Дослідження ефективності генерації пари на приймачі з конічної порожниною за різними геометричними коефіцієнтами концентрації для сонячного концентратора на лінзах Френеля

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.209778

Ключові слова:

продуктивність пари, лінза Френеля, сонячний концентратор, конічна порожнина, приймач, температура, спрямована нормально до поверхні щільність радіації, геометричний коефіцієнт концентрації, прихована теплота, ефективність

Анотація

У статті обговорюється порівняння продуктивності парогенераторів в великих і малих приймачах, що використовують концентратор на лінзах Френеля.

Мета полягає в тому, щоб отримати оптимальне значення ефективності парогенератора великих і маленьких приймачів з урахуванням наступних деталей завдання:

а) розробити приймач з конічною порожниною, що має найбільш ефективний геометричний коефіцієнт концентрації;

б) порівняти теплову ефективність приймачів з конічною порожниною, що мають різні геометричні коефіцієнти концентрації;

в) проаналізувати потенціал парової енергії приймача з конічною порожниною, виробленої концентратором на лінзах Френеля з оргскла, виходячи з величини середнього випромінювання безпосередньо на місці дослідження.

У дослідженні використовується метод експериментально-польових досліджень, які проводяться на відкритому повітрі. Дане дослідження проводилося в лабораторії перетворення енергії Universitas Brawijaya (широта: 7,9553° S і довгота: 112,6145° W) у вересні 2019 року. Для сонячних теплових концентраторів використовується лінза Френеля з оргскла. Два порівнюваних приймача з конічною порожниною виготовлені з міді об'ємом 2 літри і 0,25 літра відповідно. Вони покриті ізоляцією з скловати товщиною 10 мм. Спрямована нормально до поверхні щільність радіації (Iп) вимірюється вимірником сонячної енергії. Чашковий анемометр використовується для вимірювання швидкості вітру (vв) навколо приймача. Для вимірювання температури використовується Digi-Sense 12-канальний скануючий настільний термометр, підключений до ноутбука. Положення чотирьох термопар типу K виглядають наступним чином:

1) температура навколишнього середовища (Тс);

2) температура фокусної точки (Tф);

3) температура стінки приймача (Тп);

4) температура пари/води (Tв).

Для вимірювання тиску пари, що надходить в мірну склянку, використовувався манометр. Про досягнення тиску насичення (Pнас) буде свідчити процес конденсації через мідну котушку, яка служить в якості конденсатора.

З результатів дослідження випливає, що великі приймачі мають технічні характеристики CRg=8 і обсяг 2 л води. У той час як малі приймачі CRg=30 і 0,25 л. Великі приймачі можуть виробляти приховану парову теплову енергію Qп=1.37 МДж за цикл з ефективною потужністю (ефективність використання) ηTh=31,81 %. Тоді як малий приймач може виробляти парову енергію Qп=579,17 кДж за цикл з ефективною потужністю ηTh=33,31 %. Отже, з двох типів приймачів з конічною порожниною можна рекомендувати малі приймачі, що мають більш високу ефективність, ніж великі

Біографії авторів

Asrori Asrori, Brawijaya University Jl. Mayjend Haryono, 167, Malang, Indonesia, 65145 State Polytechnic of Malang Jl. Soekarno-Hatta, 9, Malang, Indonesia, 65141

Doctoral Student

Department of Mechanical Engineering

Lecturer

Department of Mechanical Engineering

Sudjito Suparman, Brawijaya University Jl. Mayjend Haryono, 167, Malang, Indonesia, 65145

PhD, Professor

Department of Mechanical Engineering

Slamet Wahyudi, Brawijaya University Jl. Mayjend Haryono, 167, Malang, Indonesia, 65145

Doctor of Mechanical Engineering, Associate Professor

Department of Mechanical Engineering

Denny Widhiyanuriyawan, Brawijaya University Jl. Mayjend Haryono, 167, Malang, Indonesia, 65145

Doctor of Mechanical Engineering, Associate Professor

Department of Mechanical Engineering

Посилання

  1. Mohtasham, J. (2015). Review Article-Renewable Energies. Energy Procedia, 74, 1289–1297. doi: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2015.07.774
  2. Widén, J., Munkhammar, J. (2019). Solar Radiation Theory. Uppsala: Uppsala University, 50. doi: https://doi.org/10.33063/diva-381852
  3. Kalogirou, S. A. (2004). Environmental benefits of domestic solar energy systems. Energy Conversion and Management, 45 (18-19), 3075–3092. doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2003.12.019
  4. Mousavi Maleki, S., Hizam, H., Gomes, C. (2017). Estimation of Hourly, Daily and Monthly Global Solar Radiation on Inclined Surfaces: Models Re-Visited. Energies, 10 (1), 134. doi: https://doi.org/10.3390/en10010134
  5. Al-Dabbas, M. A. (2010). The analysis of the characteristics of the solar radiation climate of the daily global radiation and diffuse radiation in Amman, Jordan. International Journal of Renewable Energy, 5 (2), 23–38.
  6. Scarpa, F., Marchitto, A., Tagliafico, L. (2017). Splitting the solar radiation in direct and diffuse components; insights and constrains on the clearness-diffuse fraction representation. International Journal of Heat and Technology, 35 (2), 325–329. doi: https://doi.org/10.18280/ijht.350213
  7. Law, E. W., Prasad, A. A., Kay, M., Taylor, R. A. (2014). Direct normal irradiance forecasting and its application to concentrated solar thermal output forecasting – A review. Solar Energy, 108, 287–307. doi: https://doi.org/10.1016/j.solener.2014.07.008
  8. Geddam, S., Dinesh, G. K., Sivasankar, T. (2015). Determination of thermal performance of a box type solar cooker. Solar Energy, 113, 324–331. doi: https://doi.org/10.1016/j.solener.2015.01.014
  9. Onokwai, A. O., Okonkwo, U. C., Osueke, C. O., Olayanju, T. M. A., A Ezugwu, C., Diarah, R. S. et. al. (2019). Thermal Analysis of Solar Box Cooker in Omu-Aran Metropolis. Journal of Physics: Conference Series, 1378, 032065. doi: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1378/3/032065
  10. Sarbu, I., Sebarchievici, C. (2018). A comprehensive review of thermal energy storage. Sustainability, 10 (1), 191. doi: https://doi.org/10.3390/su10010191
  11. Dai, Y., Ma, J. (2017). Efficient Solar Cooling by Using Variable Effect LiBr-H2O Absorption Chiller and Linear Fresnel Solar Collector with Cavity Receiver. Proceedings of SWC2017/SHC2017. doi: https://doi.org/10.18086/swc.2017.28.03
  12. Xie, W. T., Dai, Y. J., Wang, R. Z., Sumathy, K. (2011). Concentrated solar energy applications using Fresnel lenses: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 15 (6), 2588–2606. doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2011.03.031
  13. Wang, L., Yuan, Z., Zhao, Y., Guo, Z. (2019). Review on Development of Small Point-Focusing Solar Concentrators. Journal of Thermal Science, 28 (5), 929–947. doi: https://doi.org/10.1007/s11630-019-1134-4
  14. Xie, W. T., Dai, Y. J., Wang, R. Z. (2011). Numerical and experimental analysis of a point focus solar collector using high concentration imaging PMMA Fresnel lens. Energy Conversion and Management, 52 (6), 2417–2426. doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2010.12.048
  15. Wang, H., Huang, J., Song, M., Hu, Y., Wang, Y., Lu, Z. (2018). Simulation and Experimental Study on the Optical Performance of a Fixed-Focus Fresnel Lens Solar Concentrator Using Polar-Axis Tracking. Energies, 11 (4), 887. doi: https://doi.org/10.3390/en11040887
  16. Wang, H., Huang, J., Song, M., Yan, J. (2019). Effects of receiver parameters on the optical performance of a fixed-focus Fresnel lens solar concentrator/cavity receiver system in solar cooker. Applied Energy, 237, 70–82. doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.12.092
  17. Mawire, A., Taole, S. H. (2014). Experimental energy and exergy performance of a solar receiver for a domestic parabolic dish concentrator for teaching purposes. Energy for Sustainable Development, 19, 162–169. doi: https://doi.org/10.1016/j.esd.2014.01.004
  18. Hijazi, H., Mokhiamar, O., Elsamni, O. (2016). Mechanical design of a low cost parabolic solar dish concentrator. Alexandria Engineering Journal, 55 (1), 1–11. doi: https://doi.org/10.1016/j.aej.2016.01.028
  19. Mahdi, K., Bellel, N. (2014). Estimation of steam production in a receiver under solar concentrating radiation. Contemporary Engineering Sciences, 7, 835–843. doi: https://doi.org/10.12988/ces.2014.4652
  20. Sanchez Vega, L. R. (2016). Modeling and experimental evaluation of a small-scale fresnel solar concentrator system. Renewables: Wind, Water, and Solar, 3 (1). doi: https://doi.org/10.1186/s40807-016-0021-9
  21. Udawant, R. R., Mohite, K. C., Takwale, M. G. (2016). Study of Performance of Fresnel Lens Solar Concentrator. International Journal of Energy Engineering, 6 (1A), 14–22.

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-08-31

Як цитувати

Asrori, A., Suparman, S., Wahyudi, S., & Widhiyanuriyawan, D. (2020). Дослідження ефективності генерації пари на приймачі з конічної порожниною за різними геометричними коефіцієнтами концентрації для сонячного концентратора на лінзах Френеля. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(8 (106), 6–14. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.209778

Номер

Том 4 № 8 (106) (2020): Енергозберігаючі технології та обладнання

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Asrori Asrori, Sudjito Suparman, Slamet Wahyudi, Denny Widhiyanuriyawan

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.