Енергоефективна система сонячного теплопостачання на основі гібридного геліоколектора
DOI:
https://doi.org/10.32347/2409-2606.2024.49.26-37Ключові слова:
енергопостачання, теплопостачання, відновлювальні джерела енергії, фотоелектричний геліоколектор, тепловий акумуляторАнотація
Відповідно до зобов'язань, взятих на себе в рамках Паризької кліматичної угоди, наукова спільнота ініціювала стратегічне нарощування частки відновлюваних джерел енергії з одночасним поетапним скороченням залежності від традиційних вуглецевих палив. Пріоритет надається прискоренню розвитку фотовольтаїчної галузі, яка демонструє постійне нарощування потужностей протягом останніх десятиліть. Відповідно до енергетичних та кліматичних стратегій Європейського Союзу, планується суттєве збільшення обсягів генерації енергії за рахунок сонячних джерел. Тому стаття присвячена розробленню системи сонячного теплопостачання на основі гібридного теплового фотоелектричного геліоколектора із вдосконаленою конструкцією та аналізу основних характеристик її роботи із застосуванням комп’ютерного моделювання. Застосовуючи програмний комплекс SolidWorks, автори розробили комп’ютерну 3D модель запропонованої гібридної системи з сонячним колектором. Проаналізовано зміну температури теплоносія у гібридному тепловому фотоелектричному геліоколекторі (ГТФГК) при сталому сонячному випромінюванні. Досліджено також зміну температури теплоносія в тепловому акумуляторі системи. Результати моделювання теплових процесів виявили ключові закономірності підвищення температури протягом комп’ютерного експерименту, як у ГТФГК, так і в тепловому акумуляторі. Проаналізовано зміну миттєвої питомої теплової потужності розробленого геліоколектора, оцінено його середній коефіцієнт корисної дії. Визначено тенденції зміни теплової ефективності розробленої системи теплопостачання впродовж комп’ютерного експерименту.
Посилання
Paris Agreement. United Nations. https://unfccc.int/sites/default/files/resource/parisagreement_publication.pdf. Accessed 06 March 2024.
Stec M., Grzebyk M. “Statistical Analysis of the Level of Development of Renewable Energy Sources in the Countries of the European Union.” Energies, vol. 15, 2022, pp.1-18. https://doi.org/10.3390/en15218278
Cantarero M.M.V. “Of renewable energy, energy democracy, and sustainable development: a roadmap to accelerate the energy transition in developing countries.” Energy Res. Social Sci. vol. 70, 2020, pp.1-15. DOI:10.1016/j.erss.2020.101716
Shapoval, S., Mysak, S., Shapoval, P., Matiko, H. “Analysis of Current Use of Renewable and Alternative Energy Sources by European Countries.” Lecture Notes in Civil Engineering, vol. 438, 2024, pp. 381–391. DOI: 10.1007/978-3-031-44955-0_38
Pluta Z. Sloneczne instalacje energetzczne. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 2007. (In Polish)
Gautam A., Saini R. “A review on sensible heat based packed bed solar thermal energy storage system for low temperature applications.” Solar Energy, vol. 207, 2020, pp. 937–956. https://doi.org/10.1016/j.solener.2020.07.027
Algarni S. “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, vol. 45, 2023, pp. 1-10 https://doi.org/10.1016/j.csite.2023.102892
Hamdan M. A., Abdelhafez E., Ahmad R., Aboushi A. R. “Solar Thermal Hybrid Heating System.” Conference: Energy Sustainability and Water Resource Management for Food Security in the Arab Middle East, December 2014, Beirut, Lebanon, 2014, pp.1-11.
Abdelhafez E. A., Hamdan M. A., and. Al Aboushi A. R. “Simulation of Solar Thermal Hybrid Heating System Using Neural Artificial Network.” Conference: 8th International Ege Energy Symposium and Exhibition (IEESE-8), May 2016, Afyonkarahisar, Turkey, 2016, pp. 1-6.
Kareem M.W., Habib K., Pasha A.A., Irshad K., Afolabi L.O., Saha B.B. “Experimental study of multi-pass solar air thermal collector system assisted with sensible energy-storing matrix.” Energy, vol. 245, 2022, pp. 1-12. https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.123153.
Duffie J.A. and Beckman W.A. Solar Engineering of Thermal Processes. 2nd Edition, Madison, New York; John Wiley & Sons, Hoboken, 2013. https://doi.org/10.1002/9781118671603
Beckman W.A., Klein S.A., Duffie J.A. A design procedure for solar heating systems. New York: John Wiley & Sons,1982.
Obstawski P., Bakon T., Czekalski D. “Comparison of solar collector testing methods – theory and practice.” Processes, vol. 8, 2020, pp. 1-29. https://doi.org/10.3390/ pr8111340.
Hassan A., Nikbakht A. M., Fawzia S., Yarlagada P.K.D.V., Karim A. “Transient analysis and techno-economic assessment of thermal energy storage integrated with solar air heater for energy management in drying.” Solar Energy, vol. 264, 2023, pp. 1-12. https://doi.org/10.1016/j.solener.2023.112043
Kuravi S., Trahan J., Goswami D.Y., Rahman M.M., Stefanakos E.K. “Thermal energy storage technologies and systems for concentrating solar power plants.” Prog. Energy Combust. Sci., vol. 39(4), 2013, pp. 285-319. DOI:10.1016/j.pecs.2013.02.001
Francesconi M., Antonelli M., Desideri U. “Assessment of the optical efficiency in solar collectors: Experimental method for a concentrating solar power.” Thermal Science and Engineering Progress, vol. 40, 2023, pp. 1-20, https://doi.org/10.1016/j.tsep.2023.101740
Shapoval, S., Spodyniuk, N., Zhelykh, V., Shepitchak, V., Shapoval, P. “Application of rooftop solar panels with coolant natural circulation.” Pollack Periodica, vol. 16(1), 2021, pp. 132-137. https://doi.org/10.1556/606.2020.00218
Pona O.M., Voznyak O.T. “Efficiency of helio roofing in the gravity system of heat supply.” Construction, materials science, mechanical engineering, vol. 76, 2014, pp. 231-235. (In Ukrainian)
Shapoval S., Zhelykh V., Venhryn I., Kozak K., Krygul R. “Theoretical and experimental analysis of solar enclosure as part of energy-efficient house.” Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, vol. 2(8-98), 2019, pp. 38–45. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.160882
Marushchak U., Sydor N., Braichenko S. and Hohol M. “Effect of Dry–Wet Cycles on Properties of High Strength Fiber-Reinforced Concrete.” Lecture Notes in Civil Engineering, vol. 438, 2024, pp. 265-272. https://doi.org/10.1007/978-3-031-44955-0_27
Guminilovych R., Shapoval P., Yatchyshyn I., Shapoval S. “Modeling of chemical surface deposition (CSD) of CdS and CdSe semiconductor thin films.” Chemistry and Chemical Technology, vol. 9(3), 2015, pp. 287-292. https://doi.org/10.23939/chcht09.03.287
Aitola K., Sonai G. G., Markkanen M., Kaschuk J. J., Hou X., Miettunen K., Lund P. D. “Encapsulation of commercial and emerging solar cells with focus on perovskite solar cells.” Solar Energy, vol. 237, 2022, pp. 264-283. https://doi.org/10.1016/j.solener.2022.03.060
Govindasamy D., Kumar A. “Experimental analysis of solar panel efficiency improvement with composite phase change materials.” Renewable Energy, vol. 212, 2023, pp. 175-184. https://doi.org/10.1016/j.renene.2023.05.028
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 Степан Мисак, Степан Шаповал, Галина Матіко
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
