Малая и микрогидроэнергетика

Наиболее перспективными направлениями развития гидроэнергетики в настоящее время (2000 г. и далее) считают (кроме развития гидроаккумулирующих станций – ГАЭС) малые ГЭС и микроГЭС.

К малым ГЭС (МГЭС) принято относить гидроэлектростанции мощностью 0,1…30 МВт (при этом для них введено ограничение по диаметру рабочего колеса турбины – 3 м и по мощности одного гидроагрегата – 10 МВт). Установки мощностью менее 0,1 МВт относятся к категории микроГЭС.

Основными критериями при принятии решения о строительстве малых и микро ГЭС являются:

– наличие благоприятных местных условий по источнику воды и рельефу;

– отсутствие развитых региональных энергосистем;

– целесообразность создания автономной системы энергоснабжения.

По экспертным оценкам экономический гидроэнергетический по­тен­циал, пригодный к эксплуатации системами малых ГЭС и микроГЭС, в мире составляет около 35 % от общего гидроэкономического потенциала. В настоящее время (2000 г.) он используется не более чем на 3…5 %.

 

    3.3 Виды гидроэнергетических установок. Схемы использования водного потока реки. Определение основных параметров малых ГЭС

    Энергия воды используется на гидроэнергетических установках (ГЭУ). Существует три основных вида ГЭУ:

    - гидравлические станции (ГЭС), которые используют энергию рек;

    - приливные электростанции (ПЭС), использующие энергию приливов и отливов океанов и морей;

   - гидроаккумулирующие станции (ГАЭС), которые могут накапливать и использовать энергию искусственных водоемов и озер.

    Принципиальным преимуществом ГЭУ по сравнению с другими электростанциями является то, что они используют вечно возобновляемые энергетические ресурсы, а на ТЭС сжигается топливо. На ГЭУ используется вода, которая полностью сохраняется. Гидроэнергетическим ресурсам не грозит исчезновение от работы гидроэнергетических установок. Технологическая схема работы ГЭУ исключительно проста. Естественные водные ресурсы реки преобразуются в гидроэнергетические ресурсы ГЭС с помощью строительства гидротехнических сооружений. Гидроэнергетические ресурсы используются в турбине и превращаются в механическую энергию, механическая энергия используется в генераторе и превращается в электрическую энергию. Таким образом ГЭС является гидротехническим сооружением, преобразующим энергию воды в электрическую энергию. На рисунке 3.1 изображена технологическая схема гидроэлектростанции. Из верхнего водохранилища с вехним бъефом НБ вода поступает в водоприемник 1, а затем по водоводам 2 подводится к турбинам 3. Пройдя проточную часть турбин и отдав энергию, вода отводится в нижнее водохранилище. Турбина вращает ротор гидрогенератора 4, и в его статоре 5 вырабатывается электрический ток. Этот ток подается по шинам 6 на повышающий трансформатор 7, передается на распределительное устройство 8 и под высоким напряжением уходит по линиям электропередачи 9, направляясь к потребителям электроэнергии.

 

Рисунок 3.1 - Технологическая схема гидроэлектростанции

 

           Основной характеристикой любой электростанции, в том числе и гидроэлектростанции является мощность и выработка электроэнергии. Вода, текущая в русле реки или в канале с перепадом уровней, на рассматриваемом участке непрерывно совершает работу, которая расходуется на преодоление внутреннего сопротивления движению воды, сопротивления на трение в русле. Если при этом в рассматриваемом русле протекает расход Q (количество воды, протекающее в 1 с. через данное поперечное сечение водотока, м³/с), то работу, которую может совершить вода в 1 с, т. е. потенциальная мощность водотока, выраженная в Вт или Дж/с, определяется формулой

                             (3.1)

    где     r - плотность воды, кг/м³;

              g - ускорение свободного падения, м/с;

              Q - расход воды, м³ /с;

              H - напор, м.

    Не вся мощность превращается в полезную электрическую мощность, поскольку при преобразованиях энергии неизбежны потери. Их можно учесть, введя понятие суммарного коэффициента полезного действия ГЭС, учитывающего потери в водоприемнике, водоводах, в турбине и генераторе. Тогда полезная электрическая мощность на выводах ГЭС определится формулой:

                         (3.2)

    где h_Т - КПД турбины;

    h_Г - КПД генератора.

    Энергия водотока Э, кВт·ч, определяемая произведением мощности  на время t, с составляет:

                                     (3.3)

    где - объем используемого стока, м³.

    Эта зависимость оценивает потенциальные или теоретические гидроресурсы, т.е. без учета потерь стока и водной энергии при ее преобразовании в электрическую. Для преобразования энергии текущей воды в электрическую, как это следует из вышеизложенной формулы, необходимо иметь значения расхода и напора. Величина развиваемой при этом мощности будет тем больше, чем больше расход и напор. В естественных условиях концентрированные в определенном месте напоры встречаются крайне редко. Это могут создать лишь водопады. Равнинные реки обычно имеют уклон свободной поверхности воды 5-10 см/км, а горные 5-10 м/км. Поэтому для того, чтобы напоры, используемые турбинами ГЭС, имели необходимую величину, их приходится создавать, искусственно. Концентрация в каком-либо удобном месте напора осуществляется с помощью гидротехнических сооружений по плотинной или деривационной схеме.

 

    4 Лекция №4. Использование солнечной энергии

 

    План лекционного занятия:  физические основы процессов преобразования солнечной энергии в тепловую энергию. Виды преобразователей:фотоэлектрические станции; гелиоэлектростанции (ГЕЭС); солнечные коллектора.

    Цель: формирование представлений о сущности физических основ процессов преобразования солнечной энергии в тепловую энергию.

 

    4.1  Физические основы процессов преобразования солнечной энергии в тепловую энергию

    Солнце является главным первичным источником нетрадиционной энергии. Солнце имеет колоссальные размеры – диаметр 1392 тыс.км и массу 2·10³⁰ кг. Среднее расстояние от Земли до Солнца – 150 млн км.

    Солнечная энергия излучается в пространство благодаря термоядерной реакции, которая протекает внутри звезды (солнца). В этой реакции водород превращается в гелий. Масса ядра гелия меньше массы 4 протонов, поэтому часть массы ядра превращается в энергию. Мощность потока солнечного излучения составляет 2·10²³ кВт. Температура в центре Солнца достигает 8-10 млн К, понижаясь к поверхностным слоям до 5800 К. В этом состоит физическая основа процесса преобразования солнечной энергии в тепловую.

    На Землю падает поток энергии, равный 1,7·10¹⁴ кВт. Это означает, что в течение менее одного часа Земля получает столько энергии, сколько будет достаточно для удовлетворения всех энергетических потребностей человечества в течение года.

    Основной величиной, характеризующей солнечную энергию, является солнечная постоянная I₀=1353 Вт/м², т.е. плотность потока излучения, падающего на площадку, перпендикулярную этому излучению и расположенную над атмосферой. На уровне Земли солнечная постоянная не превышает 1000 Вт/ м². Облученность рассматриваемой площадки зависит от географической широты (к тропикам она больше), времени года, суток, наличия облаков и загрязнений в атмосфере, от угла наклона к горизонту. В любом случае наклонная облучаемая площадка получает больше энергии, чем горизонтальная.

    Солнечная постоянная  I₀ есть - количество энергии излучения Солнца во всем диапазоне длин волн, получаемой в единицу времени единичной площадкой, перпендикулярной солнечным лучам вне земной атмосферы на расстоянии между Землей и Солнцем. Значение I₀ получено измерениями с космических аппаратов и стандартно принимается I₀ = 1353 Вт/м². Эффективная солнечная постоянная I_0эфф учитывает сезонные колебания расстояния между Землей и Солнцем и рассчитывается по формуле:

                                           (4.1)

    где  - порядковый номер дня, отсчитанный от 1-го января.

   При прохождении через атмосферу солнечный свет ослабляется в основном из-за поглощения инфракрасного излучения парами воды, ультрафиолетового излучения - озоном и рассеяния излучения частицами атмосферной пыли и аэрозолями. Доля отраженного тепла зависит от того, на какую поверхность попадает излучение. Так, для сухого чернозема эта доля равна 0,14, вспаханного поля 0,26 … 0,38, снега 0,6 … 0,9, водной поверхности 0,2 … 0,78 в зависимости от угла падения солнечных лучей. Так что плотность теплопритока неодинакова на различных широтах Земли, в различные времена года и периоды суток.

В субтропиках и пустынях среднегодовое значение мощности излучения составляет 210 … 250 Вт/м², в центральной части Европы 130 … 210 Вт/м², в североевропейских странах 80 … 130 Вт/м².

   

    4.2 Виды преобразователей солнечной энергии

Различают три основных преобразователя солнечной энергии в электрическую:

- фотоэлектрические преобразователи – ФЭП;

- гелиоэлектростанции (ГЕЭС);

- солнечные коллекторы (СК).

    Фотоэлектрические преобразователи представляют собой полупроводниковое устройство, в котором под действием света появляется электрический потенциал. Электрические свойства полупроводников описываются зонной теорией, согласно которой валентная зона и зона проводимости разделены энергетическим зазором, называемым запрещенной зоной (рисунок 4.1).

    Валентная зона наполнена электронами. Зона проводимости может быть частично заполнена электронами или быть пустой. В зависимости от расположения зон и ширины запрещенной зоны, которая напрямую влияет на проводимость, твердые тела делятся на проводники, полупроводники и диэлектрики. При попадании фотона в валентный электрон, электрон возбуждается, и при достаточной энергии фотона может перейти в зону проводимости.

Рисунок 4.1 - Зонная структура полупроводника с собственной проводимостью

    В настоящее время в фотоэлектрических преобразователях применяется кремний. Чистый кремний не содержит примесных атомов. Технически чистый кремний содержит незначительное число примесных атомов, которые могут отдавать или присоединять электроны. Если в полупроводник с собственной проводимостью внести примесь ионов, то возникает примесная проводимость. Так, например, если четырехвалентный атом кремния в кристаллической решетке заместить атомом с меньшей валентностью, то в решетке возникает акцепторный узел, способный захватывать свободные электроны. Энергетические уровни акцепторных атомов располагаются в запрещенной зоне вблизи валентной зоны. Отсутствие свободных электронов приводит к появлению положительных состояний, называемых дырками. Дырки имеют тяготение к заполнению электронами, но тогда на месте присоединенного электрона появляется своя дырка. Такое явление можно интерпретировать, как перемещение дырок в веществе полупроводника. Если внести примесь с большей валентностью, чем кремний, то возникнут донорные узлы, способные отдавать электроны. В этом случае по веществу полупроводника будут перемещаться электроны.

    Первого типа полупроводники называются полупроводниками р-типа, а вторые – n-типа.

    Материалы с примесной проводимостью обладают более высокой электропроводностью, чем технически чистые полупроводники. Электропроводность полупроводников n-типа выше, чем чистых полупроводников, так как энергия ионизации доноров меньше ширины запрещенной зоны, и, при возбуждении фотонами, электроны легче переходят в зону проводимости, т. е., для возбуждения требуется меньшая энергия фотона. Аналогичная ситуация и для полупроводников р-типа, только здесь требуется меньше энергии для перехода дырок в валентную зону. На рисунке 4.2 изображена простейшая конструкция солнечного полупроводникового фотоэлемента. Полупроводниковые фотоэлектрические преобразователи (ФЭП) являются наиболее эффективными с энергетической точки зрения устройствами для превращения солнечной энергии в электрическую.

 

 

Рисунок 4.2 - Простейшая конструкция солнечного элемента (СЭ)

 

    При характерной для ФЭП равновесной температуре порядка 300-350 К и температуре Солнца около 6000 К, их предельный теоретический КПД > 90%. Это означает, что, в результате оптимизации структуры и параметров преобразователя, направленной на снижение необратимых потерь энергии, вполне реально удастся поднять практический КПД до 50% и более (в лабораториях уже достигнут КПД 40%).

    Гелиоэлектростанции (ГЕЭС) - солнечные установки, использующие высококонцентрированное солнечное излучение в качестве энергии для приведения в действие тепловых машин (паровой, газотурбинной, термоэлектрической и др.). Солнечная фотоэлектростанция мегаваттного уровня содержит несколько линий фотовольтаических панелей (солнечных модулей), установленных на систему монтировки (рисунок 4.3).

Рисунок 4.3 – Структура солнечной  фотоэлектростанции

Каждая линия подключена посредством кабелей постоянного тока к инвертеру. Инвертор преобразует постоянный ток в переменный, который питает электрооборудование (потребители электроэнергии).

    Солнечные коллекторы - устройства для сбора тепловой энергии Солнца, переносимой видимым светом и ближним инфракрасным излучением. Коллектор так же служит для передачи тепла теплоносителю, теплота которого расходуется на нужды горячего водоснабжения, отопления и подогрева бассейна. Плоский солнечный коллектор состоит из стекла или прозрачного покрытия из пластика (одинарного, двойного или тройного) (рисунок 4.4), теплоприемника с каналами для циркуляции воды.

        

        

Рисунок 4.4 – Конструкция плоского солнечного коллектора

    Основным элементом солнечного коллектора является абсорбер. Абсорбер - это поверхность коллектора, которая за счет специального нанесенного селективного покрытия обеспечивает максимальное поглощение солнечной энергии. Нагреваясь, абсорбер излучает тепло на внутренние поверхности коллектора. Однако, при невысокой температуре излучения это, в основном инфракрасные лучи, которые очень плохо проникают через стеклянную панель. Для уменьшения теплопотерь у боковых и нижней поверхностей устанавливаются достаточно толстые слои тепловой изоляции. В качестве материала абсорбера обычно служит медь или алюминий.

    Открытые солнечные коллекторы представляют собой поверхность, выполненную из резины или пластика с высокими значениями коэффициента поглощения солнечных лучей и высокой стойкостью к действию ультрафиолетового излучения. Как следует из названия, в таких коллекторах теплопоглощающий слой не покрывается стеклом (абсорбер отсутствует). Применяются почти исключительно в открытых гелиосистемах для нагрева воды в бассейнах.

    С целью уменьшения теплопотери зимой корпус коллектора герметизируют. Плоский солнечный коллектор наиболее эффективен на протяжении теплого сезона, и наоборот, зимой, в связи с высокими теплопотерями эффективность значительно меньше.

    Одно из главных достоинств плоских коллекторов – достаточно низкая цена и ощутимая эффективность летом. Недостатки — низкая эффективность зимой и неудобство монтажа, связанное с тем, что плоский солнечный коллектор является цельным сооружением, которое не так просто поднять на крышу дома.

    Существует два основных типа солнечных коллекторов: плоские и вакуумные трубчатые.

    Плоские солнечные коллекторы.

    Плоские солнечные коллекторы используются в системах, где уровень нагрева теплоносителя не превышает 80…90ºС.

    Основной характеристикой КСЭ является его тепловой КПД, показывающий, какая доля солнечной энергии Q _л, падающей на коллектор, передается в форме тепла Q _пол потребителю:

                                           (4.2)

    где = - , поскольку количество полезного тепла определяется разностью между и теплопотерями , которые в св

ою очередь могут быть рассчитаны по известной формуле:

                                          = ,                                             (4.3)

    где k – средний эффективный коэффициент теплопередачи;

        F – площадь теплоотдающей поверхности;

         и    – средняя температура поверхности абсорбера и температура окружающей среды, соответственно.

    Солнечный коллектор не может быть эффективным на 100 %, поскольку имеет потери при преобразовании тепловой энергии, а так же оптические потери. Тепловые потери – это часть солнечной энергии, которая была преобразована в солнечном коллекторе в тепловую энергию, но не была использована на нагрев теплоносителя а рассеялась в окружающем воздухе. Данный вид потерь зависит от разницы температуры в коллекторе и окружающем воздухе и коэффициентов тепловых потерь k₁ (линейный коэффициент тепловых потерь Вт/(м²·К) и k₂ (коэффициент тепловых потерь с учетом нелинейности Вт/(м²·К²)).

    Общую эффективность солнечного коллектора определяют значением КПД коллектора:

                                      (4.4)

    где  η- коэффициент полезного действия коллектора;

    η₀- оптический коэффициент полезного действия;

    k₁ -коэффициент тепловых потерь Вт/(м²·К);

    k₂ -коэффициент тепловых потерь Вт/(м²·К²);

                           =  - разница температур между коллектором и воздухом К;

    Е – суммарная интенсивность солнечного излучения.

    Максимальное значение КПД достигается при условии, что разность температуры ∆Т равна нулю. В таком случае коллектор не имеет тепловых потерь. Однако такие идеальные условия в практике не встречаются. Значение η₀ является паспортным значением любого солнечного коллектора и обязательно должен быть указан в документации к солнечному коллектору.

    На рисунке 4.5 изображена зависимость теплового КПД различных коллекторов от разности температур между коллектором и воздухом.

Рисунок 4.5 – Сравнение эффективности солнечных коллекторов различного типа

    Вакуумные коллекторы.

    Для нагрева до более высоких температур используются вакуумные коллекторы. В них абсорбирующая поверхность отделена от окружающей среды вакуумированным пространством, которое позволяет значительно уменьшить теплопотери в окружающую среду за счет исключения конвекции и теплопроводности. А потери тепла излучением подавляются применением селективных покрытий, поглощение которых во много раз, чем излучение. Вакуумные коллекторы, конструкции которых схематично показаны на рисунке 4.5 позволяют нагревать теплоносители до 120…150 ºС и выше.

       В вакуумных трубчатых коллекторах изолятором служит вакуум заполняющий пространство в стеклянной колбе, в которой размещен абсорбер. Существует несколько основных типов вакуумного трубчатого солнечного коллектора:

    - по типу стеклянной трубки (коаксиальная, перьевая);

    - по типу теплового канала (тепловая трубка, прямоточная).

    В гелиосистемах производства фирмы «Прогресс-ХХI» (Россия) используется высокоэффективный вакуумный трубчатый гелиоколлектор. Вакуумная тепловая труба автономна и состоит из сверхпрочного боросили-катного стекла. Внешняя трубка – прозрачная, а внутренняя имеет специальное селективное покрытие, которое обеспечивает максимальное поглощение тепла при минимальном отражении.

Рисунок 4.5 – Схема работы тепловой трубки

 

    Для поддержания вакуума между внутренней и внешней трубками в солнечном водонагревателе «Прогресс-ХХI» используется бариевый газо-поглотитель,  поглощающий газы СО, СО₂, N₂, O₂, H₂О и H₂, выделяющийся из трубы в процессе хранения и эксплуатации, и является четким визуальным индикатором состояния вакуума в трубке солнечного коллектора. При загазованности трубки бариевый слой из серебристого становится белым, что позволяет определить целостность трубы вакуумного солнечного водонагревателя.

 

 

Рисунок 4.6 – Схема работы тепловой трубки в вакуумном солнечном коллекторе и расположение солнечного коллектора на кровле

    При наличии солнечных лучей (прямых, рассеянных) поглощение тепла происходит в медной трубке, которая находится внутри вакуумной трубы и содержит неорганическую нетоксичную жидкость, которая испаряется при нагревании. Поскольку в трубке низкое давление, то испарение происходит даже при температуре минус 25-30°С. Пар поднимается к наконечнику (конденсатора) тепловой трубки, где отдает тепло теплоносителю (антифризу), который течет по теплопроводу гелиоколлектора. Потом он конденсируется и стекает вниз, и процесс повторяется снова.

    Солнечный водонагреватель с вакуумными трубками показывает отличные результаты даже в пасмурные дни, поскольку они способны поглощать энергию инфракрасных лучей, которые проходят через тучи. Благодаря изоляционным свойствам вакуума, влияние ветра и низких температур на работу гелиосистемы также незначительно по сравнению с влиянием на плоский солнечный коллектор. Гелиосистема с вакуумным солнечным коллектором успешно работает до температуры минус 35°С.  Вакуумные трубы круглые, благодаря этому количество солнечного излучения, которое попадает на гелиоколлектор остается постоянным с утра до вечера, что увеличивает суммарную поглощаемую энергию в сравнении с плоским. Трубы установлены в солнечном водонагревателе параллельно, угол их наклона зависит от географической широты места установки системы отопления. Ориентированные из севера на юг, на протяжении дня трубки вакуумного солнечного коллектора пассивно двигаются за солнцем.

       Преимуществами вакуумных коллекторов являются:

    – высокий КПД в течение всего года;

    – максимальный КПД в зимний период.

    Недостатками являются:

    – более высокая стоимость;

    – больший вес и габаритные размеры в сравнении с другими типами коллекторов;

    – пониженная эффективность работы в зимний период в холодных климатических условиях вследствие возможного образования инея и выпадения снега.

     

           5 Лекция № 5. Преобразование солнечной энергии в тепловую энергию

    План лекционного занятия:  системы гелио-теплоснабжения и их классификация.  Аккумуляторы тепла. Данные актинометрических наблюдений.

    Цель: формирование знаний и представлений о системах гелио-теплоснабжения и их классификации.

    5.1 Системы гелио-теплоснабжения и их классификация

    Системами гелио-теплоснабжения называются системы, использующие в качестве теплоисточника энергию солнечной радиации. Их характерным отличием от других систем низкотемпературного отопления является применение специального элемента – гелиоприемника, предназначенного для улавливания солнечной радиациии и преобразования ее в тепловую энергию. По способу использования солнечной радиации системы гелио-теплоснабжения подразделяются на пассивные и активные. На рисунке 5.1 представлена пассивная низкотемпературная система гелио-теплоснабжения, использующей стену здания как коллектор солнечной энергии.

1- Солнечные лучи; 2- лучепрозрачный экран; 3- воздушная заслонка;

4 – нагретый воздух; 5 – охлажденный воздух из помещения;

6 – собственное длинноволновое тепловое излучение массива стены;

7 – черная лучевоспринимающая поверхность стены; 8 – жалюзи.

Рисунок 5.1- Пассивная низкотемпературная система гелио-теплоснабжения

    Пассивными называются системы гелио-теплоснабжения, в которых в качестве элемента, воспринимающего солнечную радиацию и преобразующую ее в теплоту, служит само здание или его отдельные ограждения (здание-коллектор, стена-коллектор, кровля-коллектор и т.п.). Активными называются системы солнечного низкотемпературного отопления, в которых гелиоприемник является самостоятельным отдельным устройством (рисунок 5.2), не относящимся к зданию.

    Активные гелиосистемы могут быть подразделены:
    - по назначению (системы горячего водоснабжения, отопления, комбинированные системы для целей теплохолодоснабжения);
    - по виду используемого теплоносителя (жидкостные – вода, антифриз и воздушные);

    - по продолжительности работы (круглогодичные, сезонные);
    - по техническому решению схем (одно-, двух-, многоконтурные).

    Воздух является широко распространенным незамерзающим во всем диапазоне рабочих параметров теплоносителем. При применении его в качестве теплоносителя возможно совмещение систем отопления с системой вентиляции. Однако воздух – малотеплоемкий теплоноситель, что ведет к увеличению расхода металла на устройство систем воздушного отопления по сравнению с водяными системами.

 

Рисунок 5.2 – Пример активной солнечной системы теплоснабжения

 

    Вода является теплоемким и широкодоступным теплоносителем. Однако при температурах ниже 0°С в нее необходимо добавлять незамерзающие жидкости. Кроме того, нужно учитывать, что вода, насыщенная кислородом, вызывает коррозию трубопроводов и аппаратов. Но расход металла в водяных гелиосистемах значительно ниже, что в большой степени способствует более широкому их применению.

 

    5.3 Аккумуляторы тепла

    Тепловые аккумуляторы емкостного типа являются одним из важных элементов систем гелио-теплоснабжения. Тепловые аккумуляторы (буферные ёмкости) предназначены для накопления тепловой энергии во время работы отопительного оборудования и последующего её использования после отключения агрегатов.

    Аккумулирование теплоты вызвано периодичностью поступления солнечной энергии в течение суток и года, а также несовпадением графиков выработки теплоты в гелиосистемах и ее потреблением в системах теплоснабжения. Аккумуляторы теплоты гелиосистем относятся к регенеративным теплообменникам, для которых характерен циклический характер работы, который включает в себя два периода: зарядки аккумулятора тепловой энергии и его разрядки. Для гелиосистем применяют тепловые аккумуляторы емкостные, имеющие резервуар, заполненный теплоаккумулирующим материалом ТАМ (вода, воздух, природный камень, гальку). По конструкции и принципу действия аккумуляторы тепловой энергии для гелиосистем могут быть с твердой насадкой, с жидкостным ТАМ и легкоплавким ТАМ.

1 – теплообменник; 2 – холодная вода; 3 – горячая вода; 4 – теплоизолиро­ванный бак (бункер); 5 – слой гальки; 6 – решетка; 7,8 – подвод и отвод воздуха.

Рисунок 5.3. - Аккумуляторы теплоты емкостного типа: водяной (а) и галечный (б)

 

    Движение теплоносителя осуществляется принудительно (с использованием насосов) или за счет естественной циркуляции (термосифон).

    Аккумуляторы бывают: рекуперативные – накопление теплоты происходит путем теплопередачи через разделительную стенку и нагрева жидкого ТАМ; регенеративные – накопление теплоты и разрядка ТАМ происходит путем попеременного нагрева и охлаждения твердого ТАМ; подводимая теплота расходуется на плавление твердого ТАМ.

    Энергоемкость аккумулятора – это количество теплоты  Дж, которое поглощает ТАМ массой , кг, теплоемкостью  Дж/(кг·К), при его нагреве от _1ак  до  °С:

  , Дж.                                       (5.1)

    Отношение энергоемкости аккумулятора  к объему ТАМ  м³, называется удельной энергоемкостью:

, Дж/м³ .                                              (5.2)

    Продолжительность зарядки τ_зар, с, зависит от конструкций аккумулятора, вида и массы ТАМ, а также тепловой производительностью  солнечного коллектора:

,                                               (5.3)

    где  η_ксэ, η_ак, η_тр - КПД, характеризующие тепловые потери соответ-ственно в коллекторе солнечной энергии КСЭ, в аккумуляторе и в трубопроводах.

 

    5.4 Данные актинометрических наблюдений

Актинометрия — наука о солнечном, земном и атмосферном излучении в условиях атмосферы. Это один из основных факторов определяющих климат той или иной географической местности.

Измерения основных актинометрических величин (прямой солнечной радиации, рассеянной радиации неба, суммарной сол­нечной радиации, отраженной земной поверхностью радиации, теплового баланса земли) проводятся на всех метеорологических станциях, расположенных по всему земному шару и образующих сеть гидрометеорологической службы.

Метеорологические наблюдения ведутся на этих станциях по единым методикам, с использованием однотипных приборов и в определенные часы суток (срочные наблюдения).

    Актинометрические наблюдения выполняются на сети для изучения радиационного режима, определяющего в значительной степени климат территорий и условия жизнедеятельности челове­ка, а также для решения практических задач в различных отраслях хозяйственной деятельности.

    В актинометрии изучают энергетическую освещённость, т. е. плотность потока излучения приходящего от Солнца, атмосферы и земной поверхности, на перпендикулярную к лучу плоскость. Её принято называть радиацией. В зависимости от источника излуче­ния и, следовательно, спектрального состава в актинометрии раз­личают солнечную, земную и атмосферную радиацию. Актинометрические наблюдения производятся для определения различных радиационных характеристик. К измеряемым видам радиации относятся:

    – прямая солнечная радиация S, поступающая от Солнца и околосолнечной зоны радиусом 5^о в виде прямых параллельных лучей;

    – рассеянная радиация D, поступающая на земную поверхность со всего небесного свода, исключая Солнце и околосолнечную зону;

    – суммарная радиация Q, представляющая собой поток прямой и рассеянной радиаций (Q=S+D);

    – коротковолновая радиация, отраженная от деятельной поверхности R_k;

    - радиационный баланс B, определяемый как разность между всей приходящей и уходящей радиацией;

    – радиационный баланс длинноволновой радиации B_D.

 

    6 Лекция №6. Солнечные электростанции

 

    План лекционного занятия:  основные элементы солнечной электростанции. Схема и принцип действия солнечной электростанции с тепловым аккумулятором. Солнечные электростанции модульного типа.

    Цель: углубить и закрепить знания о различных видах солнечной электростанции.

Предыдущая123456789Следующая

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: