Двовісна модель теплового балансу сонячного колектора

Abstract

Розглядаються сонячні колектори та термофотоелектричні системи (PV/T), що є одними з найперспективніших систем відновлюваних джерел енергії. Електроенергія, що виробляється фотоелектричними панелями, має великий потенціал, але й має технологічні недоліки, що не дають отримати максимальну ефективність. Розробка універсальної моделі теплообмінних процесів для оптимізації конструктивних особливостей PV/T систем на етапах проектування та виробництва дозволить збільшити термін служби таких систем та збільшити їх ефективність. Розроблена модель дозволяє враховувати більшість практичних параметрів за двома координатами плаского колектора, які враховують втрати теплової енергії, тепловий опір пластини абсорбера, теплообмін, робочі температури, тощо. Результати проведених модельних розрахунків корелюють з експериментальним даними. На основі запропонованої моделі розроблено програмний продукт для моделювання PV/T систем та проведено його тестування на відомих експериментальних результатах та готових PV/T системах. При проведенні розрахунків з використанням базових параметрів, отримано нагрівання теплоносія при проходженні одного сегмента колектора приблизно на 1,5⁰С. Зазначене зростання температури досягається при швидкості теплоносія 0,6 м/с, що є досить великою швидкістю. Найбільш оптимальним буде досягнення нагрівання теплоносія при проходженні через колектор на 5⁰С, що дозволить знизити швидкість протікання теплоносія аж до 0,2 м/с і значно знизити витрати електричної енергії на роботу помпи. Використання розробленої моделі дозволить вирішувати широке коло оптимізаційних завдань на етапах проектування та оптимізації сонячних колекторів та PV/T систем, отримувати оптимальні параметри конструкції для досягнення найбільшої ефективності та мінімальної собівартості.