Моделювання теплової ефективності гібридного геліоколектора в системі із тепловим акумулятором
Анотація
Розроблено підхід до моделювання теплової ефективності гібридного геліоколектора у системі з тепловим акумулятором, що дало змогу запропонувати нову гібридну систему теплопостачання. З'ясовано, що наукова спільнота пропонує істотно збільшити використання відновлювальних джерел енергії (ВДЕ), поступово відміняючи використання традиційних вуглецевих палив. Встановлено, що особливу увагу приділяють розвиткові сонячної енергетики, обсяги якої значно зросли за останні десятиліття. Тому передбачено, що згідно з європейськими енергетичними та кліматичними стратегіями, обсяги енергії, отриманої від сонячних джерел, планують істотно збільшити. Тому розроблено модель системи із гібридним сонячним колектором, що може одночасно виробляти теплову й електричну енергію. Отримано залежності зміни температур теплоносія в гібридному тепловому фотоелектричному геліоколекторі від часу опромінення його сонячною радіацією та охарактеризовано закономірності зміни їх у часі. А також, відповідно, вивчено зміну температури теплоносія у тепловому акумуляторі, як середню, так і в трьох умовних рівних частинах, за його висотою. Встановлено основні закономірності приросту температури, як у гібридному тепловому фотоелектричному геліоколекторі HTPC (англ. Home Theater Personal Computer), так і в тепловому акумуляторі за час проведення досліду. Охарактеризовано зміну миттєвої теплової потужності досліджуваного геліоколектора залежно від обраних чинників впливу. З'ясовано величину середнього коефіцієнта корисної дії та зміну його в часі під час проведення досліду. Встановлено зміну миттєвої питомої теплової потужності досліджуваної системи із HTFPC. Охарактеризовано закономірність зміни теплової ефективності цілої системи із HTFPC упродовж експерименту та з'ясовано ефективність цілої системи за нагромадженням теплової енергії в тепловому акумуляторі. Досліджено отримані основні теплофізичні параметри розробленої системи з гібридним тепловим фотоелектричним геліоколектором для подальшого використання у створенні методики розрахунку цієї системи. А опрацьовані результати досліджень системи з гібридним тепловим фотоелектричним геліоколектором дадуть можливість впроваджувати ці системи в реальних умовах для забезпечення енергією різних об'єктів.
Завантаження
Посилання
Abdelhafez, E. A., Hamdan, M. A., & Al Aboushi, A. R. (2016). Simulation of Solar Thermal Hybrid Heating System Using Neural Artificial Network. Conference: 8th International Ege Energy Symposium and Exhibition (IEESE-8), Afyonkarahisar, Turkey, May 2016, 1–6. URL: https://www.researchgate.net/publication/308348965_Simulation_of_Solar_Thermal_Hybrid_Heating_System_Using_Neural_Artificial_Network
Aitola, K., Sonai, G. G., Markkanen, M., Kaschuk, J. J., Hou, X., Miettunen, K., & Lund, P. D. (2022). Encapsulation of commercial and emerging solar cells with focus on perovskite solar cells. Solar Energy, 237, 264–283. https://doi.org/10.1016/j.solener.2022.03.060
Algarni, S. (2023). Evaluation and optimization of the performance and efficiency of a hybrid flat plate solar collector integrated with phase change material and heat sink. Case Studies in Thermal Engineering, 45. https://doi.org/10.1016/j.csite.2023.102892
Al-Rabeeah, A. Y., Seres, I., & Farkas, I. (2024). Experimental and numerical investigation of parabolic trough solar collector thermal efficiency enhanced by graphene – Fe3O4/water hybrid nanofluid. Results in Engineering, 21 p. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2024.101887
Beckman, W. A., Klein, S. A., & Duffie, J. A. (1982). A design procedure for solar heating systems. New York: John Wiley & Sons.
Boiarchuk, V., Syrotiuk, S., Syrotiuk, V., Ptashnyk, V., Baranovych, S., & Sheremeta, R. (2022). Photoelectric panel modeling in the LabVIEW environment. Bulletin of Lviv National Environmental University. Agroengineering Research, 26, 71–76. https://doi.org/10.31734/agroengineering2022.26.071
Bondarchuk, A. S., (2019). Study into predicted efficiency of the application of hybrid solar collectors to supply energy to multi-apartment buildings. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 69 p., https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.174502
Cantarero, M. M. V. (2020). Of renewable energy, energy democracy, and sustainable development: A roadmap to accelerate the energy transition in developing countries. Energy Research & Social Science, 70. https://doi.org/10.1016/j.erss.2020.101716
Duffie, J. A., & Beckman, W. A. (2013). Solar Engineering of Thermal Processes. 2nd Edition, Madison, New York; John Wiley & Sons, Hoboken. https://doi.org/10.1002/9781118671603
Francesconi, M., Antonelli, M., & Desideri, U. (2023). Assessment of the optical efficiency in solar collectors: Experimental method for a concentrating solar power. Thermal Science and Engineering Progress, 40, https://doi.org/10.1016/j.tsep.2023.101740
Gautam, A., & Saini, R. (2020). A review on sensible heat based packed bed solar thermal energy storage system for low temperature applications. Solar Energy, 207, 937–956. https://doi.org/10.1016/j.solener.2020.07.027
Govindasamy, D., & Kumar, A. (2023). Experimental analysis of solar panel efficiency improvement with composite phase change materials. Renewable Energy, 212, 175–184. https://doi.org/10.1016/j.renene.2023.05.028
Guminilovych, R., Shapoval, P., Yatchyshyn, I., & Shapoval, S. (2015). Modeling of chemical surface deposition (CSD) of CdS and CdSe semiconductor thin films. Chemistry and Chemical Technology, 9(3), 287–292. https://doi.org/10.23939/chcht09.03.287
Hamdan, M. A., Abdelhafez, E., Ahmad, R., & Aboushi, A. R. (2014). Solar Thermal Hybrid Heating System, Conference: Energy Sustainability and Water Resource Management for Food Security in the Arab Middle East, December 2014, Beirut, Lebanon, 1–11. https://doi.org/10.23939/jeecs2023.02.061
Hassan, A., Nikbakht, A. M., Fawzia, S., Yarlagada, P. K. D. V., & Karim, A. (2023). Transient analysis and techno-economic assessment of thermal energy storage integrated with solar air heater for energy management in drying. Solar Energy, 264. https://doi.org/10.1016/j.solener.2023.112043
Herrando, M., Coca-Ortegón, A., Guedea, I., & Fueyo, N. (2023). Experimental validation of a solar system based on hybrid photovoltaic-thermal collectors and a reversible heat pump for the energy provision in non-residential buildings. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 178. https://doi.org/10.1016/j.rser.2023.113233
Kareem, M. W., Habib, K., Pasha, A. A., Irshad, K., Afolabi, L. O., & Saha, B. B. (2022). Experimental study of multi-pass solar air thermal collector system assisted with sensible energy-storing matrix, Energy, 245, https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.123153
Kuravi, S., Trahan, J., Goswami, D. Y., Rahman, M. M., & Stefanakos, E. K. (2013). Thermal energy storage technologies and systems for concentrating solar power plants. Progress in Energy and Combustion Science, 39(4), 285–319. https://doi.org/10.1016/j.pecs.2013.02.001
Marushchak, U., Sydor, N., Braichenko, S., & Hohol, M. (2024). Effect of dry-wet cycles on properties of high strength fiber-reinforced concrete. Lecture Notes in Civil Engineering, 438, 265–272. https://doi.org/10.1007/978-z-031-44955-0_27
Mausam, K., Singh, S., Ghosh, S. K., Singh, R. P., & Tiwari, A. K. (2024). Experimental analysis of the thermal performance of traditional parallel tube collector (PTC) and cutting-edge spiral tube collector (STC): A comparative study for sustainable solar energy harvesting. Thermal Science and Engineering Progress, 47. https://doi.org/10.1016/j.tsep.2023.102295
Ministry of Regional Construction of Ukraine. (2011). DSTU-N B V.1.1-27:2010 Building climatology. Kyiv: Ministry of Regional Construction of Ukraine. [Effective from 01.11.2011]. URL: https://dbn.co.ua/load/normativy/dstu/dstu_b_v_1_1_27_2010/5-1-0-929
Obstawski, P., Bakon, T., & Czekalski, D. (2020). Comparison of solar collector testing methods – theory and practice. Processes, 8, 1–29. https://doi.org/10.3390/pr8111340
Paris Agreement. (2024). United Nations. URL: https://www.un.org/en/climatechange/paris-agreement
Pluta, Z. (2007). Sloneczne instalacje energetzczne. Warsyava: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej. [In Polish]. URL: https://repo.pw.edu.pl/info/book/WUT287161/
Pona, O. M., & & Voznyak, O. T. (2014). Efficiency of helio roofing in the gravity system of heat supply. Construction, materials science, mechanical engineering, 76, 231–235. [In Ukrainian].
Rosales-Pérez, J. F., Villarruel-Jaramillo, A., Pérez-García, M., Cardemil, J. M., & Escobar, R. (2024). Techno-economic analysis of hybrid solar thermal systems with flat plate and parabolic trough collectors in industrial applications. Alexandria Engineering Journal, 86, 98–119. https://doi.org/10.1016/j.aej.2023.11.056
Shapoval, S., Spodyniuk, N., Zhelykh, V., Shepitchak, V., & Shapoval, P. (2021). Application of rooftop solar panels with coolant natural circulation. Pollack Periodica, 16(1), 132–137. https://doi.org/10.1556/606.2020.00218
Shapoval, S., Zhelykh, V., Venhryn, I., Kozak, K., & Krygul, R. (2019). Theoretical and experimental analysis of solar enclosure as part of energy-efficient house. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(8-98), 38–45. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.160882
Sharma, C., & Jain, A. (2014). Solar panel mathematical modelling using Simulink. International Journal of Engineering Research and Applications, 4(5), 67–72. URL: https://www.slideshare.net/Chandanivinny/j045046772
Stec, M., & Grzebyk, M. (2022). Statistical Analysis of the Level of Development of Renewable Energy Sources in the Countries of the European Union. Energies, 15, 1–18. https://doi.org/10.3390/en15218278
Wisniewski, G., Golebiowski, M., Grzciuk, et al. (2008). Kolektorz Sloneczne. Energia słoneczna w mieszkalnictwie, hotelarstwie i drobnzm pryemysle. Warszawa: Medium. [In Polish]. URL: https://www.ceneo.pl/22283791
Yang, H., Wang, X., & Yao, S. (2023). Thermodynamic analysis of a novel solar photovoltaic thermal collector coupled with switchable air source heat pump system. Applied Thermal Engineering, 218 p. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2022.119410
Zaitsev, R. V., Kirichenko, M. V., Minakova, K. O., & Styslo, B. O. (2022). Autonomous hybrid photovoltaic power plant with intelligent power selection system. In: O. M. Dovhalyuk (Ed.). Energy Efficiency and Energy Security of Power Systems (EEES-2022): Collection of scientific papers from the 6th International Scientific and Technical Conference, November 20-23, 2022, 44–45. Kharkiv: Madrid Printing House. URL: https://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/73651
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
