Главная страница
Навигация по странице:

  • 12 Принцип работы солнечного пруда

  • 13 Схемы автоматического слежения за солнцем

  • 14 Мощность ветроколеса с горизонтальной осью

  • 17 Ветроустановки с вертикальной осью колеса. Преимущества и недостатки Ветроустановки с вертикальной осью вращения

  • 20 Характеристики быстроходных и тихоходных ветроколес с горизонтальной осью Наиболее эффективными часто считают быстроходные горизонтальные двигатели

  • Тихоходные горизонтальные двигатели

  • 15 Устройства ориентации ветроколеса на ветер

  • 18 Способы регулирования частоты вращения ветроколес с горизонтальной осью

  • 19 Понятие быстроходности ветроколеса Быстроходность (число модулей) ветроколеса

  • ОТВЕТЫ 2011. 11 Вакуумные трубчатые солнечные коллекторы


    Скачать 256.5 Kb.
    Название11 Вакуумные трубчатые солнечные коллекторы
    АнкорОТВЕТЫ 2011.doc
    Дата07.05.2017
    Размер256.5 Kb.
    Формат файлаdoc
    Имя файлаОТВЕТЫ 2011.doc
    ТипДокументы
    #2670




    11 Вакуумные трубчатые солнечные коллек-торы

    Распределитель коллектора образуют две медные трубки. По нижней трубке жидкость поступает в коллектор, по верхней трубке нагретая жидкость уходит из коллектора.

    Коллекторы удобно соединяются и в большие коллекторные поля. Солнечная жидкость во все
    коллекторы поля поступает с одинаковой температурой, поэтому и к.п.д. коллекторов намного выше. Гидравлическое сопротивление коллекторного поля очень низкое благодаря двухтрубчатой схеме соединения с большим диаметром труб распределителя. Такая схема обеспечивает высокий к.п.д. коллекторов и низкое энергопотребление циркуляционного насосa солнечной системы.

    Гидравлическая схема коллектора

    1 - алюминиевая пластина, 2 - вакуумная труба полностью из стекла, 3 - U-образная медная трубка, 4 - вход холодной воды, 5 - выход горячей воды.

    Преимущества вакуумных трубчатых солнечных коллекторов особенно проявятся:

    1. при низких наружных температурах;

    2. при нагревании воды на высокую температуру;

    3. при низкой интенсивности солнечной радиации;

    4. при диффузионном излучении, когда солнце закрыто тучами.

    Благодаря всем этим свойствам трубчатые коллекторы используются:

    1.как дополнительное отопление и как нагреватель для горячего водоснабжения;

    2. как дополнительное отопление и как нагреватель для горячего водоснабжения;

    3. как нагреватель воды на высокую температур.

    12 Принцип работы солнечного пруда

    Солнечные пруды имеют высокую концентрацию соли в придонных слоях воды, неконвективный средний слой воды, в котором концентрация соли возрастает с глубиной и конвекционный слой с низкой концентрацией соли - на поверхности. Солнечный свет падает на поверхность пруда, и тепло удерживается в нижних слоях воды благодаря высокой концентрации соли. Вода высокой солености, нагретая поглощенной дном пруда солнечной энергией, не может подняться из-за своей высокой плотности. Она остается у дна пруда, постепенно нагреваясь, пока почти не закипает (в то время как верхние слои воды остаются относительно холодными). Горячий придонный "рассол" используется днем или ночью в качестве источника тепла, благодаря которому особая турбина с органическим теплоносителем может вырабатывать электричество. Средний слой солнечного пруда выступает в качестве теплоизоляции, препятствуя конвекции и потерям тепла со дна на поверхность.

    1. Высокая концентрация соли

    2. Средний слой.

    3. Низкая концентрация соли

    4. Холодная вода "в" и горячая вода "из"

    Отвод теплоты из солнечного пруда может осуществляться либо посредством змеевика, размещенного в нижнем слое жидкости, либо путем отвода жидкости из этого слоя в теплообменник, в котором циркулирует теплоноситель. При первом способе меньше нарушается температурное расслоение жидкости в пруду, а второй способ теплотехнически более эффективен и экономичен.

    Благодаря высокой теплоемкости воды в солнечном пруду за летний сезон накапливается большое количество теплоты, и вследствие низких тепловых потерь падение температуры в нижнем слое в холодный период года происходит медленно, так что солнечный пруд служит сезонным аккумулятором энергии. Пруд глубиной до 2-х м способен обеспечить непрерывную работу солнечной электростанции (СЭС) при прекращении инсоляции на срок до недели, пруды большей глубины могут обеспечить сезонный цикл аккумуляции. Правда, для этих СЭС требуются большие площади земельных угодий, в остальном - экологически приемлемые сооружения, тем более, что соленые пруды в естественных условиях существуют веками.


    13 Схемы автоматического слежения за солнцем


    Как известно, КПД солнечной панели максимально при попадании на нее прямых солнечных лучей. Но т.к. солнце постоянно движется по горизонту, то КПД солнечных батарей сильно падает, когда солнечные лучи падают на панель под углом. Чтобы повысить КПД солнечных панелей, применяются системы следящие за солнцем и автоматически поворачивающие солнечную панель для попадания прямых лучей.
    Схема устройства слежения за солнцем или по другому трэкер.

    Для определения позиции солнца, используются два фоторезистора. Мотор включен по схеме H-моста, который позволяет коммутировать ток до 500 мА при напряжении питания 6-15В. В темноте, устройство также работоспособно и будет поворачивать моторчик на наиболее яркий источник света.



    Пусть у нас есть две "полоски" ФЭ, размещенные по краям сборной фотопанели, или две фотопанели - обозначены как источники напряжения.
    Как-только напряжение на какой-то из них превысит напряжение на другой через мотор и нагрузку потечет ток - мотор начнет вращаться, выравнивая панели относительно солнца.
    Мотор выбирается на напряжение где-то в три раза меньшее от рабочего напряжения фотопанелей желательно с червячным редуктором - это кроме всего прочего решит и вопрос "заклинивания" ФЭ после ориентации.



    14 Мощность ветроколеса с горизонтальной осью

    Мощность, развиваемая на оси ветроколеса, пропорциональна квадрату его диаметра и кубу скорости ветра. По классической теории Н.Е. Жуковского для идеального ветроколеса коэффициент использования энергии ветра ξ = 0,593. То есть идеальное ветроколесо (с бесконечным числом лопастей) может извлечь 59,3% энергии, проходящей через его поперечное сечение. Реально на практике у лучших быстроходных колес максимальное значение коэффициента использования энергии ветра доходит до 0,45 – 0,48, а у тихоходных – до 0,36 – 0,38.Из конструктивных характеристик на мощность ветроколеса основное влияние оказывают его диаметр, а также форма и профиль лопастей. Мощность мало зависит от числа лопастей. Частота вращения ветроколеса пропорциональна быстроходности и скорости ветра и обратно пропорциональна диаметру. На величину мощности влияет также высота расположения центра колеса, так как скорость ветра зависит от высоты.Мощность ВЭУ, как отмечалось, пропорциональна скорости ветра в третьей степени. При расчетной скорости ветра и выше обеспечивается работа ВЭУ с номинальной мощностью. При скоростях ветра ниже расчетной мощность ветроустановки может составлять 20 – 30% от номинальной и менее. При таких режимах работы происходят большие потери энергии в генераторах вследствие их низких к.п.д. на малых нагрузках, а в асинхронных генераторах возникают, кроме того, большие реактивные токи, которые необходимо компенсировать. Для исключения этого недостатка в некоторых ВЭУ применяют 2 генератора с номинальными мощностями 100 и 20 – 30% от номинальной мощности ВЭУ. При слабых ветрах первый генератор отключается. В некоторых ВЭУ малый генератор обеспечивает также возможность работы установки при малых скоростях ветра при пониженных оборотах с высоким значением коэффициента использования энергии ветра. Установка ветроколеса на ветер, т.е. перпендикулярно к направлению ветра, производится в агрегатах очень малой мощности с помощью хвоста (хвостового оперения), в агрегатах небольшой и средней мощности – посредством механизма виндроз, а в современных крупных установках – специальной системой ориентирования, получающей управляющий импульс от датчика направления ветра (флюгера), установленного наверху на гондоле ветроустановки. Механизм виндроз представляет собой одно или два небольших ветроколеса, плоскость вращения которых перпендикулярна к плоскости вращения основного колеса, работающих на привод червяка, поворачивающего платформу головки ветродвигателя до тех пор, пока виндрозы не будут лежать в плоскости, параллельной направлению ветра.

    17 Ветроустановки с вертикальной осью колеса. Преимущества и недостатки

    Ветроустановки с вертикальной осью вращения менее популярны, но вполне заслуживают отдельного внимания. В некоторых случаях они более актуальны. Классический пример вертикального тихоходного ветряка это - ветроустановка карусельного типа. Ещё один тип вертикальноосевых установок - ортогональные. По мнению специалистов, ортогональные ветроустановки это удел большой энергетики. Основная особенность этих установок, это необходимость принудительного запуска. Лопасти этой конструкции имеют профиль такой же как у крыла самолёта, который прежде чем опереться на подьемную силу крыла должен сначала разбежаться. В случае с ортогональной ветроустановкой, её сначала необходимо раскрутить до необходимой скорости, для того что бы она перешла в режим генерации.           Роторные установки абсолютно бесшумны, имеют сравнительно малую скорость вращения ротора (до 200 об/мин), работают в широком диапазоне ветров (от 2 до 50 м/сек), не боятся штормовых ветров, не требуют ориентации на ветер, способны хорошо работать при  низовом или сквозняковом ветре, поэтому не требуют высокого подъёма ротора над землёй. 

    - не боятся резких кратковременных порывов  ветра;                                                                             - не боятся снегопадов, обледенения, отлично работают в условиях снежной зимы, даже при условии налипания снега на  ротор;    

    - легко страгиваются с места при ветре менее 1 м/сек.

    - ротор не стоит на месте (в одной плоскости, как воздушный винт), а постоянно    уходит от ветра, поэтому установки не боятся штормовых  ветров и   легко, без    дополнительных мер безопасности, в том числе конструктивных, используются в   более широком диапазоне ветров (от 2 до 50 м/сек). С повышением скорости    ветра только увеличивается устойчивость (эффект волчка или гироскопа);

    - эффективная работа при малых скоростях ветра (3-4 м/сек);

    - возможность монтажа установки на различных площадях  (крыши зданий, платформы, вышки, мобильные  сооружения (бытовки, вагончики и пр.);

    -полная бесшумность при всех режимах работы;

    - отсутствие необходимости флюгерной системы, ориентирующей винт на ветер, что  позволяет установке работать при неустойчивых по направлению ветрах, при  резкой смене направления ветра;

    - возможность использования приземного низового ветра, а также сквознякового -  вдоль  улиц, строений, учитывая рельеф местности. 

    Вертикально-осевые ВЭУ

    Такого рода ВЭУ не требуют ориентации на ветер и в этом их существенное преимущество. Второе преимущество - возможность располагать все механизмы внизу, а стало быть отсутствие необходимости сооружения мощной башни.

    Кроме того, в общем случае у таких установок значительно ниже вибрация по сравнению с горизонтально-осевыми такой же мощности

    К недостаткам относится небольшая эффективность использования энергии ветра, сложность конструкции при наличии высокой башни, увеличивающей капитальные затраты при техническом обслуживании установки, сложность высотной конструкции, невысокая надежность при повышенных значениях скорости ветра, подверженность опрокидыванию


    20 Характеристики быстроходных и тихоходных ветроколес с горизонтальной осью

    Наиболее эффективными часто считают быстроходные горизонтальные двигатели — с несколькими узкими лопастями, профиль которых близок к профилю лопастей самолётного пропеллера. Однако их эффективность в полной мере проявляется лишь при высоких скоростях воздушного потока — от 10-15 м/с и выше. Благодаря относительно небольшой площади лопастей они не слишком чувствительны к силь-ным порывам ветра, однако по той же причине в принципе не могут собрать всю энергию ветра, проходящего через омахиваемую лопастями площадь — частички воздуха, проходящие в огромные промежутки между лопастями, не взаи-модействуют с ними, и их энергия не исполь-зуется непосредственно. Наиболее эффективными считаются трёхлопастные колёса — у них каждая лопасть работает с наибольшей отдачей.

    при слабом ветре подобные ветроколёса практически не взаимодействуют с воздушным потоком и, соответственно, стоят на месте. Даже при достижении ветром номинальной скорости запуск колеса затруднён, поскольку оно ещё не вращается и не выполняется оптимальное соотношение скоростей ветра и лопасти. обязательным элементом таких ветроустановок являются устройства, обеспечивающие отключение нагрузки (генератора) от вала ветроколеса в момент запуска вплоть до достижения колесом определённой скорости вращения. Иногда оснащают специальным мотором-стартёром для начальной раскрутки ветроколеса! при кратковременных ослаблениях ветра или при замедлении вращения вала вследствии возрастания нагрузки — соотношение скоростей лопасти и воздуха становится неоптимальным, происходит срыв потока с лопасти. Ещё одна неприятная особенность быстроходных ветроколёс заключается в том, что тангенциальная скорость концов их лопастей во много раз превышает скорость ветра и может составлять десятки метров в секунду. В результате даже при не очень сильном ветре их работа сопровождается значительным аэродинамическим шумом, воем и свистом.

    Тихоходные горизонтальные двигатели считаются менее эффективными, но при слабых ветрах их эффективность заметно выше, чем у быстроходных, поскольку площадь лопастей перекрывает если не всю омахиваемую ими окружность, то большую её часть. В результате степень их взаимодействия с воздушным потоком довольно мало зависит как от его скорости, так и от отклонения профиля лопастей от идеала, и нет большой надобности в устройствах отключения нагрузки при запуске колеса, или при резком изменении силы ветра, или при возрастании усилия на валу. Да и погрешности профиля при изготовлении лопастей здесь влияют на эффективность меньше, чем у быстроходных вариантов. В отличии от быстроходных двигателей, в тихоходных конструкциях с большой площадью лопастей уменьшение скорости вращения при возрастании нагрузки может приводить не к срыву потока с остановкой колеса, а к увеличению отбора мощности у воздушного потока! Главный недостаток подобных конструкций — очень большая парусность, делающая их уязвимыми к сильным порывам ветра и требующая специальных защитных элементов, которые бы снимали ветровую перегрузку в подобных случаях (например, складывали лопасти или разворачивали их вдоль воздушного потока).

    Ещё один плюс тихоходных колёс — это относительно малая скорость их вращения, так что тангенциальная скорость концов лопастей сравнима со скоростью ветра. Это сразу сильно снижает уровень аэродинамического шума во время работы.


    15 Устройства ориентации ветроколеса на ветер

    Существуют разные виды ориентации ветроколеса на ветер. Это может быть размещение ветроколеса за мачтой и установка лопастей под небольшим углом относительно плоскости вращения, подобно волану, что позволит ветроколесу самостоятельно устанавливаться рабочей поверхностью к ветровому потоку, но предпочтительнее устанавливать ветроколесо перед мачтой, тогда на его работу не влияют возмущения ветрового потока создаваемые мачтой. Установка ветроколеса плоскостью к напору ветра в промышленных ветроустановках осуществляется сервоприводами или механически с использованием виндозы, механизма поворота головки ветроколеса при помощи редуктора от вспомогательного многолопастного небольшого ветроколеса, установленного перпендикулярно основному, рабочему ветроколесу. В случае изменении направления ветра, начинает работать ветроколесо виндозы и оно будет вращаться до тех пор, пока не повернет ветроколесо плоскостью к ветру, а само встанет к ветровому потоку перпендикулярно. Но все это довольно сложно, и большинство малых ветроустановок изготавливают с системой ориентации при помощи хвостовой фермы с оперением.

    ("на ветер") ВЭУ должно иметь устройство, удерживающее её в этом положении. В качестве таких устройств служат: флюгер или хвостовик (для малых ВЭУ), виндрозный механизм - небольшое многолопастное колесо "уходящее" из-под ветра и тем самым автоматически устанавливающее основное ветроколесо на ветер (для ВЭУ мощностью до 250 кВт); электрический или гидравлический механизм, приводимый в движение датчиком направления скорости ветра.

    Во втором случае ("под ветер") ветроколесо устанавливается автоматически, силой лобового давления, но при этом оно частично затеняется башней и гондолой, которые турбулизируют поток, снижая тем самым эффективность использования энергии ветра.

    18 Способы регулирования частоты вращения ветроколес с горизонтальной осью

    В тихоходных В. получили наибольшее распространение системы автоматического регулирования путём вывода ветроколеса из-под ветра давлением, создаваемым воздушным потоком на дополнительные поверхности — боковые планы (рис. 6, б), или давлением на ветроколесо, ось вращения которого смещена (эксцентрично расположена) относительно вертикальной оси поворота головки. В исходное положение ветроколесо возвращается усилием пружины. Принудительная остановка В. производится установленной на башне лебёдкой через систему тросов, натяжением которых выводят ветроколесо из-под ветра.

    В большинстве быстроходных В. регулирование осуществляется поворотом лопасти или её концевой части относительно продольной оси. Быстроходный В.регулирует частоту вращения своего ветроколеса поворотом лопасти ребром к потоку вследствие комбинированного действия на неё давления воздушного потока и момента её центробежных сил.

    У В. относительно небольшой мощности (до 5 квт) лопасти при регулировании поворачиваются в сторону увеличения угла установки j центробежными силами, развиваемыми лопастями и установленными на них грузами (метод В. С. Шаманина), или регулирование осуществляется поворотом лопастей в сторону уменьшения угла j под действием центробежных сил лопастей и грузов регулятора.

    Для ограничения частоты вращения ветроколеса при большой скорости ветра применяется ряд способов, в том числе установка лопастей во флюгерное положение, применение клапанов, установленных на лопастях или вращающихся вместе с ними, а также устройства для вывода ветроколеса из-под ветра с помощью бокового плана, расположенного параллельно плоскости вращения колеса. Лопасти могут быть непосредственно закреплены на валу ветроколеса или же вращающий момент может передаваться от его обода через вторичный вал к генератору или другой рабочей машине.

    Для предохранения В. от разноса при малых значениях момента нагрузки имеется центробежный регулятор, также управляющий поворотом лопастей. Такой В. может работать изолированно и параллельно с др. агрегатами или электрической сетью. В некоторых В. применяют регуляторы в виде тормозных открылков, торцевых клапанов и др. устройств, уменьшающих аэродинамический момент.


    16 Принципиальная схема ветроэлектростанции с горизонтальной осью колеса


    Ветроэлектростанция включает в себя ветрогенератор, мачту, комплект соединительных кабелей, регулятор заряда, инвертор, аккумуляторную батарею. Предназначена для электроснабжения потребителей качественной электроэнергией в виде однофазного напряжения 220В 50Гц в зонах со среднегодовой скоростью ветра от 4 м/с.

    Ветроколесо ветроэлектростанции преобразует энергию ветра в механическую энергию вращательного движения. Генератор преобразует механическую энергию в энергию трехфазного тока. Выпрямитель преобразует трехфазный ток в энергию постоянного тока. Постоянный ток заряжает аккумуляторную батарею. Батарея выполняет две функции. Первая – это стабилизация напряжения, вторая - это накапливание электроэнергии, когда отсутствует потребление. К батарее подключается инвертор, который преобразует напряжение постоянного тока в стандартное синусоидальное напряжение 220В/50Гц. Блок контроля заряда предохраняет АБ от перезаряда.

    19 Понятие быстроходности ветроколеса

    Быстроходность (число модулей) ветроколеса — Отношение окружной скорости конца лопасти к скорости ветра -рассчитывается по формуле:




    написать администратору сайта