Основные публикации по солнечной энергии

Аккумулирование энергии в системах преобразования солнечной энергии

Аккумулирование энергии возможно либо за счет теплоемкости ^Твердой или жидкой среды, либо за счет теплоты фазового превраще - |рпт в химических системах, либо за счет химической энергии продук­тов обратимой химической реакции. Механическая энергия может рыть преобразована в потенциальную энергию жидкостей в поднятых резервуарах. Кроме энергии, можно аккумулировать также и получен - рые в процессе преобразования солнечной энергии продукты. Напри - |й©р, накапливать в емкостях дистиллированную воду, полученную fy помошью солнечного опреснителя, для последующего использования.

I Выбор рабочего тела для системы аккумулирования зависит от Характера процесса. При нагреве воды естественно обратиться к ак­кумулированию энергии, связанному с теплоемкостью запасаемой во­ды. Если в коллекторах производится нагрев воздуха, то аккумули - {рование целесообразно осуществлять путем локального накопления Тепла в отдельных аккумулирующих единицах подобно тому, как это делается в галечных теплообменниках. Для фотоэлектрических или фотохимических процессов наиболее подходящим является, по-види - Мому, аккумулирование химической энергии.

Обычно конструктор имеет возможность выбирать место распо­ложения аккумулятора энергии. В качестве примера рассмотрим схе­му преобразования солнечной энергии в электрическую с помощью тепловой машины. В данном случае энергию можно накоплять либо в тепловом аккумуляторе, размещенном между солнечным коллекто­ром и генератором, Яибо в механическом аккумуляторе, расположен­ном между двигателем и генератором,- либо в электрохимической ба­тарее, расположенной между генератором и потребителем. Другим примером является солнечное охлаждение с помощью абсорбционного воздушного кондиционера. Полученную от коллектора тепловую энер­гию можно аккумулировать и по мере необходимости использовать в воздушном кондиционере или же поступить иначе и в низкотемпе­ратурном тепловом аккумуляторе (при температуре ниже окружающей

среды) аккумулировать холод, выработанный воздушным кондиционе­ром. Иллюстрацией к этим и другим подобным примерам служит фиг. 9.2.1.

Эти два варианта аккумулирования не эквивалентны по емкости, стоимости, конструктивному использованию и эффективности. Тре­буемая емкость аккумулятора в варианте В меньше, чем в вариан­те А, примерно на величину, пропорциональную к. гцд, расположенно­го между ними преобразователя. Так, если эффективность процесса преобразования энергии равна 25%, то емкость аккумулятора В долж­на составлять - 25% емкости аккумулятора А. В то же время пре­имущество размещения теплового аккумулятора в варианте А сос­тоит в том, что преобразователь может работать практически в ста­ционарном режиме, а эго в свою очередь приводит к повышению эф­фективности и коэффициента использования преобразователя. При этом благодаря устранению режимов работы при максимальных мощ­ностях, которые непосредственно связаны с графиком поступления солнечной энергии, снижаются требования к мощности преобразовате­ля. Рабочая температура, размеры и в конечном счете стоимость солнечного коллектора в значительной степени зависят от варианта размещения аккумулятора энергии, А или В. Однако все эти аргу­менты могут быть существенно пересмотрены в случае применения дополнительного источника энергии.

Основные характеристики системы теплового аккумулирования энергии следующие: 1) емкость на единицу объема или веса; 2) рабо­чий интервал температур, т. е. температуры теплоносителя на входе и выходе из системы; 3) способы передачи и отбора тепла и соответ­ствующие перепады температур, 4) расслоение температурного поля в аккумуляторе (температурная стратификация); 5) мощность, требу­емая для прокачки теплоносителя; 6) число контейнеров, емкостей или других конструктивных элементов, связанных с системой акку­мулирования; 7) способы регулирования тепловых потерь аккумуля­тора; 8) стоимость.

Особую важность в любой системе аккумулирования приобрета­ют факторы, влияющие на работу солнечного коллектора. Произво­дительность коллектора снижается с ростом средней температуры пластины. Связь между средней температурой коллектора и темпе­ратурой, при которой теплота отдается потребителю, может быть выражена следующим образом:

т _ т = д Т

'коллектор выход от коллектора+

из системы к аккумулятору

+ Л^вход в аккумулятор + ^ ^потери в + аккумуляторе

+ д^выход из аккумулятора + Л^от аккумулятора + к потребителю

+ д^вход к потребителю *

Таким образом, температура коллектора, определяющая его про­изводительность, выше конечной температуры теплоносителя, посту­пающего к потребителю, на сумму ряда перепадов температур. Од - !ной из задач при проектировании системы в целом, и в частности ак­кумулятора, является сведение к минимуму или исключение этих перепадов температур.