Исследование солнечных параболических коллекторов для использования в системах теплоснабжения частных домов

Известно, что превращении солнечной энергии в тепловую, солнечный коллектор и приемник тепла играют важнейшую роль. Солнечная энергия использует солнечные лучи которые попадая на поверхность коллектора, концентрируясь отражаются и нагревает ресивер называемым приемником, тем самым происходит конверсия солнечной радиации в тепловую энергии, которая в свою очередь передается теплоносителю. Теплоноситель в систем солнечного параболического концентратора используется для отопления или же для производства электрической энергии. Избытки тепла могут быть сохранены при наличии систем хранения энергии или в потенциальную термо-химическую энергию.

Среди всех существующих источников солнечной энергии, солнечные концентраторы занимают особенную роль, так как они позволяют использовать большую площадь концентрации, что позволяет производить значительное количество тепловой энергии, так как могут быть источниками высокой температуры [1]. В технологиях солнечных концентраторов, в особенности с параболических концентраторах, необходимо проводить численное моделирование для более глубоко анализа работы установки и повышения ее конечной мощности [2]. Особый интерес вызывают приемники тепла, в виду значительной роли в преобразовательных процессах. Однако, моделирование теплообменных процессов является сложной задачей, в виду необходимости учета различных теплообменых процессов, при условии различных форм приемников.

Среди трех видов тепловых потерь, теплопроводность и радиациая является отдельными, в виду максимальной зависимости потерь от конвективной составляющей [3]. В работе [4] представлены результаты исследования приемника, показано, что на конвенктивные теплопотери влияют зона так называемой стагнации во внутренней части приемника. В работах [5,6] показано влияние теплового потока, угла приемника и условий прогрева поверхностей на свободную конвекцию. В работе [7] проведен расчет тепловых потерь в приемнике тепла. Также были проведены исследования влияния объемного и массого расхода на эффективность работы коллектора. В работе [8] показано, что максимальная эффективность достигается при использовании цилиндрической формы приемника тепла. Известны ряд теоретических и численных работ по изучению конфигурации на различные потери. В работе [9] представлены последние результаты изучения керамических приемников тепла. Известны работы в которых представлены новые подходы к моделированию приемников тепла [10]. Инверсивный метод моделирования для моделирования основного процесса теплопереноса представлен в работе [11]. В работе [12] представлены результаты численного моделирования угла наклона и поверхностной радиации на расход и теплообмен. Показано, что угол в 60° является оптимальным углом наклона. В работе [13] проведено численное моделирование для определения влияния конвективного теплообмена и радиации при использовании нового типа приемника тепла, было показано, что естественная конвекция является источником больших потерь тепла. В работе [14] представлена новая 2-D модель для исследования приемников тепла. Показано, что на конвективные потери в значительной мере влияет угол наклона. В работе [15] исследовались различные параметры, такие как диаметр, угол наклона, рабочая температура, плотность изоляционного слоя, отражательная способность порвехности теплоприемника.

Проведенный литературный анализ показывает, что необходимо изучить влияние угла наклона приемника тепла на эффектиность и плотность теплоносителя. В данной статье представлены результаты численного моделирования угла наклона и формы приемника тепла на эффективность работы солнечного параболического концентратора.