Załóż konto na portalu i bezpłatnie pobierz wydanie Rynku Instalacyjnego 7-8/2018

Wykorzystanie skoncentrowanego promieniowania słonecznego w warunkach polskich

Application of concentrated solar radiation in Polish conditions
Koncentrator promieniowania słonecznego na dachu budynku KZRE AGH
Koncentrator promieniowania słonecznego na dachu budynku KZRE AGH
K. Sornek

W poprzednich publikacjach [1, 2] przedstawiono możliwości zastosowania systemów koncentrujących opartych na soczewkach Fresnela. Tematem poniższego artykułu jest alternatywne rozwiązanie, w którym wykorzystuje się koncentratory zwierciadlane.

W Polsce coraz popularniejsze stają się instalacje wykorzystujące promieniowanie słoneczne, zwłaszcza kolektory służące do przygotowywania ciepłej wody użytkowej. Pod koniec 2011 r. łączna powierzchnia instalacji kolektorów słonecznych przekroczyła 90 ha, a roczny przyrost wyniósł ponad 20 ha.

Instalacje te przyczyniają się niewątpliwie do oszczędności paliw kopalnych i zmniejszenia emisji do środowiska, jednak coraz bardziej widoczne dla użytkowników stają się również mankamenty systemów tego typu, takie jak niska temperatura czynnika roboczego, nadpodaż ciepła w lecie czy konieczność stosowania kosztownej instalacji hydraulicznej ze zbiornikiem akumulacyjnym.

Przeczytaj: Sezonowe wykorzystanie energii słonecznej >>

Pierwsze dwa można w znacznym stopniu zniwelować dzięki wykorzystaniu skoncentrowanego promieniowania słonecznego. Przyjęło się, że w warunkach polskich technologia ta jest nieopłacalna i niepraktyczna – pogląd ten jest niewątpliwie uzasadniony w przypadku dużych instalacji, np. elektrowni heliotermicznych czy innych bazujących na różnych systemach koncentracji.

Czy panele fotowoltaiczne sprawdzą się w systemie zasilania budynku w energię elektryczną?

Dowiesz się podczas konferencji "Zespołu prądotwórcze i zasilacze UPS w systemach zasilania budynków w energię elektryczną".

Kolejna edycja już w 2016 roku.

SPRAWDŹ >>

W Polsce liczba godzin bezpośredniego promieniowania słonecznego nie jest duża – ok. 1600 godzin rocznie. Jednak zasób ten można efektywnie wykorzystać w przypadku małych instalacji poprzez połączenie koncentratora z instalacją zwykłych kolektorów słonecznych czy też zastosowanie go jako samodzielnej jednostki. Pozwala to uzyskać czynnik grzewczy o wyższej temperaturze i wykorzystać go np. do celów chłodniczych w układach chłodziarek absorpcyjnych.

Przeczytaj: Magazynowanie energii słonecznej. Nowe systemy >>

Przykłady rozwiązań stosowanych na świecie

Istnieje wiele rozwiązań i zastosowań małych systemów koncentrujących, ale układy hybrydowe nisko- i wysokotemperaturowe nie są zbyt popularne. Przy odpowiedniej konfiguracji mogą mieć jednak wiele zalet. Przykładem może być rozwiązanie opracowane w Chinach – koncentrator słoneczny o charakterystycznej formie tuby.

W urządzeniu tym promieniowanie słoneczne odbija się od ścianek leja w kierunku dolnego otworu, przez który, już skupione, kierowane jest do tzw. pieca solarnego. Pomimo że system ten ma jedynie ręczny układ śledzenia położenia słońca, temperatura wewnątrz pieca osiąga nawet 250°C przy wysokim natężeniu promieniowania słonecznego, ok. 850 W/m2 [3].

Urządzenie to połączono z łatwo dostępnymi kolektorami słonecznymi (rys. 1). Czynnik roboczy przepływał przez kolektory próżniowo­‑rurowe o powierzchni 3 m2 i kierowany był do pieca solarnego połączonego z tubalnym koncentratorem słonecznym. Na końcowym etapie czynnik oddawał uzyskane ciepło do zbiornika z wodą – w ciągu 10–17 minut można było zagotować ok. 4–8 kg wody [4].

Wstępne wyniki polskich badań

Na Wydziale Energetyki i Paliw AGH skonstruowano koncentrator promieniowania słonecznego, w którym wykorzystano lustro paraboliczne o średnicy 1,2 m oraz folię odbijającą (fot. 1). Na rys. 2 pokazano schemat budowy czaszy koncentratora.

Aktywna powierzchnia koncentratora wynosi ok. 2,4 m2, układ wyposażono w dwa ogniska usytuowane w odległości ok. 70 i 85 cm od powierzchni lustra. Współpracuje on z układem obrotowym śledzącym położenie słońca, w którym elementami wykonawczymi są dwa silniki liniowe o obciążeniu dynamicznym 1000 N i statycznym 3400 N dla wykonywania obrotu w kącie azymutu oraz odpowiednio 8000 N i 15 000 N dla zmiany kąta elewacji.

Za śledzenie położenia słońca odpowiada układ elektroniczny w trybie sterowania astronomicznego (położenie wyliczane jest przy pomocy odpowiednich algorytmów). Waga całkowita układu wraz z odbiornikami promieniowania wynosi ok. 100 kg.

Pomiar temperatury w ognisku

Dokładne pomiary i rejestracja temperatury wymagają zastosowania bardzo kosztownego sprzętu pomiarowego. Przy zastosowaniu zwykłych termopar otrzymano ok. 1400°C, jednak urządzenia te ulegały zniszczeniu podczas badania. O wysokiej temperaturze świadczy np. topnienie metalu (stali) i zjawisko wypalania dziur w rurach stalowych (fot. 2). Układ tego typu może być z pewnością wykorzystywany do topienia metali lub ich cięcia.

Konwersja na pracę mechaniczną – silnik Stirlinga

Wysokotemperaturowe ciepło można łatwo przekonwertować na inne formy energii – np. pracę mechaniczną. W tym wypadku wykorzystano specjalnie skonstruowany model silnika Stirlinga z „gorącym końcem”, który można umieścić w pobliżu ogniska koncentratora. Temperatura i przesyłany strumień ciepła okazały się wystarczające do uruchomienia modelu.

Czytaj dalej: Wykorzystanie koncentratora do dostarczania światła >>

   26.12.2012
dr hab. inż.  Mariusz Filipowicz
dr hab. inż.  Mariusz Filipowicz
Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Energetyki i Paliw, Katedra Zrównoważonego Rozwoju Energetycznego więcej »
mgr inż.  Krzysztof Sornek
mgr inż.  Krzysztof Sornek
Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Energetyki i Paliw, Katedra Zrównoważonego Rozwoju Energetycznego więcej »
mgr inż.  Mateusz Szubel
mgr inż.  Mateusz Szubel
AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw, Kraków więcej »
 Michał Tomski
 Michał Tomski
AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw Katedra Zrównoważonego Rozwoju Energetycznego, Kraków więcej »
 Maciej Gastoł
 Maciej Gastoł
AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw Katedra Zrównoważonego Rozwoju Energetycznego, Kraków więcej »
 Estera Bożek
 Estera Bożek
AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw Katedra Zrównoważonego Rozwoju Energetycznego, Kraków więcej »

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie

 



Jak osiągnąć 99% skuteczność bakteriobójczej w wentylacji » Któremu producentowi systemów grzewczych i wodociagowych zaufać »
bezpieczeństwo instalatora rury wielowarstwowe
czytam więcej » poznaj go dziś »

 


Zdradzamy sposób na projektowanie instalacji najwyższej jakości »

projektowanie

 



Z jakiego powodu tworzywa sztuczne zdominowały rynek wod-kan » Jak bez problemowo przeprowadzić iniekcję mikropali, kotew i gwoździ gruntowych »
bezpieczeństwo instalatora pomoc w projektowaniu
czytam więcej » poznaj go dziś »

 


Czy można dobrze odseparować wodę kanalizacyjną od gruntowej »

innowacyjne projektowanie

 



Poznaj bezpieczne systemy do dezynfekcji wody pitnej i basenowej » Jak zabezpieczyć wentylatory dachowe »
czysta woda wentylator dachowy
wiem więcej » spróbuj już dziś »

 


Jaka pompa ciepła zwalcza bakterię Legionella »

pompy ciepła

 



Czy łatwo zainstalować podwieszaną toaletę » Z jakego powodu ta pompa wyprzedza przyszłość »
podwieszana toaleta pompy ciepła
wiem więcej » wiem więcej »

 


Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »

Co Szperacz wyszperał ;-)

źle wykonana instalacja

Sztywniactwo i niechlujstwo - zobacz i skomentuj »

Dla tych, którzy szukają bardziej elektryzujących wrażeń Szperacz ma dziś coś specjalnego - rozdzielnia w toalecie.

zaślepka


TV Rynek Instalacyjny


 tv rynek instalacyjny
11/2019

Aktualny numer:

Rynek Instalacyjny 11/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Dobór wymienników płytowych
  • - Rekuperatory ścienne a prawo
Zobacz szczegóły
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright © 2011 - 2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl