Cap4_Panouri Termice Solare

8/19/2019 Cap4_Panouri Termice Solare

1/24

4. 3. Energia solară termică

Conversia termică este cea mai veche şi răspândită formă de utilizare a energieisolare. Primele încercări de utilizare a energie solare pentru încălzirea spaţiilor au fost făcuteîn Grecia, în secolul V, înainte de Hristos. n acea epocă grecii de!a reuşise să epuizeze

resursele forestiere proprii şi lemnele de foc erau importate din "acedonia, #ipru şi $sia"i!locie. %evoia de lemne de foc, care la momentul respectiv se epuizaseră, a impussocietatea greacă să apeleze la o sursă inepuiza&ilă de energie ' radiaţia solară.

(dată cu descoperirea de către )omani a sticlei s'a început dezvoltarea conceptelor &ioclimaterice în construcţia edificiilor, scopul cărora era utilizarea eficientă a iluminatuluinatural, aerisirea *ventilarea+ încăperilor în zonele calde sau încălzirea lor în zonele cu climămoderată, folosind energia solară

(rice suprafaţă neagră epusă razelor, numită suprafaţă absorbantă, transformăenergia solară în căldură. $ceastă suprafaţă a&sor&antă prezintă cel mai simplu eemplu deconvertor direct a radiaţiei solare în energie termică, numit colector solar plan .

#onversia termică a energie solare cuprinde mai multe tehnologii-

• încălzirea apei cu colectoare plane sau vidate,• uscarea produselor agricole şi plantelor medicinale,• producerea energiei electrice folosind procesul termodinamic,

4.3.1 Relatiile transferului de calduraPrincipalele marimi termodinamice ale incalzirii termice solare sunt redate in ta&elul urmator-

Puterea termica sau de&itul de caldura este

#apacitatea termica masica a materialelor este redata in ta&elul urmator


2/24


3/24

Practic orice corp aflat la o temperatură diferită de zero a&solut poate fi o sursă deenergie radiantă. )adiaţiile transportă cu ele o parte din energia internă a corpului ,transformată în energie radiantă, realizând în acest mod răcirea corpului.

/nergia radiantă emisă de un corp se divide în trei categorii-• &nergie a"sor"ită% $&sor&ţia este procesul de transformare al energiei radiante în energie

internă1 dacă energia este complet a&sor&ită, corpul este negru a&solut *un mic orificiuîntr'o sferă goală+.

• &nergie reflectată % 8acă suprafaţa corpului este netedă, el este lucios iar dacă suprafaţaeste rugoasă *cu asperităţi+, corpul este al&.

• &nergie care traverseaă corpul $tât mediile transparente în mişcare cât şi mediiletransparente imo&ile *vacuum+ sunt traversate de unde electromagnetice numai dacă aulungimea de undă cuprinsă în intervalul 9.:';:9 µm oltzmann. *coeficientul de a&sor&ţie al corpului negru ? @A.BBCDEF9'


4/24

ntr'un mediu fluid uniformizarea temperaturii se face simultan prin conducţie termicăşi prin convecţie. 8acă de eemplu, un corp cald este încon!urat de un fluid mai puţin cald

atunci căldura lui se transmite în primul rând prin conducţia particulelor fluidului care sunt în contact direct cu suprafaţacorpului1 astfel, particulele de fluid se încălzesc iar masa de

fluid ce conţine aceste particule îşi micşorează densitatea şiîn câmpul de gravitaţie devine mai uşoară. "asa mai rece a peretelui fiind mult mai grea va apare o mişcare a particulelor calde de fluid în sus1 în locul lor vin alte particule mai reci care la rândul lor se încălzesc şi su&acţiunea forţelor ascensionale se vor deplasa în sus #ând

prin suprafaţa peretelui avem un schim& de căldură întresolid şi fluid *&azat pe convecţie şi conducţie+, densitateafluului termic hc într'un punct poate fi eprimată prinrelaţia-

hc @ αc *θc ' θf +


5/24

#ele mai răspândite tipuri de colectoare solare sunt-• colectorul plan solar fără concentrarea radiaţiei, folosit pentru o&ţinerea

temperaturilor de maimumFA9 9# şi• colectorul solar cu concentrarea radiaţiei, folosit pentru o&ţinerea temperaturilor de

sute şi chiar mii de grade.

A. Colectorul solar plan pentru ncăl!irea apei sau aerului la temperaturi medii

A1. Colectorul solar plan pentru ncăl!irea apeiA1.1 Constructie"#olectorul solar prezintă un schim&ător special de căldură care transformă energia

radiaţiei solare în energie solară. otodată, colectorul solar diferă de ma!oritatea schim&ătoarelor de căldură convenţionale

*de eemplu, schim&ătoare de căldură lichid'lichid+, în care transferul de căldură prin radiaţie !oacă un rol nesemnificativ.

n colectorul solar, dimpotrivă, transferul de energie către lichid sau gaz se realizează ladistanţă prin intermediul radiaţiei solare cu lungimea de undă cuprinsă între 9,; şi ; Im şidensitatea de putere de maim F999'FF99 64m3.

Colectorul solar de formă plană poate fi proiectat pentru a furniza apă caldă latemperaturi medii, de circa :9'FA9 9#. /l foloseşte am&ele componente ale radiaţiei solare directă şi difuză, nu necesită urmărirea soarelui pe &olta cerească, generează mici cheltuieli îneploatare şi are o construcţie mult mai simplă în comparare cu colectoarele cu concentrarearadiaţiei solare.

7chema constructivă a colectorului solar pentru ncăl!irea apei este prezentată în figura

Principalele părţi componente sunt-


6/24

• Jcutia neagrăK notata A• izolaţie termică : a trei pereţi,• suprafata frontala transparentă (.) notata cu ;.• 7chim&ătorul de căldură de tip placă metalică'ţeavă 3 , respectiv suprafa#a a"sor"antă

(.A) notata cu F5uncţionarea colectorului solar se &azează pe două fenomene fizice-

• a&sor&ţia de către un corp negru a radiaţiei solare * suprafaţa a&sor&antă 7$+ şi• efectul de seră realizat de suprafaţa transparentă 7.

n cazul colectorului solar, se realizează un efect de seră artificial. 7uprafaţa 7 estetransparentă pentru raele solare şi opacă pentru radia#ia infraroşie , altfel spus fata decăldura, emisă de către suprafaţa a&sor&antă 7$. emperatura 7$ creşte şi căldura estetransmisă apei care circulă prin ţevile 3.

Schimbătorul de căldură de tip placa–ţeavă este principalul element al colectorului.Progresele tehnice si tehnologice propun diferite soluţii tehnice de îm&inare a plăcii F cuţevile 3. #ele mai via&ile soluţii sunt prezentate în figura urmatoare serpantină *a+, cu #evi

paralele *&+, cu canale formate din două plăci metalice sudate prin metoda de contact *c+ saucanale formate în interiorul unei placi din masă plastică *d+.

Pe parcursul anilor au fost propuse diferite soluţii tehnice de îm&inare a plăcii F cuţevile 3. /l tre&uie realizat cu o rezistenţă termică cât mai mică. Posi&ilitatile tehnice suntredate in figura urmatoare a'sudarea placii de cupru, &'deformarea placii astfel incat sacuprinda teava c' rola de aliminiu d'folie cu canale

Colectorii solari plani, reprezintă cea mai simplă soluţie tehnică de realizare a colectorilor solari, oasemenea construcţie fiind prezentată în figura


7/24

Agentul termic circulă prin serpentina din cupru, care este fiată nedemonta&il, su& o folie realiată tot dintr*un material "un conducător termic, acoperită cu un material

a"sor"ant .$cest ansam&lu, se montează într'o carcasă acoperită cu un panou de sticlă solară,

caracteriată prin con#inut scăut de fier, pentru creşterea capacită#ii de transfer a radia#iei

termice. )ezistenţa mecanică a sticlei, tre&uie să fie suficient de ridicată, pentru a face faţăsolicitărilor la care aceasta ar putea fi supusă în timpul eploatării, de eemplu căderilor degrindină. Partea inferioară a carcasei panoului solar, este izolată termic, pentru reducerea

pierderilor prin convecţie, în mediul am&iant. Avanta/ul acestui tip de colectori solari, este că prezintă un randament termic suficient

de ridicat, dacă radiaţia solară este intensă, în condiţiile unor costuri relativ reduse aleinvestiţiei.

0eavanta/ul principal îl reprezintă pierderile prin convec#ie relativ ridicate, ladiferenţe mari de temperatură între agentul termic şi mediul am&iant.

0n scopul de'a micşora pierderile termice prin spa#iul dintre .A şi . , schim&ătorul decăldură tip placă'ţeavă se montează într'un cilindru *tu&+ de sticlă din care se scoateaerul*videaza+.

Colectorii cu tuburi vidate sunt realizati cu pereţi du&li, din sticlă. între pereţii dinsticlă ai tu&urilor se realizează vid *ca în termosuri+, pentru a reduce pierderile termice înmediul am&iant. Pere#ii exteriori ai tu"urilor de sticlă din interior, sunt acoperite cu un strat din material a"so"ant, pentru a capta cât mai eficient radiaţia solară

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/20/Thermosiphon.pnghttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/04/Thermal-solar.svg


8/24

$pa din rezervorul cilindric se va stratifica, în funcţie de densitate. 7traturile cele mai caldevor fi dispuse în partea superioară a cilindrului, iar cele mai reci, vor fi dispuse în parteainferioară a acestuia. $pa rece, va curge prin tu&urile vidate, se va încălzi datorită radiaţieisolare şi prin efect de termosifon, datorită diferenţei de densitate, se va întoarce în rezervor,unde se va ridica în partea superioară a acestuia, acumulându'se în vederea utilizării

ulterioare.$stfel, scade considera&il transferul de căldură prin convecţie dintre suprafeţele 7$ şi7 şi creşte randamentul colectorului. 8ezavanta!ele colectoarelor solare cu vid- sunt de circaF,A ori mai scumpe1 au o masă mai mare1 eistă pericolul deteriorării coneiunilor etanşate şinu pot fi reparate în condiţii de eploatare.

n figura , este prezentată o construc#ie performantă de colector solar cu tu"uri vidate ,în care circulaţia agentului termic este realizată printr'un schim&ător de căldură coaial dincupru, în contact cu o suprafaţa metalică a&sor&antă.

LLL.viessmann.com

$ceastă construcţie, com&ină avanta!ele tu&urilor vidate, care asigură pierderi minime de căldură înmediul am&iant *chiar la diferenţe mari de temperatură între acesta şi apa din tu&uri+, cu avanta!elecirculaţiei agentului termic prin elemente metalice.

7istem flei&il de racordare a tu&urilor vidate la conductele de apă caldă şi rece LLL.viessmann.com

Colectori cu tuburi termice Principiul de funcţionare al colectorilor cu tu&uri termice esteurmatorul-

n interiorul unui tu& de sticlă cu pereţi du&li, între care se realizează vid, pentrudiminuarea pierderilor termice în mediul am&iant, se montează un tu& termic etanş, încărcatcu o su&stanţă care vaporizează su& acţiunea radiaţiei solare. Vaporii astfel formaţi, se ridicăîn partea superioară a tubului termic, denumită condensator , care se găseşte în contacttermic cu agentul termic din instalaţia solară. $cest agent, răceşte capătul superior al tu&uluitermic şi determină astfel condensarea vaporilor din tu&ul termic, astfel încăt capătul superior al tu&ului termic, poartă denumirea de condensator. #ăldura latentă de condensare a agentului

http://www.viessmann.com/http://www.viessmann.com/http://www.viessmann.com/http://www.viessmann.com/


9/24

din tu&ul termic, contri&uie la încălzirea agentului termic din instalaţia solară, care curge princonducta colectoare, în care se montează mai multe tu&uri termice. Pentru a diminua

pierderile termice, conducta colectoare se izolează termic

u&urile termice sunt interschim&a&ile, deci păstrează toate avanta!ele tu&urilor vidate. $vanta!ulacestor tipuri de colectori, este reprezentat de randamentul termic cel mai ridicat, în condiţiicaracterizate prin radiaţie solară nu foarte intensă, ceea ce recomandă utilizarea acestor echipamente înzone cu intensitate moderată a radiaţiei solare.

7chema constructivă a colectorului solar pentru ncăl!irea aerului este asemănătoare cu acolectorului pentru apă , componentele principale fiind-

• suprafaţa a&sor&antă F,• suprafaţa transparentă 3,• izolaţia termică ; şi• carcasa:.

ransferul de căldură are loc între 7$ şi fluul de aer care circulă prin canalul dintre 7 şi7$ sau 7$ şi stratul de izolaţie termică, sau prin am&ele. 0ensitatea aerului este de circa 122ori mai mică dec$t a apei şi va fi nevoie de o circula#ie cu mult mai intensivă a aerului. nacest scop se foloseşte ventilatorul A pentru a transporta aerul rece spre 7$ şi mai departe laconsumator. Conductivitatea termică a aerului este de circa 34 ori mai mică dec$t a apei şiva tre"ui să mărim su"stan#ial suprafa#a de contact dintre . şi fluul de aer pentru a o&ţineacelaşi transfer de căldură.

#olectorul solar pentru încălzirea aerului se deose&eşte de cel analizat mai sus numai princonstruc#ia suprafe#ei a"sor"ante F. n figura sunt prezentate patru variante constructive ale


10/24

7 scopul ma!or al cărora este mărirea suprafeţei de contact dintre aer şi 7$, creareacirculaţiei tur&ulente a aerului şi în consecinţă ma!orarea eficienţei transferului de căldură-

a+ 7uprafaţă ondulată, fluul de aer circulă prin am&ele canale1 &+ 5luul de aer circulă prin canale formate din plăci metalice sudate pe partea posterioară a 7$, formând un registru 'direcţia fluului de aer este perpendiculară pe

suprafaţa paginii1c+ 7e deose&eşte de varianta precedentă prin forma triunghiulară a canalelor 1d+ 7$ este formată din plasă metalică sau plasă metalică umplută cu material granulos

prin care circulă fluul de aer.

A.1.2 #ilantul energetic al colectorului solar

• Puterea radiatiei la nivelul unui corp are urmatoarele componente

Pentru a arata interacţiunea materiei şi radiaţiei electromagnetice în tot spectrul acesteia

se introduc urmatorii coeficienti -• Absorbtanţa M care se defineşte ca raportul dintre puterea radiaţiei solare a&sor&ite şi

celei incidente5

5α α =

• Transmitanţa N definită ca raportul puterii radiante transmisă prin materia respectivă

pe puterea radiantă incidentă5

5τ τ =

• eflectanţa O care se determină ca raportul puterii radiante reflectate pe puterea

radiantă incidentă5

5 ρ ρ =

#u relatia de conservare

#oeficienţii 6, 7 şi 8 caracterizează comportarea suprafeţei transparente sau a&sor&antela acţiunea radiaţiei solare care prezintă un spectru de unde scurte cuprins între 9,; şi ; Im./i se mai numesc coeficienţi opticiK sau solariK.

otodată, suprafaţa respectivă se încălzeşte şi emite în spaţiu radiaţie infraroşie îngama cuprinsă între ; şi 39 Im. $cest proces se caracterizează cu coeficientul spectral deemisie 9 , numit şi coeficient radiativK şi definit ca raportul dintre fluul de putere radiativemis W 9, cu lungimea de undă şi fluul de putere emis de un corp a&solut negru, W n, la

aceiaşi lungime de undă şi temperatură .Qa echili&ru termic α@ε iar putere termica primita este egala cu puterea a&sor&ita


11/24

Φe@ΦaValorile acestor coeficienti optici pentru suprafata transparenta de sticla sunt dati in ta&elulurmator.

Prin adaugare de oid de zinc in procesul de fa&ricatie al sticlei creste a"sor"tia acesteia sireduce transmitivitatea acesteia%

• Puterea radiatiei la nivelul colectorului plan solar

0n figura urmatoare se prezinta schema siplificata a colectorului plan solar

.uprafata transparenta .

8aca G este radiaţia solară glo&ală , incidentă pe suprafaţa transparentă . , partea carese transmite suprafetei a&sor&ante este NG" fiind determinată de coeficientul de transparenţă7,% 7uprafaţa transparentă . reflectă în spaţiu radiaţia 85 şi a&soar&e 6 5, % #antitativ aceste

valori sunt determinate de coeficientul de reflectantă 8 şi a&sor&tanţă 6 a materialului .%5' ρ 5;α 5;τ 5

0n care 2%?< 2%@>7ticlă solară *săracă în fier+ > 2%?@ 2%?Plăci du&le din policar&onat ?*


12/24

.uprafata a"sor"anta .A

Partea din radiatia 75 incidentă pe suprafaţa a&sor&antă .A este reflectată, iar cea maimare parte se transformă în caldura . 7uprafata a&sor&anta va emite si ea radiatie dar in &andaundelor infrarosii pentru care suprafata transparenta este opaca . $!unse la . aceste radiaţiisunt parţial a&sor&ite încălzind'o, parţial reflectate spre suprafaţa .A. $stfel, se realizează

efectul de seră prin intermediul . care împiedică emisia în spaţiu a radiaţiei infraroşii emisăde .A./ficienţa transformării radiaţiei solare în căldură este determinată de coeficientul de

a"sor"tan#ă 6 al suprafe#ei .A inmultit cu radiaţia solară transmisa prin suprafatatransparenta

P7$@α*τ 5)

Procesul de a&sor&ţie a radiaţei solare pe suprafaţa a&sor&antă a colectorilor solari, estecaracterizat de coeficientul de a&sor&ţie al materialului a&sor&ant. $stfel emailul negru pentrumetale, are un coeficient de a&sor&ţie M@9,C ceea ce înseamnă că C9R din radiaţia solară carea!unge pe acest material, este transformată în căldură. n mod normal, materialele a&sor&ante utilizateîn construcţia colectorilor solari, asigură valori ale coeficientului de a&sor&ţie, în intervalul M@9,AS9,C

• andamentul colectorilor solari

Puterea P .A tre&uie să acopere pierderile de energie de pe suprafaţa . care au loc printransfer convectiv şi pierderile prin carcasă. $ceste pierderi sunt în prima aproimaţie

proporţionale cu diferenţa de temperaturi p dintre suprafata a&sor&anta .A şi a mediuluiam&iant a

∆P@T p* p'a+

nde P este coeficientul pierderilor glo"ale, 64m

3

U

9

#, care variază de la F până la ;964m3U9#. Puterea utila a generatorului solar devine astfel

P7$@*ατ )5* T p* p'a+0ar randamentul

5

) ) C

5

P a p pu +* −−== ατ η

n ta&elul urmator sunt incluse principalele tipuri de colectoare solare, valorile uzuale alefactorului (67) şi a coeficientului de pierderi glo&ale

Pentru a reduce la minimum pierderile de energie, se acopera partea a&sor&antă cu un stratfoarte selectiv. $stfel se pot o& ine coeficien i de a&sor& ie de C: R în &anda de 9,: ... 9,ț ț ț

Im lungime de undă i coeficien i de emisie de B R pentru lungimea de undă de D,A Imș țcorespunzătoare radia iei proprii a materialului a&sor&ant.ț


13/24

Tna din primele acoperiri cu materiale cu a&sor& ie selectivă, utiliza&ilă în produc ia în serie,ț ța fost acoperirea cu crom . Acesta se aplică pe suprafe ele deț aluminiu sau cupru prin

galvaniare% Pe suprafa a metalului apar firicele de crom care captează între ele razele dețlumină, dar datorită mărimii lor reduse nu permit emiterea de lungimi de undă mai mari.

Până prin anul FCDD procedeul de cromare era dominant pe pia ă. ntre timp au apărut noiț

modalită i de acoperire cu strat a&sor&ant care permit o& inerea de randamente mai mari pe deț țo parte, i prin renun area la procesele galvanice sunt mai ecologice din punct de vedere alș ț

produc iei i reciclării pe de altă parte.ț ș

$ctualmente cel mai etins procedeu este cel de depunere în atmosferă de gaz inert a unuistrat de titan de culoare al&astră *procedeul PV8+, care cu toate că în compara ie cu negrul dințcazul acoperirii cu crom are un coeficient de a&sor& ie mai mic, prezintă o emisie mult maițsla&ă i ca atare un randament total mai mare.ș

5actorul (67)(numit si randament optic) care caracterizează proprietăţile optice aleansam&lului .*.A *suprafaţa transparentă ' suprafaţa a&sor&antă+ ne furnizează o clasificare acolectoarelor solare su& aspectul randamentului şi a coeficientului pierderilor glo&ale P . Variaţia randamentului în funcţie de diferenţa de temperatură, pentru câteva tipuri de colectori solariViessmann *Germania+ $ colectori plani1 > colectori cu tu&uri vidate1

# colectori cu tu&uri vidate amplasate vertical1 8 colectori cu tu&uri termice

Variaţia randamentului în funcţie de diferenţa de temperatură si de nivelul radiatiei

http://ro.wikipedia.org/wiki/Cromhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Aluminiuhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Cupruhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Galvanizarehttp://ro.wikipedia.org/wiki/1977http://ro.wikipedia.org/wiki/Titanhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Cromhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Aluminiuhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Cupruhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Galvanizarehttp://ro.wikipedia.org/wiki/1977http://ro.wikipedia.org/wiki/Titan


14/24

*ependenta randamentului de temperatura fluidului +agentului termic,n ecuaţiile deduse puterea utilă de&itată şi randamentul sunt, respectiv, eprimate în funcţiede diferenţa ( P * a ) dintre temperatura plăcii *suprafeţei+ a&sor&ante pşi temperatura mediulam&iant a. n realitate, puterea utilă este mai mică şi proporţională cu diferenţa dintretemperatura medie a lichidului şi temperatura mediul am&iant,8aca notam cu i temperatura la intrare a lichidului si cu e temperatura la iesire atuncide&itul termic ea poate fi eprimat prin relatia

uie p P ) ) cmD =−= +*

temperatura medie a lichidului este

Puterea sau energia transmisă de la placă spre lichid depinde de un şir de factori- natura acestuia- apă, aer, antigel, etc.1 de de&itul de masă specific pe unitate de suprafaţă, ?g4hUm31 de căldura specifică a lichidului, W4?gU9#1 de temperatura medie a lichidului m.Pentru a lua în consideraţie cele spuse mai sus, în ecuaţia randamentului se introduce factorul

= E mai mic decât unu, numit factor de irigare .

unde F2 ' =EG(67), m ' =EG P %

3ie

m

) ) )

−=


15/24

A.1.3 Calculul sarcinii termice a captatorilor solari Hntensitatea radia#iei solare preintă un caracter foarte varia"il, atât în timpul anului,

cât şi zilnic, astfel încât este evident că şi sarcina termică realizată de colectorii solari va fi lafel de varia&ilă.

#a şi radiaţia solară, sarcina termică asigurată de colectorii solari, preintă uncaracter varia"il, astfel încât se poate vor&i despre valoarea maimă şi medie a acesteimărimi. Pentru calcule termice de dimensionare, preintă importan#ă cunoaşterea valoriimedii a sarcinii termice a colectorilor solari% #u cât randamentul colectorilor solari este mairidicat, cu atât fiecare suprafaţă unitară de colector solar, va furniza o sarcină termică unitarămedie, mai apropiată de valoarea medie a intensităţii radiaţiei solare.

7arcina termică necesară pentru încălzirea apei calde mena!ere , se poate calcula curelaţia

7e va considera n@F, deci se va calcula sarcina termică necesară pentru încălzirea apeicalde mena!ere necesare unei persoane, m@A9?g ' valoare medie recomandată de literatura despecialitate, t&@:AX# ' valoare recomandată pentru temperatura apei calde din &oiler1 tr@F9X#' valoare medie a apei reci, care vara este ceva mai caldă, dar iarna ceva mai rece şi N@h 'valoare care coincide aproimativ şi cu durata medie în care se manifestă radiaţia solară, decicu durata medie în care poate fi captată aceasta.nlocuind valorile numerice considerate, se o&ţine pentru sarcina termică necesară în vederea

preparării apei calde mena!ere necesare zilnic pentru o persoană-

#u #apa@:FD?W4?g grd [email protected]?6h


16/24

7arcina termică unitară a colectorilor solari este

Pentru prepararea apei calde mena!ere, firmele producătoare recomandă utilizarea unor suprafeţe diferite ale colectori solari în funcţie de tipul colectorilor şi de procentul dinnecesarul anual de căldură care urmează să fie asigurat de acei colectori solari, ca în ta&elul F.


17/24

Aplicatii1. -istem solar termic pasiv ' /ste cel mai vandut sistem deoarece nu are sisteme auiliare

pentru a functiona #ontine Panourile 7olare si >oilerul

Vehicularea energiei termice între colectorul solar i locul de utilizare sau depozitareș poate avea loc fără utilizarea unei surse de energie eternă 0n al acest caz se utilizează principiul termosifon &azat pe diferen a de densitate a agentului termic la diferite temperaturi.ț$pa caldă se ridică în sus, pe când cea rece co&oară. 0n acest caz rezervorul tre&uie să segăsească deasupra colectorului solar. $desea colectorul solar i rezervorul constituie un &locșcomun.

2 -istem solar termic activ *sistem care foloseste diverse dispozitive in vedereatransportului de caldura+ Vehicularea energiei termice între colectorul solar i locul deș

utilizare sau depozitare poate avea loc cu utilizarea unei surse de energie eternă. n acest cazavem de'a face cu sisteme ce utilizează pompe ac ionate electric, sisteme de reglare automatățetc.,

$pa incalzita solar este acumulata intr'un rezervor. #apacitatea acestuia tre&uie sa fiesuficient de mare pentru a putea stoca cel putin cantitatea de apa calda necesara zilnic.7istemele solare pot fi cu transfer direct sau indirect de caldura, in functie de modul in careeste incalzita apa mena!era direct in colector, la sistemele in circuit deschis sau prinintermediul unui schim&ator de caldura, in cazul sistemelor cu circuit inchis.

7istemele solare cu transfer direct de caldura nu pot fi folosite in aplicatii in care apade incalzit este de calitate pro&lematica *apa dura sau acida+, din cauza pericolului de

colmatare sau coroziune a instalatiei.


18/24

Componenta unui sistem termic solar Colector (panou solar) ' 8imensionare'Primul pas in alegerea sistemului este

sta&ilirea numarului necesar de panouri. Tnghiul de inclinare al panourilor tre&uie sa fie Y4'F9 grade fata de latitudinea locului. 0ncarcarea acoperisului nu tre&uie negli!ata iar sistemul defiare tre&uie ales cu gri!a astfel incat sa nu apara infiltratii prin acoperis

Ioiler (recipient de stocare a apei calde, ' Volumul si dimensiunea &oilerului au deasemenea o importanta deose&ita asupra pozitionarii in camera tehnica. 7upradimensionareasau su&dimensionarea sistemelor nu creste performanta sistemului. Pozitionarea &oilerului seface deo&icei in interior deoarece plasarea in eterior poate duce la deteriorarea &oilerului si

pierderea de energie. 8atorita greutatii &oilerului tre&uie calculata incarcarea planseului incamera tehnica.

Jichidul antiinghet ' Qichidul care circula prin panouri este de tip antigel Kit hidraulic cu sistem electronic de control ' $nalizeaza datele de la senzori si

determina cand este suficienta energie pentru colectare.Las de expansiune ' este prevazut in sistemul panourilor solare .$re rolul de protectie

contra suprapresiunii cand temperatura este ridicata si mentinerea presiunii cand fluidul aretemperatura scazuta

ariante de sisteme termice active/

a% .istem solar termic cu serpentina simpla *ACM si incalire


19/24

"% .istem solar termic cu doua serpentine


20/24

#. Conversia termică a energiei solare la temperaturi mari8ensitatea de putere a radiaţiei solare la suprafaţa pământului rareori depăşeşte F999

64m3. $ceasta nu permite să o&ţinem cu a!utorul colectoarelor de formă plană analizaţi maisus temperaturi care ar depăşi cu mult valoarea de F99 9#. emperaturi de sute şi chiar mii degrade pot fi o&ţinute concentrând componenta directă a radiaţiei solare.

5uncţionarea concentratoarelor solare se &azează pe două fenomene - refleia şirefracţia luminii. #ele mai răspândite tipuri de concentratoare a energiei solare folosite înconversia termică sunt- cilindro'para&olice, para&oloidale şi cu heliostate. oate au încomponenţa sa trei elemente principale-

• reflectorul care recepţionează radiaţia solară şi o direcţionează în focar1• receptorul amplasat în focar şi care transformă radiaţia solară în căldură1• sistemul de urmărire a traiectoriei soarelui.

Parametrii de "aă, care caracterieaă un concentrator solar sunt coeficienţii deconcentrare.

• Coeficientul de concentrare geometrica este raportul dintre aria suprafeţei deschise

razelor solare, sau apertura, Aa şi aria suprafeţei receptorului, Ar -

• Coeficientul de concentrare optic este raportul dintre densitatea de putere a radiaţieidirecte pe suprafaţa receptorului, 0r şi densitatea de putere a radiaţiei directe peapertură, 0a-

Pentru un concentrator ideal Cg'Cr,

n figura umatoare este prezentată schema constructivă a concentratorului cu treioglinzi cilindro'para&olici reflectoare F *au forma unui !ghea&+. )eceptorul de radiaţie solară3 prezintă o conductă prin care circulă lichidul, de o&icei, apă. )eceptorul 3 este montat înfocarul cilindrului para&olic, care prezintă o linie ce intersectează focarul optic 5 al para&olei


21/24

( particularitate importantă a concentratorului cilindro'para&olic constă în urmărirea doar aunei coordonate a traiectoriei soarelui unghiul de înălţare 6 s

$l doilea tip de concentrator prezintă o oglindă para"olica F care serveşte ca

reflector. n focarul para&oloidului este montat receptorul 3. "ecanismul de orientare *nu estearătat+ tre&uie să asigure urmărirea a două unghiuri de înălţare 6 s şi azimutal N % emperaturareceptorului poate atinge valori de peste o mie de grade. #oncentratoare de acest tip suntfolosite pentru topirea şi o&ţinerea a celor mai pure metale în condiţii terestre sau pentrugenerarea energiei electrice folosind grupul motor 7tirling generator electric.

Concentratorul cu heliostate este un echivalent al concentratorului para&oloidal dedimensiuni foarte mari Heliostatele F, care prezintă reflectoare de formă plană şi audimensiuni mici, sunt amplasate în !urul turnului central pe întreaga circumferinţă formând,aşa numitul, câmp de heliostate. )eflectorul 3 este montat pe turn în focarul para&oloidului.5iecare heliostat este telecomandat şi urmăreşte cele două coordonate ale traiectoriei soarelui.


22/24

Tn recent proiect &azat pe energia solară, aflat lângă oraşul 7evilia, 7pania, si estecunoscut ca P7'F9 *Planta 7olar+, proiectul constă în construcţia unor câteva sute de oglinzimo&ile, numite şi heliostate, care reflectă razele solare către un receptor amplasat central,situat la înălţimea de FFA m în vârful unui turn de &eton. #omponentele acestui receptor convertesc radiaţia solară în energie electrică. 8eoarece chiar şi construcţia turnului este unicăşi designul său a fost provocator pentu ingineri. n particular, structura înaltă tre&uie să fiesuficient de ro&ustă pentru a susţine diferitele părţi ce definesc construcţia din punct de vedereestetic, aceasta pentru a se încadra în mediul încon!urător.

#u o putere instalată de FF"6, centrala produce 3:.3G6h anual. #onstruireacentralei a costat ;A milioane de euro, din aceştia A milioane de euro fiind proveniţi din fondulTniunii /uropene J5ifth 5rameLor? ProgrammeK, un fond care susţine cercetarea şidezvoltarea în tehnologii noi. otuşi, energia electrică produsă de P7'F9 este de trei ori maiscumpă decât energia din surse convenţionale, costul aşteptându'se să scadă odată cudezvoltarea tehnologiilor.

#u privire la potenţialul în dezvoltarea dindomeniul conversiei energiei solare, 7pania este unadintre ţările care este direct interesată pentru că

&eneficiază de o cantitate foarte mare de energie solarăaceasta fiind cea mai mare din /uropa. n fapt,

J Plataforma .olar de AlmeriaK cum este denumit întregcompleul energetic, este cel mai mare centru decercetare, de dezvoltare şi de testare a tehnologiilor carefolosesc energia concentrată a razelor solare. 7ituată înregiunea $lmeria, ansam&lul este parte a J#entro de0nvestigaciones /nZrgeticas, "edioam&ientales [echnol\gicasK. "ai mult decât atât, 7pania este al

patrulea producător pe plan mondial, de echipamente şisu&ansam&le care folosesc tehnologia solară.

$nsam&lul P7'F9 presupune o suprafaţă deheliostate comandate de un sistem de control şi care reflectă razele solare către un receptor

central. )adiaţia solară concentrată încălzeşte un lichid aflat în receptor la o temperatură


23/24

cuprinsă între A99X# şi F999X#. $ceastă energie termică poate fi folosită pentru a produceenergie electrică.

P7'F9 produce electricitate cu a!utorul a B3: de heliostate, fiecare având o suprafaţăde F39mp. n total, centrala ocupă o suprafaţă de B9ha de pământ. #ontrolate de un sistemcomputerizat, heliostatele concentrează razele solare în vârful turnului unde sunt amplasate un

receptor solar şi o tur&ină de a&ur. ur&ina antrenează un generator, acesta producând energieelectrică. 7etul de panouri acoperă o deschidere de F9 de grade

#onstrucţia a fost terminată în fe&ruarie 399D iar centrala P7'F9 a fost inaugurată îniunie.

n secţiunea superioară se află cazanul de a&ur şi multe alte conducte de a&ur care se

conectează la receptorul solar. 7ituat la o înălţime de F99 m, receptorul solar este format din patru panouri interschim&a&ile de a&ur saturat, susţinute de o structura metalică. "ăsurândAm în lungime şi F3 m în înălţime, fiecare panou este format dintr'un set de conducte,articulate dintr'o parte în alta şi de !os în sus. #onductele de la un panou sunt conectate laconductele de la panoul imediat adiacent.

Patru pompe conduc apa către receptorul solar si sunt situate su& receptor, într'uncompartiment intern independent aflat în secţiunea mediană

urnul a tre&uit să suporte diferite tipuri de echipamente grele şi cu ga&arit depăşit-- receptorul solar este alcătuit din patru panouri interschim&a&ile, cudimensiunile de Am în lungime şi F3m înalţime. $coperind un arc de cerc de F9 degrade şi localizat pe turn, undeva la o înălţime de F99m, receptorul cântăreşte în total3:9.A tone1- Tn cazan lung de FA m e folosit pentru colectarea a&urului careantrenează tur&ina, cu o greutate totală de D:.A tone, acesta e situat în vârful turnuluila o înălţime de FF;.A metrii deasupra pământului1- Patru pompe aflate su& receptor sunt necesare pentru a in!ecta apă,cântărind în total F3.A tone, acestea sunt situate la o înălţime de A.m1- Tn re'încălzitor de A m lungime cu o greutate totală de B.: tone esteamplasat la ;:.F m deasupra pământului1- ( instalaţie de degazificare de ; m lungime, cântărind ;.B tone esteamplasată la aceeşi înălţime ca re'încălziorul1-

raseele de ţevi şi conducte pentru apă şi a&ur, distri&uite printrediferitele platforme, au o greutate totală de FDB tone atunci când sunt încărcate lacapacitate maimă.


24/24

8e asemenea, arhitectura a tre&uitsă fie serios luată în considerare de'a lunguletapei de proiectare, ştiindu'se faptul căturnurile solare reprezintă un proiectremarca&il în domeniul surselor

neconvenţionale, clienţii îşi doresc ostructură unică, memora&ilă. $rhitectonic proiect ales de către client a fost o formădreaptă dar cu două feţe distincte. Văzut dinfaţă turnul reprezintă un trapez cu colţurilerotun!ite, latura mai mare măsurând 33.; mîn lungime, aflată la nord şi latura mai micăde FA.B m în lungime aflată la sud.

8oi pereţi aflaţi în interior, perpendicular pe laturile paralele ale turnului, împartstructura în trei părţi distincte, cele de la est, vest şi cele centrale. $cestă formă trapezoidă afost adaptată după forma receptorului solar, ale cărui panouri acoperă un arc de cerc de F9 degrade. #u această formă asimetrică, turnul se pare că JpriveşteK spre câmpul de heliostate#entrala P7'F9 este proprietatea fimei 7olucar /nergia 7$, 5irma, cunoscuta su& numele de7olucar, proiecteaza, finanteaza, construieste şi asigură operarea centralelor electrice cefolosesc soarele ca sursă primară de energie.

Cap4_Panouri Termice Solare

Documents

Transcript of Cap4_Panouri Termice Solare