Upload
aleksandar-jovanic
View
299
Download
2
Embed Size (px)
Citation preview
7/24/2019 Solarni kolektori-B.Sc. rad-Aleksandar Jovani.pdf
1/36
Zavrni predmet-Termodinamika B-Aleksandar Jovani Katedra za termomehaniku
Aleksandar Jovani, 189/10 1
1.
Ploasti kolektori
Ploasti kolektori su najire korieni tip solarnih kolektora, zato to ima jednostavnu
konstrukciju, nema pokretnih delova I zahteva malo odravanja.Njegova primena obuhvatagrejanje vode, grejanje I hlaenje prostora, I niskotemperaturske cikluse za proizvodnjuelektrine energije.
Ploasti kolektor predstavlja srce bilo kog sistema za skupljanje solarne energijedizajniranog za funkcionisanje u niskotempeaturskom reimu, od ambijentalne do 60C, ilisrednje temperaturskom reimu , od ambijentalne do 100C.Dobro kontruisan panelisporuuje toplotu po relativno niskoj ceni dug vremenski period.Ploasti kolektor je uosnovi razmenjiva toplote koji pretvara blistavu energiju sunevog zraenja u osetnutoplotu radnog fluida.Termin ploasti moe uneti malu zabludu, jer njegova povrina ne
mora biti strogo ravan moe biti kombinacija ravni, olebljenja I drugih oblika .
Ploasti kolektori imaju sledee prednosti u odnosu na druge tipove kolektora solarneenergije:
apsorbuju direktnu, difuznu I I odbijenu komponentu solarnog zraenja
fiksirani su u nagnutom poloaju, tako da nema potrebe za praenjem sunca
laki su za izradu I imaju relativno nisku cenu
imaju malu potrebu za odravanje koje je jeftino I dug radni vek
rade sa relativno visokim stepenom korisnosti
Princip na kome rade ploasti kolektori je veoma jenostavan.Ako je pare metalnog limaizloeno sunevom zraenju, njegova temperatura raste do nivoa kada je koliina energijekoju primi jednaka onoj koju oda sa svoje povri.Ova temperatura se naziva ravnoteznatemperatura.Ako je pozadina lima zatiena nekom vrstom termoizolacionog materijala, Iako je gornja strana obojena u crno I prekrivena jednim ili dva sloja stakla, onda eravnotena temperatura biti mnogo via.Ova ploa moe biti pretvorena u toplotni kolektordodavanjem sistema za cirkulisanje vode, bilo time to emo je uiniti upljom, bilospajanjem metalnih cevi u ravnu povr.Kada je ovo uinjeno potrebno je jo transportovatizagrejanu tenost u rezervoar za skladitenje.
7/24/2019 Solarni kolektori-B.Sc. rad-Aleksandar Jovani.pdf
2/36
Zavrni predmet-Termodinamika B-Aleksandar Jovani Katedra za termomehaniku
Aleksandar Jovani, 189/10 2
ematski prikaz jednog solarnog sistema 1
Za korienje toplote iz sistema, ravnotena temperaruramora da se sniava, poto se nemoe izvui korisna toplota pri maksimalnoj ravnotenoj temperature, jer je efikasnostkolektora tada ravna nuli.Drugi ekstremni sluaj je kada je brzina strujanja radnog fluidatoliko velika da je porast temperature veoma mali.U tom sluaju, iako su gubici mali Iefikasnost kolektora se pribliava maksimalno moguoj, ne moe se dobiti korisnatoplota.Optimalni uslovi rada su priblino izmeu temperature okoline I maksimalne
ravnotne temperature.To se vidi sa sledee slike:
7/24/2019 Solarni kolektori-B.Sc. rad-Aleksandar Jovani.pdf
3/36
Zavrni predmet-Termodinamika B-Aleksandar Jovani Katedra za termomehaniku
Aleksandar Jovani, 189/10 3
Predhodna slika je isto ilustrativnog karaktera, a detaljnije e biti objanjena pri analizistepena korisnosti solarnih kolektora.
1.1Ravni ploasti kolektori
Osnovni delovi od kojih je sainjen konvencionalni ravni ploasti kolektor su:
1)
apsorbujua ploa(apsorber) na koju pada I biva apsorbovano kratkotalasno
sunevo zraenje2)
cevi, kanali ili neka vrsta prolaza prikaenih na apsorbujuu plou kroz kojecirkulie radni fluid potreban za odvoenje toplote
3)
termoizolacija postavljena iza I po ivicama apsorbujue ploe koja smanjujetoplotne gubitke
4) prozrani poklopac od stakla ili prozrane plastike koji smanjuje toplotne gubitkenagore
5) vrstu kutiju(ram)koja zatvara sve pomenute komponente
7/24/2019 Solarni kolektori-B.Sc. rad-Aleksandar Jovani.pdf
4/36
Zavrni predmet-Termodinamika B-Aleksandar Jovani Katedra za termomehaniku
Aleksandar Jovani, 189/10 4
ematski prikaz konstrukcije kolektora
Primer komercijalnog panela
Radni fluid je najee voda.Ipak koristi se I meavina vode I etil en-glikola kadatemperatura okoline pada ispod 0C.
Ploati kolektori se mogu koristiti za snabdevanje niskotemperatuskom energijom,temperature uglavnom manje od 100C, u sistemima za zagrevanje vode za domainstva,poljoprivredu I industrijske potrebe, za zagrevanje I hlaenje prostora.Ploasti kolektoriklasifikovani su u tri grupe u zavisnosti od primene:
1. jednostavni I jeftini kolektori koji se koriste npr. Za zagrevanje bazena , gde nije
potreban veliki porast temperature
7/24/2019 Solarni kolektori-B.Sc. rad-Aleksandar Jovani.pdf
5/36
Zavrni predmet-Termodinamika B-Aleksandar Jovani Katedra za termomehaniku
Aleksandar Jovani, 189/10 5
2.
ploasti kolektori sa primenom u oblasti potreba za srednjim vrednostimatemperature, ko to je sluaj sa domainstvima, gde je maksimalna vrednosttemperature od 60-80C
3. dobro projektovani I sofisticirani kolektori sa primenom u procesu zagrevanja ili
proizvodnjom elektrine energije manjeg obima, gde su potrebne temperature od80-95C.
Postoji mnogo varijanti apsorbera koji dobro funkcioniu I oni su dati na slici.
1.2 Materijali za ravne ploase kolektore
Za dizajniranje I konstruisanje solarnih kolektora poznavanje karakteristika materijala
razliitih komponenti je neophodno da bi se predvidele performanse I izdrljivostkolektora.Ove osobine mogu biti rzvrstane u tri kategorije:termofizike, fizike Iekoloke.Termofizike osobine obuhvataju toplotnu provodljivost, toplotni kapacitet I.Fizike osobine ukljuuju gustinu, napon teenja, taku topljenja I modulelastinosti.Ekoloke osobine obuhvataju izdrljivost prema UV zracima I uticaju vlage,otpornost prema koroziji kao I razgrdnju usled zagaenosti atmosfere.Izdrljivost jenajee previen kriterijum pri konstruisanju kolektora.
1.2.1 Apsorber
Materijal apsorbera treba da ima veliku toplotnu provodljivost, adekvatnu otpornost na
istezanje I sabijanje, I dobru otpornost na koroziju.Bakar je veoma pogodan jer ima veliku
toplotnu provodljivost I otporan je na koroziju.Drugi pogodni materijali za izradu apsobera
su aluminijum, elik I razliite vrste termoplastike.
7/24/2019 Solarni kolektori-B.Sc. rad-Aleksandar Jovani.pdf
6/36
Zavrni predmet-Termodinamika B-Aleksandar Jovani Katedra za termomehaniku
Aleksandar Jovani, 189/10 6
Bakarni apsorberi
1.2.2 Izolacija
Dostupno je vie termoizolacionih materijala koji mogu biti korieni da bi se smanjilitoplotni gubici sa apsorbera I cevi.Karakteristike koje treba da ima izolacioni material
su:malu toplotnu provodljivost, stabilnost na visokim temperaturama(do 200C), ne sme sedegazovati do temperature od 200C, poeljno je da se samonosi I da nema tendencijusleganja, da je jednostavan za postavljanje.
1.2.3 Pokrov
Karakteristike pokrova kroz koji prolazi solarna energija je od izuzetne vanosti za dobrofunkcionisanje kolektora.Funkcije pokrova su:
da propusti to vie solarne energije do apsorbera
da minimizuje gubitak toplote usmeren od apsorbera ka okolini
da titi apsorber od od direktnog uticaja vremenskih uslova
Najkritiniji faktori za material apsorbera su vrstoa, izdrljivost, postojanost Ipropustljivost za solarno zraenje.
Kaljeno staklo je najei materijal za pokrov zato to ima veliku izdrljivost I stabilnostkada je izloeno UV zracima.Pokrov od kaljenog stakla je visoko otporan prema lomuizazvanom bilo termalnim naponima, bilo od vremenskih nepogoda.Pokrov od stakla
7/24/2019 Solarni kolektori-B.Sc. rad-Aleksandar Jovani.pdf
7/36
Zavrni predmet-Termodinamika B-Aleksandar Jovani Katedra za termomehaniku
Aleksandar Jovani, 189/10 7
takoe smanjuje gubitke zraenja sa apsorbera zato to je nepropusno za dugotalasnozraenje koje emituje apsorber.Prozrani plastini materijali poput leksana takoe mogubiti korieni za material pokrova.Meutim, one imaju ogranien radni vek zato to UVzraenje negativno utie na njihovu propustljivost.Takoe, I one su sekektivne, u smislu dane proputaju dugo talasno zraenje, ali rade to manje efikasno od stakla.Glavne prednostiplastinih materijala su:otpornost prema lomu, mala masa, I ponekad nia cena.
Indeks prelamanja
Odnos brzina svetlosti u dvema datim sredinama je neimenovan broj koji se naziva indeks
prelamanja i obeleava se sa n. Indeks prelamanja neke providne sredine u odnosu navakuum naziva se apsolutni indeks prelamanja.
- gde je brzina svetlosti u vakuumu, a c je brzina svetlosti u datoj sredini.Veina vrsti stakla I plastinih materijala imaju indeks prelamanja oko 1.5.Ukoliko nisuprimenjeni specijalni premazi povrine pokrova, priblino 8% solarnog zraenja bivareflektovano nazad.Pritom, vie zraenja e biti eflektovano pri veim ulaznimuglovima.Tako, maksimalna propustljivost za jednostruko, savreno providno,neapsorbujue staklo iznosi 92%.Kod vieslojnih pokrova, javljaju se dodatni gubici upropustljivosti, oko 8% za svako dodatno staklo.Takoe, postoji dodatno smanjenjepropustljivosti usled apsorbovanja solarnog zraenja od strane samogmaterijala.Reflektovanje zraenja moe se smanjiti primenom antirefleksnih premaza ili
graviranjem poine pokrova.Graviranjem se stvara povrinski sloj koji ima indekprelamanje manji od 1.5, to rezultuje smanjenjem refleksije.
Proces prostiranja toplote kod jednog ploastog kolektora
7/24/2019 Solarni kolektori-B.Sc. rad-Aleksandar Jovani.pdf
8/36
Zavrni predmet-Termodinamika B-Aleksandar Jovani Katedra za termomehaniku
Aleksandar Jovani, 189/10 8
Propustljivost stakla zavisi od sadraja gvoa u njemu.Obino prozorsko staklo, kada segleda pod odreenim uglom, ima zelenu boju zbog sadraja gvoe-oksida.Kristalno belostaklo ima najmanji sadraj gvoa u sebi, I stoga, najveu propustljivost za solarnozraenje.
Pri izboru stakla za pokrov, mora se voditi rauna da njegova vrstoa bude adekvatna dabi se izbegli lomovi usled dejstva vetra I snega, ili drugih oekivanih optereenja.Staklenipokrov jednog solarnog kolektora bi trebalo da bude debelo najmanje 0,33 cm.
Termalna naprezanja takoe moraju biti uzeta u obzir.Ona mogu biti posledica vierazliitih procesa.Prvo mogu biti posledica dnevnog zagrevanja I hlaenja kolektora.Naprimer, u danima kada se smenjuju oblaci I sunce, temperature stakla moe porati ilismanjiti se za 50C ili vie u roku od par minuta.Pritom, centralni deo zastakljenja e sebre grejati nego njegove ivice.Ovo rezultuje pojavom termalnih napona na ivcama pokrova.Dodatni naponi se mogu javiti kada kada se kolektor nalazi u polusenci.Sve ovo vrlo lako
moe prouzrokovati pucanje stakla, pa zato je gotovo neizostavna primena kaljenog stakla.
1.3 Efikasnost ploastog solarnog kolektora
Energetski bilans ploastog kolektora u stacionarnom stanju je:
+ (1)Gde su:
= ukupno solarno zraenje koje dospe na jedinicu povrine kolektora u jedinici vremena. povrina apsorbera korisna toplota gubici toplote efektivni proizvod propustljivosti I apsorpcije gde je:
Pri emu su:
=apsorpcija apsorbera
=difuzna refleksija sa pokrova
7/24/2019 Solarni kolektori-B.Sc. rad-Aleksandar Jovani.pdf
9/36
Zavrni predmet-Termodinamika B-Aleksandar Jovani Katedra za termomehaniku
Aleksandar Jovani, 189/10 9
=propustljivost pokrovaSada moemo izraziti korisnu koliinu toplote koju kolektor daje:
(2)
Gde je
uopteni koeficijent gubitka= ) prosena temperature apsorbera temperatura okoline.Sledea slika ilustruje process razmene toplote putem kondukcije, konvekcije I radijacije usluaju jednogploastog kolektora:
Sada moemo uvesti novu veliinu,factor odvoenja toplote:
Kada se uzme u obzir jednaina(2) postaje:
(2)
7/24/2019 Solarni kolektori-B.Sc. rad-Aleksandar Jovani.pdf
10/36
Zavrni predmet-Termodinamika B-Aleksandar Jovani Katedra za termomehaniku
Aleksandar Jovani, 189/10 10
Gde je temperatura fluida na ulasku u kolektor.Stepen korisnosti solarnog kolektora je definisan kao:
Odnosno:
Kada sve uvrstimo u jednainu (2) dobijamo:
Faktor odvoenja toplote se moe izraunati prema sledeem obrascu:
Gde su:
=maseni protok fluida=toplotni kapacitet radnog fluida stepen korisnosti ploe kolektoraStepen korisnosti apsorbera kolektora je definisan kao:
Ona najvie zavisi od geometrije povrine kolektora, I predstavlja korisnu veliinu za ocenuperformansi kolektora.
Sada jednaina postaje: Gde je:
7/24/2019 Solarni kolektori-B.Sc. rad-Aleksandar Jovani.pdf
11/36
Zavrni predmet-Termodinamika B-Aleksandar Jovani Katedra za termomehaniku
Aleksandar Jovani, 189/10 11
=temperature fluida na ulazu=temperature fluida na izlazuStepen korisnosti apsorbera
za tip apsorbera koji je sainjen od ploe I cevi moe se
izraunati prema sledeem obrascu:
Gde je:
W=osno rastojanje susednih cevi
D=spoljni prenik cevi
=koeficijent prelaza toplote sa cevi na fluid=toplotna provodljivost cevi=provodljivost rebara izmeu cevi b=irina rebra
t=debljina rebra
=debljina cevi.
1.3.1 Uopteni koeficijent gubitka toplote
Poto je prenos to vee koliine toplote na radni fluid od najveeg interesa, oigledno je dase gubici toplote u okolinu moraju minimizirati, I da koeficijent prolaza toplote procesa
razmene toplote mora biti to vei.Jedini nain da se smanje gubici toplote kondukcijom saapsorbera je da se obezbedi adekvatna izolacija sa zadnje strane I po ivicama
apsorbera.Dobri izolacioni materijali poput staklene vune, poliuretana, ekstrudiranog
polistirola I sl. imaju malu toplotnu provodljivot(izmeu 0.02-0.04).Dodatno se moe
koristiti aluminijumska folija sa spoljne strane izolacionog materijala koja odbija zraenjepozadine apsorbera.
Gubici zraenja od apsorbera nagore mogu se uspeno smanjiti korienjem staklenih iliplastinih pokrova.Propustljivost za kratkotalasno I refleksija za dugotalasno zraenje semoe ostvariti korienjem antireflektujuih premaza.Gubici zraenja od crnih apsorberamogu se smanjiti korienjem crnih premaza koji imaju visoku mogunost upijanja I niskuemisivnost kratkotalasnog zraenja.
7/24/2019 Solarni kolektori-B.Sc. rad-Aleksandar Jovani.pdf
12/36
Zavrni predmet-Termodinamika B-Aleksandar Jovani Katedra za termomehaniku
Aleksandar Jovani, 189/10 12
Gubici toplote konvekcijom sa apsorbera na prvu pregradu mogu se smanjiti vakumiranjem
prostora(jedino mogue kod vakumskih cevastih kolektora), optimizacijom veliinemeuprostora izmeu apsorbera I pregrada, ili korienjem prozrane structure u oblikusaa u meuprostoru.
Uopteni koeficijent gubitka toplote je teko odrediti zato to pored toga to zavisi odmehanizma prenosa toplote(kondukcija, konvekcija, zraenje), zavisi I od temparatueapsorbera, vazduha, neba, temparatura jednog ili vie pokrova , mogunosti upijanja Iemisivnosti premaza pokrova, brzine vetra, toplotne provodljivosti I debljine izolacije I
nagiba kolektora.Ako izrazimo gubitak toplote kolektora pomou uoptenog koeficijentagubitka toplote, bie:
Gde su:
=jedinini gubitak toplote kolektora(po jedinici povrine)=uopteni koeficijent gubitka toplote definisan kao odnos gubitka toplote kolektora ijedinice povrine kolektora I jedininij razlici temperature izmeu apsorbera I okoline,
=srednja vrednost temperatue apsorbera=temperatura okoline.Uopteni koeficijent gubitka toplote sainjen je od tri komponente, koeficijenta gubitka
nagore , koeficijenta gubtka nadole I koeficijenta gubitka sa strane : Gde su:
Gde su ,, jedinini gubici toplote kolektora nagore, nadole I sa strane,respektivno.Pritom vai:
++
7/24/2019 Solarni kolektori-B.Sc. rad-Aleksandar Jovani.pdf
13/36
Zavrni predmet-Termodinamika B-Aleksandar Jovani Katedra za termomehaniku
Aleksandar Jovani, 189/10 13
Uopteni koeficijent gubitka toplote je jedan od najvanijih parametara I trebalo bi danjegova vrednost bude to manja, da bi se unapredila efikasnost kolektora.
1.3.2 Gubitak toplote kolektora nagore
Ravan ploasti kolektor se sastoji od apsorbera sa jednim, dva ili vie stakala sa straneizloene suncu, izolacije zadnje strane I oklopa koji sve dri zajedno.Toplotni gubitakkolektora nagore sastoji se od konvektivnog gubitka I gubitka zraenjem.
Gubitak toplote putuje prvo sa apsorbera na prvo staklo, potom od prvog stakla na drugo,
od drugog do treeg I sve tako, I na kraju sa poslednjeg stakla u okolinu.Za razmatranje ebiti uzet kolektor koji ima dva stakla.Tada je toplotni gubitak jedinice povrine apsorbera:
( )+
Gde je:
=koeficijent prelaza toplote sa apsorbera na prvo staklo=temperatura prvog stakla= emisivnost apsorbera
=emisivnost stakla
Predhodna jednaina se moe napisati I u sledeoj formi:
( )Gde je:
7/24/2019 Solarni kolektori-B.Sc. rad-Aleksandar Jovani.pdf
14/36
Zavrni predmet-Termodinamika B-Aleksandar Jovani Katedra za termomehaniku
Aleksandar Jovani, 189/10 14
fiktivni koeficijent prelaza, a odnosi se na toplotu razmenjenu zraenjem.Slino se vri
analiza razmene toplote izmeu prvog I drugog stakla: ( )Konano toplotni gubitak po jedinii povrine kolektora ka okolini se moe napisati kao:
( )+ Ili posle uproavanja
( )Gde je:=koeficijent prelaza toplote sa spoljne strane fiktivni koeficijent prelaza toplote, a odnosi se na koliinu toplote razmenjenu zraenjemizmeu gornjeg stakla I okoline.
Ukoliko postoji n stakala tada se javlja n+1 nelinearnih diferencijalnih jednaina koje semoraju reavati postupkom iteracija da bi nali vrednost , to je veoma teakzadatak.ak je I tane vrednosti koeficijenta prelaza toplote , I koeficijent prelazatoplote od zraenja veoma teko odrediti sa zadovoljavajuom tanou.1.3.3 Koeficijent gubitka toplote nagore(eksperimentalni)
Za raunanje ovog gubitka se moe koistiti prethodno izvedeni obrasci.Ali za to je potrebanzametan raun I dosta vremena.Da bi se to izbeglo neki praktiari razvili su empirijskejednaine za raunanje koeficijenta gubitka toplote nagore.Te jednaine se zasnivaju naproraunu na velikog broja ploastih kolektora.Jedna od najeih empirijsih jednaina jesledea:
7/24/2019 Solarni kolektori-B.Sc. rad-Aleksandar Jovani.pdf
15/36
Zavrni predmet-Termodinamika B-Aleksandar Jovani Katedra za termomehaniku
Aleksandar Jovani, 189/10 15
Gde su:
N=boj stakala
=ugao nagiba kolektora u odnosu na horizontal
=emisivnost stakla=emisivnost apsorbera
=temperature okoline
=srednja temperature apsorbera =koeficijent prelaza toplote sa strane okoline =razmak izmeu stakla I apsorbera Raunanje gubitka toplote za etiri tipina solarna kolektora: sa jednim staklom, sa dvastakla, sa selektivnim apsorberom, I sa neselektivnim apsorberom dati su na slici.
7/24/2019 Solarni kolektori-B.Sc. rad-Aleksandar Jovani.pdf
16/36
Zavrni predmet-Termodinamika B-Aleksandar Jovani Katedra za termomehaniku
Aleksandar Jovani, 189/10 16
1.3.4 Gubitak toplote nadole
U jednom ploastom kolektoru , prikazanom na slici, gubitak toplote sa zadnje straneapsorbera sastoji se od gubitka kondukcijom, konvekcijom I zraenjem.Meutim gubitakkonvekcijom I zraenjem je zanemarljiv u odnosu na gubitak konvekcijom.Tada je
koeficijent gubitka toplote nadole , priblino dat izrazom: Gde je:
=toplotna provodljivost izolacije sa zanje strane=debljina izolacije sa zadnje straneOvde vai pretpostavka da je razmena toplote stacionarna I jednodimenzijska.ematskiprikaz gubitka toplote nadole I gubitka sa trane dat je na slici:
1.3.5 Koeficijent gubitka toplote sa strane
Raunanje gubitka toplote kroz ivice kolektora, je teko za veinu kolektora.Poto jeveina kolektora dobro izolovana sa zadnje strane I po ivicama ovaj gubitak se moezanemariti.Meutim poto je poznata debljine izolacije ivica, moemo izraunati ovaj
gubitak kao:
Odnosno:
7/24/2019 Solarni kolektori-B.Sc. rad-Aleksandar Jovani.pdf
17/36
Zavrni predmet-Termodinamika B-Aleksandar Jovani Katedra za termomehaniku
Aleksandar Jovani, 189/10 17
1.4 Poveanje efikasnosti ploastog kolektora
Efikasnost ploastog kolektora moe biti unapreena na sledee naine:
1.
inteziviranjem prolaza toplote kroz kolektor na radni fluid.Ovo se moepostii poveanjem:
i.
propustljivosti pokrova
ii. apsorpcije apsorbera
iii.
koeficijenta prelaza toplote sa apsorbera na radni fluid
2.
smanjenjem odavanja toplote sa apsorbera na okolni vazduh.Ovo se postesmanjenjem konduktivnih, konvektivnih I gubitaka zraenjem:
I.
Gubici kondukcijom koji se javljaju kroz pozadinu I strane kolektora
mogu se smanjiti korienjem optimalne debljine izolacije.Takoe jeveoma bitan vazduni meuprostor izmeu pokrova I apsorbera.Kadaje on optimalan on smanjuje gubitke.Opciono se moe koristiti veibroj pokrova, da bi se formirao vei broj vazdunih meuprostora.Aliovo umanjuje koliinu energije koja e biti proputena doapsorbera.Kolektor sa jednostrukim pokrovom je efikasan kada
temperatura apsorbera nije vea odtemperature spoljnog vazduha; alion postaje znatno manje efikasan kako razlika temperature
raste.Tako, visokotemperaturski kolektori zahtevaju vie od jednogpokrova.
II. Konvektivni gubici mogu biti razvrstni na unutranje konvektivnegubitke sa apsorbera na pokrov, I na spoljanje konvektivne gubitkesa pokrova na okolni vazduh.U odsustvi vetra, spoljanji konvektivnigubici izazvani su prirodnom konvekcijom.Bilo bi izuzetno korisno
smanjiti unutranje konvektivne gubitke, jer se tako sniavatemperatura pokrova.Priroda konvekcije takoe zavisi od graninihuslova I od karakteristika strujnog prostora.Pored toga to vazdunimeuprostor treba drati uskim, structure u obliku saa se mogupostaviti izmeu apsorbera I pokrova, to e umanjiti mogunostkomeanja.Meutim, problemi koji se javljaju pri inkorporaciji saasu:a)odbija deo solarnog zraenja, b)poveava toplotnu provodljivostprostora izmeu apsorbera I pokrova,I c)poveava cenukolektora.Takoe treba uzeti u obzir vakumiranje meuprostra, to seprimenjuje kod vakumskih cevastih kolektora.
III.
Gubici zraenjem apsorbera ka spoljanosti mogu se smanjitiprimenom spektralno selektivnog premaza apsorbera.Ovi premazi
7/24/2019 Solarni kolektori-B.Sc. rad-Aleksandar Jovani.pdf
18/36
Zavrni predmet-Termodinamika B-Aleksandar Jovani Katedra za termomehaniku
Aleksandar Jovani, 189/10 18
imaju veliku sposobnost da apsorbuju u solarnom spektru zraenja,ali znatno niu emisivnost.Toplotno zraenje koje emituje apsorbertakoe moe biti smanjeno, tako to e biti odbijeno nazad sastakla.To se postie primenom reflektivnih premaza stakla.
1.5Selektivne povrine
Za efikasno prikupljanje solarne energije, poeljno je da apsorber upija to je vie moguedozraene energije, a da pri tom emituje to manje zraenja.Ovo je izvodljivo poto je 96%sunevog zraenja u podruju talasnih duina 0.2-2.5 m, a 99% zraenja koje emitujeapsorber na temperature oko 100C u podruju talasnih duina veih od 2.5 m.Selektivnapovrina ima visoku sposobnost apsorpcije kratkotalasnog zraenja(manjeg od 2.5 m), Inisku emisivnost dugotalasnog zraenja.Selektivna povrina se moe dobiti korienjem
raznih vrsta premaza apsorbera.premaz treba da ima sledee fizike osobine:
i.
Mogunost apsorpcije solarnog spectra(0.2-2.5 m) mora biti visokaii. Emisivnost za talasne duine vee od 2 m mora biti niska
iii.
Spektralni prelaz izmeu podruja visoke apsorpcije I niske emisivnosti mora bitito otriji, a prelazna zona to ua
iv.
Optiko-fizike osobine premaza moraju biti stabilne tokom dugog vremenskogperioda rada na visokim temperaturama, ciklinog termalnog optereenja, UVzraenja
v. Prijanjanje premaza na podlogu mora biti dobro
vi. Premaz mora biti lako primenljiv I ekonomian
Idealni solarni apsorber bi trebalo da potpuno apsorbuje solarno zraenje,odnosno da muapsortivnost bude =1,I u isto vreme ne bi smeo uopte da odaje zraenje, odnosno da muemisivnost bude =o.Ponaanje jedne takve idealno selektivne povrine prikazano je naslici.Meutim poto je nemogue napraviti takav idealan apsorber, koriste se premazi kojitee da to vie uveaju , a to vie smanje .Dakle njihov zadatak je da odravaju odnos/.
7/24/2019 Solarni kolektori-B.Sc. rad-Aleksandar Jovani.pdf
19/36
Zavrni predmet-Termodinamika B-Aleksandar Jovani Katedra za termomehaniku
Aleksandar Jovani, 189/10 19
Na sledeoj slici prikazane su osobine nekih selektivnih premaza, kao I ponaanje jedneidealne selektivne povrine.
Uzimjui u obzir jedino solarno I dugotalasno zraenje, postoji etiri tipa selektivnihpovria.Prvi tip je onaj koji e apsorbovati I emitovati to je vie mogue zraenja svihtalasnih duina.Takva povrina je u stvari crno telo.Drugi tip e apsorbovati maksimumsolarnog zraenja, a emitovae to je manje mogue.Trei tip nisku solarnu apsortivnost Ivisoku emisivnost, dok etvrti tip ima obe male.Praktino selektivne povrine se mogudobiti jednom od sledeih dve procedure:
1.
Tanka optiki crna povrina se nanosi na sjajnuj metalnu podlogu(koja imanisku emisivnost)
2.
Tanak sloj metala poput zlata se nanosi na crnu podlogu.
Praktino sve selektivne povrine koje su u upotrebi pripadaju prvom tipu.One ukljuujuokside metala I sulfide nanete u sloju na razliite metale:npr. Nikl-cink-sulfid (NiZnS)poznatiji kao crni nikl, crni hrom(CrCr2O3), bakar oksid(CuO), gvoe oksid(Fe3O4) I kobaltoksid(Co3O4).ovi premazi se na apsorber nanose procesom elektrolize.
Izgled jednog apsorbera na kiji je nanet selektivni premaz dat je na slici:
7/24/2019 Solarni kolektori-B.Sc. rad-Aleksandar Jovani.pdf
20/36
Zavrni predmet-Termodinamika B-Aleksandar Jovani Katedra za termomehaniku
Aleksandar Jovani, 189/10 20
2. Solarni koncentratori
Solarni koncentratori poveavaju koliinu energije dospele do povrine apsorbera.Ovopoveanje se postie korienjem reflektujuih ili refraktujuih povri koje koncentriusolarno zraenje.Zbog stalnog kretanja sunca, koncentrujua povr nije u mogunosti dapreusmeri suneve zrake na apsorber tokom celog dana ukoliko su I jedno I drugonepokretni.Idealno bi bilo da sistem za koncentrisanje prati sunce, tako da zraci uvek
padaju na apsorber.Zato se solarni koncentrator uglavnom sastoji od:
1.
Fokusirajueg ureaja2.
Apsorbera koji je predvien sa ili bez pokrova3. Ureaja za neprekidno praenje sunca.
Sa ovakvim ureajima se mogu postii temperature I do 3500C.Solarni koncentratoriimaju sledee prednosti:
1.
Temperatura koja se isporuuje je via to rezultuje veom termodinamikom
efikasnou2.
Gubici su smanjeni jer je smanjena povrina sa koje se toplota gubi3.
Smanjenom cenom pojedinih delova zbog njihove manje povrine4. Skladitenje toplote na vioj temperaturi rezultuje smanjenim trokovima
skladitenja.
Meutim I pored prednosti ova vrsta kolektora ima I neke dodatne gubitke u odnosu npr.,ploaste kolektore.Oni obuhvataju gubitke pri refleksiji ili apsorpciji, koji se stvaraju nanovouvedenim delovima sistema:ogledalima ili soivima.Takoe se javljaju gubici usledgeometrijske nesavrenosti optikog sistema.Kombinovani efekat svih ovih gubitaka seizraava preko veliine koju nazivamo optika efikasnost, a gubici se nazivaju optiki
gubici.Ali optiki gubici ne dominiraju u onom obimu kao to bi to bio sluaj kod ploastogkolektora.Uvoenje novih gubitaka je kompenzovano injenicom da je koliina dozraeneenergije koncentovana na malu povrinu.
Ranije je bilo istaknuto da je jedna od prednosti ploastih kolektora njihova jednostavnostkonstrukcije I odravanja.Isto se ne moe kazati za solarne koncentratore.Zbog obaveza daprate Sunce ovi kolektori moraju biti opremljeni sloenim sistemom za tu svrhu.Usvojeninain praenja Sunca I njegova preciznost veoma variraju u zavisnosti od konstrukcije Inamene kolektora.Kod kolektora koji imaju nizak stepen koncentrisanja, esto se predviajedno ili dva usklaivanja orijentacije na dan.Na drugoj strain, kod kolektora sa visokimstepenom koncentrisanja neophodno je predvideti kontiualno prilagoavanjeorijentacije.Potreba da se uvede neka forma praenja uvodi izvesnu sloenost celokupnekonstrukcije.Potrebe za odravanjem su takoe poveane.
7/24/2019 Solarni kolektori-B.Sc. rad-Aleksandar Jovani.pdf
21/36
Zavrni predmet-Termodinamika B-Aleksandar Jovani Katedra za termomehaniku
Aleksandar Jovani, 189/10 21
2.1 Definicije
Termin koncentrator se odnosi na optiki podsistem koji usmerava solarno zraenje naapsorber.
Otvor (W) je ravan kroz koju prolazi solarno zraenje.
Stepen koncentrisanja (C) je odnos efektivne povrine otvora I povrineapsorbera.Vrednosti stepena koncentrisanja variraju od jedinice(sluaj kod ploastihkolektora) pa do par stotina(kod parabolinih koncentratora).
2.2 Metode klasifikacije
Postoji mnogo vrsta solarnih koncentratora koji mogu biti razvrstani na mnogo
naina.Mogu biti reflektujui, kada koriste ogledala, ili refraktujui kada koristesoiva.Reflektujua povr moe biti parabolina, sferina ili ravna.
Stepen koncentrisanja takoe se moe koristiti kao kriterijum za klasifikaciju.Poto stepen
koncentrisanja priblino odreuje temperatuski ospeg rada kolektora, ovaj nainklasifikovanja ekvivalentan je klasifikovanju kolektora po njegovoj radnoj temperaturi.
Konano solarne koncentratore moemo klasifikovati prema usvojenom tipu za praenjeSunca.U zavisnosti od ugla prihvatanja , praenje moe biti naizmenino ilikontinualno.Takoe praenje moe biti pomou jedne ili dve ose.
7/24/2019 Solarni kolektori-B.Sc. rad-Aleksandar Jovani.pdf
22/36
Zavrni predmet-Termodinamika B-Aleksandar Jovani Katedra za termomehaniku
Aleksandar Jovani, 189/10 22
2.3 Tipovi solarnih koncentratora
Razliiti tipovi solarnih kolektora prikazanisu na sledeoj slici.
Prvi tip prikazan na slici pod a) je ploastikolektor sa prilagodljivim ogledalima koja
reflekuju zraenje na apsorber.On jejednostavan, ima stepen koncentrisanja netopreko jedinice I moe se koristiti zadostizanje temperatura za 20-30C viih negokod primene samo ploastog kolektora.
Sloeni parabolini koncentrator prikazan jena slici pod b).Koncentrator se sastoji odzakriljenih segmenata koji predstavljaju
delove dve parabole.Stepen koncentracije je
umeren I uglavnom izmeu 3 I 10.Glavnaprednost sloenog parabolinogkoncentratora je to to ima veliki prihvatniugao, pa zbog toga zahteva samo povremeno
praenje.Dodatno, njegov stepenkoncentrisanja je jednak maksimalnom za
dati prihvatni ugao.
Sledei tip kolektora prikazan je na slici pod c).Radi se o cilindrinom parabolinomkoncentratoru.
Za razliku od cilindrinog parabolinog kolektora kod kojeg koncentrator rotira I pratisunce , tip pod d) ima fiksirani koncentrator I pokretni apsorber.Koncentrator ini reddugakih I uskih ravnih ogledala, fiksiranih na cilindrinu povr.
Koncentracija zraenja se takoe moe postii korienjem soiva.Najee korieni tipsoiva je Fresnel soivo prikazano na slici pod e).Ono predstavlja tanko pare stakla, ravnosa jedne strane I sa finim uzdunim lebovima sa druge strane.Uglovi ovih lebova su takvida oni koncentriu zraenje u liniju. Kolektoriprikazani pod c), d), e) koncentriu zraenje
u liniju, I imaju stepen koncentrisanja izmeu 10 i 80, odnosno dostiu temperatureizmeu 150C I 400C.
Da bi se postigli vei stepeni koncentrisanja I vie temperature, postaje neophodnofokusiranje u taku, pre nego fokusiranje u liniju.Tako fokusirajui parabolini kolektormoe da ima stepen koncentrisanja od 100 pa do nekoliko stotina, i proizvodi temperaturuak I do 2000 C.Meutim, sa stanovita mainstva , postoje ogranienja u veliini
7/24/2019 Solarni kolektori-B.Sc. rad-Aleksandar Jovani.pdf
23/36
Zavrni predmet-Termodinamika B-Aleksandar Jovani Katedra za termomehaniku
Aleksandar Jovani, 189/10 23
koncentratora, samim tim, I koliine energije koju mogu da prikupe.Postoje komercijalneverzije sa prenikom otvora od 17m.Na sledeoj slici prikazan je jedan takav kolektor.
2.4 Termalna analiza solarnih koncentratora
Kao kod ploastih kolektora, energetski bilans za solarni koncentrator u stacionarnimuslovima:
Gde je:
= ukupno solarno zraenje koje dospe na jedinicu povrine otvora koncentratora ujedinici vremena.
povrina apsorbera
korisna toplota gubici toploteAnalogno, kao kod ploastog kolektora, gubici se mogu izraziti u funkciji uoptenogkoeficijenta gubitka toplote UG:
= ), odnosno: = )Gde su: prosena temperature apsorbera temperatura okolineKada se iskombinuju prethodne jednaine dobijamo:
Gde je:
stepen koncentrisanja.
7/24/2019 Solarni kolektori-B.Sc. rad-Aleksandar Jovani.pdf
24/36
Zavrni predmet-Termodinamika B-Aleksandar Jovani Katedra za termomehaniku
Aleksandar Jovani, 189/10 24
2.5 Performanse cilindrinog parabolinog kolektora
Cilindrini parabolini kolektor je jedan od najboljih dostupnih komercijalnih solarnihkoncentratora, I jedan je od onih koji su veoma mnogo ispitivan I teoretski I praktino.Zatoe njemu biti posveena posebna panja.Deo jednog cilindrinog parabolinog kolektoraprikazan je na slici.
Njegovi osnovni delovi su:
1. Parabolini reflector(sa povrinom otvora od 1-5)2.
Apsorber u obliku cevi, napravljene od celika ili bakra, prenika 2,5-5 cm koja jeprekrivena selektivnim premazom
3.
Stakleni pokrov koji predstavlja cev od stakla koncentrino postavljen u odnosu nacev apsorbera.Pri tom je meuprostor veliine 1-2 cm, I obavezno je vakumiran.
Sema jednog realnog parabolinog koncentratora
7/24/2019 Solarni kolektori-B.Sc. rad-Aleksandar Jovani.pdf
25/36
Zavrni predmet-Termodinamika B-Aleksandar Jovani Katedra za termomehaniku
Aleksandar Jovani, 189/10 25
Parabolini reflektor usmerava svo dolazee zraenje na apsorber.Pritom radni fluidstruji kroz apsorber.Parabolini reflektor definisan je njegovim prenikom otvora D Iuglom qr..Fokalno rastojanjef parabole definisano je uglom qr I prenikom otvora D:
Geometrijski stepen koncentrisanja za cevasti apsorber dat je izrazom:
Optika efikasnost, , data je izrazom:
Gde su:
=refleksija ogledala=propustjivost stakla=apsortivnost cevi apsorbera=osenanost ogledala apsorberom=greka nagiba ogledala=devijacija ugla zraka=greka praenja=ugao pod kojim zraci dospevaju na ravan otvora parabolinog ogledala=geometrijski factor koji ukljuuje uticaj senki I gubitaka zraenjem I reflekijom.
Uglavnom optika efikasnost parabolinog reflektora varira od 0.60-0.70.Termalnaefikasnost parabolinog koncentratora se moe odrediti kao:
0 TP TaItC Uopteni koeficijent gubitka toplote je jedan od najvanijih parametara I moe seizraunati na sledei nain:
-1Gde su:
=povrina risivera(apsorbera)
7/24/2019 Solarni kolektori-B.Sc. rad-Aleksandar Jovani.pdf
26/36
Zavrni predmet-Termodinamika B-Aleksandar Jovani Katedra za termomehaniku
Aleksandar Jovani, 189/10 26
=povrina staklenog pokrova=koeficijent prelaza toplote izmeu pokrova I okoline=fiktivni koeficijent prelaza toplote koji se odnosi na zraenje izmeu pokrova Iokoline=
=fiktivni koeficijent prelaza toplote koji se odnosi na zraenje izmeu apsorbera Ipokrova=
Takoe moemo definisati factor odvoenja toplote, , kao I u sluaju ploastog kolektora:
Gde su:
=maseni protok fluida=toplotni kapacitet radnog fluida stepen korisnosti apsorberaZa cevasti apsorber sa unutranjim prenikom I spoljanjim prenikom kojiima koeficijent prelaza toplote izmeu apsorbera I fluida, stepen korisnosti apsorberadat je izrazom:
Gde je toplotna provodljivost apsorbera.
Konano dolazimo do izraza za korisnu koliinu toplote:
Gde su:
=povrina otvora=temperatura radnog fluida na ulazu u kolektor=temperatura okoline=zraenje koje upija apsorber=
7/24/2019 Solarni kolektori-B.Sc. rad-Aleksandar Jovani.pdf
27/36
Zavrni predmet-Termodinamika B-Aleksandar Jovani Katedra za termomehaniku
Aleksandar Jovani, 189/10 27
2.6 Primene solarnih koncentratra
Interesantan vid primene temperaturnih kapaciteta koncetratora su solarne pei.Najveasolarna pe, smetena u Francuskim Pirinejima, sadri 63 ogledala ukupne povrine odpriblino 2835 m koja proizvode temperaturu od 3 200C. Ovakve pei su idealne uistraivanjima koja zahtevaju visoke temperature i okruenje bez kontaminanata,kao to jesluaj kod ispitivanja termikih svojstava materijala.
Jo jedna vrsta koncentratora naziva se centralni prijemnik (na zapadu poznat i kao powertower); polje reflektora je postavljeno na kompjuterski kontrolisane heliostate kako bipratili putanju Sunca i fokusirali svetlost na kotao sa vodom postavljen na vrhu tornja.
Dobijena para se moe koristiti u konvencionalnim termoelektranama koje rade po Rankin-Klauzijusovom cilkusu, radi dobijanja elektrine energije.
Ovakvo eksperimentalno postrojenje, Solar Jedan (Solar One) je osamdesetih godina
podignuto u pustinji Mohave. Tokom ranih devedesetih podignuto je drugo postrojenje,
Solar Dva (Solar Two), koje primenjuje topljenu so grejanu u kotlu do temperature do
574C radi proizvodnje struje.Vrela so se potom skladiti i kasnije koristi radi pretvaranjavode u paru koja pokree turbine elektrogeneratora
7/24/2019 Solarni kolektori-B.Sc. rad-Aleksandar Jovani.pdf
28/36
Zavrni predmet-Termodinamika B-Aleksandar Jovani Katedra za termomehaniku
Aleksandar Jovani, 189/10 28
3. Vakumski kolektori
Oigledan problem ploastih kolektora u vidu nemogunosti da se adekvatno izoluju sagornje strane(ne postoji mogunost da se izoluje velika staklena povrina) doveo je do togase razviju vakumski kolektori.Vakumski kolektori se sastoje od niza staklenih cevi.Svaka
cev je napravljena od arenog borosilikatnog stakla, I u sebi sadri apsorber u vidu cevi.Utoku procesa proizvodnje, obezbeuje se vacuum unutar staklen cevi.Odsustvo vazduhapredstavlja dobru vrstu izolacije, jer je spreen prenos toplote konvekcijom Ikondukcijom.Ova injenica omoguava postizanje viih temperatura povrine apsorbera,pri emu su gubici minimalni.
Dakle vakuumski kolektori su pogodni za postizanje viih temperatura.Ovo moe bitiprednost ili mana, u zavisnosti kako je ceo sistem projektovan, I u zavisnosti od klimatskog
podruja gde je kolektor instaliran.Za primene gde su potrebne vie temperature, kao kodsolarnog hlaenja, vakumski kolektori su najei izbor.Ipak, mora se voditi rauna ,pri
projektovanju I ugradnji ovih kolektora, da se obezbedi da se radni fluid ne pregreje I ne
kljua tokom perioda stagnacije, ili kada je toplotnooptereenje sistema malo.dakle, da bise to izbeglo, kada god postoji sunevog zraenja, mora se obezbediti cirkulisanje radnogfluida.
Postoji mnogo vrsta vakuumskih kolektora, pa samim tim I mnogo razliitih konstrukcija, Inaina na koji oni greju radni fluid.Glavne razlike meu svima njima su broj slojeva staklakoji imaju, I to da li direktno zagrevaju radni fluid(esto se naziva solarni fluid), ili koristetoplotnu cev(heat pipe).
7/24/2019 Solarni kolektori-B.Sc. rad-Aleksandar Jovani.pdf
29/36
Zavrni predmet-Termodinamika B-Aleksandar Jovani Katedra za termomehaniku
Aleksandar Jovani, 189/10 29
3.1 Zastakljenja
Kolektor moe biti konstruisan sa jednostrukom ili dvostrukom staklenom cevi.U verziji sajednom cevi , apsorber se nalazi u vakumu.U ovoj konfiguraciji to podrazumeva da solarno
zraenje mora da proe kroz jedan sloj stakla.Ali kod ove verzije se javlja spoj apsorbera sa
staklenom cevi, kada apsorber naputa vacuum.To je kritino mesto koje moe ugrozitivacuum, jer je javljaju temperatuske dilatacije apsorbera.Tada je usled relativnogpomeranja cevi I apsorbera oteano zaptivanje vakuumskog prostora.
Kod verzije sa duplom cevi, jedna cev je stavljena u drugu veu cev, pri emu su obe nakrajevima sastavljene jedna za drugu .Tada se vacuum nalazi u prostoru izmeu ove dvecevi.Tada se apsorber nalazi u unutranjosti unutranje cevi.Prisustvo dve cevi eliminiekontakt metal-staklo, to je pozitivno sa stanovita ouvanja vakuuma, ali tetno zbog togato zraenje mora da proe kroz dva sloja stkla.Izgled duple cevi jednog vakumskogkolektora dat je na slici:
3.2 Prenos toplote
Veina vakumskih kolektora danas koristi toplotnu cev(heat pipe) za transfer solarneenergije.Toplotna cev predstavlja zatvorenu uplju cev koja je ispunjena malom koliinomneke tenosti.To moe biti voda, meavina vode I alkohola, amonijaka ili neke drugepogodno izabrane tenosti.Tada se formira vacuum unutar cevi, I ona se u procesuproizvodnje zatvara.Vrednost potpritiska se bira tako da u radnim uslovima tenost unutarcevi mora uvek da isparava.Opte je poznato da pri promeni faze dolazi do veomaintezivnog procesa razmene toplote, I to kada tenost isparava ona apsorbuje velikukoliinu toplote.Obrnuto, pri kondenzaciji ona oslobaa istu tu koliinu toplote, pod
uslovom da je pritisak isti.Ovaj nain prenosa toplote se naziva latentni(vezani)prenostoplote.
Toplotna cev je prikaena na apsorber, I postavljena u vakuumsku s taklenu cev.Principski,konstrukcija apsorbera I premazi koji se koriste kod vakuumskih kolektora su isti kao I kod
ploastih kolektora.Kada je toplotna cev izloena Suncu, cev se zagreva I tenost u njojisparava.Poto je ceo kolektor pod odreenim nagibom, vrua para kree navie I dospevau razmenjiva toplote(moemo ga nazvati kondenzator) .Sa druge strane ovog
7/24/2019 Solarni kolektori-B.Sc. rad-Aleksandar Jovani.pdf
30/36
Zavrni predmet-Termodinamika B-Aleksandar Jovani Katedra za termomehaniku
Aleksandar Jovani, 189/10 30
razmenjivaa naazi se solarna tenost , koja apsorbuje toplotu I cirkulie kroz sistem.Kakosolarna tenost hladi paru , ona se kondenzuje I vraa u toplotnu cev.Neki modeli ovihkolektora imaju automatsku zatitu od pregrevanja, ugraenu u samu toplotnu cev, kojirade na principu bimetala.
Princip rada heat-pipe-a
Konfiguracije kolektora koje ne koriste toplotnu cev nazivaju se vakuumskim kolektorima
sa direktnim tokom.Gotovo svi sistemi sa direktnim tokom koriste reenje sa duplomcevi.Pri tom solarni fluid struji kroz apsorber nadile, nailazi na U krivinu, okree se Inaputa kolektor na istom mesti gde je I uao.ranije verzije sui male prolaz tenosti sajednog kraja na drugi, ali je takav sistem naputen, jer zahteva duple spojeve.Sistemi sadiektnim tokom obino imaju vei stepen korisnosti od onih koji koriste toplotnu cev, jer jesolarna tenost u neposrednom kontaktu sa apsorberom, pa se javlja samo jedan gubitak
usled razmene toplote pri konanim razlikama.
7/24/2019 Solarni kolektori-B.Sc. rad-Aleksandar Jovani.pdf
31/36
Zavrni predmet-Termodinamika B-Aleksandar Jovani Katedra za termomehaniku
Aleksandar Jovani, 189/10 31
3.3 Druge karakteristike
Neki vakumski kolektori koriste neku vrstu indikatora da provere da li su svi gasovi
odstranjeni iz prostora izmeu cevi.esto predstavljaju ist barijum, koji apsorbuje svepreostale gasove.ist barijum ostavlja sjajan sivi sloj u podnoju cevi.Ako se vacuum izgubi,ovaj sloj barijuma e se pretvoriti u oksid I postae beo, jasno indicirajui da je vakumizgubljen I da je potrebno zameniti cev.
3.4 Poreenje karakteristika ploastih I vakumskih kolektora
Za datu povrinu apsorbera, vakumski kolektori imaju sposobnost da ouvaju svojuefikasnost u irokom rangu temperature okoline.Meutim, u veini klimatskih podruja,ploasti kolektori imaju bolji odnos uloeno-dobijeno.Efikasniji, ali skuplji vakumskikolektori imaju svoje benefite tokom zime.Oni dobro podnose niske ambijentalne
temperature, I I dobro rade u situacijama sa niskim intezitetom sunevog zraenja,
proizvodei pri tom vie toplote nego ploasti.Poreenje dnevne koliine toplotekoju daju ploasti kolektori I vakumski, pri razliitim vremenskim uslovima, dato jena slici ispod.
Gde je: =temperaturska razlika izmeu fluida u kolektoru I okolineQ=intezitet solarnog zraenja pri merenju
Prvo, sa poveanjem ( ) poveavaju se gubici ploastog kolektoramnogo bre negokod vakumskog kolektora.Na primer to znai da je ploasti kolektor manje efikasan zaproizvodnju tople vode temperature za 25C vie od temperature okoline, nego
7/24/2019 Solarni kolektori-B.Sc. rad-Aleksandar Jovani.pdf
32/36
Zavrni predmet-Termodinamika B-Aleksandar Jovani Katedra za termomehaniku
Aleksandar Jovani, 189/10 32
vakumski.Drugo, iako I kod jednog I kod drugog kolektora isporuka toplote pada pri
oblanom vremenu, vakumski kolektor isporuuje mnogo vie nego ploasti.
Poreenje stepena korisnosti ploastog I vakumskog kolektora dat je na slici ispod.
7/24/2019 Solarni kolektori-B.Sc. rad-Aleksandar Jovani.pdf
33/36
Zavrni predmet-Termodinamika B-Aleksandar Jovani Katedra za termomehaniku
Aleksandar Jovani, 189/10 33
4. Skladitenje solarne energije
Trenutna, promenljiva I nepredvidljiva priroda solarnog zraenja generalno vodi kaneskladu izmeu koliine I vremena prikupljanja solarne energije I potreba.To rezultuje daje esto neophodno koristiti sisteme za kladitenje toplote.Sistem za skladitenje energijeskladiti energiju kada je prikupljena koliina vea od trenutnih potreba, a isporuujeenergiju kada prikupljena koliina nije dovoljna da podmiri potrebe.Veliina sistema zaskladitenje je odreena karakteristikama potrebe za koju se koristi.Tri karakteristinasluaja prikazana sun a slici.
Na slici pod a) vremenski interval preko dana tokom kojeg je potrebna energija se
uglavnom poklapa sa vremenom prikupljanja.Iako je to tako, sistem za kladitenje jeneophodan jer postoji nesklad izmeu koliine potrebne I koliine prikupljene energije.Uovakvim sliajevima sistem za skladitenje mora da uva energiju kratak vremenski periodI relativno je malih dimenzija.Na slici pod b) toplotno optereenje se ispoljava tokomitavih 24h, pritom vreme prikupljanja traje samo za vreme sunanih sati.Za posledicu,sistem za skladitenje je veih dimenzija nego u prethodnom sluaju.Sistemi pod a) I b) suoba sistemi za kratkotrajno skladitenje toplotne energije.Na ilustraciji pod c) prikazan jesistem koji skladiti energiju tokom leta, a isporuuje tokom zime.
Postoje tri osnovne metode za skladitenje energije:
1.
Zagrevanje tenosti ili vrstog tela koji ne menjaju fazu.Ovaj princip se nazivaskladitenje osetne toplote.Koliina skladitene toplote zavisi od promenetemperature materije I moe se napisati kao:
7/24/2019 Solarni kolektori-B.Sc. rad-Aleksandar Jovani.pdf
34/36
Zavrni predmet-Termodinamika B-Aleksandar Jovani Katedra za termomehaniku
Aleksandar Jovani, 189/10 34
2.
Zagrevanjem materije koja menja fazu .Ovo se naziva skladitenje latentne(vezane)
toplote.Koliina skladitene energije zavisi od mase I latentne toplote(toplotepromene faze) materije.Tako je:
Gde je:=toplota promene faze
3. Pomou toplote se pokreu odreene hemijske reakcije, pomou kojih se skladititoplota.Toplota biva osloboena pri obrnutoj reakciji.
Od pomenutih naina najee se koriste latentno I osetno skladitenje toplote.Primerza osetno skladitenje toplote je tank za skladitenje topple vode, prikazan na slici.
7/24/2019 Solarni kolektori-B.Sc. rad-Aleksandar Jovani.pdf
35/36
Zavrni predmet-Termodinamika B-Aleksandar Jovani Katedra za termomehaniku
Aleksandar Jovani, 189/10 35
5. Pimene solarnih kolektora
5.1 Solarno grejanje
Energetska kriza i akutno zagaenje atmosfere i ovekove okoline, uticali su na oivljavanjusvesti o iroj primeni i mogunosti korienja solarne energije, kako toplotnog-termalnog
dejstva za solarno grejanje kue i sanitarne vode, tako i fotonskog dejstva sunevogzraenja za dobijanje elektrine energije.
U tom smislu su razvijene tehnologije i data praktina reenja u primeni solarnih sistemaza korienje toplotnog i fotonskog dejstva sunevog zraenja.
Uzevi u obzir naa dugogodinja iskustva, testiranja i praksu u primeni solarne energije, uzimskom periodu kada je ukupno energetsko dejstvo sunevog zraenja mnogo manje odletnjeg, moe biti veoma znaajno za korienje solarne toplotne energije za solarnodogrevanja kua kao podrka nekoj drugoj konvencionalnoj energiji na centralnom sistemugrejanja gde se moe pokriti i do 40% besplatne toplotne energije za dogrevanje kua, 70%
za grejanje sanitarne vode i 100% za grejanje bazena.
Jasno je da se kod solarnog sistema namenjenog za grejanje kue u periodu najniihtemperatura - zimi, nemogu u dovoljnoj meri koristiti , meutim im su spoljni uslovipovoljniji i mogunost korienja toplote iz solarnih vakuum kolektora, tj. prijemnikatoplotne suneve energije je vea, a najbolji efekat korienja suneve energije za solarnodogrevanje kue i drugih stambeno poslovnih objekata moe ostvariti u prelaznimperiodima izmeu jeseni i zime i izmeu zime i prolea a takodje i u toku zimskog periodaukoliko ima sunevog zraenja. I takav doprinos solarne energije je vrlo znaajan za utedukonvencionalne energije koja je sve skuplja , ima je sve manje i zagauj e planetu iokruenje u kome ivimo i radimo.
Naj vii stepen iskorienosti solarne energije, postie se kod energetski efikasniih kua(visoke karakteristike termo izolacije) i energetski efikasnim grejnim sistemima (podno-
zidnim sistemima) , tj. niskotemperaturnim sistemima grejanja, uz neophodnu upotrebu
solarnih vakuumskih kolektora
Zbog promenjljivosti delovanja (snage) sunevog zraenja tokom dana, meseca i godine, nemoe se izvesti konstrukcija solarnog sistema koja bi omoguila potpuno grejanje kuetokom celog zimskog perioda. Iz istih razloga, solarni sistemi za solarno grejanje kuekombinuju se sa nekim od drugih izvora energije u kojima se troi neki od drugih oblikakonvencionalne energije: teno gorivo, gasno gorivo, elektrina energija, pelet, vrstogorivo...
Naj idealnija kombinacija je korienje toplotne energije iz konstrukcije solarnih vakuumkolektora u sprezi sa toplotnom pompom, tp je prikazano na sledeoj slici.
7/24/2019 Solarni kolektori-B.Sc. rad-Aleksandar Jovani.pdf
36/36
Zavrni predmet-Termodinamika B-Aleksandar Jovani Katedra za termomehaniku