Anong mga Fluido para sa Paglipat ng Init ang Ginagamit sa mga Sistema ng Solar Thermal ng Demax?

Mga Pangunahing Opsyon para sa mga Fluido para sa Paglipat ng Init sa mga Sistema ng Solar Thermal ng Demax

Tubig: Pinakamabuti para sa Mababang-Temperatura at Pressurized na Instalasyon ng Demax

Para sa mga aplikasyon ng solar thermal na gumagana sa ilalim ng 100 degree Celsius, ang tubig ay nananatiling isa sa pinakamatipid at epektibong opsyon bilang fluid na panglipat ng init. Ang mga kapaki-pakinabang na katangian ng tubig ay nagmumula sa kanyang relatibong mataas na espesipikong heat capacity (humigit-kumulang 4.18 kJ bawat kg K), habang kailangan lamang ng kaunting lakas para sa pagpapatakbo ng pump. Kapag ginagamit ang tubig para sa pagpapalamig sa isang pressurized na Demax system, ito ay perpekto dahil hindi ito maaaring umusbong, at ligtas at kaibigan sa kapaligiran. Gayunman, ang tubig ay tumitigas sa 0 degree Celsius, kaya ang mga sistemang ito ay maaari lamang gamitin sa mga rehiyon na walang panganib ng pagyeyelo. Kapag may panganib na tumigas ang sistema dahil sa panahon ng taglamig, kinakailangan ng mga teknisyan na lubos na i-drain ang tubig upang maiwasan ang pinsala. Ang mga datos sa pagganap mula sa mga bahay sa kontinental na Mediterranean ay nagpapakita na noong 2023, ang ESTIF (European Solar Thermal Industry Federation) ay napatunayan na ang mga sistema na gumagamit ng tubig ay nakamit ang humigit-kumulang 60% na seasonal efficiency.

Mga Solusyon na Nakatuon sa Kaligtasan at Proteksyon Laban sa Pagyeyelo

Kapag ito ay tungkol sa proteksyon laban sa pagyeyelo, ang mga halo ng propylene glycol at tubig ay nagpapakita ng malaking potensyal. Patuloy silang gumagana hanggang sa minus 30 degree Celsius at mas hindi mapanganib kaysa sa iba pang opsyon na gumagamit ng ethylene glycol at maaaring mapanganib kapag lumabas ang mga ito. Ang mga halong ito ay nakakapigil din sa korosyon kapag ang mga sistema ay ginawa gamit ang tamang mga gabay na may stainless steel at ilang iba pang plastik. Sa kabilang banda, ang mga halo ng propylene glycol/tubig ay maaaring 30 hanggang 50 porsyento na mas makapal kaysa sa tubig sa 20 degree Celsius, kaya kailangan ng mga bomba na gumawa ng mas maraming pagsisikap. Gayunpaman, dahil napakahusay nilang pinapatakbo ang mga mababang temperatura, sila ang pangunahing ginagamit na fluid para sa paglipat ng init sa karamihan ng mga lokasyon sa Hilagang Amerika at Hilagang Europa. Kamakailan, ang mga tagagawa ay nakamit din ang pagpapabuti sa pamamagitan ng pagdaragdag ng mga tiyak na proprietary na kemikal sa mga fluid upang bawasan ang bilis ng pagkabulok ng fluid. Kapag sinusubok ang mga fluid sa isang saradong loop na Demax system ayon sa mga itinakdang pamantayan ng industriya, tinataya na ang mga fluid ay tatagal ng 5–7 taon.

Mga Fluido na Silicone na Estable sa Termal at Hangin: Mga Espesyalisadong Gamit sa mga Aplikasyon ng Solar Thermal na Walang Presyon at sa Mataas na Temperatura

Ang mga fluido na silicone para sa paglipat ng init ay ang tanging mga fluido na nananatiling operasyonal sa mahabang panahon sa mga sistemang solar thermal na may konsentrasyon na bukas na sirkulasyon (open loop) na walang presyon at gumagana sa mataas na temperatura na nasa pagitan ng 200 at 400 °C. Ang mga fluido na silicone ay may kakayahang maglipat ng init na kinakailangan para sa paggamit sa mataas na saklaw ng temperatura sa mga sistemang solar thermal na may konsentrasyon. Gayunpaman, ang mga fluido para sa paglipat ng init ay hindi ginagamit sa mga sistemang kung saan ang hangin ang gamit na fluido. Ang hangin, kapag pinagsama sa mga sistemang bukas na sirkulasyon, ay nagbibigay ng katiyakan sa operasyon at kadalian sa pagpapanatili sa mga sistemang solar thermal na walang presyon. Ang pagsasama ng mga espesyalisadong fluidong ito—kahit na lubos na in-optimize—ay mas mababa sa 15 porsyento ng kabuuang bilang ng mga instalasyon ng solar thermal sa buong mundo.

Ang numerong iyon ay galing sa pinakabagong pagsusuri ng merkado mula sa inisyatibo ng International Energy Agency na SolarPACES 2024.

Mga Pangunahing Pamantayan sa Pagpili ng Mga Fluid sa Paglipat ng Init na Solar Thermal

Katatagan sa init at paglaban sa degradasyon

Sa mga aplikasyon ng solar thermal, inaasahan na ang mga fluid na nagpapasa ng init (HTFs) ay chemically stable sa mahabang panahon, kailangang manatili sa paligid ng 200 degree Celsius sa mahabang panahon (kung minsan ay hanggang sa ilang taon). Kapag ang mga fluid ay chemically unstable, may negatibong epekto ito sa buong sistema, kabilang ang pagbaba ng thermal performance. Sa ilang naitalang kaso, ang mga fluid ay nakaranas ng pagbaba ng thermal performance na 22% sa loob ng limang taon. Karaniwan itong dahil sa pagtaas ng viscosity dulot ng oxidation ng fluid at sumunod na pagbuo ng sludge. Ang ganitong kondisyon ay nagdudulot din ng dagdag na pangangailangan ng maintenance at pagbaba ng performance ng heat exchanger. Bagaman maaaring mabawasan ng mga oxidation inhibitors ang ilan sa nabanggit na isyu, kailangan pa ring bigyan ng mas malaking pansin ang compatibility ng fluid sa mga materyales ng sistema sa paglipas ng panahon. Ang mga materyales ng sistema tulad ng tanso at aluminum, at kahit ang rubber sa ilang valve seal, ay maaaring makaranas ng iba’t ibang chemical reaction sa fluid sa paglipas ng panahon. Lalo na sa pressurized Demax systems, tinataya na ang corrosion rate ay humigit-kumulang 30% na mas mataas sa mga fluid na stable kumpara sa mga fluid na unstable.

Ang uri ng pagkasira at pagsuot na ito ay hindi lamang nagpapakapa ng buhay ng kagamitan. Ito rin ay nagdudulot ng malaking pagtaas sa mga badyet para sa pangangalaga sa mahabang panahon.

Pagpili ng Fluid Ayon sa mga Klima sa Merkado ng Solar Thermal sa Hilagang Amerika at Europa

Dapat mahigpit na sundin ang pagpili ng fluid batay sa mga ekstremong kondisyon ng klima sa rehiyon kung saan ito iinstala.

1. Ang Nordic at Gitnang Europa: Dapat magbigay ng proteksyon hanggang –30°C. Para sa layuning ito, ang halo ng propylene glycol at tubig sa ratio na 50:50 ang itinuturing na de facto na pamantayan para sa mga deployment ng Demax sa malamig na klima, dahil ito ay nananatiling may higit sa 85% na kahusayan sa paglipat ng init kumpara sa tubig.

2. Ang Mediterranean at ang Timog-Silangang Bahagi ng United States: Ang mga temperatura sa estado ng pagkakahinto ay regular na lumalampas sa 300°C. Kaya naman, ang mga temperatura sa estado ng pagkakahinto ay nangangailangan ng mataas na katatagan sa mataas na temperatura kasama ang mababang presyon ng singaw. Sa aspektong ito, ang mga silicone ay mas epektibo kaysa sa mga glycol dahil ang kanilang presyon ng singaw ay 40% na mas mababa kaysa sa mga glycol sa pinakamataas na temperatura ng operasyon, kaya nababawasan ang dalas ng aktibasyon ng pagaalis ng presyon at, samakatuwid, ang pagkawala ng likido.

3. Ang Hilagang-Silangang Bahagi ng United States bilang isang halimbawa ng hybrid na klima: Kinakailangan ang disenyo ng dalawang proteksyon. Ang pinakabagong henerasyon ng hydrocarbon foam ay may kakayahang manatiling maaaring ipapumpa sa ilalim ng –25°C at tumagal sa thermal degradation sa mga temperatura hanggang 290°C. Ito ay nagpapahintulot sa ligtas na operasyon taun-taon nang hindi kinokompromiso ang kahusayan.

Bagaman ang kanilang paggamit ay nagdudulot ng pagtaas ng viscosity ng 12–15%, na humahantong sa mas mataas na pagsisikap sa pagpapatakbo ng bomba at sa mas malalaking diameter ng bomba, may napapansin na trend patungo sa paggamit ng mga likido na may mas mataas na thermal stability, kahit na ito ay nagdadagdag ng karagdagang mga pangangailangan sa kaligtasan.

Paghahambing ng Pagganap sa Kahusayan, Kaligtasan, at Kakatayan ng Sistema sa mga Aplikasyon ng Solar Thermal

Mga Trade-Off sa Thermophysical na May Kaugnayan sa Espesipikong Init, Viscosity, at Enerhiya sa Pagpapatakbo ng Bomba ng Daloy, na may Kaugnayan sa Solar Thermal Yield

Ang pangkalahatang pagganap ng init ng bawat likido ay sinuri kaugnay ng tatlong pisiko-kemikal na katangian nito: ang kakayahang mag-imbak ng enerhiyang init ng likido (espisipikong init), ang kapal ng likido (viscosity), at ang pagkabulok ng init ng likido (katatagan sa init). Ang tubig ay isang mahusay na absorber ng enerhiyang init (ang espisipikong init nito ay humigit-kumulang 4.18 kJ bawat kg bawat degree K). Gayunpaman, may mga problema na lumilitaw sa paggamit ng tubig sa mga sistemang ito dahil maaaring bumaba ang temperatura sa ilalim ng punto ng pagyelo. Sa mga ganitong kaso, kinakailangan ang paggamit ng mga halo ng glycol, bagaman ang mga likidong ito ay 30 hanggang 50 porsyento na mas makapal kaysa sa tubig. Ang karagdagang paglaban dulot ng makapal na likido na ito ay nangangailangan ng higit na gawa ng mga bomba, na karaniwang nagreresulta sa pagtaas ng konsumo ng enerhiya ng 15 hanggang 30 porsyento sa malalaking industriyal na sistema, na binabawasan ang kabuuang solar na enerhiyang nakolekta. Bagaman ang mga silicone na likido ay hindi gaanong makapal kapag pinainit, ang kanilang espisipikong init ay limitado sa saklaw na 1.5 hanggang 1.8 kJ. Samakatuwid, ang isang operator na gumagamit ng silicone na likido ay kailangang magpalipas ng dalawang beses na dami ng daloy ng likido kumpara sa kailangan kapag gumagamit ng tubig. Ang pamamahala ng likidong ito ay nagpapataas ng pangangailangan sa mas malalaking bomba, nagpapataas ng gastos na nauugnay sa kuryente, at nagpapataas ng pasanin sa pagpapanatili.

Nakumpirma sa pamamagitan ng tunay na pagsusulit sa mga solar na planta na may parabolic trough na ang hindi tugmang mga fluid at mga bomba ay maaaring bawasan ang thermal output ng 12 hanggang 18 porsyento sa paglipas ng panahon. Kapansin-pansin na ang mga mababang kalidad na fluid ay mas mabilis na nababaguhay at maaaring maging 50 hanggang 80 porsyento na mas makapal pagkalipas lamang ng 5 taon, na nakaaapekto sa daloy. Samakatuwid, kailangan ng mga inhinyero na suriin ang anumang bagong fluid kasama ang bawat bahagi ng sistema na kakasalungatan nito, kabilang ang mga expansion tank, mga valve, at lalo na ang mga brazed plate heat exchanger.

Mga madalas itanong

Ano ang pangunahing benepisyo ng paggamit ng tubig bilang heat transfer fluid sa mga sistema ng Demax?

Mas epektibo ang tubig sa paglipat ng init dahil ito ay may mas mataas na specific heat capacity kaysa sa iba pang mga fluid. Ang mga aplikasyon nito sa mababang temperatura sa mga rehiyon na walang lamig at ang mababang pagkawala ng enerhiya sa pagpapatakbo ng bomba ay ginagawa itong lubhang pinipiling fluid.

Ano ang mga kabutihan ng paggamit ng mga halo ng propylene glycol at tubig sa mga malamig na klima?

Ang mga halong ito ay mas makapal kaysa tubig at mas ligtas kaysa sa mga opsyon na may ethylene glycol. Ang mga ito ay ang pinipiling opsyon sa mga malamig na rehiyon dahil sa kanilang pagtutol sa mababang temperatura at nadagdagang likido, lalo na sa Hilagang Amerika at Hilagang Europa.

Ano ang mga katangian ng mga silicone fluid na nagpapahintulot sa kanilang paggamit sa mga aplikasyong may mataas na temperatura?

Ang mga silicone fluid ay may napakadakilang katatagan sa init, na nagpapahintulot sa kanilang paggamit sa mga aplikasyong may mataas na temperatura, tulad ng mga sistemang solar thermal na nakatuon. Bukod dito, ang mga silicone fluid ay may mababang presyon ng singaw, na binabawasan ang posibilidad ng aktibasyon ng relief pressure sa mga tuktok na temperatura.

Ano ang mga implikasyon ng mga pamantayan sa pagpili sa klima ng rehiyon kapag pumipili ng fluid para sa paglipat ng init?

Upang mapabuti ang katiyakan at kahusayan ng sistema, dapat gamitin ang mga fluid para sa paglipat ng init na may proteksyon laban sa pagyeyelo sa mga malamig na rehiyon, samantalang ang mga fluid na may mataas na katatagan sa init ay dapat gamitin sa mga mainit na rehiyon.