Mathematical simulation of the flux of the solar radiation coming to the collector

22 Apr 2021, 14:20
15m
1223 (Lomonosov st. 9)

1223

Lomonosov st. 9

oral Environmentally-Friendly Energy Conversion and Supply Enviromentally-Frendly Energy Conversion and Supply

Speaker

Valentina Khoreva

Description

Для определения потенциала выработки солнечной энергии часто используют карты ресурсов солнечной энергии. Эти карты создаются на основе спутниковых снимков и интерполяции данных наземных метеорологических станций, которые часто сильно удалены друг от друга, а их данные не всегда точны. Данные на картах не всегда имеют высокое качество и достаточный масштаб, чтобы быть надежной опорой для принятия решения по установке солнечного коллектора. Ошибка в выборе места расположения или угла наклона солнечного коллектора может привести к существенному уменьшению энергии солнечного излучения, падающей на коллектор.

Точные и надежные данные о приходящей на коллектор энергии позволяют создать базу данных производительности солнечных станций в разных географических и природно-климатических условиях. Целью работы является создать расчетную программу, расчеты в которой являются не сводкой эмпирических данных, а системой функциональных связей, обоснованных физически. В статье представлен принципиально новый метод расчета значения потока солнечной радиации, приходящей на солнечный коллектор. Предлагается рассчитывать приходящий на коллектор поток солнечной радиации как функцию от плотности атмосферы и длины пути солнечных лучей в атмосфере. Плотность рассчитывается по уравнению Менделеева-Клапейрона, а длина путей солнечных лучей в атмосфере меняется в каждый момент времени в зависимости от положения Солнца.

Результатом проделанной работы является расчетная программа, которая может использоваться для расчета солнечного коллектора на любой широте и высоте над уровнем моря. Для верификации расчетной модели будут проведены экспериментальные исследования на стенде Международного учебного центра НГТУ, включающего вакуумный солнечный коллектор, теплоизолированный бак-аккумулятор объемом 950 литров, систему теплого пола и современные конвекторы отопления с энергосберегающими насосными группами. Предлагаемая методика может служить основой эксергетического анализа солнечных коллекторов, так как получаемое в результате расчетов значение солнечной радиации на перпендикулярную потоку поверхность является эксергетическим потенциалом солнечной радиации. Результаты исследования могут быть обобщены для оценки эффективности использования солнечной энергии на территории России и за ее пределами.

Solar resource maps are often used to determine the potential for solar power generation. These maps are created from satellite imagery and interpolation of data from ground-based weather stations, which are often very far from each other, and their data are not always accurate. The data on the maps is not always of high quality and of sufficient scale to be a reliable basis for making decisions on installing a solar collector. A mistake in choosing the location or angle of inclination of the solar collector can lead to a significant decrease in the energy of solar radiation incident on the collector.

Accurate and reliable data on the energy entering the collector allows you to create a database of solar power plants performance in different geographic and climatic conditions. The aim of the work is to create a computational program, the calculations in which are not a summary of empirical data, but a system of functional relationships, substantiated physically. The article presents a fundamentally new method for calculating the value of the solar radiation flux arriving at the solar collector. It is proposed to calculate the solar radiation flux coming to the collector as a function of the density of the atmosphere and the length of the path of solar rays in the atmosphere. The density is calculated according to the Mendeleev-Clapeyron equation and the length of the paths of the sun's rays in the atmosphere changes at each moment in time depending on the position of the Sun.

The result of the work done is a calculation program that can be used to calculate the solar collector at any latitude and altitude above sea level. To verify the computational model, experimental studies will be carried out at the stand of the NSTU International Training Center, which includes a vacuum solar collector, a heat-insulated storage tank with a capacity of 1.0 m3, a floor heating system and modern heating convectors with energy-saving pumping groups from Viessmann. The proposed technique can serve as the basis for the exergy analysis of solar collectors, since the value of solar radiation obtained as a result of calculations on the surface perpendicular to the flow is its exergy potential. The results of the study can be generalized to assess the efficiency of solar energy use in Russia and beyond.

Publication International journal «Resource-Efficient Technologies»
Affiliation of speaker Novosibirsk State Technical University

Primary author

Presentation Materials