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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Instalações de aquecimento solar de água. Conversor termodinâmico de energia solar. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Fontes de energia alternativa O forte aumento dos preços e tarifas da eletricidade e do calor, o desejo dos consumidores de melhorar a confiabilidade e o uso de suas próprias fontes de energia autônomas, bem como o aumento do interesse no uso de fontes de energia renováveis amigas do meio ambiente estão levando ao rápido desenvolvimento do mercado doméstico de instalações de aquecimento solar de água (SWH), à sua maneira, indicadores técnicos e econômicos e sofisticação tecnológica dos mais preparados para amplo uso comercial não apenas nas regiões do sul da Rússia, mas também em sua zona intermediária e até nas regiões do norte. Ao mesmo tempo, o desenvolvimento deste mercado na Rússia é limitado por uma série de fatores, entre os quais o alto custo dos IEDs, sua confiabilidade e durabilidade insuficientes são os mais significativos. Observações de longo prazo da confiabilidade operacional dos coletores solares mostraram que a maioria dos projetos não fornece a vida útil mínima estabelecida pelo padrão russo - 10 anos. O custo dos coletores solares dos fabricantes russos hoje está na faixa de 100 a 200 dólares por 1 m2 de sua superfície receptora de calor. Levando em consideração o custo de instalação e os equipamentos e componentes adicionais necessários, as instalações de aquecimento solar de água custam ao consumidor $ 200 - 500 / m. Análogos estrangeiros de IEDs oferecidos no mercado russo são ainda mais caros. Assim, a tarefa de melhorar o projeto de coletores solares, reduzindo seu custo e aumentando o período de operação confiável é extremamente relevante. O conversor termodinâmico de energia solar deve conter os seguintes componentes: a) um sistema de captação de radiação incidente;
Sistemas de captação de radiação solar e projetos de conversores térmicos Os sistemas de captação da radiação solar fornecem diferentes graus de concentração (Fig. 3.1).
Um pequeno grau de concentração (da ordem de 100) é obtido pelo uso de superfícies refletoras que concentram energia em qualquer direção de chegada da luz solar. A observação do Sol é realizada neste caso usando um sistema de controle simplificado. Dispositivos deste tipo incluem refletores parabólicos, cujo eixo é horizontal ou perpendicular ao plano de movimento do Sol. Tal instalação é controlada apenas de acordo com a mudança na posição do Sol no céu durante o dia. A mudança na posição do Sol durante o ano não é levada em consideração, e medidas são tomadas apenas para garantir que a imagem focal não ultrapasse a superfície do receptor de radiação concentrada. O grau médio de concentração (da ordem de 1000) é obtido usando helióstatos de focagem controlados por dois graus de liberdade rotacionais. Tal helióstato pode ser um espelho na forma de um parabolóide de revolução, cujo eixo é orientado para o Sol. Um alto grau de concentração é realizado por um único sistema óptico (heliostatos planos e um refletor parabolóide). Permite atingir temperaturas muito elevadas. A radiação solar concentrada é absorvida pela superfície do receptor e convertida em calor. Para reduzir as perdas de calor associadas à radiação de um receptor aquecido na região térmica do espectro, a superfície do receptor é coberta com uma fina película de materiais de absorção seletiva. Isso permite aumentar significativamente a eficiência do sistema. Projetos de conversores térmicos. Dois esquemas principais são possíveis. No primeiro (Fig. 3.2A), o refrigerante é aquecido no reservatório, em conexão com o qual a carga térmica da bateria é garantida. Ao mesmo tempo, o fluido de trabalho é aquecido pela bateria, o que suaviza as mudanças na absorção da radiação solar. Assim, a bateria desempenha constantemente o papel de buffer, e a conexão do sistema "receptor-acumulador" com o motor térmico é realizada por meio de pelo menos um trocador de calor. No segundo esquema (Fig. 3.2B), o fluido de trabalho é aquecido diretamente no receptor. A bateria é carregada removendo parte do corpo aquecido e a conexão com o motor térmico ocorre sem dispositivos intermediários. No primeiro esquema, em comparação com o segundo, verifica-se em média uma maior diminuição da diferença de temperatura, ou seja, diferença de temperatura entre o aquecedor e o resfriador de uma máquina térmica. No segundo esquema, o calor é perdido apenas durante o acúmulo e retorno. No entanto, no primeiro caso, o motor térmico e seus dispositivos auxiliares não estão sujeitos a flutuações aleatórias de temperatura, mesmo na ausência de um sistema de controle. Além disso, em muitos casos, o próprio refrigerante desempenha o papel de um acumulador de calor.
acumuladores de calor Atualmente, o armazenamento de energia é realizado por armazenamento de calor. O acumulador de calor é um elemento caro. Dependendo da temperatura do sistema, o armazenamento de energia é normalmente dividido em baixa temperatura (até 100°C), média temperatura (de 100 a 550°C) e alta temperatura (>550°C). As baterias de baixa temperatura, em particular as baterias de água, são amplamente utilizadas na tecnologia solar para aquecimento de edifícios e abastecimento de água quente. Para acumulação em baixa temperatura, também são utilizadas reações reversíveis de hidratação e solvatação de sais e ácidos, bem como processos de transição de fase. Para esses fins, parafinas e emulsões compostas de parafina e água são usadas como substâncias de armazenamento de calor. O calor latente de fusão da parafina é de cerca de 44 cal/g, e o ponto de fusão é de 35 a 50°C. Um novo tipo de sistema de armazenamento termoquímico "Tepidus" está sendo desenvolvido na Suécia. Esta planta utiliza um processo de liberação de calor durante a hidratação do sulfeto de sódio. Para acumulação de temperatura média, bem como um refrigerante, são utilizados sais e seus eutéticos, caracterizados por um ponto de fusão de várias centenas de graus e um grande calor latente de transição de fase. Hidratos de óxidos de metais alcalino-terrosos são muito promissores para acumulação em média temperatura. A utilização dos processos de acumulação de reações de hidratação de óxidos apresenta uma série de vantagens. Estes são uma alta densidade de energia armazenada, acumulação simples de longo prazo à temperatura ambiente, compacidade de uma substância sólida de armazenamento de energia, seu baixo custo e obtenção de calor suficientemente alto no estágio de hidratação. Acumulação de alta temperatura é realizada usando reações exo-endotérmicas reversíveis. Neste caso, as reações podem ser divididas em dois grupos: reações de decomposição catalítica, cujos produtos não podem ser separados e armazenados juntos, e reações que ocorrem sem catalisadores, cujos produtos devem ser separados à temperatura do receptor solar em para evitar uma reação inversa. A escolha do tipo de ciclo termodinâmico e a natureza do fluido de trabalho é determinada pela faixa de temperatura operacional do motor térmico, ou seja, as características do sistema de concentração, acumulador e parâmetros do ciclo estão intimamente interligados. Em instalações solares com concentração, os ciclos vapor-água são os preferidos. Autor: Magomedov A. M.
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