Классификация солнечных энергетических установок

Классификация солнечных энергетических установок

Принцип работы и устройство солнечных коллекторов

Принцип работы и особенности солнечного коллектора

 

Основой гелиосистемы является гелиоустановка. Принцип работы солнечного коллектора известен давно.

Чуть ли не на каждой даче в жаркие летние дни для подогрева воды использовали металлический или пластиковый бак, выкрашенный черной краской и установленный на крыше душевой кабины.

Вода в нем прогревается под воздействием солнечных лучей и уже горячая поступает в систему водоснабжения. Подобные солнечные коллекторы по сей день применяют во многих арабских странах: уровень инсоляции в том регионе позволяет подогревать таким образом воду практически круглый год.

И в поселках нередко можно увидеть огромные черные баки, установленные на крышах домов.

Современному солнечному коллектору не нужен такой высокий уровень инсоляции. Более того, он может работать даже в пасмурный день, хотя, конечно, не столь эффективно, как при ясном небе.

А гелиоустановки с незамерзающей жидкостью (к примеру, такие, как на рис. 1.2, - с этанолом) способны работать и зимой. Единственное, что требуется, - счищать с них снег.

Рис. 1.2. Устройство солнечного коллектора с незамерзающей жидкостью: 1 - пары этанола; 2- вакуум (0,1 мбар); 3 - теплообменник; 4 - жидкий этанол

 

Конструкция нуждается в очистке не только в холодное время года. Любое загрязнение снижает эффективность коллектора, поэтому периодически его требуется промывать, удаляя пыль и грязь, которые мешают проникновению солнечных лучей.

Стоимость гелиоустановки, который можно эксплуатировать круглогодично, довольно высока. Но даже при недостаточной инсоляции (при большом количестве пасмурных дней и снежной зиме) он окупается в течение пяти лет.

А если уровень инсоляции немного выше, чем в среднерусской полосе, то период окупаемости сокращается до двух-трех лет.

Гарантийный же срок службы такого коллектора - до 30 лет, что делает подобную систему весьма привлекательной.

 

Параболоцилиндрические системы

Имеющие форму параболы, эти системы могут достигать длины до 50 м. Каждое вогнутое зеркало параболоцилиндрического солнечного концентратора имеет свою точку фокуса на поверхности трубы с теплоносителем, расположенной вдоль всей системы. Иногда вместо трубы используются фотоэлементы, позволяющие уменьшать площадь, занимаемую концентратором. В этом случае они оснащаются специальной системой охлаждения.

Параболоцилиндрические солнечные концентраторы чаще, нежели другие разновидности, используются в умеренных широтах. Система в этом случае, как правило, располагается с севера на юг и оснащается системой слежения. Это позволяет нагревать трубу до 400 СО.

Несмотря на это, эффективность работы параболоцилиндрических концентраторов значительно уступает другим разновидностям. Они, как правило, используются для получения малых мощностей.

 

Концентраторы тарельчатого типа

Благодаря использованию зеркал в форме параболы, лучи солнца, которые попадают на устройство, концентрируются вдоль всей площади его поверхности. Температура теплоносителя в этих условиях достигает 1000 СО. Солнечные концентраторы тарельчатого типа считаются самыми перспективными среди всех разновидностей. Сегодня сотни энергетических компаний занимаются их модернизацией.

 

Башенные СЭС

Этот тип солнечных электростанций базируется на получении пара посредством тепловой энергии от солнца. В центре конструкции находится башня, высота которой 18─24 метра. Высота зависит от мощности и может выходить за указанные пределы. Сверху башни расположен резервуар с водой. Ёмкость выкрашена в чёрный цвет, чтобы увеличить степень поглощения солнечного излучения. В башне работает группа насосов, перекачивающих из турбогенератора в нагреваемую ёмкость. Вокруг башни на большой площади находятся так называемые гелиостаты.

Гелиостаты направляют солнечную энергию на ёмкость башни

· Схема башенной солнечной электростанции

 

Гелиостат представляет собой зеркало. Обычно его площадь несколько «квадратов». Зеркало крепится на специальной регулируемой опоре и подключено к системе позиционирования всех гелиостатов. Это нужно для того, чтобы зеркало меняло позицию при изменении положения солнца. Для работы электростанции требуется, чтобы все зеркала направляли отражённые лучи на резервуар.

Когда погода ясная, в резервуаре температура может доходить до 700 градусов Цельсия. Уровень температуры примерно соответствует тепловым электростанциям. Поэтому для выработки электроэнергии из пара применяются стандартные турбины. КПД башенных СЭС достигает 20 процентов при достаточно высоких мощностях.

 

Будущее солнечной энергии

В будущем, благодаря новым разработкам, которые должны привести к снижению затрат и повышению эффективности, солнечные технологии будут иметь гораздо большее значение, нежели сейчас. Все больше и больше появляется зарядных устройств на солнечных батареях для мобильной техники, что на самом деле очень удобно. По всему миру все больше и больше архитекторов при строительстве используют активные и пассивные солнечные системы и учатся включить их в строительные конструкции. В некоторых местностях, с экономической точки зрения, солнечные системы горячего водоснабжения могут конкурировать с обычными системами.

Shell прогнозирует, что к 2040 году 50% мировой энергии будет поступать из возобновляемых источников. Германия и Япония благодаря хорошему финансовому стимулированию стали мировыми лидерами в области солнечной энергетики. В Германии мощность солнечных батарей составляет уже более 35 Гигаватт, и, вероятно, в ближайшее время солнечные батареи будут удовлетворять более половины потребностей страны в электроэнергии. Также ожидается, что в ближайшие несколько лет миллионы семей в мире начнут использовать солнечную энергию, особенно в США и Японии.

Солнечные сушилки

mensh - вс, 2003-07-27 10:54

Выбор метода сушки определяется масштабом производства, климатическими особенностями местности, видом высушиваемого материала и стоимостью дополнительной энергии. Подвод теплоты к материалу от сушильного агента может осуществляться конвективным путем или путем излучения, соответственно различают конвективные и радиационные сушилки. В первых продукт контактирует с воздухом, нагретым солнечной энергией, во вторых продукт непосредственно облучается Солнцем, температура в сушилках этого типа достигает 60... 75°С. Могут также применяться комбинированные сушилки, в которых участвуют оба вида теплообмена, но преобладает конвекция, а установка состоит из воздухонагревателя и сушильной камеры с прозрачными стенками.

Естественная сушка сельскохозяйственных продуктов используется повсеместно и с давних пор, при этом продукты расстилают на земле, подвешивают под навесом или размещают на поддонах. При сушке на воздухе незащищенных сельхозпродуктов имеют место большие потери вследствие неполного высушивания, загрязнения, заплесневения, склевывания птицами, повреждения насекомыми, действия осадков.

Применение солнечных установок типа «горячий ящик» повышает эффективность сушки и уменьшает потери продукта. Существенно сокращается время сушки и улучшается качество продукта, в том числе сохранность витаминов. Однако коэффициент использования гелиосушилок для сельского хозяйства, как правило, низкий. В некоторых случаях за год они могут использоваться всего несколько недель. И это, естественно, не способствует достижению высоких экономических показателей солнечных сушилок. В настоящее время экономически целесообразно применять гелиосушилки для сушки сена. Ситуация достаточно благоприятная при сушке древесины, рыбы, при применении солнечных сушилок в прачечных.

Рис. 1. Солнечная сушилка с непосредственным облучением влажного материала:
1 - светопрозрачная изоляция; 2 - платформа для материала; 3 - стенка; 4 - теплоизоляция; 5, 7 - отверстия; 6 - фундамент.

Различают солнечные сушилки с прямым и косвенным действием солнечной энергии. В установках первого типа солнечная энергия поглощается непосредственно самим продуктом и окрашенными в черный цвет внутренними стенками камеры, в которой находится высушиваемый материал. Гелиосушилка этого типа показана на рис. 1. Она имеет верхнюю светопрозрачную изоляцию, перфорированную платформу для размещения высушиваемого материала, боковые стенки (южная стенка — из светопрозрачного материала), теплоизоляцию с отверстиями для поступления воздуха и основание. Для удаления влажного воздуха из гелиосушилки в верхней части северной стенки предусмотрены отверстия. Сушильные установки второго типа содержат солнечный воздухонагреватель и камерную или туннельную сушилку. В камерной солнечной сушилке воздух движется через слой высушиваемого материала, размещенного на сетчатых поддонах, снизу вверх, в то время как в туннельной сушилке материал движется на конвейерной ленте в одну сторону, а воздух движется противотоком в обратном направлении.

Рис. 2. Камерная солнечная сушилка с пленочным воздухонагревателем:
1 - пленочный воздухонагреватель; 2 - воздуховод; 3 - сушильная камера; 4 - решетка; 5 - козырек; СВ и ВВ - свежий и влажный воздух.

Рассмотрим примеры конструктивного выполнения камерных гелиосушилок. Простая сушилка с использованием полимерной пленки может быть изготовлена в соответствии с рис. 2. Она работает на естественной тяге. Воздух нагревается в пленочном солнечном воздухонагревателе и по воздуховоду поступает в нижнюю часть сушильной камеры, где на перфорированных поддонах (сетках, решетках) размещается влажный материал. Нагретый воздух движется в сушильной камере снизу вверх через слой материала и удаляется из камеры через зазор между верхней кромкой и козырьком. Стенки сушильной камеры могут быть теплоизолированы или выполнены из светопрозрачного материала. Пленочный воздухонагреватель изготовляется из полимерной пленки, натянутой на проволочный каркас. Верхняя поверхность нагревателя изготовляется из прозрачной пленки, а нижняя — из черной (рис. 3, а). Его можно также выполнить в виде двух цилиндрических поверхностей - наружной прозрачной и внутренней черной (рис. 3, б).

Рис. 3. Пленочный воздухонагреватель из прозрачной (1) и черной (2) полимерной пленки.

Солнечная камерная сушилка с принудительным дутьем показана на рис. 4. Она включает:

• воздухонагреватель;
• сушильную камеру;
• вентилятор.

Рис. 4. Камерная солнечная сушилка с вентилятором и гофрированным абсорбером воздухонагревателя:
1 - воздухонагреватель; 2 - сушильная камера; 3 - вентилятор; 4 - теплоизолированный корпус; 5 - светопрозрачная изоляция; 6 - абсорбер; 7 - воздуховод; 8 - опора; 9 - козырек.
В теплоизолированном корпусе воздухонагревателя со светопрозрачной изоляцией находится зачерненная лучепоглощающая поверхность из гофрированного металла. Горячий воздух по теплоизолированному воздуховоду поступает в сушильную камеру с перфорированными поддонами для высушиваемого материала, которая установлена на опорах и сверху накрыта козырьком.

На рис. 5 показана еще одна конструкция гелиосушилки с естественным дутьём, отличающаяся типом воздухонагревателя. В корпусе из оцинкованного железа с теплоизоляцией расположены две секции воздушного коллектора матричного типа. В корпусе предусмотрены отверстие для поступления наружного воздуха и светопрозрачная изоляция. Солнечная энергия поглощается в матрице, представляющей собой 2 ряда покрашенных черной краской металлических сеток со стальной стружкой между ними. Ее можно также сделать из нескольких слоев черной сетки. Нагретый воздух поступает в сушильную камеру, которая имеет суживающуюся кверху форму и ряд сеток, на которые укладывается влажный материал. Для подачи воздуха под каждый слой материала в камере предусмотрены вертикальные перегородки, образующие необходимые щели для воздуха. Сверху камера накрыта козырьком.

Рис. 5. Солнечная сушилка с пористым абсорбером воздухонагревателя:
1 - корпус воздухонагревателя; 2 - остекление; 3 - пористая лучепроглощающая насадка; 4 - сушильная камера; 5 - решетка для материала; 6 - перегородка; 7 - козырек.

Описанная гелиосушилка имеет высокую эффективность. КПД коллектора достигает 75% благодаря большому расходу воздуха [0,5 м³/с или 0,13 кг/(с*м²)], а потери давления — до 250 Па. Срок окупаемости — до 5 лет.

Рис. 6. Пленочная солнечная сушилка:
1 - прозрачная полимерная пленка; 2 - черная пленка на настиле для размещения продукта; 3 - теплоизоляция; 4 - боковые стенки.

Простая и дешевая гелиосушилка может быть изготовлена из прозрачной и черной полимерной пленки, стабилизированной к действию ультрафиолетового излучения (рис. 6). На деревянный каркас натянута полиэтиленовая пленка толщиной 0,1 м, а днище представляет собой черную полиэтиленовую пленку (0,1 мм), уложенную на слой шелухи толщиной 75 мм, служащей тепловой изоляцией. Боковые стенки внизу присыпаны землей, длина и ширина коллектора соответственно равны 30 и 4,6 м. Нагретый воздух поступает в цилиндрическую камеру диаметром 1,5 и высотой 1,8 м, в которой размещается 1,75 т сельскохозяйственного продукта (зерна) в несколько слоев толщиной по 150 мм.

Еще одна конструкция высокоэффективной солнечной сушилки для различных сельхозпродуктов показана на рис. 7. Воздушный коллектор изготовляется из отдельных модулей площадью по 5 м², которые в собранном виде образуют панели, устанавливаемые в наклонном положении на крыше сарая. Внутри сарая размещаются:

• горизонтальный желоб или вертикальный бункер для влажного материала;
• вентилятор;
• воздухораспределительная камера.

Рис. 7. Солнечная сушилка с воздухонагревателем модульного типа:
1 - модуль воздухонагревателя; 2 - сушильный желоб; 3 - вентилятор; 4 - воздухораспределитель; 5 - воздуховод.

Панели воздушного солнечного коллектора присоединяются к вентилятору с помощью воздуховода. Лучепоглощающая поверхность воздушного коллектора — пористая матрица, улавливающая солнечное излучение и имеющая чрезвычайно развитую поверхность контакта для нагрева воздуха. Боковые и задняя стенки корпуса из оцинкованного железа имеют тепловую изоляцию. Светопрозрачная изоляция — из специального прочного полимерного материала, устойчивого к ультрафиолетовому излучению, с высокой пропускательной способностью для солнечного излучения.

Обычно модули шириной 4,2 и длиной 2,5 м соединяются последовательно. Две панели длиной по 14,5 м присоединены к одному вентилятору, прогоняющему воздух через этот солнечный коллектор. Так, для гелиосушилки площадью поверхности солнечного коллектора 120 м² достаточно одного вентилятора мощностью 3,5 кВт, производительность сушилки 800 кг сырого или 400 кг высушенного продукта в день при среднедневной плотности потока солнечного излучения 19 мДж/м² в день. Зерно помещается в горизонтальном желобе, продуваемом нагретым воздухом. Аналогичные установки могут быть использованы для сушки кукурузы и других зерновых, листьев табака.

Для сушки зерна в вентилируемом горизонтальном желобе или вертикальном бункере может использоваться нагретый воздух, температура которого всего на 2...3°С (при высоте слоя до 4 м) или на 5...15°С (в слое высотой до 1,5 м) выше температуры окружающей среды. Ограничение высоты слоя обусловлено опасностью конденсации водяных паров в верхней части слоя, особенно в пасмурные дни с высокой влажностью воздуха.

Для сушки зеленых кормов и сена можно использовать следующие методы:

• сушка горячим воздухом (300°С) или теплым (40...80°С);
• проветривание слабо подогретым воздухом (0...10°С);
• вентилирование неподогретым наружным воздухом и сушка сена на земле в естественных условиях.

Расход энергии при сушке сена с использованием солнечной энергии меньше, чем при работе сушилки на жидком топливе, и приблизительно равен расходу энергии при сушке неподогретым воздухом. В системе применяется воздушный коллектор солнечной энергии, в котором температура воздуха повышается на 20°С в яркий солнечный день и на 1°С в пасмурный облачный день. При этом влажность сена снижается на 5% в пасмурный день. В качестве коллектора солнечной энергии могут быть использованы обычной остекленный солнечный коллектор или сама крыша постройки, под которой смонтировано днище солнечного коллектора и вентилятором прогоняется воздух.

Древесину строевого леса можно сушить в теплоизолированной камере объемом 65 м³, в которой на тележке размещается до 10 м³ материала; с помощью вентиляторов осуществляется циркуляция воздуха по замкнутому контуру; воздух нагревается в коллекторе площадью 75 м².

 

Солнечные печи

Солнечная печь в простейшем случае предназначена для приготовления пищи. Она представляет собой параболическое зеркало, способное ориентироваться по отношению к Солнцу (по высоте Солнца и по азимуту).

Солнечная печь — представляет собой простейшее устройство для использования солнечного света для приготовления пищи без использования топлива или электроэнергии.

Принцип работы солнечной печи как и солнечного коллектора основан на парниковом эффекте. Солнечные лучи проникают сквозь стекло, и нагревают черную поверхность внутренней части печи, таким образом происходит нагрев. Поскольку внутренняя часть герметична а стекло препятствует выходу тепла, то температура внутри печи повышается до тех пор пока излучение и приток энергии уравновешивают друг друга. Таким образом температура в печи может достигать 120-150 градусов. Этого достаточно чтобы приготовить кашу, сварить яиц, сосиски.

 

При диаметре зеркала около 1,5м, эффективный коэффициент концентрации k достигает значений 500-1000.

В тропических условиях мощность, получаемая в фокусе такого устройства, составляет 0,5-1 кВт. Этой мощности достаточно для быстрого приготовления пищи.

Возможно использование принципа солнечных печей для плавления металлов и других технологических задач.

Для получения очень высоких температур (свыше 1000°С) обычно используют несколько больших параболических зеркал, размещаемых так, чтобы они имели общий фокус.

В таких системах дополнительно устанавливается также плоское зеркало, так называемый гелиостат, с помощью которого следят за кажущимся движением Солнца и направляют солнечные лучи на неподвижные параболические зеркала, в фокусе которых располагается нагреваемый объект.

В сорока пяти километрах от Ташкента, в Паркентском районе, в предгорьях Тянь-Шаня на высоте 1050 метров над уровнем моря находится уникальное сооружение — так называемая Большая Солнечная Печь (БСП) мощностью в тысячу киловатт. Она расположена на территории Института материаловедения НПО «Физика-Солнце» Академии наук Республики Узбекистан. Таких печей в мире всего две, вторая находится во Франции.

Большая Солнечная Печь предназначена для выработки и концентрации высоких температур, необходимых для различных процессов.

На массив зеркал возложены функции параболического отражателя, а высокий температурный режим в самом фокусе может доходить до 3500 градусов. Причем и регулировать температуру можно с помощью изменения углов наклона зеркал.

Рядом с городком Одейо (Франция) находится здание громадных размеров наполовину состоящее из огромного зеркала. Это – уникальная солнечная печь.

Диаметр солнечного зеркала составляет пятьдесят четыре метра, чего вполне хватает, чтобы расплавлять сталь как кусочек масла на сковородке.

Солнечная печь (Solar furnace) состоит из 10000 вогнутых зеркал, которые отражают и фокусируют солнечные лучи на площадь диагональю всего 40 сантиметров. Диаметр зеркального сооружения составляет 54 метра. Массив зеркал действует как параболический отражатель, концентрируя свет в фокусе. Температура в фокусе такова, будто в это место направлены одновременно 22000 солнц. Она может достигать 3500°C (все зависит от положения зеркал). Солнечная печь используется в промышленных целях. С ее помощью генерируют электричество, плавят сталь, создают водородное топливо и наноматериалы.

Простые солнечные плиты используются следующие основные принципы:

• Концентрация солнечного света: отражающее зеркало из полированного стекла, металла или металлизированной пленки концентратов свет и тепло от Солнца на небольшом участке приготовления пищи, в результате чего более концентрированной энергии и повышения ее тепловой мощности.
• Преобразование света для нагрева: черный или низкой отражательной поверхности пищевых контейнеров или внутри солнечной печи улучшает эффективность превращения света в тепло. Свет поглощения преобразует видимый свет солнца в тепло, существенно улучшить эффективность плита.
• Захват тепла: Важно, чтобы уменьшить конвекцию выделением воздуха внутрь плиты из воздуха снаружи плиты. Полиэтиленовый пакет или плотно закрытой стеклянной крышкой ловушки горячего воздуха внутри. Это позволяет достичь температур на холодных и ветреных дней аналогичные возможным в жаркие дни.
• Парниковый эффект: стекло передает видимый свет, но блокирует инфракрасное тепловое излучение от побега. Это усиливает эффект теплового захвата.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ

Параболический отражатель

Если отражатель осесимметричный и конфигурацию, его поперечное сечение является парабола, он обладает свойством нести свет, который пришел из очень далеких источников, таких как солнце, с лучами света эффективно Параллельно, в точку фокуса. Если ось симметрии направлена ​​на солнце, любой объект, который находится в фокусе получает высоко концентрированного солнечного излучения и, следовательно, становится очень горячим. Это является основой для использования этого вида отражатель для солнечных приготовления пищи.

Параболоидов являются сложные изгибы, которые труднее всего сделать с помощью оборудования, чем одного кривые. Хотя параболоидальных солнечные плиты можно приготовить так же как обычные печи, их трудно построить. Часто эти отражатели изготовлены с использованием многих небольших сегментов, которые все одного кривые, которые вместе приблизительное кривые соединения.
Хотя параболоида трудно делать из плоских листов из твердого материала, они могут быть весьма просто путем вращения открытого сверху контейнера, которые удерживают жидкость. Верхняя поверхность жидкости, которая вращается с постоянной скоростью вокруг вертикальной оси, естественно принимает форму параболоида. Центробежная сила вызывает материал для перемещения наружу от оси вращения до достаточно глубокой депрессии не образуется на поверхности для силы быть уравновешена выравнивающего эффекта тяжести. Получается, что депрессия является точной параболоида. Если материал затвердевает во время его вращения, параболоидными форма сохраняется после остановки вращения, и может быть использован для отражателя. [ править ] Это вращение метод иногда используется, чтобы сделать параболоидными зеркал для астрономических телескопов, а также был используется для солнечных печей. Устройства для построения таких параболоидов известны как вращающиеся печи.
Параболоидными отражатели генерировать высокие температуры и готовить быстро, но требуют частой регулировки и контроля для безопасной эксплуатации. Несколько сотен тысяч существующих, в основном в Китае. Они особенно полезны для крупномасштабных институциональных приготовления пищи.

Scheffler плита (названа в честь ее изобретателя, Вольфганга Шеффлера) использует большое идеально параболоидными отражатель, который вращается вокруг оси, параллельной с Земли с помощью механического механизма, поворот на 15 градусов в час, чтобы компенсировать вращение Земли. Ось проходит через центр отражателя массы, позволяющий отражатель быть включена легко. Приготовление судно находится в фокусе, который находится на оси вращения, так что зеркало концентрирует солнечный свет на весь день. Зеркало должно быть иногда о наклонной оси, перпендикулярной компенсировать сезонные колебания Солнца склонения. Это перпендикулярные оси не проходит через варочный котел. Таким образом, если отражатель были жесткими параболоид, его фокус не будет оставаться неподвижным в варочной емкости, как отражатель наклона. Держать в центре внимания стационарные, форма отражателя должен меняться. Остается параболоидными, но его фокусное расстояние и другие параметры, как это изменить наклон. Отражателя Шеффлера поэтому гибкие и могут быть согнуты изменять его форму. Это часто состоят из большого числа небольших участков плоскости, таких как стекло зеркал, соединенных друг с другом гибкой пластмассы. Основы, которая поддерживает отражатель включает в себя механизм, который можно использовать, чтобы наклонить его, а также согнуть его соответствующим образом. Зеркало никогда не бывает точно параболоидными, но это всегда достаточно близко для приготовления пищи.
Иногда вращающийся отражатель находится на открытом воздухе и отраженный солнечный свет проходит через отверстие в стене в крытый кухни, часто большой коммунальной одной, где приготовление пищи делается.
Параболоидными отражатели, которые имеют свои центры масс совпадает с их координаторами являются полезными. Они могут быть легко превращен следовать движениям солнца в небе, вращающихся вокруг любой оси, которая проходит через фокус. Двух перпендикулярных осей может быть использован, пересекающихся в центре внимания, чтобы позволить параболоида отслеживать как солнце ежедневное движение и его сезонным. Кастрюли остается стационарным в фокусе.

Если параболоидальных отражатель аксиально-симметричной и изготовлена ​​из материала равномерной толщины, его центр масс совпадает с фокусом, если глубина отражателя, измеренной вдоль ее оси симметрии, от вершины до плоскости обода, является 1,8478 раза его фокусное расстояние. Радиус обода отражателя 2,7187 раза фокусного расстояния. Угловой радиус обода, как видно из координационного центра, является 72,68 градусов.

Преимущества и недостатки

Солнечные плиты не используют топливо, что означает, что их пользователи не нужно получить или платить за дрова, газ, электричество, или другие виды топлива. Таким образом, с течением времени солнечная плита может заплатить за себя в снижение затрат на топливо. Так как это уменьшает использование дров, солнечная плита снижает обезлесения и утраты мест обитания. С тех пор есть около 2 миллиардов человек, которые все еще ​​приготовление пищи на открытом огне, широкое использование солнечной плиты могут иметь большие экономические и экологические выгоды.
Солнечные плиты коробки достичь температуры до около 165 ° C (325 ° F), так что они могут быть использованы для стерилизации воды или приготовить самые продукты, которые могут быть сделаны в обычной духовке или печи, от хлеба до тушеные овощи с жареным мясом. Когда солнечные печи помещаются снаружи, они не способствуют нежелательные тепло внутри дома.
Тем не менее, любой вид приготовления пищи, в том числе и инсоляция, может испариться жира, масла и т.д., от еды в воздух.
Солнечные плиты менее полезны в пасмурную погоду и вблизи полюсов (где солнце низко над горизонтом или под горизонтом), поэтому топливо резервного копирования на основе источника тепла все еще требуется в этих условиях. Кроме того, инсоляция обеспечивает горячую пищу во время или вскоре после самой горячей части дня, а не вечером, когда большинство людей хотели бы съесть. «Интегрированной солнечной кулинарии» концепция признает этих ограничений и включает в себя экономичные печи и тепло изолированный контейнер хранения, поэтому еда может быть подана позже, обеспечивая полное решение этой проблемы.
Было признано, что солнечные плиты ограничены приготовления пищи в ясные дни. Кроме того, большинство людей хотят, чтобы поесть горячей пищи в конце дня, когда солнце находится низко или уже установлены. По этим причинам, солнечные приготовления сторонники признают необходимость для объединения трех устройств для приготовления пищи общего решения: а) некоторый тип солнечная плита, б) экономичный кухонной плиты, в) изолированный контейнер для хранения, такие как корзина, набитый соломой с подогревом для хранения пищи. Горячая еда будет продолжать варить в течение нескольких часов, если она хранится в хорошо изолированном контейнере. С этой трехчастной решения, использование топлива сводится к минимуму то же время предоставление горячего питания надежно.
Многие солнечные плиты занять больше времени для приготовления пищи, чем это было на основе топлива печи. Использование солнечных печей поэтому требует, чтобы приготовление пищи быть запущен за несколько часов до еды. Тем не менее, она требует меньше практический время во время приготовления, так что это часто рассматривается как разумный компромисс.
Повара, возможно, потребуется изучить специальные методы приготовления пищи жарить общих продуктов, таких, как яичница или лепешки, как чапати и лепешки. Оно не может обеспечить возможность безопасного или полностью приготовить толстые продукты, такие как большие жаркого, хлеба, или горшки из супа, особенно в небольших плиты панели; повар, возможно, придется разделить эти на более мелкие части перед приготовлением.
Некоторые солнечные системы плита страдают от сильных ветров, которые могут замедлить процесс приготовления, охладить продукты, и нарушить отражателя. В этих случаях необходимо, чтобы закрепить отражатель с строку и веса.

Определение энтропии

Энтропия определяется как:

S = H / T

где

S = энтропия (кДж/кг*К)

H = энтальпия (кДж/кг)

T = абсолютная температура (K)

Изменение энтропии системы вызвано изменением содержания темпла в ней. Изменение энтропии равно изменению темпла системы деленной на среднюю абсолютную температуру (T_a):

dS = dH / T_a

Сумма значений (H / T) для каждого полного цикла Карно равна 0. Это происходит из-за того, что каждому положительному H противостоит отрицательное значение H.

• Тепловой цикл Карно

Цикл Карно— идеальный термодинамический цикл.

В тепловом двигателе, газ (реверсивно) нагревается (reversibly heated), а затем охлаждается. Модель цика следующая: Положение 1 --(изотермическое расширение) --> Положение 2 --(адиабатическое расширение) --> Положение 3 --(изотермическое сжатие) --> Положение 4 --(адиабатическое сжатие) --> Положение 1

Положение 1 - Положение 2: Изотермическое расширение
Изотермическое расширение. В начале процесса рабочее тело имеет температуру T_h, то есть температуру нагревателя. Затем тело приводится в контакт с нагревателем, который изотермически (при постоянной температуре) передаёт ему количество теплоты Q_H. При этом объём рабочего тела увеличивается. Q_H=∫Tds=T_h (S₂-S₁) =T_h ΔS
Положение 2 - Положение 3: Адиабатическое расширение
Адиабатическое (изоэнтропическое) расширение. Рабочее тело отсоединяется от нагревателя и продолжает расширяться без теплообмена с окружающей средой. При этом его температура уменьшается до температуры холодильника.
Положение 3 - Положение 4: Изотермическое сжатие
Изотермическое сжатие. Рабочее тело, имеющее к тому времени температуру T_c, приводится в контакт с холодильником и начинает изотермически сжиматься, отдавая холодильнику количество теплоты Q_c. Q_c=T_c(S₂-S₁)=T_c ΔS
Положение 4 - Положение 1: Адиабатическое сжатие
Адиабатическое (изоэнтропическое) сжатие. Рабочее тело отсоединяется от холодильника и сжимается без теплообмена с окружающей средой. При этом его температура увеличивается до температуры нагревателя.

При изотермических процессах температура остаётся постоянной, при адиабатических отсутствует теплообмен, а значит, сохраняется энтропия.

Поэтому цикл Карно удобно представить в координатах T и S (температура и энтропия).

Законы термодинамики были определены эмперическим путем (эксперементально). Второй закон термодинамики - это обощение экспериментов, связанных с энтропией. Известно, что dS системы плюс dS окружающей среды равно или больше 0.

• Энтропия адиабатически изолированной системы не меняется!

Пример - Энтропия при нагревании воды

Процесс нагревания 1 кг воды от 0 до 100^oC (273 до 373 K) при нормальных условиях.

Удельная энтальпия для воды при 0^oC = 0 кДж/кг (удельная - на единицу массы)

Удельная энтальпия для воды при 100^oC = 419 кДж/кг

Изменение удельной энтропии:

dS = dH / T_a

= ((419 кДж/кг) - (0 кДж/кг)) / ((273 К + 373 К)/2)

= 1.297 кДж/кг*К

Пример - Энтропия при испарении воды

Процесс превращения 1 кг воды при 100^oC (373 K) в насыщенный пар при 100^oC (373 K) при нормальных условиях.

Удельная энтальпия пара при 100^oC (373 K) до испарения = 0 кДж/кг

Удельная теплота парообразования 100^oC (373 K) при испарении = 2 258 кДж/кг

Изменение удельной энтропии:

dS = dH / T_a

= (2 258 - 0) / ((373 + 373)/2)

= 6.054 кДж/кг*К

Полное изменение удельной энтропии испарения воды - это сумма удельной энтропии воды (при 0^oC) плюс удельная энтропия пара (при температуре 100^oC).

 

Состав теплового баланса падающего на Землю солнечного излучения и расхода этой энергии нем поверхность Земли непрерывно нагревается лучами Солнца. Измерениями было установлено, что вблизи поверхности Земли 1 квадратный метр поверхности, поглощающей все падающие на нее лучи, получает при перпендикулярном падении лучей около 700 джоулей энергии в секунду. Атмосфера задерживает часть солнечных лучей. Солнечный свет рассеивается газами атмосферы, частицами пыли, капельками воды, а также поглощается озоном (в верхних слоях атмосферы), водяным паром, углекислотой, кислородом и пылью. Особенно сильно поглощается ультрафиолетовая часть спектра, излучаемого Солнцем. Поэтому по мере поднятия над поверхностью Земли интенсивность радиации, получаемой от Солнца, возрастает, и в ее составе появляется все большее количество ультрафиолетовых лучей.

На границе атмосферы интенсивность радиации составляет 1400 джоулей на квадратный метр в секунду (1,4 кВт/м2). Эту величину называют солнечной постоянной. Количество энергии, поступающей на Землю от Солнца, в десятки тысяч раз больше, чем человечество расходует для приготовления пищи, отопления жилищ, работы двигателей и т. п. Растения также используют лишь небольшую часть этой энергии (около 1 %), запасая ее в виде внутренней энергии веществ, входящих в состав зеленых частей растения. Не вся энергия, идущая от Солнца, поглощается поверхностью Земли. Значительная ее часть (около 42%) отражается облаками и поверхностью Земли, а также рассеивается атмосферой. Около 15% поглощается атмосферой и лишь 43% поглощается поверхностью Земли.