Основные публикации по солнечной энергии

Долгосрочные характеристики коллектора

До сих пор мы рассматривали мгновенные характеристики сол - нечного коллектора. В следующих главах мы будем соединять солнеч­ные коллекторы в системы и определять характеристики системы. Однако в некоторых условиях можно выделить коллектор из. системы и рассчитать его долгосрочные характеристики. Хоттель и Уиллер [7] разработали метод, который позволил объединить актинометрические данные с характеристиками коллектора в одно соотношение, назван­ное ими "используемость". Лю и Джордан [10] расширили это поня­тие и ввели "обобщенные кривые используемости". Однако характе­ристики, полученные с помощью обобщенных кривых и с помощью кри­вых для конкретного местонахождения, существенно различаются между собой. Причина этих отличий не ясна, и необходимо дальней­шее изучение.

Из уравнения (7.7.5) следует, что для данного коллектора. при заданных значениях угла наклона и температуры на входе, превышаю­щей температуру окружающей среды, существует такое значение плот­ности потока солнечной радиации, при котором энергия поглощаемого сол­нечного излучения и тепловые потери равны. Это минимальное крити­ческое значение плотности потока солнечной радиации, падающей на горизонтальную поверхность, определяется выражением

«(то)

Мгновенное значение полезной энергии коллектора может быть те­перь выражено через Ис, когда (И — Ис) > 0, в виде

Qu - Ас FrM™ИЯ (7-14-2)

В этом выражении FR — постоянная величина, но Я и (та) изме­няются в зависимости от времени дня. Однако для любой пары часо­вых отметок до и после солнечного полудня величина R{та ) почти постоянна в течение всего месяца. Следовательно, можно проинтегри­ровать уравнение (7.14.2) для каждой пары часовых отметок, исполь­зуя результаты измерений И,

Средняя величина полезной энергии для данного часа, отсчиты­ваемого от полудня, определяется выражением где п — число расчетных часов. Верхний индекс+ указывает на то, что при суммировании берутся только положительные значения. Что­бы определить эту среднюю величину, следует использовать многолет­ние данные для рассматриваемого месяца.

Хоттель И Уиллер определили "используемость" Ф в виде

(7.14.4)

Когда были построены кривые зависимости ф от Пс/Пс для одного местонахождения, но для различных пар часовых отметок, то выясни­лось, что кривые для различных пар часовых отметок мало отличают­ся друг от друга. Следовательно, кривые, построенные для пары ча­совых отметок, например от 10.00 до 11.00 и от 13.00 до 14.00, спра­ведливы в течение всего дня. На фиг. 7.14.1 приведены кривые зна­чений ф для Блухилла, шт. Массачусетс, которые были построены на основе данных за 1949 — 1951 гг. Необходимо отметить, что эти кри­вые постоянны в течение дня, но значения #Ср изменяются от часа к часу. В подписи к фиг. 7.14.1 приведены также значения Нс^ в рай­оне Блухилла для различных пар часовых отметок в течение семи ме­сяцев.

Чтобы использовать кривые значений ф для определения долго­срочных характеристик, необходимо знать средние за длительный срок значения критического уровня излучения Нс. Среднее значение Нс можно рассчитать, если для каждого часа известно среднемесяч­ное значение разности температуры окружающей среды и температуры жидкости на входе. (При рассмотрении различных систем в целом мы увидим, что для многих из них характерны значительные колебания температуры жидкости на входе в коллектор. В этих случаях трудно определить среднемесячное значение Нс для каждого часа.)

Пример 7.14.1. Для двух пар часовых отметок от 10.00 до 11.00 и от 13.00 до 14.00 рассчитать долгосрочные средние за январь характеристики коллетора, используемого в Блухилле. Предпо­ложить, что полный коэффициент потерь коллектора равен 8,0 Вт/(м2-град), эффективная приведенная поглощательная спо­собность 0,88, FR - 0,9, влияние загрязнения и затенения соот­ветственно 2 и 3%. Предположить также, что среднее значение разности температур жидкости на входе в коллектор и окружаю­щей среды равно 60 °С. Считать, что коллектор ориентирован на юг и наклонен к горизонту под углом, равным широте Блухилла

0,3

Среднее значение склонения солнца для января, согласно уравнению (2.5.1), равно

6 > 23,45 sin (ж 284 * 15 ) - -21,3.

TOC o "1-5" h z I 365 1

Согласно (3.6.2),при со* —22,5,

R ^ cos (-21,3) cos_________ (—22,5) _ 2

cos (42) cos (—21,3) cos (—22,5) + sin (42) sin (—21,3)

С помощью фиг. 7.14.1 находим Яср = 239 Вт/м2,

Н = - Iх 60_______ - 251,

с 2,17 х 0,88

^1= J5L-1.05.

*ср 239

По графику на фиг. 7.14.1 находим ф = 0,28.

Наконец, с помощью уравнения (7.14.3) получаем

= FrR(тс ) йср(1 - rf)(l - s) ф =

Лс

= 0,9 X 2,17 X 0,88 X 239х 0,98 х 0,97 х 0,28 » 109 Вт/м2. Среднее значение к. п.д. коллектора для этого часа равно Qu/Ac

п = — = FR{ra)<p(l - rf)(l - s ) * 0,21.

^срЛ

Точно таким же способом можно найти средние характеристик ки для каждой пары часовых отметок и с их помощью рассчитать среднесуточные характеристики.