, reflectivity, transmittance, absorbing plate, the intensity of solar radiation, heat loss, efficiency.
Саламов Октай Мустафа оглы Salamov Oktay Mustafa
Сведения об авторе: доктор философии по физ.-мат. н., почетный доктор и профессор Международной экоэнергетической академии по развитию альтернативной энергетики, ведущий научный сотрудник Института радиационных проблем Национальной Академии наук Азербайджана, доцент Азербайджанского технического университета.
Образование: электротехнический факультет Азербайджанского технического университета (1973 г.).
Область научных интересов: солнечная и ветровая энергетика; математическое моделирование альтернативных энергоустановок различного назначения; водородная энергетика и теплоэнергетика, в частности, горячее водоснабжение и теплоснабжение с применением комбинированных солнечно-ветровых энергоустановок; разработка следящих систем для автоматического наведения концентрирующих зеркал на солнце, антикоррозионных систем для катодной защиты металлических сооружений от электрохимической и электрической коррозии, а также оптимизирующих, дозирующих и защитных устройств различной модификации.
Публикации: 170, в том числе 44 авторских свидетельства СССР на изобретения, а также патенты РФ и Азербайджанской Республики.
Information about the author: PhD
(Physics and Mathematics), Associate Professor in Physics of Semiconductors and Dielectrics, and Honorary Professor-Doctor of Sciences of International Ecoenergy Academy in Alternative Energy Development, Leading Researcher of the Radiation Problems Institute, Azerbaijan National Academy of Sciences, Associate Professor of Azerbaijan Technical University.
Education: Electrical Engineering Faculty of Azerbaijan Technical University (1973).
Research interests: solar and wind power-engineering, mathematical simulation of alternative power plants of different use; hydrogen power-engineering and thermal powerengineering, in particular, heat and hot water supply applying combined solar-wind power plants; development of tracking systems for an automatic guidance of concentrating solar mirrors, anticorrosion systems for cathode protection of metallic constructions from electrochemical and electrical corrosion, as well as optimizing, dozing and protection equipments with different modifications.
Publication: 170, including 44 certificates of USSR authorship and patents in RF and Azerbaijan Republic.
Введение
Ранее в работе [1] нами были приведены данные по исследованию хода изменения коэффициентов влияния пыли (^п) и затенения (^) защитных стеклянных трубок, внутри которых расположены фотоэлектрические преобразователи солнечной батареи (СБ). Было установлено, что зимой и летом (при отсутствии ветра) в климатических условиях г. Баку при длительной непрерывной эксплуатации СБ значение коэффициента влияния пыли незначительно отклоняется от единицы (= 0,95^0,97), а при ветровых погодных условиях в летнем и осенне-весеннем сезонах в течение 1-2 месяцев непрерывной работы фотоэлектрических преобразователей
снижается вплоть до 0,8, и дальнейшее загрязнение стеклянного покрытия модулей СБ незначительно влияет на его значения. Для устранения указанно -го недостатка в летние и весенне-осенние периоды необходимо раз в месяц промывать прозрачные защитные трубки модулей СБ.
Коэффициент затенения ^ влияет на параметры СБ в основном при больших углах наклона солнечных лучей, т. е. в утренние и вечерние часы. И поскольку в указанные часы интенсивность солнечной радиации (ИСР) бывает в несколько раз меньше её максимального значения, то влияние коэффициента ^з на суточную эффективность СБ будет невысокой (в самом худшем случае до 10 %).
Кроме того, если коэффициент является оптическим параметром и значение его изменяется в зависимости от климатических условий, то коэффициент ^з зависит как от конструктивного выполнения СБ, так и от наличия следящего устройства.
Аналогичные исследования проведены нами для ПСК с двухстекольным прозрачным покрытием. Выявлено, что в условиях Апшеронского полуострова, в частности в г. Баку, при продолжительных сухих погодных условиях, за счет отрицательного влияния пыли, пропускательная способность ПСК с углом наклона до 550 относительно горизонтальной плоскости и двухслойным стеклянным покрытием снижается на —5-10 %. При этом степень загрязнения стекла значительно зависит и от ветрового режима. В г. Баку среднегодовая скорость ветра составляет 6-8 м/сек, а мгновенные скорости ветра меняются в широких пределах (от 0 до 30 м/сек и выше), особенно в весенний и осенний периоды [2]. Поэтому возникает необходимость определить, как загрязнение прозрачного покрытия (стекла) пылью влияет на оптические характеристики ПСК. Однако, согласно литературным данным [3-5], в практических условиях и при проведении математических расчетов за численные значения коэффициента влияния пыли принимается = 2-3 %.
Вместе с тем на оптические характеристики ПСК также существенно влияет степень частичного затенения прозрачного покрытия посредством соседнего ПСК, особенно в утренние и вечерние часы. В практических условиях рекомендуется считывать уменьшения суммарных теплоэнергетических и оптических характеристик прозрачного покрытия и поглощающей пластины в среднем на —5-6 %.
Далее мы приводим расчеты ряда оптических характеристик ПСК с двухстекольным прозрачным покрытием.
Расчет отражательной, полной пропускательной и поглощательной способностей ПСК
с двухстекольным прозрачным покрытием
При проведении расчета были учтены следующие оптические и конструктивные параметры экспериментального ПСК: коэффициент ослабления солнечного излучения К (для используемого нами стекла составляет 0,17 см-1); Ь - длина пути излучения через среду (для нашего случая Ь = 0,25 см).
Расчеты проводились для 15 января 2012 г. (при наихудших погодных условиях).
Для определения полной пропускательной способности на наклонную поверхность ПСК, при различных значениях угла падения б^л солнечных лучей, в первую очередь по нижеследующему уравнению были определены численные значения бдл для различных часов светлого времени суток указанного дня:
cos 8нп = cos (ф-р) cos 5 cos ю + sin (ф-р) sin 5, (1)
где ф - угол северной широты местности (для г.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.