Рассмотрение солнечного коллектора в качестве альтернативного источника теплоты

 

  На теплопроизводительность коллектора солнечной энергии (КСЭ) в данных климатических условиях сильно влияет температура теплоносителя Т1t на входе в КСЭ. Так, при годовом суммарном поступлении солнечной энергии на плоскость КСЭ 4060 МДж/м²

(в том числе 1880 МДж/м² диффузионного солнечного излучения) на широте 56 с.ш. годовая теплопроизводительность qk КСЭ с коэффициентами h= 0.73, Кк = 4.5 Вт/(м²_*^оС) и углом наклона b = 50^о изменяется в зависимости от температуры теплоносителя на входе в КСЭ Т1t следующим образом:

Таблица 8.

Температура Т1t, оС	5	10	15	20	25	30
Производительностьсть qk, МДж/м2	3200	2750	2500	2320	2100	1970

 

Коэффициенты a и b для основных типов КСЭ

Таблица 9.

Тип КСЭ	h	Кк	a*10-3	в*10-6
НПК-1	0,78	8,0	10,7	29,3
НПК-2	0,73	4,6	6,9	12,7
СПК-1	0,75	5,5	7,9	16,4
СПК-2	0,70	3,5	5,6	8,7
НПК-3М	0,73	1,6	6,5	12,5

Примечание. НПК – неселективный плоский коллектор; СПК – селективный плоский коллектор; 1-3 – число слоев остекления; НПМ-М коллектор с пенополистирольной изоляцией 50 мм.

Теплопроизводительность солнечной установки, т.е. то количество полезной теплоты, которая поступает к потребителю за определенный период времени (час, день, месяц, год). Она меньше теплопроизводительности солнечного коллектора на величину тепловых потерь в трубопроводах, соединяющих коллектор с тепловым аккумулятором, в нем самом, в теплообменниках, в контуре коллектора и теплового потребителя. 

 

 

10.2. Поступление тепла от солнца

 

Количество солнечной энергии поступающей на горизонтальную поверхность земли, зависит от широты местности. Годовое поступление солнечной энергии на территории России (56°с.ш.), Eg = 800 кВт×ч/м² [4]. В летнее время поступление энергии в десять раз больше, чем в зимний период. Количество солнечных дней ожидается в году 280 или 2500 часов в год, а летом 320¸400 часов в месяц.

Все расчеты и исследования по выбору режимов производились на персональном компьютере с использованием математического пакета программ типа "Mathcad Professional".

Исходные и полученные данные расчетов сведены в таблицы. Приняты следующие обозначения. Среднемесячное дневное поступление суммарной E и рассеянной Ep солнечной радиации, поступающей на горизонтальную поверхность, МДж/м²×день, средняя месячная температура наружного воздуха Tnv, в течении года, °С, фиксированный угол склонения солнца в средний день месяца в течении года помесячно d, град, средняя продолжительность дня в месяце ch, час, коэффициент ясности атмосферы Kj, коэффициент отражения поверхности земли и окружающих тел  r.

Результаты расчетов сведены в таблицу 10.

                                                                                                                           Таблица 10

Порядковый номер месяца k	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Е, МДж/м2×день	1,48	4,1	8,9	13,34	18,63	19,74	19,17	15,12	10,0	3,52	1,56	0,96
Ер, МДж/м2×день	1,25	2,93	5,25	7,51	8,31	9,73	10,26	8,10	6,12	2,7	1,13	0,81
Tnv, °С	-11,8	-11,3	-6,2	2,8	10,6	15,2	17,4	15,4	9,6	3,1	-3,5	-9,3
d, град	-20,9	-13,0	-2,4	9,4	18,8	23,1	21,2	13,5	2,2	-9,6	-18,9	-23,0
ch, час	7,5	9,5	11,5	14	16	17	16	15	12,5	10,5	8,5	7
Kj	0,38	0,39	0,41	0,46	0,5	0,48	0,43	0,47	0,42	0,31	0,33	0,36
r	0,7	0,7	0,7	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,7	0,7	0,7

 

Угол установки коллектора солнечной энергии (КСЭ) к горизонту принят b = 30 град [4].

Расчетная широта местности местоположения КСЭ принята j = 56 ° с.ш. (г. Иваново).

Рис.1. График зависимости поступления солнечной радиации и средней температуры от месяца.

 

Часовой угол захода (восхода) Солнца для горизонтальной поверхности, град, определяется по формуле:

,

Часовой угол захода (восхода) Солнца для наклонной поверхности, град, определяется по формуле:

,

В расчете используется наибольшая из двух величин, w_k = wz_k или wzn_k.

 

Рис.2. График зависимости часового угла захода в зависимости от месяца.

 

Среднемесячный коэффициент пересчета прямого солнечного излучения с горизонтальной на наклонную поверхность, для наклонного коллектора с южной ориентацией, Rp:

 

       ,    

 

Рис. 3. График зависимости среднемесячного коэффициента пересчёта прямого солнечного излучения с горизонтальной на наклонную поверхность от месяца.

 

Коэффициент пересчета количества солнечной энергии с горизонтальной поверхности на

наклонную поверхность солнечного коллектора с южной ориентацией R (Рис. 4):

Е_Р/Е - среднемесячная дневная доля рассеянного солнечного излучения.

                     ,   

 

Рис. 4. График зависимости коэффициента пересчета количества солнечной энергии с горизонтальной поверхности на наклонную поверхность солнечного коллектора с южной ориентацией R(Ep/E,Rp,r) от месяца.

 

Среднемесячное дневное количество солнечной энергии Ek, поступающей на один квадратный метр площади поверхности КСЭ, МДж/м2 в месяц:

,

где N - количество дней в расчетном месяце, дней.

Рис. 5. График зависимости среднемесячного дневного количества солнечной энергии Е_К на квадратный метр от месяца.

 

Число часов работы КСЭ Tch, час: 

Tch = 4,415×10³.

Все расчеты и исследования по производились на персональном компьютере с использованием математического пакета программ типа "Mathcad Professional".

 

Результаты расчетов сведены в таблицу11.

                                                                                                                                  Таблица 11

Месяц	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
wzk, град	0,969	1,221	1,509	1,819	2,1	2,225	2,183	1,935	1,628	1,317	1,038	0,89
wznk, град	1,383	1,458	1,550	1,652	1,738	1,780	1,761	1,688	1,590	1,488	1,403	1,362
wk, град	0,969	1,221	1,509	1,652	1,738	1,780	1,761	1,688	1,590	1,317	1,038	0,89
Rpk	1,735	1,73	1,721	1,709	1,699	1,693	1,696	1,705	1,717	1,727	1,734	1,737
Rk	1,097	1,207	1,309	1,268	1,358	1,317	1,284	1,288	1,23	1,162	1,199	1,098
Ekk, МДж/м2×месяц	50,347	138,514	361,068	507,292	784,479	780,134	763,169	603,735	368,982	126,753	56,135	32,685