EN
Прилагодување на излезот од рамните соларни колектори според загревните потреби на индустријата
Индустријални процеси со ниска и средна температура кои користат рамни соларни колектори
Равните соларни колектори се добро прилагодени за задоволување на барањата на индустријалните процеси кои имаат потреба од топлина во опсегот од 60–90°C. Некои од процесите што бараат топлина во овој опсег се предгреењето на храна и напитоци (60–80°C), бојадисувањето на текстил (70–90°C) и стерилизацијата на опрема и материјали (70–85°C). Сите овие примени се добро усогласени со граничните вредности на топлинскиот излез на стандардните равни колектори, бидејќи постои брзо и значително намалување на ефикасноста со зголемување на температурата над 85°C. На пример, пастеризацијата на млечни производи е контролиран процес на загревање кој бара 72–75°C, што е целосно во работниот опсег на постојните равни соларни колектори. Во извештајот на IEA SHC Задача 49 се наведува дека производствените индустрии кои работат со процесна топлина < 90°C се одговорни за 65% од глобалната енергија што се потрошувана во производството. Ова нагласува дека постои значителна можност за декарбонизација на глобалната потрошувачка на енергија со целосна интеграција на соларната топлина.
Случајно истражување на скоро спроведените имплементации за предгреење на пиварни и бојање на текстил.
Реалните имплементации потврдуваат техничката и економската изводливост на овие системи, како што се прикажани во следните случаи.
Една германска пиварница која користи рамни колектори постигнала намалување на потрошувачката на природен гас за 40% со предгреење на водата за миење на 75°C.
Исто така, една текстилна производствена посебност постигнала соларен дел од 68% за бојање на кади (85°C), користејќи стадиран низи од колектори и стратифицирано топлинско складирање.
Во услови на делумно облачно време кога постоела временска инсолнетост, и двата системи покажале способност да обезбедат постојан излез благодарение на подобрениот состав на селективните апсорберски премази кои значително ги намалиле емисивните загуби, а термичката перформанса на системите била за 12–18% повисока во полеви услови споредено со старите системи. Ова покажува дека технологијата со рамни плочи може да се користи за постојано задоволување на индустриски термички товари кога термичките барања се во близина на сончевата термичка понуда.
Границите на работните температури на сончевите колектори со рамни плочи во индустриска употреба.
Зошто ефикасноста почнува да опаѓа над 85°C: Динамиката на термичките загуби и емпириските податоци од IEA SHC Задача 69
Ефикасноста на соларните колектори значително опаѓа над 85°C поради зголемените губитоци од зрачење и конвекција. Колку што е повисока температурата на апсорберот, толку е поголема брзината на зрачењето (според Стефан-Болцмановиот закон) и толку е поголема брзината на конвекцијата помеѓу апсорберот и стаклениот покрив. ИЕА СХЦ Задача 69 (2023) измерила намалување на ефикасноста за 22% на 95°C во споредба со 75°C при иста соларна осветленост, со што потврдува дека 85°C претставува практична граница за конвенционалните дизајни на рамни плочести колектори без напредна изолација. Затоа, над оваа температура, топлинските губитоци стануваат поголеми од соларните топлински добивки, а парните процеси над 100°C не се изводливи без употреба на друга технологија.
Иновации за проширување на корисниот распон: селективни апсорбери и хибридни вакуумски изолациони дизајни
Покривките од селективни апсорбери значително го зголемуваат работниот опсег со максимизирање на соларната апсорпција на покривката (до 95%) и истовремено намалување на инфрацрвеното емитување (5–10%). Комбинацијата на селективните апсорбери со хибридни вакуумски изолирани панели, кои елиминираат патиштата на губитоци поради конвекција под апсорберот, овозможува на современите рамни колектори да одржуваат корисни ефикасности до 110°C. Ова ќе овозможи употреба на колекторите во други примени, како што се стерилација со висока температура и генерирање на пара под среден притисок. Првичните полски испитувања и тестирања потврдиле дека овие системи над 90°C произведуваат приближно 18% повеќе од стандардните рамни колектори.
Сообразувања за интеграција на системот за непрекината индустриска употреба
Избор на течности за пренос на топлина: Притисната вода спореди со мешавина од гликол – сообразувања за корозија, заштита од замрзнување и одржување
Изборот на течности за пренос на топлина има значителен ефект врз долговечноста, безбедноста и ефикасноста на системот. Притиснатата вода има за 15% поголема топлинска спроводливост од гликолни смеси (Меѓународна агенција за енергија, 2023), што резултира со поголем излез од колекторот и намалување на енергијата потребна за помпување. Меѓутоа, во средини каде што постои опасност од замрзнување, течностите засновани на гликол (обично пропилен гликол за исполнување на стандардите за храна) имаат значителни недостатоци:
- Топлинската деградација предизвикана од температури над 120°C создава кисели странични производи кои ја зголемуваат брзината на корозија
- Годишното тестирање и замена на течностите влече дополнителни трошоци за одржување од околу 18 000 USD/MWth
- Зголемувањето на вискозитетот за 35% резултира со поголема неефикасност на помпата и поголем паразитски товар
Робустни мерки за спречување на замрзнување, како што се дренажно вратување или цевки отпорни на замрзнување, можат да се користат во системи со течности засновани на вода. Долготрајното деградирање на течноста не е проблем. Течности со пропилен гликол се задолжителни во регулирани средини, како што е производството на храна, дури и со нивните недостатоци.
Стадирање на рамни сончеви колектори за различни процесни товари (на пример, пастеризација споредено со миење) – стратегија за температурно зонирање
Поделбата на термалните кола според температурата на процесот овозможува подобра искористеност на сончевата енергија во широк спектар на променливи барања. Просторната одделеност на колата за миење на пониски температури (40–65°C) и колата за пастеризација на повисоки температури (70–85°C) овозможува оптимално димензионирање на сончевите колектори и приоритетно насочување на топлината. Овој пристап вклучува:
- Паралелни низи колектори прилагодени на специфичните температури на товарот
- Вентили со приоритет кои насочуваат сончева топлина кон по вредните процеси кои се временски осетливи
- Дивертери со контролирана температура кои обезбедуваат заштита на процесите со ниска температура од прегревање
Пиварниците што го користат овој метод пријавиле намалување на товарот на котлите за 60% во текот на врвните сончеви часови и скратување на периодот на отплата за 22%. Ова покажува дека термичкото стадирање на процесите може да оптимизира добивката од вредноста надвор од редизајнот на системот од рамни сончеви колектори.
ЧПЗ
Кои се температурните граници на сончевите плочести колектори во индустриски услови?
Повеќето индустрии за производство на храна и напитоци, бојадисување на тканини и опрема за парна стерилизација користат топлина во опсегот од 60–90°C, а рамните сончеви колектори се сосема погодни за тоа.
Што предизвикува драматично падање на ефикасноста на рамните колектори над 85°C?
Со зголемување на температурата на апсорберот, радијационите и конвективните загуби се зголемуваат, што предизвикува пад на ефикасноста.
Какви се некои начини на кои рамните сончеви колектори биле адаптирани за постигнување примена при повисоки температури?
Во современите примени, покривните слоеви со селективна апсорпција и хибридните вакуумски изолациони панели овозможуваат рамните плочести колектори да работат до 110°C, што овозможува поширока примена.
Кои се некои од проблемите со одржувањето поврзани со употребата на гликол за пренос на топлина?
Течностите за пренос на топлина се по-вискозни и помалку ефикасно функционираат, имаат тенденција да предизвикуваат корозија на високи температури (деградираат над 120°C) и бараат почесто тестирање, замена и поврзани трошоци.
Кои се некои предностите на зонирањето по температура во индустриски соларен систем?
Искористувањето на зонирање по температура или сегментација на термичките кругови според процесната класа овозможува најефикасен искористување на соларната енергија на различни нивоа на температура, што ја подобрува вкупната ефикасност и вредноста на системот.