Badanie odnawialnych źródeł energii w kontekście zrównoważonego systemu energetycznego

koncentrator promieniowania słonecznego, kolektor rurowy próżniowy, zużycie pary, parametry projektowe, systemy grzewcze, instalacje wysokotemperaturowe

W niniejszym artykule skoncentrowano się na analizie i doskonaleniu rozwiązań technicznych dotyczących wykorzystania kolektorów rurowych próżniowych oraz koncentratorów słonecznych w celu zwiększenia efektywności transferu ciepła oraz adaptacji instalacji słonecznych do pracy w istniejących systemach ogrzewania olejem opałowym. Metodologia badawcza obejmowała opracowanie modelu matematycznego opisującego transfer ciepła w kolektorach rurowych próżniowych, stworzenie algorytmu do obliczania parametrów projektowych systemu oraz modelowanie numeryczne służące ocenie charakterystyk temperaturowych, efektywności oraz wpływu kluczowych czynników oddziałujących na system. W wyniku badań przygotowany model matematyczny umożliwił precyzyjne opisanie procesów transferu ciepła oraz interakcji promieniowania słonecznego z kolektorami rurowymi próżniowymi i koncentratorami promieniowania słonecznego oraz identyfikację zależności analitycznych łączących parametry konstrukcyjne systemu (średnicę rur i długość modułu) z właściwościami cieplnymi, takimi jak temperatura nośnika ciepła oraz efektywność transferu ciepła. W trakcie badań zbadano zależności pomiędzy parametrami geometrycznymi systemu, strumieniem słonecznym, współczynnikiem odbicia oraz błędem kątowym, co pozwoliło zidentyfikować kluczowe czynniki wpływające na efektywność pozyskiwania energii słonecznej oraz rozkład temperatur wewnątrz systemu. Obliczenia numeryczne wykazały, że zwiększenie długości systemu oraz dostosowanie średnicy rur znacząco poprawiły efektywność absorpcji promieniowania słonecznego, a także wpłynęły na temperaturę czynnika chłodzącego. W pracy przeanalizowano także charakterystyki temperaturowe, w tym wpływ przepływu czynnika chłodzącego oraz jego rozkładu wzdłuż długości kolektora rurowego. Wyniki obliczeń wskazały, że do optymalizacji systemu konieczne jest uwzględnienie współdziałania różnych parametrów, w tym geometrii oraz właściwości promieniowania, w celu maksymalizacji efektywności instalacji solarnych. Dodatkowo w wyniku badań potwierdzono zależność pomiędzy średnicą odbiornika a liczbą koncentracji, co pozwoliło na dokładniejsze przewidywanie efektywności systemu w różnych warunkach eksploatacyjnych. Tym samym uzyskane wyniki mogą być wykorzystane do optymalizacji konstrukcji systemów solarno-termicznych, poprawy ich efektywności oraz precyzyjnego obliczania parametrów projektowych.