Date post: | 12-Oct-2015 |
Category: |
Documents |
Upload: | gheorghe-silviu |
View: | 67 times |
Download: | 0 times |
of 36
5/22/2018 captatoare solare 1
1/36
1
Captatoare solare (1)
S.l.dr.ing.R.Popescu
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti
Facultatea de Instalatii
5/22/2018 captatoare solare 1
2/36
2
Clasificarea
si descrierea
captatoarelor
solare
Randament
Parametrii
de influenta
Captatoare planeFara sticla
Cu
sticla
Captatoare
vidate
Captatoare
cu
concentrare
Functiile
diferitelor
elemente
Implementarea
captatoarelor
Umbrire
solara
Orientarea
si inclinarea
Integrarea
in cladire
DefinitieDomeniul
de utilizare
al
captatoarelor
Cateva cifre ...
Radiatia
solara
Bilant termic
Descriere
5/22/2018 captatoare solare 1
3/36
3
T = 5800 K
RadiatiaRadiatia solarasolara
Soarele
asimilabil
unui
corp
negru
temperatura
T
5800 K
M=6.4 107
W/m2
Legea
lui Planck :
Repartitia
spectrala
a energiei
emise
de un corp
negru
(corp
negru
:
=
= 1)
M(T) =
c1 -5
ec2/T -1
unde: c1
= 3.74 10-6
W.m-2
c2
= 0.01433 m.K
Emitanta
totala
a unui
corp
negru
Legea
lui Stefan-Boltzman
:
M = 0T4
cu
0 = 5.64 10-8
W.m-2.K-4
1 = 0.23 m,
1,2 /M = 0.99M1
-2
T=5800 K
Fereastra
spectrala
:
Corp
negru
la 5777 K
In afara
atmosferei
terestre
Flux direct
Flux difuz
Flux total
UV Viz Infra Rosu
Imagine prise du
NASA Skylab
(1993)
2 = 4.78 m
5/22/2018 captatoare solare 1
4/36
4
RadiatiaRadiatia globalaglobalaorizontalaorizontalaConstanta solara
(Radiatie
maxima in afara
atmosferei)
I0
= 1367 W/m2
Radiatia
globala
orizontala
la nivelul
solului pe un planorizontal (W/m2) :
Energia solara incidenta pe suprafata terestra este de 10000 superioara decat cererea
energetica globala a populatiei planetei
ItH
= IDH
+ IdH
Absorbtie
in atmosfera
terestra
Absorbtie
si difuzie
in nori
(m)
Suprafata
orizontala
Corp
negru
la 5777 K
In afara
atmosferei
terestre
Flux direct
Flux difuzFlux total
direct difuz
5/22/2018 captatoare solare 1
5/36
5
RadiatiaRadiatia solarasolara
5/22/2018 captatoare solare 1
6/36
6
Radiatia
globala
pe
un plan inclinat
:
It
= ID
+ Id
+Ir
RadiatiaRadiatia globalaglobalapepeun planun plan inclinatinclinat
Suprafata
sursa: Semsci Universit Strasbourg
Albedo
(%)
Ocean
Padure
7
5-10
17-27
14-1725-30
52-8181-92
CampNisip
Beton
Zapada
proaspata
Zapada
tasata
: Unghi
de incidenta al
suprafetei
inclinate
(unghiul
intre
normala
la suprafata
si directia
suprafata/soare)
(W/m2)
cosDnD II
2
cos1
dHd
II
2
cos1
gtHr II
: Inclinarea
suprafetei
IDn
: Radiatia
solara
directa
incidenta normala
la
suprafata
(W/m
2
)
direct difuz reflectat
g
: Coeficientul
albedo
al
solului
5/22/2018 captatoare solare 1
7/36
7
sinsincoscoscossin LATHLAT
Unghi
de inclinare
al
panoului
()
cossinsincoscoscos
Unghi
de incidenta pe
suprafata
inclinata
:
Inaltimea
soarelui
:
LAT : latitudinea locului ()
284986.0sin45.23 J
LAT
LAT
coscos
sinsinsin
cos
Azimutul
solar
:
Declinatia
solara
(unghiul
intre
razele
soarelui
si planul
ecuatorial) :
RadiatiaRadiatia globalaglobalapepeun planun plan inclinatinclinat
RelatiiRelatii
utileutile
J: nr zile
scurse
de la inceputul
anului
5/22/2018 captatoare solare 1
8/36
8
RadiatiaRadiatia solarasolara pentrupentru RomaniaRomaniaAmplasare
buna d.p.d.v.
al
radiatiei
solare
4 zone in functie de energia solar900-1600 kW h /m2an
perioada
de utilizare
aprox. 200 zil
5/22/2018 captatoare solare 1
9/36
9
Radiatia
solara
anuala
(kWh/m2/an)
RadiatiaRadiatia solarasolara
Media anuala
de energie
receptionata
de o
suprafata
orientata
sud si inclinata
la un ung
egal
cu
latitudinea
locului
(kWh.m-2.zi-1)
Influenta
importanta
a latitudinii
pentru
Intensitatea
radiatiei
Variatiile
sezoniere
5/22/2018 captatoare solare 1
10/36
10
Distribuia energiei radiaiei solare, n funcie
de lungimea de und(microni)
Participaia
fiecrei componente n radiaia global, din punct
de vedere energetic:
-
radiaie ultraviolet3%
- radiaie vizibil42%- radiaie infraroie 55%
Se observ c o marecantitate de energie
termicse regsete ndomeniul radiaieiinfraroii i nu ndomeniul radiaieivizibile, ceea ce
sugereaz ideea c
aceast radiaie poatefi
captat eficient i n
condiiile n care cerulnu este perfect senin!
5/22/2018 captatoare solare 1
11/36
11
CaptatoareCaptatoare
farafara
sticlasticla
5/22/2018 captatoare solare 1
12/36
12
Rezervat
in special
incalzirii
apei
piscinelor
vara
Sistemul
cel
mai simplu
si cel
mai economic
CaptatoareCaptatoare farafara sticlasticla
Pconv
: Pierderi
prin
convecti
Pcond
: Pierderi
prin
conducti
Tuburi
din
plastic negru
Pierderi
importante daca
Tamb
mica
Tamb
, i
ridicate
Ti
coborata
Randament
bun
al
panourilor
i
: Flux incident
r
: Flux reflectat
Pu: Putere utila
Prad
: Pierderi
prin
radiatie
Pconv
Pcond
Prad
Pui r
5/22/2018 captatoare solare 1
13/36
13
CaptatoareCaptatoare planeplane cucu sticlasticla
5/22/2018 captatoare solare 1
14/36
14
AlcatuireAlcatuire captatorcaptator planplan cucu sticlasticla
1. Cutie
2. Garnitura
de etansare
3. Sticla transparenta
4. Izolatie
termica
5. Placa
absorbanta
6. Conducte fluid caloportor
5/22/2018 captatoare solare 1
15/36
15
i
: Flux incident
r
: Flux reflectat
Pu
: Putere
utila
Pconv
Prad
Pu
r
i
Pcond
Prad
: Pierderi
prin
radiatie
Pconv
: Pierderi
prin
convectie
Pcond
: Pierderi
prin
conductie
BilantulBilantul termictermic alal unuiunui captatorcaptator cucu sticlasticla
Placa
absorbanta
Sticla
Radiatie
IR Convectie
Izolator
Ts
Ta
Ts : Temperatura sticleiTa : Temp. placiiabsorbante
Radiatie
IR
Tamb
Tamb
: Temperatura
ambianta
i
r
Tair
Prad Pconv
TambPcond
Radiatie
IR
Convectie
libera in
spatii
inchise
5/22/2018 captatoare solare 1
16/36
16
Placa
absorbanta de tip
serpentina
Placa
absorbanta de tip
scara
PlacaPlaca absorbantaabsorbanta
Placa absorbanta
Captatoare clasiceTuburi
aripioare
5/22/2018 captatoare solare 1
17/36
17
Placa absorbanta din otel
inoxidabil
Elaborare plecand de la doua placi otel inox
sudate in puncte
Acoperire selectiva pentru limitarea pierderilor prin
radiatie
Necesitatea de a avea un debit suficient pentru obuna irigare a suprafetei placii absorbante
Sursa : Energie solaire SA
Sursa : Energie solaire SA
Sursa : Installations solaires thermiques
Pl b b
5/22/2018 captatoare solare 1
18/36
18
Obtinut prin tratare chimica decat prin vopsireCoeficientde emisivitate
IR scazut
(
< 0.15)
Cupru
( = 390 W.m-1.K-1)
Absorbtie
95%
Emisivitate 12%
Absorbtie
95%
Emisivitate 85%
Absorbtie
95%
Emisivitate 5%
PlacaPlaca absorbantaabsorbantaRolul placii absorbanteSa absoarbaradiatia
solara
Sa o transforme in calduraSa o transmita
fluidului
caloportor
Coeficient
de absorbtie
ridicat
( 0.95)
Culoare
inchisa
(neagra, albastra)
Ceramica
pe
baza
de oxizi
metalici
(CERMET)
Depunere
de crom
negru
Sursa : Installations solaires thermiques
Otel
inoxidabil
Materiale
:
Placa
cupru Vopsea
neagra Crom
negru CERMET
TiNOX
(titan+cuart)
Aluminiu
S i lSti l l it t l i
5/22/2018 captatoare solare 1
19/36
19
R
T
A
Factor
Solar
FS
SticlaSticla captatoruluicaptatoruluiMateriale
utilizate
Geam
securizat
(limiteaza
riscurile
de accident sau
de degradare)
Plastic sau
materiale
de sinteza
(acrilic, policarbonat, fluorura
de polivinil
)
T + R + A = 1
Placa
absorbanta
Sticla
De a limita pierderile
din
placa
absorbanta (convectie
si radiatie)
Rolul
sticlei
:
De a lasa
sa treaca
maximul
de
radiatie
solara
Sticla
clara
Sticla
borosilicat
T(%) R(%) A(%) FS(%
838 9 85
90 8 2 90
Tip
de sticla
sursa: Techniques Ingnieur
Radiatie
IR
Convectie
FS = incident
transmis
5/22/2018 captatoare solare 1
20/36
20
Proprietatile
optice
ale sticlei
Geam cu emisivitate slaba
( = 0.041)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.60.7
0.8
0.9
1
0.1 1 10 100Lungime de unda (micrometru)
C
oeficient(-)
TransmitantaReflexieAbsorptanta
SoareCaptator
la 80C
UV Vizibil Infra Rosu
Unghi
de incidenta ()
20 40 8060 10
0.2
0.4
0.6
0.8
1Transmitanta
Reflexie
Absorptanta
Transmitanta, reflexie
si absorptanta ai unei sticle
obisnuite in functie de
unghiul de incidenta
Transmitanta, reflexie si absorptanta ai uneisticle cu emisivitate slaba in functie de
lungimea de unda a radiatiei incidente
IzolatiaIzolatia
5/22/2018 captatoare solare 1
21/36
21
Tstagnare
= 150C
Materiale
utilizate
Polistiren
expandat
Spume fenolice
Vata de sticla sau de rocaPrecautii
Foaie
de etansare
pentru
evitarea
condensarii
pe
suprafata
izolatorului
(evitarea cuplarii electrolitice ca aluminiu / cupru)
IzolatiaIzolatia
Spuma
poliuretanica
Evitarea
contactului
direct intre
placa
absorbanta si izolatie
Riscul
degradarii
izolatiei
(scumpe
si rar
utilizate)
De prescris :
Spuma
poliuretanica
Vata
de sticla
sau
de roca
(W.m-1.K-1)Izolator
0.03
0.04
Rolul
izolatorului
Limitarea pierderilortermice princonductie in partea
posterioara
si
pe
margini
Asigurarea
cateodata
a rigiditatii
captatorului
5/22/2018 captatoare solare 1
22/36
22
CaptatoareCaptatoare vidatevidate
5/22/2018 captatoare solare 1
23/36
23
Principiu
: vid
intre
placa
absorbanta si geam
Lipsa
schimbului
convectiv
la suprafata
absorbanta
Mai putine pierderi la nivelul suprafetei absorbanteAvantajelerecuperarii
de energie
de fluidul
caloportor
Temperatura
mai ridicata
la iesirea
captatorului
4 tipuri
de captatoare
vidate
Captator
cu
circulatie
directa
Captator
tip
caloduc
(tub termic)
Captator
cu
efect
"Termos"
Captator
cu
reflector
integrat
CaptatoareCaptatoare vidatevidate
C t tC t t id tid t i l tii l ti di tdi t
5/22/2018 captatoare solare 1
24/36
24
Dezvoltate
in anii
1970
Suprafata
absorbanta e o conducta
cu
aripioare
(circulatia
apei
printr-un
sistem
de conducte
de tip
U
sau
conducte
concentrice)
Captatorul
este alcatuit
din
mai multe
astfel
de tuburi
CaptatoareCaptatoare vidatevidate cucu circulatiecirculatie directadirecta
Sursa : Viessmann
Conducta cu fluid caloportoreste amplasata intr-untub in care este realizat vidul
Posibilitatea utilizarii panoului pe fatada
Tuburile
captatorului
sunt
orientabile
Buson
inox de etansare
vid
Tub de sticla
cu
transparenta
ridicata
Clip sustinere
Intrare/iesire
fluid
caloportor Aripioare
placa
absorbanta
Parte inferioara
tub
Tub circulatie
fluid
CaptatoareCaptatoare vidatevidate dede tiptip caloduccaloduc
5/22/2018 captatoare solare 1
25/36
25
CaptatoareCaptatoare vidatevidate dede tiptip caloduccaloducFunctionareCaptarea
caldurii
prin
vaporizarea
unui
fluid
special
inchis
in caloduc
Schimb
de caldura
cu
un fluid
solar
prin
condensarea vaporilordin interiorulcolectorului
Caloduc
Suprafata
absorbanta
Tub de sticla
Izolator
Colector
Schimb
de
caldura
(condensator)
Fluid
solar
Vaporii
condenseaza
la
contactul
cu
fluidul
solar-
condensul
revine
in partea
inferioara prin gravitatie
Vaporii
urca
pana in partea
superioara
a caloducului
datorita
diferentei
de densitate
Tubvida
t
e
Inclinare
impusa
a captatorului
Inconveniente
Fragilitate
Circulatia
fluidului
special
din
caloduc
prin
termosifon
CaptatoareCaptatoare vidatevidate cucu efectefect TermosTermos
5/22/2018 captatoare solare 1
26/36
26
2 tuburi
concentrice
separate
de vid
Tub exterior
de sticla
Tub interior
= absorbant selectiv
(emisivitate
redusa)
Functionare
Schimb
si transfer
de caldura
:
Prin
circulatia
fluidului
solar
in tub (sistem
direct)
Sau prin sistem caloduc
CaptatoareCaptatoare vidatevidate cucu efectefect TermosTermos
Captatoare
vidate
cu
efect
Termos
cu
transfer
si schimb
de caldura
tip
caloduc
Inconveniente
Fragilitate
la nivelul
punctului
de legatura
cu
colectorul
Inclinare
impusa
sistemului
caloduc
Tub exterior
Vid
intre
cele
2 tuburi
Tub interior cu acoperire selectiva
CaptatoareCaptatoare vidatevidate cucu reflectorreflectorTub exterior(sticla)
5/22/2018 captatoare solare 1
27/36
27
Sursa : Schott
CaptatoareCaptatoare vidatevidate cucu reflectorreflector
O parte a peretelui
interior
al
tubului
exterior
este un reflectorcilindric
Principiul
captatorului
cu
efect
termos
Tub
absorbant
Reflector
cilindric
Vid
Captatoare
dezvoltate
si fabricate
de compania
Schott-Rohrglas
CaptatoareCaptatoare vidatevidate cucu reflectorreflector
5/22/2018 captatoare solare 1
28/36
28
Captator
Sydney/CPC
(Schott-Rohrglas)
Tub de sticla
dublu
(pentru
evitarea
pierderilor
de vid
Acoperire
suprafetei
de absorbtie
la interiorul
tubului
intern
Reflectorul
permite
utilizarea
intregii
suprafete
a panoului
CaptatoareCaptatoare vidatevidate cucu reflectorreflector
C t tC t t tt
5/22/2018 captatoare solare 1
29/36
29
CaptatoareCaptatoare cucu concentrareconcentrare
CaptatoareCaptatoare cucu concentrareconcentrare
5/22/2018 captatoare solare 1
30/36
30
CaptatoareCaptatoare cucu concentrareconcentrare
Producerea
de vapori
pentru
aplicatii termice (industrie)sau electricitate
(cu
o turbina).
Obiectiv
final
DefinitieCaptatoare
solare
avand
in alcatuire
si un
sistem
optic
(reflector, lentile...) destinat
concentrarii
radiatiei
solare
pe
suprafata
absorbanta
Fluid caloportorUleisau
sare
topita
la
temperaturi
de 250 la 1500C
4 tipuri
de concentratoare
solare
Captatoare
cilindro-parabolice
Captatoare
parabolice
Heliostate
Focare
solare
CaptatoareCaptatoare cilindrocilindro--paraboliceparabolice
5/22/2018 captatoare solare 1
31/36
31
Concentrare
: T 400C
Utilizare
: productie
de electricitate
(producerede vapori
plecand
de la
uleiuri de sinteza incalzite in captator)Instalatii: 350 MW in California
Sistem
de urmarire
a traseuluisoarelui
dupa
1 axa
CaptatoareCaptatoare cilindrocilindro--paraboliceparaboliceCaptator
cu
concentrare
cu
focar
liniar
utilizand
un reflector
cilindric
de sectiune
parabolica
In Israel, constructia
in 2006 a unei
centrale
a carei
putere
este de 500 MW
(2% din necesarul Israelului)
Centrala solara
a Kramer Junction
(California) - 150 MW
CaptatoareCaptatoare paraboliceparabolice
5/22/2018 captatoare solare 1
32/36
32
Utilizare : conversie directa in electricitatecu ajutorul
unui
motor
Stirling
Temperatura
: pana la 1500 C
Instalatii
: SUA, Australia, Spania...
CaptatoareCaptatoare paraboliceparabolice
Sistem
de urmarire
al traseului soareluidupa 2 axe
Captatoare
cu
concentrare
utilizand
un reflector
In forma de paraboloid
de revolutie
Captatorparabolic
Euro-dish
dezvoltat
pe platforma
solaraAlmeria
(Spania)
Captatoare
Dish Stirling
Dezvoltate de
compania SES
In curand
se va construi
o centrala
de 300 la 900 MW in sudul
Californiei
(12000 la 36000 captatoare parabolice)
HeliostateHeliostate
5/22/2018 captatoare solare 1
33/36
33
Utilizari
: stocarea
energiei
termice
urmata
de conversia
in electricitate
Temperatura
in focar
: 550 la 1500 C
Instalatii: vapori supraincalziti (SolarOne in SUA, Eurelios in Sicilia,CESA 1 in Spania), sodiu lichid (SSPS in Spania), saruri de nitrati (Themisin Franta, MSEE in SUA).
Fluide : apa/vapori, saruri
topite
de nitrati,
metale lichide sau aer
Sursa : SunLabs
HeliostateHeliostate
Instrument ce se comporta ca
o oglinda
putin
concava
care permite
reflexia
razelor
solare
intr-o
directie
fixa
Sistem
de urmarire
a
traseului
soarelui
dupa 2 axe
FocareFocare solaresolareFocar solar din Mont-Louis (66)1949, 50 kW
5/22/2018 captatoare solare 1
34/36
34
Dispozitiv al carui element esential este ooglinda concava
de mare diametru
care
concentreaza
radiatia
solara
si permite
obtinerea
temperaturilorfoarte
ridicate
in focar
FocareFocare solaresolare
Focar solar dOdeillo (66) cu dubla
reflexie - 1970, 1000 kW
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/9a/Font_Romeu_France.jpg5/22/2018 captatoare solare 1
35/36
35
5/22/2018 captatoare solare 1
36/36
36