Теплові процеси у теплообмінному блоці комбінованої фотоенергетичної установки з концентрацією сонячного випромінювання

Abstract

UK: Мета роботи. Провести розрахунок енергетичного балансу фотоенергетичної установки для роботи в умовах концентрованого сонячного випромінювання, розробити конструкцію теплообмінного блоку з «мікро» каналами. Методи дослідження. Аналітичні дослідження за допомогою критеріальних рівнянь гідродинаміки, створення та дослідження комп’ютерних моделей на основі рівнянь теплового балансу. Отримані результати. На основі аналізу теплових процесів запропоновано конструкцію теплообмінного блоку оснащеного «мікро каналами» для комбінованої фотоенергетичної установки, що розрахована на роботу в умовах концентрованого сонячного випромінювання. Показано, що в такій конструкції створюється перехідний режим потоку рідини, що охолоджує, що дозволяє ефективно охолоджувати сонячні елементи в умовах концентрованого сонячного випромінювання. На основі результатів досліджень запропоновано шляхи покращення конструкції теплообмінного блоку для оснащення фотоенергетичної установки, розрахованої на роботу в умовах порушення типової енергоінфраструктури. Показано, що для зменшення перепаду температури за площею СЕ можливе перенесення входу теплоносія в центр і двох виходів на протилежних краях блоку. Наукова новизна. Вперше запропонована конструкція радіатора теплообмінного блоку на основі «мікроканалів», що забезпечує перехідний режим потоку з коефіцієнтом теплообміну між теплоносієм та верхньою пластиною радіатора hf ~ 10000 Вт/(м2К) при швидкості потоку у проміжках між пластинами ~ 2.1 м/с. Практична цінність. Виконано оцінку ефективності, теплових та електричних характеристик комбінованої фотоенергетичної установки з концентрацією сонячного випромінювання. Запропоновано використання розробленої конструкції теплообмінного блоку для оснащення фотоенергетичної установки для роботи в умовах порушення типової енергоінфраструктури. Проведено попередній розрахунок теплових та електричних параметрів фотоенергетичної установки, оснащеної багатокаскадними сонячними елементами на основі арсеніду галію та теплообмінним блоком із «мікроканалами». EN: Purpose. Calculate the energy balance of a photo-energy installation for operation in conditions of concentrated solar radiation, develop the design of a heat exchange unit with "micro" channels. Methodology. Analytical studies using criterion equations of hydrodynamics, creation and study of computer models based on heat balance equations. Findings. Based on the analysis of thermal processes, the design of a heat exchange unit equipped with "micro channels" for a combined photoelectric plant designed to work in conditions of concentrated solar radiation is proposed. It is shown that such a design creates a transitional mode of cooling liquid flow, which allows for efficient cooling of solar cells under conditions of concentrated solar radiation. Based on the results of research, ways of improving the design of the heat exchange unit for equipping a photoelectric system designed to work in conditions of disruption of the typical energy infrastructure are proposed. It has been shown that in order to reduce the temperature difference over the SC area, the design of the heat exchange block can be optimized by moving the coolant inlet to the center and creating two exits at the opposite ends of the block. Originality. For the first time, the design of the radiator of the heat exchange unit based on "micro-channels" was proposed, which provides a transitional mode of coolant flow with a heat exchange coefficient between the coolant and the upper plate of the radiator. hf ~ 10000 W/(m2K) at a flow speed in the gaps between the plates ~2.1 m/s. Practical value. The evaluation of the efficiency, thermal and electrical characteristics of the combined photoenergy system with the concentration of solar radiation was performed. It is proposed to use the developed design of the heat exchange unit for equipping a photoelectric plant for operation in conditions of disruption of the typical energy infrastructure. A preliminary calculation of the thermal and electrical parameters of a photovoltaic installation equipped with multi-cascade solar cells based on gallium arsenide and a heat exchange unit with "microchannels" was carried out.