Аналіз енергетичної ефективності системи з гібридним сонячним колектором та акумулятором теплової енергії

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/2706-5448.2024.301779

Ключові слова:

енергоефективність, геліоколеткор, тепловий акумулятор, система енергопостачання, альтернативні джерела енергії

Анотація

Об’єктом дослідження є теплопередача у гібридному тепловому фотоелектричному геліоколекторі.

Міжнародні угоди та стратегії, спрямовані на боротьбу зі змінами клімату та зниження викидів парникових газів, наполегливо закликають до активного впровадження відновлюваних джерел енергії у світовому масштабі. Особливий акцент робиться на розвитку сонячної енергетики, яка має значний потенціал зростання завдяки постійному вдосконаленню технологій та здешевленню виробництва. З огляду на це, автори зосередились на розробці та аналізі комп'ютерної моделі інноваційної гібридної системи, що ефективно поєднує сонячний колектор для одночасного вироблення як теплової, так і електричної енергії.

Дослідження передбачало детальне вивчення змін температури теплоносія в гібридному фотоелектричному геліоколекторі та тепловому акумуляторі протягом періоду сонячного опромінення. Завдяки ретельному моніторингу було встановлено основні закономірності поступового підвищення температури в обох ключових компонентах гібридної системи. Додатково було проведено оцінку динаміки зміни миттєвої теплової потужності геліоколектора під впливом різноманітних факторів, таких як інтенсивність сонячного випромінювання, кут нахилу колектора, швидкість вітру тощо.

Результати комп'ютерного моделювання продемонстрували середній показник коефіцієнта корисної дії всієї гібридної системи, а також його варіації впродовж певного часу роботи. Крім того, було проаналізовано зміну миттєвої питомої теплової потужності та загальну ефективність вироблення теплової енергії гібридним фотоелектричним геліоколектором. Особлива увага приділялася дослідженню динаміки зміни теплової ефективності всієї системи, а також її здатності ефективно накопичувати теплову енергію в спеціалізованому акумуляторі.

Комплексний аналіз дозволив отримати ключові теплофізичні параметри розробленої гібридної системи з фотоелектричним геліоколектором. Ці дані є надзвичайно важливими, оскільки дозволять інженерам та науковцям точно розраховувати потенційну продуктивність та ефективність такої системи при її майбутньому впровадженні у практичне використання. Загалом, результати дослідження підкреслюють перспективність розвитку гібридних сонячних колекторів як однієї з провідних технологій у галузі відновлюваної енергетики у контексті глобальних викликів зміни клімату

Біографії авторів

Степан Йосифович Мисак, Національний університет «Львівська політехніка»

Кандидат технічних наук, старший викладач

Кафедра теплоенергетики теплових та атомних електричних станцій

Степан Петрович Шаповал, Національний університет «Львівська політехніка»

Доктор технічних наук, професор

Кафедри теплогазопостачання та вентиляції

Посилання

  1. Paris Agreement (2015). United Nations. Available at: https://treaties.un.org/doc/Treaties/2016/02/20160215%2006-03%20PM/Ch_XXVII-7-d.pdf Last accessed: 25.09.2023
  2. 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 (21), 8278. doi: https://doi.org/10.3390/en15218278
  3. Vanegas Cantarero, M. M. (2020). Of renewable energy, energy democracy, and sustainable development: A roadmap to accelerate the energy transition in developing countries. Energy Research & Social Science, 70, 101716. doi: https://doi.org/10.1016/j.erss.2020.101716
  4. 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. doi: https://doi.org/10.1556/606.2020.00218
  5. Wisniewski, G., Golebiowski, M., Grzciuk, et al. (2008). Kolektorz Sloneczne. Energia słoneczna w mieszkalnictwie, hotelarstwie i drobnzm pryemysle. Warszawa: Medium.
  6. Pluta, Z. (2007). Sloneczne instalacje energetzczne. Warsyava: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej.
  7. 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. doi: https://doi.org/10.1016/j.pecs.2013.02.001
  8. Aitola, K., Gava Sonai, G., Markkanen, M., Jaqueline Kaschuk, 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. doi: https://doi.org/10.1016/j.solener.2022.03.060
  9. Obstawski, P., Bakoń, T., Czekalski, D. (2020). Comparison of Solar Collector Testing Methods – Theory and Practice. Processes, 8 (11), 1340. doi: https://doi.org/10.3390/pr8111340
  10. 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, 102892. doi: https://doi.org/10.1016/j.csite.2023.102892
  11. Guminilovych, R., Shapoval, P., Yatchyshyn, I., Shapoval, S. (2015). Modeling of Chemical Surface Deposition (CSD) of CdS and CdSe Semiconductor Thin Films. Chemistry & Chemical Technology, 9 (3), 287–292. doi: https://doi.org/10.23939/chcht09.03.287
  12. Govindasamy, D., Kumar, A. (2023). Experimental analysis of solar panel efficiency improvement with composite phase change materials. Renewable Energy, 212, 175–184. doi: https://doi.org/10.1016/j.renene.2023.05.028
  13. 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, 112043. doi: https://doi.org/10.1016/j.solener.2023.112043
  14. Gautam, A., Saini, R. P. (2020). A review on sensible heat based packed bed solar thermal energy storage system for low temperature applications. Solar Energy, 207, 937–956. doi: https://doi.org/10.1016/j.solener.2020.07.027
  15. 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.
  16. 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. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.160882
  17. 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. doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.123153
  18. 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, 101740. doi: https://doi.org/10.1016/j.tsep.2023.101740
  19. Hamdan, M. A., Abdelhafez, E., Ahmad, R., Aboushi, A. R. (2014). Solar Thermal Hybrid Heating System. Energy Sustainability and Water Resource Management for Food Security in the Arab Middle East. Beirut, Lebanon, 1–11.
Analysis of the energy efficiency of a system with a hybrid solar collector and thermal energy storage

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-04-15

Як цитувати

Мисак, С. Й., & Шаповал, С. П. (2024). Аналіз енергетичної ефективності системи з гібридним сонячним колектором та акумулятором теплової енергії. Technology Audit and Production Reserves, 2(1(76), 51–56. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2024.301779

Номер

Том 2 № 1(76) (2024): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Технології та системи енергопостачання

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Stepan Mysak, Stepan Shapoval

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.