Abstrakt

Eine Untersuchung von Solarkonzentrator-Receiver-Designs durch fühlbaren Wärmetest

Sunita Mahavar

Ein Solarempfängersystem sammelt Sonnenstrahlung in einem Solarkonzentratorsystem und überträgt die Wärme auf das Arbeitsfluid des Systems zur nutzbaren thermischen Anwendung. In der vorliegenden Arbeit werden zwei lokal hergestellte Empfängerdesigns an einem parabolischen Solarkonzentrator mit einer Aperturfläche von 7 m ² und einem Randwinkel von 56°C experimentell untersucht. Basierend auf einem Test der fühlbaren Wärme des Fluids werden zwei thermische Leistungsparameter, die Anstiegsrate der Fluidtemperatur, R _f , und die nutzbare Effizienz des Systems, η _u , bestimmt und für die vergleichende Untersuchung verschiedener Empfänger empfohlen. Die Experimente werden mit zwei Fluiden, Wasser, mit Durchflussraten von 8 l/min und 10 l/min für die Empfänger, den flachen Kupferspiralempfänger, CSR, und den konischen Kupferspiralempfänger, CoSR, durchgeführt. Die R _f für die CoSR- und CSR-Empfänger betragen 0,33 bzw. 0,23°C/min bei einer Durchflussrate von 8 l/min. Die nutzbare Effizienz von CoSR und CSR beträgt 33 % bzw. 17 %. Die Oberflächentemperatur des Empfängers von CSR ist aufgrund der geringeren Effizienz von CSR höher als die von CoSR. Die experimentelle Beobachtung hat ergeben, dass das Testverfahren für fühlbare Wärme die Leistung der Empfänger deutlich unterscheidet und sich zur Untersuchung der thermischen Leistung verschiedener Empfängerdesigns eignet.

Nomenklatur

A _a Aperturfläche des Konzentrators (m ² )

A _r Empfängergrundfläche (m ² )

C _R Konzentrationsverhältnis; C _w Spezifische Wärmekapazität von Wasser (J/kg°C)

D _a Konzentratordurchmesser (m)

I _b Normale Sonneneinstrahlung auf die Aperturebene des Konzentrators (W/m ² )

I _s Globale Sonneneinstrahlung auf horizontaler Ebene (W/m ² )

I _{s, avg} Durchschnittliche globale Sonneneinstrahlung auf der horizontalen Oberfläche (W/m ² ) im Zeitraum Δt

M _w Wassermasse im Vorratsbehälter (kg)

q _a Verfügbare Wärmeleistung für die Flüssigkeit (W)

q _u Von der Flüssigkeit genutzte Wärmeleistung (W)

S In der Receiverplatte absorbierter Solarstrom (W/m ² )

T _a Umgebungstemperatur (°C)

T _r Stagnationstemperatur des Empfängers (°C)

T _w Wassertemperatur im Speichertank (°C)

T _w,f Wassertemperatur im Speicherbehälter am Ende des Heizvorgangs (°C)

T _w,I Wassertemperatur im Speicher zu Beginn des Heizvorgangs (°C)

W _s Windgeschwindigkeit (m/s)

Griechische Symbole

α _r Absorptionsvermögen der Empfängerfarbe

Δt Zeitintervall (s)

η _u Ausgenutzter thermischer Wirkungsgrad des Konzentrators

ρ _r Spiegelreflexionsgrad des Reflektors

θ Durchschnittlicher Einfallswinkel auf der horizontalen Oberfläche (°)

Akronyme

ESPC Wirtschaftlicher Solar-Parabolkonzentrator

SPDC Solar Paraboloid Dish Konzentrator

HTF Wärmeträgerflüssigkeit

CSR Kupferspiralempfänger

CoSR Kupfer konischer Spiralempfänger

CFP Kreisförmige Flachplatte