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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Instalaciones solares de calentamiento de agua. Convertidor termodinámico de energía solar. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes alternativas de energía El fuerte aumento de los precios y las tarifas de la electricidad y la calefacción, el deseo de los consumidores de mejorar la fiabilidad y el uso de sus propias fuentes de energía autónomas, así como el creciente interés por el uso de fuentes de energía renovables respetuosas con el medio ambiente están conduciendo al rápido desarrollo del mercado nacional de instalaciones solares de calentamiento de agua (SWH), a su manera indicadores técnicos y económicos y sofisticación tecnológica de los más preparados para un amplio uso comercial no solo en las regiones del sur de Rusia, sino también en su zona media e incluso en las regiones del norte. Al mismo tiempo, el desarrollo de este mercado en Rusia está limitado por una serie de factores, entre los cuales el alto costo de los IED, su confiabilidad y durabilidad insuficientes son los más significativos. Las observaciones a largo plazo de la confiabilidad operativa de los colectores solares han demostrado que la mayoría de los diseños no brindan la vida útil mínima establecida por el estándar ruso: 10 años. El costo de los colectores solares de los fabricantes rusos hoy en día se encuentra en el rango de 100 a 200 dólares por 1 m2 de su superficie receptora de calor. Teniendo en cuenta el costo de instalación y los equipos y componentes adicionales necesarios, las instalaciones de calentamiento solar de agua le cuestan al consumidor $ 200 - 500 / m. Los análogos extranjeros de IED que se ofrecen en el mercado ruso resultan ser aún más caros. Por lo tanto, la tarea de mejorar el diseño de los colectores solares, reduciendo su costo y aumentando el período de operación confiable, es extremadamente relevante. El convertidor termodinámico de energía solar debe contener los siguientes componentes: a) un sistema para capturar la radiación incidente;
Sistemas de captación de radiación solar y diseños de convertidores térmicos Los sistemas de captación de radiación solar proporcionan diferentes grados de concentración (Fig. 3.1).
Se obtiene un pequeño grado de concentración (del orden de 100) utilizando superficies reflectantes que concentran la energía en cualquier dirección de llegada de la luz solar. La observación del Sol se realiza en este caso mediante un sistema de control simplificado. Los dispositivos de este tipo incluyen reflectores cilindroparabólicos, cuyo eje es horizontal o perpendicular al plano de movimiento del Sol. Tal instalación se controla solo de acuerdo con el cambio en la posición del Sol en el cielo durante el día. No se tiene en cuenta el cambio de posición del Sol durante el año, y solo se toman medidas para garantizar que la imagen focal no sobrepase la superficie del receptor de radiación concentrada. El grado medio de concentración (del orden de 1000) se obtiene utilizando helióstatos de enfoque controlados por dos grados de libertad rotacionales. Tal helióstato puede ser un espejo en forma de paraboloide de revolución, cuyo eje está orientado hacia el Sol. Un alto grado de concentración se lleva a cabo mediante un único sistema óptico (helióstatos planos y un reflector paraboloide). Te permite alcanzar temperaturas muy altas. La radiación solar concentrada es absorbida por la superficie del receptor y convertida en calor. Para reducir las pérdidas de calor asociadas con la radiación de un receptor calentado en la región térmica del espectro, la superficie del receptor se cubre con una película delgada de materiales de absorción selectiva. Esto le permite aumentar significativamente la eficiencia del sistema. Diseños de convertidores térmicos. Son posibles dos esquemas principales. En el primero (Fig. 3.2A), el refrigerante se calienta en el receptor, por lo que se garantiza la carga térmica de la batería. Al mismo tiempo, la batería calienta el fluido de trabajo, lo que suaviza los cambios en la entrada de radiación solar. Por lo tanto, la batería desempeña constantemente el papel de un amortiguador, y la conexión del sistema "receptor-acumulador" con el motor térmico se realiza mediante al menos un intercambiador de calor. En el segundo esquema (Fig. 3.2B), el fluido de trabajo se calienta directamente en el receptor. La batería se carga retirando parte del cuerpo calentado, y la conexión con el motor térmico se produce sin dispositivos intermedios. En el primer esquema, en comparación con el segundo, hay en promedio una mayor disminución en la diferencia de temperatura, es decir diferencia de temperatura entre el calentador y el enfriador de un motor térmico. En el segundo esquema, el calor se pierde solo durante la acumulación y el retorno. Sin embargo, en el primer caso, el motor térmico y sus dispositivos auxiliares no están sujetos a fluctuaciones aleatorias de temperatura incluso en ausencia de un sistema de control. Además, en muchos casos, el propio refrigerante desempeña el papel de acumulador de calor.
acumuladores de calor Actualmente, el almacenamiento de energía se lleva a cabo mediante el almacenamiento de calor. El acumulador de calor es un elemento caro. Dependiendo de la temperatura del sistema, el almacenamiento de energía se suele dividir en baja temperatura (hasta 100°C), media temperatura (de 100 a 550°C) y alta temperatura (>550°C). Las baterías de baja temperatura, en particular las baterías de agua, se utilizan ampliamente en la tecnología solar para la calefacción de edificios y el suministro de agua caliente. Para la acumulación a baja temperatura también se utilizan reacciones reversibles de hidratación y solvatación de sales y ácidos, así como procesos de transición de fase. Para estos fines se utilizan parafinas y emulsiones a base de parafina y agua como acumuladores de calor. El calor latente de fusión de la parafina es de aproximadamente 44 cal/g y el punto de fusión es de 35 a 50 °C. En Suecia se está desarrollando un nuevo tipo de sistemas de almacenamiento termoquímico "Tepidus". Esta planta utiliza un proceso de liberación de calor durante la hidratación del sulfuro de sodio. Para la acumulación a temperatura media, además de como refrigerante, se utilizan sales y sus eutécticos, que se caracterizan por un punto de fusión de varios cientos de grados y un gran calor latente de transición de fase. Los hidratos de óxidos de metales alcalinotérreos son muy prometedores para la acumulación a temperatura media. El uso de los procesos de acumulación de reacciones de hidratación de óxido tiene una serie de ventajas. Estos son una alta densidad de energía almacenada, acumulación simple a largo plazo a temperatura ambiente, compacidad de una sustancia sólida de almacenamiento de energía, su bajo costo y obtención de calor de potencial suficientemente alto en la etapa de hidratación. La acumulación a alta temperatura se lleva a cabo mediante reacciones exoendotérmicas reversibles. En este caso, las reacciones pueden dividirse en dos grupos: reacciones de descomposición catalítica, cuyos productos no pueden separarse y almacenarse juntos, y reacciones que ocurren sin catalizadores, cuyos productos deben separarse a la temperatura del receptor solar en para evitar una reacción inversa. La elección del tipo de ciclo termodinámico y la naturaleza del fluido de trabajo está determinada por el rango de temperatura de funcionamiento de la máquina térmica, es decir, las características del sistema de concentración, el acumulador y los parámetros del ciclo están estrechamente interrelacionados. En instalaciones solares con concentración se prefieren los ciclos vapor-agua. Autor: Magomedov A.M.
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