captatoare solare 1

5/22/2018 captatoare solare 1

1/36

1

Captatoare solare (1)

S.l.dr.ing.R.Popescu

Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti

Facultatea de Instalatii


2/36

2

Clasificarea

si descrierea

captatoarelor

solare

Randament

Parametrii

de influenta

Captatoare planeFara sticla

Cu

sticla

Captatoare

vidate

Captatoare

cu

concentrare

Functiile

diferitelor

elemente

Implementarea

captatoarelor

Umbrire

solara

Orientarea

si inclinarea

Integrarea

in cladire

DefinitieDomeniul

de utilizare

al

captatoarelor

Cateva cifre ...

Radiatia

solara

Bilant termic

Descriere


3/36

3

T = 5800 K

RadiatiaRadiatia solarasolara

Soarele

asimilabil

unui

corp

negru

temperatura

T

5800 K

M=6.4 107

W/m2

Legea

lui Planck :

Repartitia

spectrala

a energiei

emise

de un corp

negru

(corp

negru

:

=

= 1)

M(T) =

c1 -5

ec2/T -1

unde: c1

= 3.74 10-6

W.m-2

c2

= 0.01433 m.K

Emitanta

totala

a unui

corp

negru

Legea

lui Stefan-Boltzman

:

M = 0T4

cu

0 = 5.64 10-8

W.m-2.K-4

1 = 0.23 m,

1,2 /M = 0.99M1

-2

T=5800 K

Fereastra

spectrala

:

Corp

negru

la 5777 K

In afara

atmosferei

terestre

Flux direct

Flux difuz

Flux total

UV Viz Infra Rosu

Imagine prise du

NASA Skylab

(1993)

2 = 4.78 m


4/36

4

RadiatiaRadiatia globalaglobalaorizontalaorizontalaConstanta solara

(Radiatie

maxima in afara

atmosferei)

I0

= 1367 W/m2

Radiatia

globala

orizontala

la nivelul

solului pe un planorizontal (W/m2) :

Energia solara incidenta pe suprafata terestra este de 10000 superioara decat cererea

energetica globala a populatiei planetei

ItH

= IDH

+ IdH

Absorbtie

in atmosfera

terestra

Absorbtie

si difuzie

in nori

(m)

Suprafata

orizontala

Corp

negru

la 5777 K

In afara

atmosferei

terestre

Flux direct

Flux difuzFlux total

direct difuz


5/36

5



6/36

6

Radiatia

globala

pe

un plan inclinat

:

It

= ID

+ Id

+Ir

RadiatiaRadiatia globalaglobalapepeun planun plan inclinatinclinat

Suprafata

sursa: Semsci Universit Strasbourg

Albedo

(%)

Ocean

Padure

7

5-10

17-27

14-1725-30

52-8181-92

CampNisip

Beton

Zapada

proaspata

Zapada

tasata

: Unghi

de incidenta al

suprafetei

inclinate

(unghiul

intre

normala

la suprafata

si directia

suprafata/soare)

(W/m2)

cosDnD II

2

cos1

dHd

II

2

cos1

gtHr II

: Inclinarea

suprafetei

IDn

: Radiatia

solara

directa

incidenta normala

la

suprafata

(W/m

2

)

direct difuz reflectat

g

: Coeficientul

albedo

al

solului


7/36

7

sinsincoscoscossin LATHLAT

Unghi

de inclinare

al

panoului

()

cossinsincoscoscos

Unghi

de incidenta pe

suprafata

inclinata

:

Inaltimea

soarelui

:

LAT : latitudinea locului ()

284986.0sin45.23 J

LAT

LAT

coscos

sinsinsin

cos

Azimutul

solar

:

Declinatia

solara

(unghiul

intre

razele

soarelui

si planul

ecuatorial) :

RadiatiaRadiatia globalaglobalapepeun planun plan inclinatinclinat

RelatiiRelatii

utileutile

J: nr zile

scurse

de la inceputul

anului


8/36

8

RadiatiaRadiatia solarasolara pentrupentru RomaniaRomaniaAmplasare

buna d.p.d.v.

al

radiatiei

solare

4 zone in functie de energia solar900-1600 kW h /m2an

perioada

de utilizare

aprox. 200 zil


9/36

9

Radiatia

solara

anuala

(kWh/m2/an)


Media anuala

de energie

receptionata

de o

suprafata

orientata

sud si inclinata

la un ung

egal

cu

latitudinea

locului

(kWh.m-2.zi-1)

Influenta

importanta

a latitudinii

pentru

Intensitatea

radiatiei

Variatiile

sezoniere


10/36

10

Distribuia energiei radiaiei solare, n funcie

de lungimea de und(microni)

Participaia

fiecrei componente n radiaia global, din punct

de vedere energetic:

-

radiaie ultraviolet3%

- radiaie vizibil42%- radiaie infraroie 55%

Se observ c o marecantitate de energie

termicse regsete ndomeniul radiaieiinfraroii i nu ndomeniul radiaieivizibile, ceea ce

sugereaz ideea c

aceast radiaie poatefi

captat eficient i n

condiiile n care cerulnu este perfect senin!


11/36

11

CaptatoareCaptatoare

farafara

sticlasticla


12/36

12

Rezervat

in special

incalzirii

apei

piscinelor

vara

Sistemul

cel

mai simplu

si cel

mai economic

CaptatoareCaptatoare farafara sticlasticla

Pconv

: Pierderi

prin

convecti

Pcond

: Pierderi

prin

conducti

Tuburi

din

plastic negru

Pierderi

importante daca

Tamb

mica

Tamb

, i

ridicate

Ti

coborata

Randament

bun

al

panourilor

i

: Flux incident

r

: Flux reflectat

Pu: Putere utila

Prad

: Pierderi

prin

radiatie

Pconv

Pcond

Prad

Pui r


13/36

13

CaptatoareCaptatoare planeplane cucu sticlasticla


14/36

14

AlcatuireAlcatuire captatorcaptator planplan cucu sticlasticla

1. Cutie

2. Garnitura

de etansare

3. Sticla transparenta

4. Izolatie

termica

5. Placa

absorbanta

6. Conducte fluid caloportor


15/36

15

i

: Flux incident

r

: Flux reflectat

Pu

: Putere

utila

Pconv

Prad

Pu

r

i

Pcond

Prad

: Pierderi

prin

radiatie

Pconv

: Pierderi

prin

convectie

Pcond

: Pierderi

prin

conductie

BilantulBilantul termictermic alal unuiunui captatorcaptator cucu sticlasticla

Placa

absorbanta

Sticla

Radiatie

IR Convectie

Izolator

Ts

Ta

Ts : Temperatura sticleiTa : Temp. placiiabsorbante

Radiatie

IR

Tamb

Tamb

: Temperatura

ambianta

i

r

Tair

Prad Pconv

TambPcond

Radiatie

IR

Convectie

libera in

spatii

inchise


16/36

16

Placa

absorbanta de tip

serpentina

Placa

absorbanta de tip

scara

PlacaPlaca absorbantaabsorbanta

Placa absorbanta

Captatoare clasiceTuburi

aripioare


17/36

17

Placa absorbanta din otel

inoxidabil

Elaborare plecand de la doua placi otel inox

sudate in puncte

Acoperire selectiva pentru limitarea pierderilor prin

radiatie

Necesitatea de a avea un debit suficient pentru obuna irigare a suprafetei placii absorbante

Sursa : Energie solaire SA

Sursa : Energie solaire SA

Sursa : Installations solaires thermiques

Pl b b


18/36

18

Obtinut prin tratare chimica decat prin vopsireCoeficientde emisivitate

IR scazut

(

< 0.15)

Cupru

( = 390 W.m-1.K-1)

Absorbtie

95%

Emisivitate 12%

Absorbtie

95%

Emisivitate 85%

Absorbtie

95%

Emisivitate 5%

PlacaPlaca absorbantaabsorbantaRolul placii absorbanteSa absoarbaradiatia

solara

Sa o transforme in calduraSa o transmita

fluidului

caloportor

Coeficient

de absorbtie

ridicat

( 0.95)

Culoare

inchisa

(neagra, albastra)

Ceramica

pe

baza

de oxizi

metalici

(CERMET)

Depunere

de crom

negru

Sursa : Installations solaires thermiques

Otel

inoxidabil

Materiale

:

Placa

cupru Vopsea

neagra Crom

negru CERMET

TiNOX

(titan+cuart)

Aluminiu

S i lSti l l it t l i


19/36

19

R

T

A

Factor

Solar

FS

SticlaSticla captatoruluicaptatoruluiMateriale

utilizate

Geam

securizat

(limiteaza

riscurile

de accident sau

de degradare)

Plastic sau

materiale

de sinteza

(acrilic, policarbonat, fluorura

de polivinil

)

T + R + A = 1

Placa

absorbanta

Sticla

De a limita pierderile

din

placa

absorbanta (convectie

si radiatie)

Rolul

sticlei

:

De a lasa

sa treaca

maximul

de

radiatie

solara

Sticla

clara

Sticla

borosilicat

T(%) R(%) A(%) FS(%

838 9 85

90 8 2 90

Tip

de sticla

sursa: Techniques Ingnieur

Radiatie

IR

Convectie

FS = incident

transmis


20/36

20

Proprietatile

optice

ale sticlei

Geam cu emisivitate slaba

( = 0.041)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.60.7

0.8

0.9

1

0.1 1 10 100Lungime de unda (micrometru)

C

oeficient(-)

TransmitantaReflexieAbsorptanta

SoareCaptator

la 80C

UV Vizibil Infra Rosu

Unghi

de incidenta ()

20 40 8060 10

0.2

0.4

0.6

0.8

1Transmitanta

Reflexie

Absorptanta

Transmitanta, reflexie

si absorptanta ai unei sticle

obisnuite in functie de

unghiul de incidenta

Transmitanta, reflexie si absorptanta ai uneisticle cu emisivitate slaba in functie de

lungimea de unda a radiatiei incidente

IzolatiaIzolatia


21/36

21

Tstagnare

= 150C

Materiale

utilizate

Polistiren

expandat

Spume fenolice

Vata de sticla sau de rocaPrecautii

Foaie

de etansare

pentru

evitarea

condensarii

pe

suprafata

izolatorului

(evitarea cuplarii electrolitice ca aluminiu / cupru)

IzolatiaIzolatia

Spuma

poliuretanica

Evitarea

contactului

direct intre

placa

absorbanta si izolatie

Riscul

degradarii

izolatiei

(scumpe

si rar

utilizate)

De prescris :

Spuma

poliuretanica

Vata

de sticla

sau

de roca

(W.m-1.K-1)Izolator

0.03

0.04

Rolul

izolatorului

Limitarea pierderilortermice princonductie in partea

posterioara

si

pe

margini

Asigurarea

cateodata

a rigiditatii

captatorului


22/36

22

CaptatoareCaptatoare vidatevidate


23/36

23

Principiu

: vid

intre

placa

absorbanta si geam

Lipsa

schimbului

convectiv

la suprafata

absorbanta

Mai putine pierderi la nivelul suprafetei absorbanteAvantajelerecuperarii

de energie

de fluidul

caloportor

Temperatura

mai ridicata

la iesirea

captatorului

4 tipuri

de captatoare

vidate

Captator

cu

circulatie

directa

Captator

tip

caloduc

(tub termic)

Captator

cu

efect

"Termos"

Captator

cu

reflector

integrat

CaptatoareCaptatoare vidatevidate

C t tC t t id tid t i l tii l ti di tdi t


24/36

24

Dezvoltate

in anii

1970

Suprafata

absorbanta e o conducta

cu

aripioare

(circulatia

apei

printr-un

sistem

de conducte

de tip

U

sau

conducte

concentrice)

Captatorul

este alcatuit

din

mai multe

astfel

de tuburi

CaptatoareCaptatoare vidatevidate cucu circulatiecirculatie directadirecta

Sursa : Viessmann

Conducta cu fluid caloportoreste amplasata intr-untub in care este realizat vidul

Posibilitatea utilizarii panoului pe fatada

Tuburile

captatorului

sunt

orientabile

Buson

inox de etansare

vid

Tub de sticla

cu

transparenta

ridicata

Clip sustinere

Intrare/iesire

fluid

caloportor Aripioare

placa

absorbanta

Parte inferioara

tub

Tub circulatie

fluid

CaptatoareCaptatoare vidatevidate dede tiptip caloduccaloduc


25/36

25

CaptatoareCaptatoare vidatevidate dede tiptip caloduccaloducFunctionareCaptarea

caldurii

prin

vaporizarea

unui

fluid

special

inchis

in caloduc

Schimb

de caldura

cu

un fluid

solar

prin

condensarea vaporilordin interiorulcolectorului

Caloduc

Suprafata

absorbanta

Tub de sticla

Izolator

Colector

Schimb

de

caldura

(condensator)

Fluid

solar

Vaporii

condenseaza

la

contactul

cu

fluidul

solar-

condensul

revine

in partea

inferioara prin gravitatie

Vaporii

urca

pana in partea

superioara

a caloducului

datorita

diferentei

de densitate

Tubvida

t

e

Inclinare

impusa

a captatorului

Inconveniente

Fragilitate

Circulatia

fluidului

special

din

caloduc

prin

termosifon

CaptatoareCaptatoare vidatevidate cucu efectefect TermosTermos


26/36

26

2 tuburi

concentrice

separate

de vid

Tub exterior

de sticla

Tub interior

= absorbant selectiv

(emisivitate

redusa)

Functionare

Schimb

si transfer

de caldura

:

Prin

circulatia

fluidului

solar

in tub (sistem

direct)

Sau prin sistem caloduc

CaptatoareCaptatoare vidatevidate cucu efectefect TermosTermos

Captatoare

vidate

cu

efect

Termos

cu

transfer

si schimb

de caldura

tip

caloduc

Inconveniente

Fragilitate

la nivelul

punctului

de legatura

cu

colectorul

Inclinare

impusa

sistemului

caloduc

Tub exterior

Vid

intre

cele

2 tuburi

Tub interior cu acoperire selectiva

CaptatoareCaptatoare vidatevidate cucu reflectorreflectorTub exterior(sticla)


27/36

27

Sursa : Schott

CaptatoareCaptatoare vidatevidate cucu reflectorreflector

O parte a peretelui

interior

al

tubului

exterior

este un reflectorcilindric

Principiul

captatorului

cu

efect

termos

Tub

absorbant

Reflector

cilindric

Vid

Captatoare

dezvoltate

si fabricate

de compania

Schott-Rohrglas



28/36

28

Captator

Sydney/CPC

(Schott-Rohrglas)

Tub de sticla

dublu

(pentru

evitarea

pierderilor

de vid

Acoperire

suprafetei

de absorbtie

la interiorul

tubului

intern

Reflectorul

permite

utilizarea

intregii

suprafete

a panoului


C t tC t t tt


29/36

29

CaptatoareCaptatoare cucu concentrareconcentrare



30/36

30


Producerea

de vapori

pentru

aplicatii termice (industrie)sau electricitate

(cu

o turbina).

Obiectiv

final

DefinitieCaptatoare

solare

avand

in alcatuire

si un

sistem

optic

(reflector, lentile...) destinat

concentrarii

radiatiei

solare

pe

suprafata

absorbanta

Fluid caloportorUleisau

sare

topita

la

temperaturi

de 250 la 1500C

4 tipuri

de concentratoare

solare

Captatoare

cilindro-parabolice

Captatoare

parabolice

Heliostate

Focare

solare

CaptatoareCaptatoare cilindrocilindro--paraboliceparabolice


31/36

31

Concentrare

: T 400C

Utilizare

: productie

de electricitate

(producerede vapori

plecand

de la

uleiuri de sinteza incalzite in captator)Instalatii: 350 MW in California

Sistem

de urmarire

a traseuluisoarelui

dupa

1 axa

CaptatoareCaptatoare cilindrocilindro--paraboliceparaboliceCaptator

cu

concentrare

cu

focar

liniar

utilizand

un reflector

cilindric

de sectiune

parabolica

In Israel, constructia

in 2006 a unei

centrale

a carei

putere

este de 500 MW

(2% din necesarul Israelului)

Centrala solara

a Kramer Junction

(California) - 150 MW

CaptatoareCaptatoare paraboliceparabolice


32/36

32

Utilizare : conversie directa in electricitatecu ajutorul

unui

motor

Stirling

Temperatura

: pana la 1500 C

Instalatii

: SUA, Australia, Spania...

CaptatoareCaptatoare paraboliceparabolice

Sistem

de urmarire

al traseului soareluidupa 2 axe

Captatoare

cu

concentrare

utilizand

un reflector

In forma de paraboloid

de revolutie

Captatorparabolic

Euro-dish

dezvoltat

pe platforma

solaraAlmeria

(Spania)

Captatoare

Dish Stirling

Dezvoltate de

compania SES

In curand

se va construi

o centrala

de 300 la 900 MW in sudul

Californiei

(12000 la 36000 captatoare parabolice)

HeliostateHeliostate


33/36

33

Utilizari

: stocarea

energiei

termice

urmata

de conversia

in electricitate

Temperatura

in focar

: 550 la 1500 C

Instalatii: vapori supraincalziti (SolarOne in SUA, Eurelios in Sicilia,CESA 1 in Spania), sodiu lichid (SSPS in Spania), saruri de nitrati (Themisin Franta, MSEE in SUA).

Fluide : apa/vapori, saruri

topite

de nitrati,

metale lichide sau aer

Sursa : SunLabs

HeliostateHeliostate

Instrument ce se comporta ca

o oglinda

putin

concava

care permite

reflexia

razelor

solare

intr-o

directie

fixa

Sistem

de urmarire

a

traseului

soarelui

dupa 2 axe

FocareFocare solaresolareFocar solar din Mont-Louis (66)1949, 50 kW


34/36

34

Dispozitiv al carui element esential este ooglinda concava

de mare diametru

care

concentreaza

radiatia

solara

si permite

obtinerea

temperaturilorfoarte

ridicate

in focar

FocareFocare solaresolare

Focar solar dOdeillo (66) cu dubla

reflexie - 1970, 1000 kW
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/9a/Font_Romeu_France.jpg


35/36

35


36/36

36

captatoare solare 1

Documents