Apakah Cecair Pemindahan Haba yang Digunakan dalam Sistem Terma Solar Demax?

Pilihan Utama untuk Cecair Pemindahan Haba bagi Sistem Terma Solar Demax

Air: Paling Sesuai untuk Pemasangan Demax Bertekanan pada Suhu Rendah

Bagi aplikasi tenaga suria termal yang beroperasi di bawah 100 darjah Celsius, air kekal sebagai salah satu pilihan paling ekonomik dan cekap sebagai bendalir pemindah haba. Sifat-sifat menguntungkan air timbul daripada kapasiti haba tentunya yang relatif tinggi (kira-kira 4.18 kJ per kg K), sambil memerlukan kuasa pam yang rendah. Apabila penyejukan dilakukan dengan sistem Demax bertekanan, air merupakan pilihan ideal kerana ia tidak dapat mendidih, serta selamat dan mesra alam sekitar. Namun, air membeku pada 0 darjah Celsius, dan akibatnya, sistem-sistem ini hanya beroperasi di kawasan bebas beku. Apabila sistem berisiko membeku akibat keadaan musim sejuk, juruteknik mesti mengosongkan sepenuhnya air untuk mengelakkan kerosakan. Angka prestasi daripada rumah-rumah di rantau Mediterranean benua menunjukkan bahawa pada tahun 2023, ESTIF (Persatuan Industri Tenaga Suria Termal Eropah) membuktikan bahawa susunan berbasis air mencapai kecekapan musiman sekitar 60%.

Penyelesaian Berfokus pada Keselamatan dan Perlindungan terhadap Pembekuan

Apabila berkaitan dengan perlindungan terhadap pembekuan, campuran propilena glikol dan air menunjukkan banyak potensi. Campuran ini terus berfungsi sehingga suhu minus 30 darjah Celsius dan kurang berbahaya berbanding pilihan lain yang menggunakan etilena glikol—yang boleh menjadi berbahaya sekiranya berlaku kebocoran. Campuran ini juga menghalang kakisan apabila sistem dibina mengikut panduan yang sesuai dengan keluli tahan karat dan beberapa jenis plastik tertentu. Namun, sebagai sebaliknya, campuran propilena glikol/air boleh menjadi 30 hingga 50 peratus lebih pekat berbanding air pada suhu 20 darjah Celsius, maka pam perlu bekerja lebih keras. Walaupun begitu, memandangkan campuran ini berfungsi sangat baik pada suhu rendah, ia menjadi cecair pemindah haba pilihan utama di kebanyakan lokasi di Amerika Utara dan Eropah Utara. Baru-baru ini, pengilang juga berjaya meningkatkan prestasi dengan menambah bahan kimia eksklusif tertentu ke dalam cecair tersebut untuk mengurangkan kadar penguraian cecair. Apabila diuji dalam sistem Demax berkitar tertutup mengikut piawaian industri yang ditetapkan, jangka hayat cecair ini dianggarkan antara 5 hingga 7 tahun.

Cecair Silikon Stabil Secara Terma dan Udara: Kegunaan Khusus dalam Aplikasi Tenaga Suria Termal Tanpa Tekanan dan pada Suhu Tinggi

Cecair silikon untuk pemindahan haba merupakan satu-satunya cecair yang kekal beroperasi dalam jangka masa panjang dalam sistem tenaga suria termal terkonsentrasi berkitar terbuka tanpa tekanan yang beroperasi pada suhu tinggi antara 200 hingga 400 \darjah C. Cecair silikon juga mempunyai keupayaan pemindahan haba yang diperlukan untuk digunakan dalam julat suhu tinggi dalam sistem tenaga suria termal terkonsentrasi. Walau bagaimanapun, cecair pemindahan haba tidak digunakan dalam sistem di mana udara merupakan bendalir kerja. Udara, apabila digabungkan dengan sistem berkitar terbuka, memberikan kebolehpercayaan operasi dan kemudahan penyelenggaraan dalam sistem tenaga suria termal tanpa tekanan. Gabungan cecair khusus ini, walaupun dioptimumkan, kurang daripada 15 peratus daripada jumlah keseluruhan pemasangan tenaga suria termal di seluruh dunia.

Nombor tersebut diperoleh daripada analisis pasaran terkini oleh Inisiatif SolarPACES Agensi Tenaga Antarabangsa 2024.

Kriteria Utama untuk Memilih Cecair Pemindah Haba Termal Suria

Kestabilan termal dan rintangan terhadap penguraian

Dengan cecair pemindahan haba (HTF) dalam aplikasi tenaga suria termal, cecair ini dijangka stabil secara kimia dalam jangka masa panjang, dengan keperluan berada pada suhu sekitar 200 darjah Celsius untuk tempoh yang panjang (malah bertahun-tahun) dalam beberapa kes. Apabila cecair tidak stabil secara kimia, terdapat implikasi negatif terhadap sistem secara keseluruhan, termasuk pengurangan prestasi termal. Dalam beberapa kes yang didokumentasikan, prestasi termal cecair telah berkurang sehingga 22% dalam tempoh lima tahun. Keadaan ini sering disebabkan oleh peningkatan kelikatan akibat pengoksidaan cecair dan pembentukan lumpur seterusnya. Keadaan sedemikian juga menyebabkan peningkatan keperluan penyelenggaraan serta penurunan prestasi penukar haba. Walaupun perencat pengoksidaan boleh mengurangkan sebahagian daripada isu-isu yang disebutkan di atas, tumpuan yang lebih besar diperlukan terhadap keserasian cecair dengan bahan sistem dari segi masa. Bahan sistem seperti tembaga dan aluminium, malah getah dalam beberapa segel injap, mungkin mengalami pelbagai tindak balas kimia dengan cecair sepanjang masa. Secara khususnya, dalam sistem Demax bertekanan, kadar kakisan dianggarkan kira-kira 30% lebih tinggi dengan cecair yang stabil berbanding cecair yang tidak stabil.

Jenis haus dan rosak ini tidak sekadar memendekkan jangka hayat peralatan. Ia juga meningkatkan secara ketara bajet penyelenggaraan dalam jangka panjang.

Pemilihan Cecair Mengikut Zon Iklim dalam Pasaran Tenaga Suria Termal di Amerika Utara dan Eropah

Pemilihan cecair mesti dipatuhi secara ketat berdasarkan ekstrem iklim di kawasan pemasangan.

1. Nordik dan Eropah Tengah: Perlindungan mesti disediakan hingga –30°C. Untuk tujuan ini, campuran propilena glikol dan air dalam nisbah 50:50 merupakan piawaian am bagi pelaksanaan Demax di iklim sejuk, kerana ia mengekalkan lebih daripada 85% kecekapan pemindahan haba air.

2. Mediterranean dan Amerika Syarikat Barat Daya: Suhu stagnasi secara berkala melebihi 300°C. Oleh itu, suhu stagnasi menuntut kestabilan suhu tinggi bersama dengan tekanan wap yang rendah. Dalam hal ini, silikon lebih unggul berbanding glikol kerana tekanan wapnya adalah 40% lebih rendah berbanding glikol pada suhu operasi maksimum, seterusnya mengurangkan kekerapan aktivasi pelepasan tekanan dan, oleh itu, kehilangan cecair.

3. Amerika Syarikat Timur Laut sebagai contoh iklim hibrid: Reka bentuk perlindungan dwi adalah diperlukan. Generasi terkini buih hidrokarbon mempunyai keupayaan untuk kekal boleh dipam di bawah –25°C dan tahan terhadap degradasi terma pada suhu setinggi 290°C. Ini membolehkan keselamatan operasi tahunan tanpa mengorbankan kecekapan.

Walaupun penggunaannya meningkatkan kelikatan sebanyak 12–15%, yang mengakibatkan peningkatan usaha pengepaman dan diameter lubang pam yang lebih besar, suatu kecenderungan ke arah penggunaan cecair yang lebih stabil secara terma jelas kelihatan, walaupun ia menimbulkan sekatan keselamatan tambahan.

Perbandingan Prestasi dari Segi Kecekapan, Keselamatan, dan Keserasian Sistem dalam Aplikasi Terma Suria

Kompromi Termofizikal Berkenaan Muatan Haba Tentu, Kelikatan, dan Pertimbangan Tenaga Pengepaman bagi Aliran Berkaitan Hasil Terma Suria

Kinerja haba keseluruhan setiap bendalir dianalisis berdasarkan tiga ciri fizikokimia bendalir tersebut: kapasiti penyimpanan tenaga haba bendalir (haba tentu), ketebalan bendalir (kelikatan), dan kegagalan haba bendalir (kestabilan haba). Air merupakan penyerap tenaga haba yang sangat baik (haba tentu kira-kira 4.18 kJ per kg per darjah K). Namun, timbul masalah apabila menggunakan air dalam sistem ini kerana suhu boleh jatuh di bawah takat beku. Dalam kes-kes tersebut, penggunaan campuran glikol menjadi perlu, walaupun bendalir tersebut 30 hingga 50 % lebih likat berbanding air. Rintangan tambahan akibat kelikatan bendalir ini memerlukan pam melakukan kerja yang lebih banyak, biasanya mengakibatkan peningkatan penggunaan tenaga sebanyak 15 hingga 30 % dalam sistem industri berskala besar, sehingga mengurangkan jumlah tenaga solar bersih yang dikumpulkan. Walaupun bendalir silikon tidak begitu likat apabila dipanaskan, haba tentunya terhad kepada julat 1.5 hingga 1.8 kJ. Oleh itu, operator yang menggunakan bendalir silikon perlu meningkatkan aliran bendalir sebanyak dua kali ganda berbanding yang diperlukan dengan air. Pengurusan bendalir sedemikian meningkatkan keperluan akan pam yang lebih besar, menambah kos berkaitan elektrik, dan menambah beban penyelenggaraan.

Telah disahkan melalui ujian dunia sebenar di loji tenaga suria berbentuk parabola bahawa cecair dan pam yang tidak sesuai boleh mengurangkan output haba sebanyak 12–18 peratus dalam jangka masa panjang. Secara ketara, cecair berkualiti rendah lebih cepat terdegradasi dan boleh menjadi 50–80 peratus lebih likat selepas hanya lima tahun, yang menjejaskan aliran. Oleh itu, jurutera perlu secara praktikalnya menilai sebarang cecair baharu bersama setiap komponen sistem yang akan bersentuhan dengannya, termasuk tangki pengembangan, injap, dan khususnya penukar haba plat bersolder.

Soalan Lazim

Apakah faedah utama menggunakan air sebagai cecair pemindah haba dalam sistem Demax?

Air lebih cekap dalam memindahkan haba kerana ia mempunyai kapasiti haba tentu yang lebih tinggi berbanding cecair lain. Aplikasinya pada suhu rendah di kawasan bebas beku serta kehilangan tenaga pam yang rendah menjadikannya cecair yang sangat digemari.

Apakah kelebihan menggunakan campuran propilena glikol/air di iklim sejuk?

Campuran ini lebih pekat daripada air dan lebih selamat berbanding pilihan etilena glikol. Campuran ini merupakan pilihan utama di kawasan sejuk kerana ketahanannya terhadap suhu rendah dan kelikatan yang tinggi, terutamanya di Amerika Utara dan Eropah Utara.

Apakah ciri-ciri cecair silikon yang membolehkannya digunakan dalam aplikasi suhu tinggi?

Cecair silikon mempunyai kestabilan haba yang luar biasa, yang membolehkannya digunakan dalam aplikasi suhu tinggi, seperti dalam sistem tenaga suria termal tertumpu. Selain itu, cecair silikon mempunyai tekanan wap yang rendah, yang mengurangkan kemungkinan pengaktifan pelepasan tekanan pada suhu maksimum.

Apakah implikasi kriteria pemilihan terhadap iklim kawasan apabila memilih cecair pemindah haba?

Untuk memaksimumkan kebolehpercayaan dan kecekapan sistem, perlindungan beku daripada cecair pemindah haba harus digunakan di kawasan sejuk, manakala cecair yang mempunyai kestabilan haba yang tinggi harus digunakan di kawasan panas.