EN
Успоређивање излаза од соларних колектора са равна плоча на потражњу топлоте у индустрији
Индустријски процеси ниске и средње температуре који користе соларне колекторе са равна плоча
Соларни колектори са равна плоча су добро прилагођени за задовољавање захтева индустријских процеса којима је потребна топлота у распону од 60-90 °C. Прегревање хране и пића (60-80 °C), бојање текстила (70-90 °C) и стерилизација опреме и материјала (70-85 °C) су неки Све ове апликације су добро усклађене са термичким границама излазних стандардних система са радним плочама, јер постоји брзо и значајно смањење ефикасности са повећањем температуре изнад 85 °C. На пример, пастеризација млека је контролисани процес топлоте који захтева 72-75 °C, што је добро у распону Задатак 49 МЕА СХЦ извештава да производне индустрије које раде са топлотом процеса < 90 °C чине 65% глобалне производне енергије која се конзумира. Ово наглашава да постоји значајна прилика за декарбонизацију енергије која се конзумира глобално интегрисањем соларне топлоте на циљаној основи.
Студија случаја недавне примене за прегревање пивоварња и бојење текстила.
Реалне примере потврђују техничку и економску одрживост ових система, као што се види у следећим случајевима.
Немачка пивоварна компанија која користи плоске колекторе плоча постигла је 40% смањење природног гаса прегревањем воде за прање на 75 °C.
Такође, производња текстила је добила 68% соларне фракције за бојење бана (85 °C) користећи стадијске колекторске масиве и слојевито топлотно складиштење.
Током условима делимичног облачности када је постојало времевно зрачење, оба система су показала способност да пруже доследан излаз захваљујући побољшаним селективним абсорберским премазима који су значајно смањили губитке емисије и топлотне перформансе система су биле 12-18% веће у односу на старије системе. Ово показује да се може ослањати на технологију плоских плоча за пружање конзистентних индустријских топлотних оптерећења када су топлотне захтеве у блиском распону са соларном топлотном снабдевањем.
Границе оперативних температура соларних колектора са равном плочицом у индустријској употреби.
Зашто ефикасност почиње да опада изнад 85 °C: Динамика топлотних губитака и емпиријски подаци од СХЦ-а ИЕА-е Задатак 69
Ефикасност соларних колектора значајно пада изнад 85 °C због повећаних губитака радијацијом и конвекцијом. Што је већа температура апсорбера, то је већа стопа зрачења (по Стефан-Болцмановом закону) и већа стопа конвекције између апсорбера и стакла. Задатак 69 (2023) МЕА СХЦ-а измерио је смањење ефикасности за 22% на 95 °C у поређењу са 75 °C на истој соларној зрачењу, чиме се потврдило 85 °C као практична граница конвенционалних дизајна плоских плоча колектора без напредне изолације. Дакле, изнад ове температуре, губици топлоте постају већи од добитака топлоте од сунца и процеси парења изнад 100 °C нису изводљиви без друге технологије.
Иновације у проширењу корисног опсега: селективни апсорбори и хибридни вакуумски изолациони дизајн
Покрива селективних апсорбера значајно повећавају опсег рада максимизирањем соларне апсорпције премаза (до 95%) и истовремено смањењем инфрацрвеног емитовања (5-10%). Комбинација селективних апсорбера са хибридним вакуумским изолационим панелима, који елиминишу путеве конвекционих губитака испод апсорбера, омогућава модерним плоским колекторима да одржавају корисну ефикасност до 110 °C. Ово ће омогућити да се колектори користе у другим прилозима као што Први теренски тестови и тестирање су потврдили да ће ови системи изнад 90 °C генерисати око 18% више од стандардних система са равном плочицом.
Разматрања интеграције система за континуирано индустријско коришћење
Избор течности за пренос топлоте: вода под притиском против мешавине гликола Разматрања за корозију, заштиту од замрзавања и одржавање
Избор течности за пренос топлоте има значајан утицај на дуговечност, безбедност и ефикасност система. Вода под притиском има 15% већу топлотну проводност од мешавина гликола (Међународна агенција за енергију, 2023), што резултира већим излазом колектора и смањењем енергије пумпања. Међутим, у окружењима подложеним замрзавању, течности на бази гликола (обично пропиленгликол за усаглашеност са храном) имају значајне недостатке:
- Тхермална деградација узрокована температурама веће од 120 °C ствара киселе нуспроизводе који повећавају стопу корозије
- Годишње тестирање и замена течности наметну додатних ~ 18k / MWth у трошковима одржавања
- 35% повећање вискозитета резултира већом неефикасношћу пумпе и већим паразитарним оптерећењем
У системима са течностима на бази воде могу се користити чврсте мере за спречавање замрзавања као што су трубове за повраћање или трубове који се толерантно слаже. Дуготрајно погоршање течности није проблем. Пропиленгликолне течности су потребне у регулисаним окружењима, као што је преработка хране, чак и са њиховим недостацима.
Степенирање соларних колектора са равна плоча за различите процесне оптерећења (нпр. пастеризација или прање) Стратегија зонирања температуре
Подељење топлотних кола по температури процеса Зонирање омогућава бољу искоришћавање соларних енергија у широком променљивом профилу потражње. Пространска раздвојеност кола за прање на нижим температурама (40-65 °C) и кола за пастеризацију на већим температурама (70-85 °C) омогућава оптимално димензионисање соларних колектора и приоритетизацију рутинга топлоте. Овај приступ користи:
- Паралелни колекторски масиви прилагођени специфичним температурама оптерећења
- Приоритетни вентили који усмеравају соларну топлоту на вредније процесе који су осетљиви на време
- Дивертери са контролисаном температуром који пружају заштиту ниског квалитета процеса од прегревања
Пивовари које користе ову методу пријавили су 60% измештања оптерећења котала током највиших соларних сати и 22% смањење периода повраћања. Ово показује да термичко стадирање процеса може оптимизовати улазак вредности изван редизајна система од соларних система са равна плоча.
Često postavljana pitanja
Које су границе температуре соларних колектора у индустријском окружењу?
Већина индустрија за храну и пиће, бојење текстила и опрема за стерилизацију паром користе топлоту у распону од 60-90 °C, а соларни колектори са равна плоча су добро погодни за то.
Шта узрокује да ефикасност плоских плоча падне драматично изнад 85 °C?
Како се температура апсорбера повећава, повећавају се зрачење и конвективни губици, што узрокује пад ефикасности.
Како су неки колектори плоских плоча прилагођени за примене на више температуре?
У модерним апликацијама, селективни абсорберски премази и хибридни панел за вакуумску изолацију омогућавају да плоски плочи колектори раде до 110 °C, пружајући шире коришћење.
Који су неки проблеми одржавања повезани са употребом гликола за пренос топлоте?
Течности за пренос топлоте су вискозније и раде мање ефикасно, имају тенденцију да се кородирају на високим температурама (деградирају изнад 120 °C) и захтевају чешће тестирање, замену и повезане трошкове.
Које су неке предности распоређивања температуре у индустријском соларном систему?
Употреба температурног зонирања или сегментације топлотних кола по степену процеса омогућава најефикаснију употребу соларне енергије на различитим нивоима температуре, побољшавајући укупну ефикасност и вредност система.