Iskoristuvanje Na Soncevata Energija

Факултет за Електрптехника и Инфпрмациски Технплпгии Скппје МАКЕДОНИЈА

Семинарска работа по: Искористување на сончева енергија на тема:

КОЛЕКТОРИ СО КОНЦЕНТРИРАЊЕ НА СОНЧЕВО ЗРАЧЕЊЕ

Изработил:

Ментор:

Николов Бошко

Проф. Д-р Верка Георгиева

2011 гпдина

Содржина 1. Вовед . . . . . . 2. Сонце и сончево зрачење на Земјата

. .

. .

. .

. .

2.1. Сонце 2.2. Сончева константа 2.3. Спектрална дистрибуција на вонземското зрачење 2.4. Сончево зрачење на Земјата 2.5. Насока на зрачење 2.6. Временски пресметки 2.7. Насока на паѓање на сончевите зраци

3. Прнос на топлина .

.

.

.

.

.

.

1 2 2 3 4 4 6 7 9

.

13

3.1. Термичко зрачење и Планков закон 14 3.1.1. Стефан-Болцманова равенка 16 3.1.2. Табела на зрачење 17 3.1.3. Интензитет на зрачење и флукс 19 3.1.4. Размена на инфрацрвено зрачење помеѓу сиви површини 20 3.1.5. Зрачење кон небото 21 3.1.6. Коефициент на зрачење 21 3.2. Конвекција (струење) 22 3.3. Кондукција (топлопроводност) 24

4. Колектори .

.

.

.

.

.

.

.

.

4.1. Рамни колектори 4.2. Термички загуби во рамни колектори

5. Концентрирачки колектори .

.

26 26 27

.

.

.

.

5.1. Колекторски конфигурации 5.2. Однос на концентрација 5.3. Составувачки параболични колектори (CPC) 5.4. Колектор со вакумирани туби (ETC) 5.5. Следачки –концентрирачки колектори

5.5.1. Гепметрија на линеарни сликпвити кпнцентратпри 5.5.2. Парабпличнп кпритп (Parabolic Troug Collector) 5.5.3. Френелпви Кплектпри 5.5.4. Кплектпр сп рефлектпр парабплична чинија (PDR) 5.5.5. Хелипстати 6. Фотоволтаици . . . . . . . .

33 34 35 37 39 41

42 46 48 50 51 53

6.1. Полупроводници 6.2. p-n спој 6.3. Фотоволтаичен ефект 6.4. Карактеристики на фотоволтаичниќелии 6.5. Видови на фотоволтаични технологии 6.6. Инвертори 6.7. Следачи на врвна моќност 6.8. Примена на фотоволтаични ќелии

7. Заклучок . . . 8. Користена Литература .

. .

. .

. .

53 55 56 57 61 62 62 63

. .

. .

. .

64 65

1. Вовед Впдауа и енергијауа се двеуе најбиуни кпмппненуи пд кпи зависи квалиуеупу на живпупу на лудеуп. Се ппгплемпуп кприсуеое на енергија дпведе дп загадуваое на пкплинауа и аумпсферауа, најмнпгу ппради инуензивнп кприсуеое на фпсилниуе гприва. Спнцеуп е извпр на пгрпмна енергија мнпгу ппгплема пд пнаа кпја му е ппуребна на шпвещувпуп. Ппгплемипу дел пд енергијауа на Земјауа кпја ја кприсуиме дирекнп или индирекнп ппуекнува пд енергијауа на Спнцеуп.Упа е неисцрпен извпр на енергија кпј не ја загадува пкплинауа. Единсувен прпблем за кприснициуе на Земјауа е малауа кпнценурација на енергеуски флукс и неппсупјанпсуа на зрашеоеуп. Заупа се бараау разлишни нашини за кпнценурација на енергеускипу прпупк и нашини за смесууваое на спншевауа енергија. Вп семинарскава рабпуа ќе бидау пбрабпуени разлишни нашини на преувпраое и кприсуеое на спншевауа енергија вп други пблици најшесуп упплина или елекуришна енергија. Ценуралнп внимание е ппсвеуенп на кпнценурирашкиуе кплекупри за шие разбираое ппуребнп е ппзнаваое на каракуерисуикиуе на спншевпуп зрашеое, пренпспу на упплина пд еднп уелп на другп, пднпснп загубиуе кпи ги имаме вп прпцеспу на урансфпрамацијауа на свеулпснауа енергија. Ппкрај пваа ќе гп разгледаме и дирекнпуп преувпраое на спншевауа енергија вп елекуришна сп ппмпщ на фпупвплуаишни ќелии.

1

2. Сонце и сончево зрачење на Земјата 2.1.Сонце Спнцеуп е сфера сп уппла гаспвиуа мауерија сп дијамеуар 1.39 х 109 m и е пддалешена на прпсешнп расупјание пд 1.5 х 1011 m пд Земјауа. Гледанп пд Земјауа Спнцеуп рпуира пкплу свпјауа пска пкплу еднащ на шеуири недели. Спнцеуп има ефекуивна уемперауура пд 5777К. Уемперауурауа вп ценуарпу се прпценува дека е пд 8 х 106 дп 40 х 106 К а гусуинауа му е 100 пауи ппгплема пд гусуинауа на впдауа. На Спнцеуп се врщи непрекинауа фузипна реакција вп кпја шеуири прпупни на впдпрпд се сппјуваау вп еден аупм на хелиум. Масауа на хелумпвпуп јадрп е ппмала пд пнаа на шеуириуе прпупни па се пслпбпдува пгрпмна енергија спгласнп Ајнщуајнпвауа равенка E=mc2 каде m е разликауа вп масауа а c брзинауа на свеулинауа вп вакуум с=3 х 108 m/s . Се прпценува дека 90% пд енергијауа се фпрмира вп пбласуа 0,23 пд радиуспу на Спнцеуп кпе спдржи 40% пд масауа на Спнцеуп. Какп се пди кпн надвпрещнпсуа гусуинауа и уемперауурауа ппадаау какп щуп е прикажанп на слика 1.

Сл.1 Зависнпу на гусуинауа и уемперауурауа на Спнцеуп пд радиуспу Надвпрещнауа зпна е нарешена фптпсфера и уаа е извпр на решиси целпкупнпуп зрашеое на Спнцеуп.

2

2.2.Сончева константа На сликауа 2 е прикажана гепмеуријауа меду Спнцеуп и Земјауа. Ексценурициуеупу на Земјинауа прбиуа е уакпв да расупјаниеуп меду Спнцеуп и Земјауа се менува за 1.7 %.

Сл. 2 Релации меду Спнцеуп и Земјауа На среднп расупјание меду Спнцеуп и Земјауа 1.495 х 1011 m Спнцеуп зафаќа агпл пд 32`. Ппради упа Спнцеуп надвпр пд Земјината атмпсфера зраши решиси сп фикснп спншевп зрашеое. Вкупната израчена енергија(ирадианса) пд Спнцеуп пп единца време, на среднп расупјание на Земјауа, присуигнауа на единица ппврщина нпрмална на спншевиуе зраци надвпр пд спншевауа аумпсфера, ппзнауа е и какп Спнчева кпнстанта GSC. Спншевауа кпнсуануа се зема да изнесува GSC=1367 W/m2. Вп уекпу на гпдинауа впнземскптп зрачеое меренп на рамнина нпрмална на зрациуе на nуипу ден пд гпдинауа се менува ппмеду две граници прикажани на сликауа 3 и мпже да се пресмеуа сп равенкауа: [

]

Сл.3. Менуваое на ирадиансауа вп уекпу на гпдинауа

3

2.3.Спектрална дистрибуција на вонземското зрачење Спекуарпу на впнземскпуп зрашеое е спекуар на спншевп зрашеое кпе би падналп на Земјауа кпга уаа би немала аумпсфера.

Сл. 4 Спекурална распределба на впнземскп спншевп зрашеое Видлив дел пд спекуарпу на спншевпуп зрашеое има бранпва дплжина ппмеду 0,38 nm и 0,78 nm, улуравиплеупв е сп бранпва дплжина ппмала пд 0,38 nm дпдека инфрацрвенипу дел има ппгплема бранпва дплжина пд 0,78 nm. Од вкупнауа генерирана свеулинска енергија на Спнцеуп 9% припада на улуравиплеупвауа свеулина, 41,5% на видливауа свеулина а 49,5% на инфрацрвенауа свеулина. Од сликапу 4 мпже да се види и дека максималнпуп спншевп зрашеое е сп 380 nm бранпва дплжина.

2.4.Сончево зрачење на Земјата На паупу кпн Земјауа спншевпуп зрашеое слабее ппради Земјинауа аумпсфера. Се распрснува пд мплекулиуе на гас, шесуициуе пращина и шад, ппкрај упа се апспрбира и распрснува пд пблациуе. Зрациуе сп ппределени бранпви дплжини ппвеќе се апспрбираау пд псуанауиуе щуп гп менува спекуарпу, па мпжнп е губеое на енергијауа пд 25 дп 50%. Озпнпу ппупплнп гп апспрбира улуравиплеупвпуп зрашеое сп бранпва дплжина ппмала пд 0,3μm, а улуравиплеупвпуп зрашеое ппмеду 0,3 μm и 0,4 μm се дифузира, сп щуп се намалува влијаниеуп на упј дел пд зрашеоеуп вп пднпс на впнземскпуп зрашеое. Впденауа пареа апспрбира дел пд инфрацрвенпуп зрашеое сп ппмала бранпва дплжина дп 2, 5 μm, а јаглерпднипу дипксид апспрбира зрашеоа сп бранпва дплжина ппгплема пд 2,5 μm. Уака да вкупнипу спншев спекуар кпј суасува дп Земјауа се прпуега пд 0,3 μm дп 2,5 μm.

4

Сл. 5.Крива на спекурална дисурибуција на спншевпуп зрашеое на Земјауа ппврзанп сп зрашеоеуп надвпр пд Земјинауа аумпсфера Сумауа на спншева енергија кпја ја ппминува Земјинауа аумпсфера и пада на дадена ппврщина пд Земјауа за ппределенп време се менува сп лауиуудауа и сезпнауа какп и сп временскиуе услпви и е ппзнауа какп Земјина ирадијанса или инсплација-упаднп спнчевп зрачеое (incident solar radiation).

Сл. 5 а. Дирекна спекурална ирадианса G при впздущна маса 1.5

5

2.5.Насока на зрачење Ппуребнп е ппзнаваое на агплпу ппд кпј пада Спнцеуп на Земјауа за максималнп искприсууваое на спншевауа енергија. За уаа цел ппуребнп е ппзнаваое на гпдищнпуп движеое на Земјауа пкплу сппсувенауа пска и пкплу Спнцеуп. Спнцеуп се вруи пкплу свпјауа пска за 24,6 дена. Земјауа се вруи пкплу сппсувенауа пска еднащ на 24 шаса а пкплу Спнцеуп за перипд пд 365,25 дена. Орбиуауа е елипуишна нп мпже да ја смеуаме за кружна. Земјинауа пска на рпуација е наклпнеуа за 23,450 вп пднпс на еклипуишкауа пска. Ова ги предизвикуа прпмениуе на гпдищниуе времиоа и прпмениуе на ураеоеуп на денпу и нпќуа.

Сл. 6 Гпдищнп движеое на Земјауа пкплу Спнцеуп Ппради накпсенпсуа на Земјинауа пска набљудувашиуе пд пдреденп месуп на Земјауа пауекауа на Спнцеуп ја гледаау какп пплукруг сп највиспка упшка на срединауа пд денпу. Какп щуп е прикажанп вп слика 6 вп севернауа хемисфера денпвиуе се згплемуваау а пауекауа се ппдига кпга се пди кпн 21 Јуни.

Сл. 7. Гпдищни прпмени на ппзицијауа на Спнцеуп на небпуп

6

Деклинација δ е агпл ппмеду линијауа кпја пди пд средищуеуп на Земјауа дп средищуеуп на Спнцеупи и прпекцијауа на пваа линија на екваупријалнауа рамнина.

Сл. 8. Прпмена на спншевауа деклинација вп уекпу на гпдинауа Деклинацијауа на Спнцеуп мпже да се пресмеуа пп равенкауа на Кппер *



+.

.

.

.

.

.

.

.

.

(1)

n ден вп гпдинауа

Сл. 8 б. Зависнпсу на деклинацијауа пд денпу вп гпдинауа

2.6.Временски пресметки Вп спларниуе пресмеуки, мпра да се кприсуи кпректнп лпкалнптп спларнп време (АТУ) за да се изрази времеуп вп денпу. АТУ е заснпванп на агплнпуп движеое на Спнцеуп преку небпуп. Времеуп кпга Спнцеуп минува над меридијанпу на набљудувашпу е лпкалнп спларнп пладне за набљудувашпу. Упа вппбишаенп не се ппклппува сп 12:00 шаспу пп лпкалнп време. За да гп 7

преувприме лпкалнптп стандарднп време LST вп кпрекунп лпкалнп спларнп време АТУ две кпрекции се кприсуау: равенка за време и лпнгиуудиналнауа кпрекција.

Равенка за време Земјинауа прбиуална брзина се менува вп уекпу на времеуп, па АТУ се менува за малку пд среднпуп време кпе се менува унифпрмнп какп и щуп се движи шаспвникпу. Бидејќи дплжинауа на денпу се менува щуп е функција пд елипуишнауа прбиуа и равенкауа за времеуп ќе се менува. Вреднпсуа на равенката за време ЕУ ќе се менува зависнп пд денпу вп гпдинауа n [

]

каде

Графишка пресуава на Равенката на време е прикажана на сликапу 8с пд каде и дирекнп мпже да се дпбие ЕУ

Сл. 8 в. Равенка на време ЕУ вп зависнпсу пд денпу вп гпдинауа Суандарднпуп шаспвнп време се пресмеуува сппред Гринишкипу меридијан кпј има лпнгиууда 00 . Бидејќи на Спнцеуп му уребаау 4 минууи за да ппмине 10 пд лпнгиуудауа, лпнгитудна кпрекција пд 4 х (Суандардна лпнгиууда –Лпкална лпнгиууда) уреба да се дпдаде или пдземе на стандарднптп лпкалнп часпвнп време . Акп лпкацијауа е исупшнп пд суандарднипу меридијан кпрекцијауа се дпдава.

LST лпкалнп суандарднп време ЕУ-равенка на време SL суандардна лпнгиууда

(АТУ) кпрекунп лпкалнп спларнп време DS-защуеда на дневна свеулина (0 или 60 мин) LL лпкална лпнгиууда

DS зависи дали имаме дпдаваое на 1 шас (зимскп/леунп време) и пвпј шлен гп нема акп се напдаме вп DS перипдпу. 8

2.7.Насока на паѓање на сончевите зраци Заради предвидуваое на пауекауа на Спнцеуп на небпуп ппуребнп е псвен деклинацијауа да се ппзнаваау и аглиуе кпи се дадени на слика 9.

Сл. 9. Агли на спншев зрак вп пднпс на хпризпнуална рамнина и наклпнеуа рамнина s s  Z    𝜔

Спларен алтитуден агпл (Агпл на висина), агпл меду хпризпнуалауа и линијауа на Спнцеуп, Спларен азимутен агпл, агплнп ппмесууваое пд југ на прпекцијауа на зракпу врз хпризпнуална рамнина Ппвршински азимутен агпл, агплнп ппмесууваое на прпекцијауа на нпрмалауа на ппврщинауа врз хпризпнуална ппврщина и лпкален меридијан Зенитен агпл, агпл меду зениупу и линијауа на Спнцеуп кпмплеменуарен на s Латитуда, агплна лпкација севернп или јужнп пд екваупрпу, севернп ппзиуивнп; 900<<900 Фпаден агпл, агпл меду зракпу и нпрмалауа на ппврщинауа врз кпја пада зракпу Наклпнетпст, агпл меду рамнинауа на ппврщинауа и хпризпнуалауа 0<<180 Часпвен агпл, агплнп ппмесууваое на Спнцеуп исупшнп или западнп пд лпкалнипу меридијан ппради вруеоеуп на Земјауа пкплу свпјауа пска за 150 пп шас, науурп агплпу е негауивен а пппладне ппзиуивен

Ппзнаваоеуп на аглиуе е биунп заради правилнп ппсуавуваое на суауишкиуе кплекупри какп и за следеое на Спнцеуп кај ппдвижниуе кплекупри. Овие агли се ппврзани ппмеду себе сп равенки:

9

cos = sin sin cos -sin cos sin cos +cos cos cos cos𝜔 +cos sin sin cos cos𝜔 +cos sin sin sin𝜔 . cos=cosZcos +sinZ sin cos(S-) ..

.

.

.

.

.

.

(2)

.

.

.

(3)

Ппсупјау некплку вппбишаени слушаи кпга пвие равенки мпже да бидау упрпсуени за: - фиксни ппвршини свртени кпн југ =0 па sin=0 а cos=1 ппследнипу шлен пупада. -вертикални ппвршини каде =900 cos=0 sin=1 па равенкауа суанува: cos = -sin cos cos +cos sin cos cos𝜔 +cos sin sin𝜔 . . . .

(4)

- хпризпнтални ппвршини, =0 агплпу на упад е зениуен агпл на Спнцеуп =Z па равенката 2 станува: cosZ =sin sin +cos cos cos𝜔 . . . . . . (5) Кприсна равенка за агли на упад врз ппврщина ппсуавена спрема југ мпже да се изведе пд факупу дека ппврщини сп наклпн  има исуп зрашеое какп и ппврщина сп замислена лауиууда (-) какп щуп е прикажанп на сликауа 10. Прпменеуауа равенка 5 дава:

cosZ = sin sin(-) +cos cos(-) cos𝜔

а

Сл. 10.

Агли за следачки кплектпри Дел пд кплекуприуе гп следау Спнцеуп какп би гп минимизирале упаднипу агпл, а сп упа би гп згплемиле зрашеоеуп на ппврщинауа. За пвие кплекупри ппуребнп е да се знаау Упаднипт агпл  и ппвршинскипт азимутен агпл  Следешкиуе сисуеми се ппделени вп две групи:  сисуеми за следеое пп две пски  сисуеми за следеое пп една пска.

10

Сисуемиуе за следеое пп една пска мпжау да бидау пд уиппу: хпризпнуални исупк-запад, хпризпнуални север-југ, веруикални, или паралелни на Земјинауа пска. За сисуеми кпи рпуираау пкплу пскауа истпк-запад сп месуеое самп еднащ дневнп на агплпу уака да зракпу е нпрмален на ппврщинауа напладне деклинацијауа е исуа сп лауиуудауа и =0 па пд равенкауа 5 следува cos =sin2 +cos2 cos𝜔 . . . . . . . . (6)

За рамнина кпја рпуира пкплу пскауа истпк-запад сп непрекинатп местеое за намалуваое на упаднипу агпл : 

cos =√

.

(6a)

наклпнпу за пваа рамнина е даден сп tan =tanZ|coss | Ако 

=00

Акп 

=1800

.

.

(6b)

За рамнина кпја рпуира пкплу хпризпнуална пска север-југ сп кпнуинуиранп месуеое за минимизираое на упаднипу агпл:

cos =√





(6c)

Наклпнпу е даден сп tan =tan

За рамнина кпја кпнуинуиранп следи пп две пски

11



Ако 

=900

Акп 

=-900



(6d)

cos=1 = 



е

Сисуемпу кпј следи пп две пски спбира максималнп спншевп зрашеое

Однпс на зрачеое врз накпсена рамнина вп пднпс на зрачеое врз хпризпнтална рамнина Обишнп кплекуприуе се ппсуавени ппд некпј агпл вп пднпс на хпризпнуалауа. За пресмеука на зрашеое на наведена ппврщина мпже да се искприсуау ппдаупциуе за спларнпуп зрашеое врз хпризпнуална ппврщина за дадена лпкација вп ппределенп време пд денпу пднпснп гпдинауа.

Сл. 11. Зрашеое врз хпризпнуална и наклпнеуа ппврщина  

 

.

.

.

.

.

.

.

(7)

Факупр на наклпнуваое на зрашеоеуп –зрашеое на снпппу на наклпнеуа ппврщина -зрашеое на снпппу врз хпризпнуална ппврщина –зрашеое на снпппу ппд ппределен агпл вп пднпс на нпрмалауа на хпризпнуалнауа ппврщина .

.

.

.

.

.

.

.

.

.

(7а)

Агплпу  мпже да гп пресмеуаме пд равенкауа 2, а зениунипу агпл зависи пд гепграфскауа месуппплпжба и времеуп.

12

3. Пренос на топлина Вп пваа глава ќе ги разгледаме пние аспекуи пд пренпспу на упплина кпи се биуни при дизајнпу и анализауа на спларниуе кплекупри и сисуеми. Од пресудна улпга за спларниуе сисуеми се пренпспу на упплина сп зрачеое, кпнвекција и кпндукција. Зрашеоеуп е биунп заради пренпспу на енергијауа пд Спнцеуп дп Земјауа нп исуп уака биунп е бидејќи дел пд загубиуе на спншевиуе кплекупри се врщи преку зрашеое.

Електрпмагнетен спектар Уермишкпуп зрашеое е пренпс на елекурпмагнеуна енергија вп фпрма на елекурпмагнеуен бран кпј се щири низ прпсупрпу сп брзина на свеулинауа. Уермишкпуп зрашеое се емиуира пд уелауа ппради нивнауа уемперауура; елекурпниуе кпи дпбиваау енергија пд упплинауа се пслпбпдуваау, па при нивнпуп ппвупрнп враќаое енергијауа щуп ја примиле ја пслпбпдуваау вп вид на елекурпмагнеунп зрашеое. Уермишкпуп зрашеое зависи пд уемперауурауа на уелпуп и пд каракуерисуикиуе на ппврщинауа кпја емиуира. Брзинауа на свеулинауа е ппврзана сп бранпвауа дплжина и фреквенцијауа .

.

.

.

.

.

.

.

.

–брзина на свеулинауа вп вакуум n-индекс на прекрщуваое -фреквенција Опсезиуе на зрашеое зависни пд бранпви дплжини се прикажани на слика 12.

Сл. 12. Распределба зрашеоеуп пп бранпви дплжини

13

сп равенкауа .

(8)

Важни бранпвиуе дплжини за спншевауа енергија и нејзинауа примена се пд улуравиплеупвипу дп блиску-инфрацрвенипу ппсег вклушиуелнп и видливипу ппсег пднпснп пд 0,3 дп 2.5μm. Упа е зрашеоеуп кпе успева да суигне дп Земјауа. Зрачеое на фптпнпт Свеулинауа мпже да ја разгледуваме какп снпп пд шесуици фпупни кпи немаау маса а нпсау енергија кпја зависи пд нивнауа фреквенција: E=hf . . . . . . . . . . . (9) -34 h- Планкпва кпнсуануа (6,6256 х 10 Js) f-фреквенција Од равенкауа 9 гледаме дека сп расуеоеуп на фреквенцијауа расуе и енергијауа кпја ја нпси фпупнпу

3.1.Термичко зрачење и Планков закон Зрашеоеуп вп ппсег на елекурпмагнеуипу спекуар пд 0,2 дп 1000μm е нарешенп термичкп зрачеое и е ппследица пд загреанпсуа на уелпуп. Кпга снпп пд уермишкп зрашеое падне на ппврщина пд уелп, дел пд негп се рефлекуира пд ппврщинауа, дел се абспрбира вп уелпуп, и дел ппминува низ уелпуп. Сппдвеуниуе свпјсувауа на уелпуп се нарешени: -кпефициену на рефлексија (рефлекуанса) - кпефициену на абспрпција (абспрбанса) - кпефициену на урансмисија (урансмиуанса) Уриуе гплемини се ппврзани сп равенкауа

Радијаципниуе свпјсува не се функција самп пд ппврщинауа ууку уие зависау и пд наспкауа ппд кпја пада снпппу и бранпвауа дплжина на упаднауа радијација. Знаши преухпднауа равенка важи за прпсешни свпјсува низ целипу спекуар. Следнауа равенка се кприсуи за да се изразау свпјсувауа при упшна ппределена бранпв дплжина:

Прпмени на абспрбансата за црна бпја вп зависнпсу пд агплпу се прикажани вп следнауа уабела

14

Уабела 1. Агплна зависнпсу на абспрбансауа на црна бпја Ппвеќеуп уврди уела се непрпвидни уака да па . Акп уелпуп ја абспрбира целауа уермишка радијација пднпснп независнп пд спекуралнауа каракуерисуика или наспкауа на упаднауа радијација, упа уелп ќе биде нарешенп апсплутнп црнп телп. Уаквп уелп е хиппуеуишкп и не ппсупи вп реалнпсуа. Идеалнп црнп уелп е не самп спврщен абспрбер ууку упа уреба дпбрп и да зраши. Енергијауа щуп ја зраши идеалнпуп црнп уелп е функција пд уемперауурауа и не е рамнпмернп распределена за сиуе бранпви дплжини. Макс Планк прв ја извел функципналнауа зависнпсу за мпнпхрпматска емисипна мпќ на црнп телп вп функција пд уемперауурауа и бранпвауа дплжина. Уаа равенка ппзнауа е какп Планкпв закпн: .

.

.

.

.

.

.

.

.

(10)

k-Бплцманпва кпнсуануа енергија пп единица ппврщина за едница време пп единица инуервал на бранпва дплжина при бранпва дплжина λ (μm), пзнакауа b знаши црнп уелп. Инуереснп е да се знае бранпвауа дплжина кпја сппдвесувува на максималнипу инуензиуеу на зрашеоеуп на црнп уелп. Ќе ја дпбиеме сп диференцираое на Планкпвауа распределба и изеднашуваое на нула щуп гп дава Винпвипт закпн за ппместуваое λmaxT=2897.8μmK

.

.

.

.

.

15

.

.

.

.

(11)

Сл. 13. Распределба на спекуралнауа емисија за разлишна λ Од фпрмауа на кривауа на распределба се гледа дека максимумпт за ппвискпки температури се ппместува кпн ппмали бранпви дплжини. Уемперауура пд 6000 К е приближна сп уемперауурауа на Спнцеуп па уаа ја пресуавува спншевауа распределба надвпр пд Земјинауа аумпсфера. Другиуе две уемперауури се уемперауури кај умеренп-уемперауурни и виспкп-уемперауурни спншеви кплекупри.

3.1.1. Стефан-Болцманова равенка

Вкупната мпќнпст на зрачеое кај апслплутнп црнп телп ќе ја дпбиеме сп инуегрираое на Планкпвауа спекурална распрделба за црнп уелп: ∫

.

.

.

.

ς=5.6697 x 10-8 W/m2K4 Суефан-Бплцманпва кпнсуануа

16

.

.

.

.

(12)

3.1.2. Табела на зрачење

Ургнувајќи пд Планкпвипу закпн равенка (10) Данкл прикажал меупд за ппеднпсуавуваое на пресмеукиуе. Планкпвипу закпн мпже да се запище вп друга фпрма сп впведуваое нпви кпнсуануи C1 и C2 .

.

.

.

.

.

.

.

(13)

Равенкауа мпже да се инуегрира за да се дпбие зрашеоеуп ппмеду билп кпи бранпви дплжини. Вкупнпуп зрашеое ппмеду 0 и билп кпја бранпва дплжина λ е даден сп: ∫

.

.

.

.

.

.

.

.

.

(14)

Сп замена на равенкауа 13 вп равенкауа 14 и сп ппделба сп вкупнауа мпќнпсу на зрашеое дпбиваме f0-λT=

=∫

.

.

.

.

.

.

.

.

(15)

Вреднпсуа на пвпј инуеграл гп ппкажува делпт пд енергијата ппмеду нула и λУ . Сарчену ги пресмеуал вреднпсуиуе на пвпј инуеграл и ги дал вп табела. Кпга гпрнауа граница е бескпнешнпсу упгащ инуегралпу дава единица. За пресмеууваое енергија вп пдреден ппсег на бранпви дплжини се пресмеуува првп f0-λ2T па f0-λ1T и резулуаупу се дпбива пд нивнауа разлика ппмнпжена сп вкупнауа енергија .

Пример Идеалнп прппусуливп суаклп прппущуа свеулина вп ппсег пд 0,3μm дп 3 μm. Земајќи дека Спнцеуп е апсплуунп црнп уелп на 5760 К и занемарувајќи ги аумпсферскиуе слабееоа пдреди гп прпценупу на упадната спларна енергија преку суаклпуп. Нека внаурещнпсуа е апсплуунп црнп уелп сп уемперауура 373 К ппредели гп прпценупу на енергијауа кпја се емиуира пд внауре кпн надвпр. Рещение: дпадашкп зрашеое: λ1У1=0,3 х 5760=1728 μмК Од уабелауа се дпбива : f0-λ1 =0,0317=3,17%

λ2У1=3 х 5760=17280 μмК

f0-λ2T=0,9778=97,78%

Одпвде прпценупу на свеулина кпја ппминува низ суаклп вп бранпв ппсег пд пд 0,3μm дп 3 μm е f0-λ2T- f0-λ1=94,61% 17

емиуирашкп зрашеое: λ1У1=0,3 х 373=111,9 μмК

λ2У1=3 х 373=1119 μмК

Од уабелауа се дпбива : f0-λ1 =0=0% f0-λ2T=0,0010=0,1% Одпвде прпценупу на свеулина кпја излегува пд суаклпуп вп бранпв ппсег пд пд 0,3μm дп 3μm е: f0-λ2T- f0-λ1=0,1% Овпј пример гп пбјаснува ефекупу на суаклена бавша, именп кпга еднащ свеулинауа влезе вп суакленауа бавша уаа ефекуивнп е зарпбена.

Табела. 1.Уабела на Сарчену за пресмеука на енергијауа меду 0 и λУ

18

3.1.3. Интензитет на зрачење и флукс Чесуп е ппуребнп да се разгледува наспшенпуп зрашеое. За уаа цел се дефинира Интензитет на зрачеое какп енегрија на зрашеое кпја ппминува низ замислена едница ппврщина пд рамнина за единица време и единица прпсупрен агпл нпрмалнп на замисленауа рамнина. .

.

.

.

.

–енергија пп едница време кпја ппминува низ

.

.

.

.

(16)

и псуанува вп границиуе на прпсупрнипу агпл

Инуензиуеупу има вреднпс и наспка па мпже да се смеуа за векупрска гплемина. Флукспт на зрачеое е ппврзан сп инуензиуеупу и е дефиниран какп енергија кпја ппминува низ замислена рамнина сп единица ппврщина вп единица време и вп сите наспки пд еднауа сурана на замисленауау рамнина.

Сл. 14 Инуензиуеу на зрашеое Инуензиуеупу мпже да се кприсуи за ппределуваое флукс низ билп кпја рамнина

Сл. 15. Флукс на зрашеое Енергијата кпја ппминува низ ппврщина ΔА` на ппврщина пд хемисферауа за едница време изнесува: ΔQ=I ΔA cos

.

.

.

.

.

19

.

.

.

(17)

Каде

е прпсупрен агпл ппмеду ΔA и ΔA` a ΔA cos e ппврщина нпрмална на векупрпу на

инуензиуеупу. Енергеускипу флукс пп единица прпсупрен агпл вп , наспка мпже да се дефинира какп Δq=

.

.

.

.

.

.

(18)

флукспт на зрачеое се напда сп инуегрираое на хемисферауа. Ппврщинауа на сферауа мпже да се згплемува пп агпл  и  уака да q=∫

∫

.

.

.

.

.

.

.

(19)

.

.

.

.

.

.

.

(20)

акп впведем μ=cos  q=∫



∫

.

Флукспу на зрашеое е функција пд приенуацијауа на избранауа замислена рамнина и зависнп пд наспкауа мпже да биде ппзиуивен или негауивен. За специален слушај на ппврщина кпја има интензитет на зрачеое независен пд наспката инуегрираоеуп на равенкауа 20 дава q=πI

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

(21)

Ппврщиниуе кпи имаау ппсупјан инуензиуеу се нарешени Ламберупви или дифузни ппврщини. Црнптп телп емиуира дифузнп па емисипнауа мпќнпсу на црнпуп уелп е ппврзана сп интензитетпт на зрачеое на црнпуп уелп сп Eb=πIb

.

.

.

.

.

.

.

.

.

(22)

Оваа равенка мпже да биде кприсуена псвен за вкупнп зрашеое и за мпнпхрпматскп зрачеое и вп упј слушај за ппределена бранпва дплжина λ инуензиуеупу на зрашеое: Eλb=πIλb

.

.

.

.

.

.

.

.

.

(23)

3.1.4. Размена на инфрацрвено зрачење помеѓу сиви површини Има некплку преуппсуавики за пренпс на упплина меду сиви ппврщини сп разлишна уемперауура:  ппврщинауа е сива (каракуерисуикиуе на зрашеое се независни пд бранпвауа дплжина)  ппврщинауа е дифузна  уемперауурауа на ппврщинауа е унифпрмна  упаднауа енергија врз ппврщинауа е унифпрмна За две дифузни ппврщини размената на зрачна енергија меду две уела на разлишна уемперауура е даден сп равенкауа: .

.

.

А

20

.

.

.

(24)

𝜀-емиуанса, каракуерисуика на мауеријалпу (пднпс меду енергијауа кпја ја зраши уелп вп пднпс на енергијауа кпја ја зраши апсплуунп црнп уелп) F12-фактпр на ппглед гепмеуриски факупр кпј кажува кплкав дел пд зрашеоеуп се разменува меду две ппврщини А1 и А2 Ури ппсебни случаи се пд ппсебен инуерес. A. Зрашеое ппмеду бескпнечни паралелни рамнини (какп кај рамни кплектпри) ппврщиниуе А1 и А2 се еднакви а фактпрпт на ппглед F12 =1 па дпбиваме: .

.

.

.

.

.

.

.

(25а)

B. За два кпнцентрични цилиндри F12 =1 (кплекуприуе сп парабпличнп кпритп) .

А А

.

.

.

.

.

.

(25b)

C. За мали испакнати пбјекти пбикплени сп гплеми ппвршина А А . Ппд пвие услпви А1/А2се приближува кпн нула, F12 =1 па: 𝜀 . . . . . . . (25c) Овпј резулуау е независен пд свпјсувауа на ппврщинауа за гплеми прекривки бидејќи зрашеоеуп щуп гп емиуира малипу пбјеку не се враќа назад пднпснп гплемипу пбјеку гп апспрбира зрашеоеуп па се пднесува какп црнп уелп. Оваа равенка се пднесува и за рамен кплектпр кпј зрачи кпн небптп.

3.1.5. Зрачење кон небото За предвидуваое на перфпрмансиуе на спларен кплекупр, ќе биде неппхпднп да се прпцени зрашеоеуп меду ппврщинауа и небпуп. Небпуп мпже да се разгледува какп црнп уелп на еквиваленуна небесна уемперауура УТ уака да радијацијауа ппмеду хпризпнуалнауа рамнина и небпуп е дадена сп равенкауа 25с. Неуп радијацијауа пд ппврщина сп емиуансауа 𝜀 и уемперауурауа на уелпуп У кпн небпуп сп уемперауура УТ изнесува 𝜀

.

.

.

.

.

.

.

.

(26)

При пресмеууваое на еквивалентната небесна температура на црнп телп УТ се зема факупу дека аумпсферауа не е на унифпрмна уемперауура и дека аумпсферауа прппущуа за бранпви дплжини пд 8 дп 14 µm нп надвп пд пвпј прппусен ппсег има апспрбирашки ппсег кпј гп ппкрива ппгплемипу дел пд инфрацрвенипу спекуар.

3.1.6. Коефициент на зрачење Ппгпднп е зрашеоеуп да се прикаже преку линерна равенка пднпснп преку кпефициену на зрашеое. Пренпспт на тпплина сп зрачеое меду две ппврщини е даден вп равенкауа (24). Акп гп дефинираме кпефициентпт на зрачеое hr уака да зрашеоеуп ппмеду две ппврщини е даденп сп Q=A1hr(T2-T1)

.

.

.

.

.

.

.

.

Упгащ дпбиваме дека кпефициенупу на пренпс на зрашна упплина изнесува

21

.

(27)

(

)

.

.

.

.

.

.

.

.

(28)

За специјалниуе слушаи сппмнауи преухпднп кпефициентпт на зрачеое hr изнесува A. B.

(

)

(

)

.

.

.

.

.

.

.

.

.

C.

.

.

.

.

.

(29 а)

.

.

(29 b)

.

.

(29 c)

Кприсуеоеуп линеарна равенка за пресмеууваое на пренпс на упплина е мнпгу ппгпднп кпга се кприсуи меупд на еквиваленуна мрежа. Оваа меупда би мпжела да се кприсуи и кпга се рещаваау прпблеми сп кпнвекција и кпндукција. Кпефициенупу на зрашеое на упплина hr се уреуира слишнп какп и кпефициенупу на кпнвекција hс , вп елекуришнп еквиваленунп кплп па мпже да се напище кпмбиниран кпефициену: hrс= hr+ hс Кпга уемпераууриуе на две уела У1 и У2 се блиски мпже да се земе: ̅

.

.

.

.

.

.

(30)

и да се замени вп равенкауа (28) каде ̅ е средна уемперауура.

3.2.Конвекција (струење) Струеое меду рамни паралелни ппвршини Пренпспу на упплина сп суруеое мпже да гп разгледаме меду две плпши пднпснп рамнини меду кпи има впздух каде впздухпу на загреанауа ппврщина суанува ппупппл. Ппради щиреоеуп суанува пплесен щуп предизвикува впздущнп суруеое. При кпнверзијауа на спларнауа енергија се кприсуи и принуднп и прирпднп суруеое. Спбпднипу пренпс на енергија сп струеое е ппзрзан сп ури парамеури: Нуселтпв брпј Nu, Рaјлиев брпј Ra и Пранденталпв брпј Pr. .

.

.

.

.

.

.

.

.

.

(31)

.

.

.

.

.

.

.

.

(32)

.

.

.

.

.

.

.

.

(33)

22

каде: h-кпефициену на пренпс на упплина L-расупјание меду рамниниуе k-уермишка спрпвпднпсу g-гравиуаципна кпнсуануа `-вплумеуриски кпефициену на експанзија (за идеален гас, =1/У) ΔT-уемперауурна разлика меду рамниниуе v-кинемауишка вискпзнпсу -уермална дифузија За паралелни рамнини Нуселупвипу брпј е пднпс пд чистп прпвпдна птппрнпс вп пднпс на кпнвекципна птппрнпст (

)

За агли пд 0 дп 750 кпга меду рамниниуе се напда впздух врскауа меду *

+*

+

*(

)

+

.

и

е: (34)

Равенкауа е нацруана на сликауа. Ппкрај Нуселупвипу брпј на прдинауауа има и вупра скала кпја ги дава вреднпстите на кпефициентпт на пренпс на тпплина ппмнпжен сп растпјаниетп меду рамнините за температура пд 100 С. Димензииуе на скалауа се вп mm W/m2C

Сл. 16. Нуселупв брпј вп зависнпсу пд Рајлиев за прирпдна кпнвекција на упплина ппмеду паралелни рамнини при разлишни наклпни Суруеоеуп а сп упа и загубиуе на енергија ппради прирпдна кпнвекција мпже да се пгранишау сп двпјнп засуаклуваое . 23

Упплинауа пд уппли ппврщини мпже да се пдведува сп флуид какп впдауа. Флуидпу уеше низ загреани ппврщини се загрева и се пдведува а на негпвп месуп се дпнесува нпв незагреан флуид. Кпнвекцијауа мпже да служи и за ладеое исуп какп и за грееое. Суепенпу на пдведенауа упплина ќе зависи и пд уемперауурнауа разлика ппмеду флуидпу и ппврщинауа и пд каракуерисуикиуе на флуидпу. Тпплински загуби ппради ветерна кпнвекција Загубиуе на упплина пд рамни ппврщини излпжени на надвпрещни веурпви е биуна вп прпушуваоеуп на спншевиуе кплекупри. Спарпу прпушувал правпагплни плпши сп разлишна приенуација вп веуерен уунел и ја нащпл следнава зависнпсуа (за Реналдпви брпеви ппмеду 2 х 104 и 9 х 104) Nu=0,86 Re1/2Pr1/3

.

.

.

.

.

.

.

.

(35)

Каракуерисуишнауа дплжина се дпбива кпга ппврщинауа на плпшауа се ппмнпжи сп 4 и се ппдели сп перимеуарпу на плпшауа. При ламинарен уек (Re<106 ) кпга плпшиуе се мнпгу гплеми и упаднипу агпл е нула суепени, сппред анализиуе на Пплхаузен кпефициену за равенкауа 35 изнесува 0,94.

3.3.Кондукција (топлоспроводност) Кпндукцијауа е ппврзана сп пренпспу на упплина вп уврди уела каде ппсупјау барем две разлишни упплински ппдрашја, пднпснп уемперауурна разлика. Пренпспу на енергија е мпжен сп псцилации на аупмиуе вп рещеукауа. Упплинауа се пренесува и сп движеоеуп на елекурпниуе. При кпндуцијауа нема пренпс на маса. Аупмиуе се движау хапуишнп ппд уермишки сурес вп уешнпсуи и гаспви и упа исуп уака впди дп пренпс на упплина. Пренпспу на упплина е прпппрципнален на уемперауурнауа разлика dT, вдплж расупјание dx, каде

е уемперауурен градиену, па пренпспу

на упплина сп кпндукција се изразува какп: .

.

.

.

.

.

.

.

каде hC- пренпс на уппплина пп единица напрешен пресек (W/m2), T- уемперауура, х - наспка и расупјание (m), k е термичка прпвпднпст на материјалпт (W/mK).

Уермишкауа спрпвпднпсу е ппсебна за секпј мауеријал и се дава вп уабела. 24

.

(36)

Табела 2. Уермишка спрпвпднпсу на некпи мауеријали: Мауеријали Метали: Бакар Алуминиум Челик Не метали: Суаклп Беупн Дрвп Суруганина Камена вплна Пплисуирен Суаклени влакна Уечнпсти: Впда Гаспви: Впдпрпд Хелиум Впздух

k(W/m K) 385 205 50 0.8 0.8 0.14 0.06 0.04 0.03 0.03 0.61 0.142 0.142 0.0239

Меуалиуе генералнп се дпбри спрпвпдници на упплина и мпже да пренесау гплема кплишина на упплина при мала разлика на уеперауура. Изплауприуе меду кпи и впздухпу се мнпгу лпщи прпвпдници. Заупа мнпгу уермишки изплаупри се базирани на мали чебпви впздух зарпбени меду панелиуе.

25

4. Колектори Уипишнп спларниуе кплекупри мпже да ги групираме сппред целуа вп шеури групи:  

нискпуемперауурни кплекупри кпи се кприсуау за загреваое на дпмащна впда виспкпуемперауурни кпи мпже да служау за задвижуваое на мащини и елекуришни генераупри  виспкпуемперауурни за ладеое  фпупвплуаишни(PV) ќелии кпи се кприсуау за дирекнп преувпраое вп елекуришна енергија. Мнпгу нискпуемперауурни спларни кплекупри се зависни пд свпјсувауа на суаклпуп кпе е прпвиднп за видливауа свеулина и краукпбранпвиуе инфрацрвени зраци, нп невидливп за дплгпбранпвиуе инфрацрвени кпи ги зраши кплекупрпу. За да ги ппдпбрау свпјсувауа прпизвпдиуелиуе се урудауа да ја задржау спдржинауа на железп кплку е мпжнп ппмала.

4.1.Рамни колектори Спларниуе кплекупри се изменуваши на упплина кпи енергијауа на спларнпуп зрашеое ја преувпраау вп упплина. Енергијауа пд далешнипу извпр се предава на уешнпсу. Флукспу кпј пада на Земјауа вп најдпбар слушај се движи дп 1100 W/m2 и е прпменлив.Бранпвиуе дплжини се движау пд 0.3 дп 3μm, кпе е знашиуелнп ппкраукп пд пна кпе гп зрашау апспрбирашкиуе ппврщини. Рамниуе кплекупри мпже да се кприсуау кпга имаме ппуреба пд умерени уемперауури дп 100 суепени Целзиуспви. Уие ја кприсуау и дифузнауа и дирекнауа свеулина и не бараау следеое на Спнцеуп. Најшесуп се кприсуау за заупплуваое на впда, загреваое на згради, ладеое, и за индусуриска упплина.

Опис на рамен кплектпр Главни делпви на рамен кплекупр какп щуп е прикажанп на сликауа 17 се:   

Црна апспрбципна плпча сп средсувп за пренпс на спбранауа енергија на флуидпу; прекривка прпвидна за спншевп зрашеое над абспрберпу за намалуваое на кпнвекципниуе и радиаципни загуби вп аумпсферауа; изплација пд заднауа сурана за намалуваое на кпндукципниуе загуби.

На сликауа се гледа впден загреваш, нп слишна е градбауа и на впздущен загреваш самп щуп намесуп цевки се суаваау канали за впздух. Рамниуе кплекупри се ппсуавуваау вп суаципнарна ппзиција најшесуп на крпв ппд пдреден агпл сп приенуација кпн југ.

26

Сл. 17. Спсуавни делпви на рамен кплекупр

4.2.Термички загуби во рамни колектори

Уермишкиуе загуби кај билп кпј кплекупр за загреваое на впда имаау ури пблици: радијација, кпнвекција и кпндукција. Кпндукципните загуби на упплина насуануваау пд сураниуе и пд ппзадинауа на кплекупрпу. Кпнвекципните загуби на упплина се пд абспрберпу преку засуаклуваоеуп и мпже да се намалау сп евакуираое на прпсупрпу ппмеду абспрбирашкауа плпша и засуаклуваоеуп и сп ппуимизација на празнинауа меду нив. Радијаципните загуби насуануваау пд плпшауа на абспрберпу ппради нејзинауа уемперауура. На сликауа се прикажани загубиуе кај уипишен рамен кплекупр

Сл.18 Енергеуски баланс кај рамен кплекупр

27

Загубиуе пд прптирнауа ппкривка кпн амбиенуалнипу впздух се ппради радиаципни и кпнвекуивни размени на кпи влијае брзинауа на веурпу, Земјауа, пкплниуе услпви и дплгпбранпвиуе зрашеоа пд небпуп. Уие знашиуелнп мпже да се намалау сп селектирачки црни превлаки кпи имаау гплема абспрбципнпсу и мала емисипнпсу. Овие прекривки ја правау ппврщинауа уаква да нејзиниуе абспрбципни свпјсува псуануваау виспки за бранпви дплжини ппд 2μm а емисипниуе сппспбнпсуи ниски за бранпви дплжини над 2 μm. Вкупнипу ефеку е намалуваое на глпбалнипт кпефициент на емисија 𝜀g кпј ги ппврзува емисивнпсуа на абспрбирашкауа плпша 𝜀a и емисивнпсуа на прптирнауа ппкривка 𝜀t какп щуп следи: 𝜀

.

.

.

.

.

.

.

.

(37)

Вкупнипу кпефициену на загуби на кплекупрпу UL е сума пд кпефициентите на загуба на гпрна страна, днптп и краевите:

UL=UT+UB+UE .

.

.

.

.

.

.

.

.

(38)

За дпбрп дизајниран кплекупр кпј има мнпгу мал пднпс на перимеуар и ппврщина, загубиуе пп ќпщевиуе се решиси занемарливи. Кпефициенупу на загуби на днпуп UB прпизлегува пд уермишкауа прпвпднпсу ks и дебелинауа Ls на изплаупрпу на днпуп: .

.

.

.

.

.

.

.

.

(39)

.

.

.

.

.

.

.

.

.

(40)

уака да

UL=UT+UB

Клајн (2003 ) развил емпириска равенка за кпефициентите на загуба пд гпрната страна пд кплекупрпу:

(41)

каде (42) .

.

.

.

.

.

.

.

(43)

 е кплекупрски наклпн а ς е Суефан Бплцманпвауа кпнсуануа Кпнвекципнипу кпефициену hw за впздух кпј се движи на суакленауа ппкривка зависи примарнп пд брзинауа на веурпу v. 28

hw=5,7+3.8v

.

.

.

.

.

.

.

.

.

(44)

Анализиуе на Малхпура (1981) гп даваау вкупнипу кпефициену на загуба изразен прек щирпшинауа на празнинауа L и гп пдразува агплпу на наклпн на мнпгу ппеднпсуавен нашин

(45)

каде (

)(

)

.

.

.

.

.

.

(46)

На следниуе грфициуе е прикажан ефектпт пд брпјпт на застаклуваоата N, брзината на ветрпт v, агплпт на наклпн , впздушнипт прпцеп меду кплекупрскиуе рамнини и засуаклуваоеуп, емисивнпста на абспрберскауа рамнина и амбиенталната температура, сппдвеунп на вкупнипу кпефициену на загуба кај кплекупр сп прирпднп кружеое на впдауа. Какп щуп се гледа пд слика 18 засуаклуваоеуп придпнесува вп уермишкиуе загуби вп кплекупрпу. Двпјнпуп засуаклуваое гп намалува вкупнипу кпефициену на загуби за 44% сп щуп се ппдпбруваау перфпрмансиуе на целипу сисуем. Ппкриваоеуп сп суаклп ги намалува загубиуе ппради зрашеое бидејќи иакп суаклпуп е уранспаренунп за спншевпуп зрашеое упа е скпрп непрпвиднп за зрашеое сп дплги бранпви дплжини.

Сл. 18. Зависнпсу на вкупнипу кпефициену на загуби UL пд брпјпу на прекривки Сликауа 19 ппкажува дека брзинауа на веурпу придпнесува за загубиуе вп кплекупрпу иакп не уплку знашиуелнп какп брпјпу на прекривки. Кпефициенупу на загуби се згплемува какп брзинауа на веурпу расуе и упа е ппради згплемени кпнвекуивни и радиаципни загуби пд засуаклувашкауа ппврщина кпн пкплинауа.

29

Сл. 19. Зависнпсу на вкупнипу кпефициену на загуби пд брзинауа Ефекупу на агплпу на наклпн на кплекупрпу е еднп пд главниуе ппдпбруваоа вп мпделпу на Малхпура. На сликауа 20 е прикажанп влијаниеуп на агплпу на наклпнуваое врз вкупниуе загуби. Упј ппкажува дека кпефициенупу на загуби е незнашиуелнп прпменеу за агли ппмеду 0 0 и 400 Медуупа кпефициенупу на загуби знашиуелнп ппада сп ппгплема вреднпсу на агплпу на наклпн а ппуимална вреднпсу се дпбива зависнп и пд лауиуудауа на лпкацијауа.

Сл. 19. Зависнпсу на вкупнипу кпефициену на загуби пд агплпу на наклпн на кплекупрпу

Впздущнипу прпцеп меду абспрбципнауа плпша и прекривкауа е факупр кпј придпнесува за вкупниуе загуби (слика 20). Кпефициенупу на загуби ппада сп расуеоеуп на расупјаниеуп на прпцеппу. Опуимизираоеуп на пвпј прпцеп ги намалува кпнвекципниуе загуби пд абспрберпу кпн прекривкауа. Сппред Agbo (2006) прпцеп 5 cm е ппгпден за ппуимални сисуемски перфпрманци.

30

Сл. 20. Зависнпсу на вкупнипу кпефициену на загуби пд расупјаниеуп меду абспрпципнауа плпша и прекривкауа Прпмениуе вп емисивнпсуа знашиуелнп влијае на вкупннипу кпефициену на загуби (График21) Радиаципниуе загуби мпже да се намалау сп кприсуеое абспрберски плпши сп ниска емисивнпсу за дплги бранпви. Резулуауиуе ппкажуваау дека кпефициенупу на загуби мпже да биде намален и дп 47% дпкплку кпефициенупу на емисија се прпмени пд 0,86 на 0,1. Селекуивни прекриваое сп мауеријали кпи имаау гплема абспрпција и мала емисија за дплги бранпви ќе ги намали загубиуе пд абспрбципнауа плпша.

Сл. 21. Зависнпсу на вкупнипу кпефициену на загуби пд емисивнпсуа на апспрбципнауа плпша Сликауа 22 ја прикажува зависнпсуа ппмеду кпефециенупу на вкупна загуба и амбиеануалнауа уемперауура. Загубиуе расуау сп расуеоеуп на амбиеуалнауа уемперауура. Резулуауиуе ппкажуваау дека за ппрасу пд 10К на амбиенуалнауа уемперауура, кпефициенупу на вкупниуе загуби се згплемува за 0.1 . Оваа кажува дека кплекупрскиуе загуби ќе бидау најмали вп ууринскиуе шаспви.

31

Сл. 22. Зависнпсу на вкупнипу кпефициену на загуби пд амбиенуалнауа уемперауура Влијаниеуп на пвие парамеури и нивнпуп ппзнаваое се биуни за ппуимизација на рамниуе спларни кплекупри при нивнпуп прпизвпдсувп и уппуреба.

32

5. Концентрирачки колектори За мнпгу примени ппжелнп е исппрашуваое енергија на уемперауури ппвиспки пд пние кпи ги ппсуигнуваау рамниуе кплекупри. Енергеускауа исппрака при ппвиспки уемперауури мпже да се ппсуигне сп намалуваое на прпстпрпт пд кпј упплинскиуе загуби насуануваау. Оваа се ппсуигнува сп ппсуавуваое на ппуишки уреди ппмеду извпрпу на зрашеое и абспрбирашкауа ппврщина. Малипу абспрбер ќе има ппмала загуба на упплина вп пднпс на рамнипу кплекупр при исуа уемперауура на абспрберпу. Се уппуребуваау два уипа на кпнценураупри: спсуавни кпнценураупри кпи не фпрмираау слика и следешки кпнценураупри кпи фпрмираау слика. Мнпгу разлишни кпнценурирашки кплекупри се мпжни: Кпнцентратпри кпи мпже да се рефлектирачки или прекршувачки, сп ппврщини кпи мпже да бидау цилиндрични или пбли, мпже да бидау непрекинати или сегментни. Приемниците мпже да бидау испакнати рамни или вдлабнати. Однпспт на кпнцентрација (ппврщина на пувпрпу на апспрберпу вп пднпс на ппврщинауа на самипу апспрбер) кпј кажува за кплку е згплемен флукспу на зрашеое, мпже да се менува вп гплем ппсег. Уака кпнценурауприуе мпже да ги ппделиме вп две групи: несликпвити кплектпри сп мал факупр на кпнценурација и линеарни сликпвити кплектпри сп среден кпнценурирашки факупр. Ппсупјау и тридимензипнални кпнцентратпри сп мнпгу виспки факупри на кпнценурација. Кпнценурауприуе мпже да имаау фактпр на кпнцентрација пд редпу на 105. Згплемуваоеуп на пднпспу бара згплемени бараое за ппуишкипу квалиуеу и ппзиципнираоеуп на ппуишкипу сисуем, щуп влијае на ценауа. При највиспки ппсези на кпнценурација кпнценурирашкиуе кплекупри мпра да бидау сп највиспка прецизнпсу и уие се нарешени спларни пешки. Кпнценурирашкиуе кплекупри( псвен пние сп мнпгу мал суепен на кпнценурациа) мпра да гп следау Спнцеуп щуп е дппплниуелен предизвик за инжинериуе. Ппнауаму ќе ја кприсуиме следнава уерминплпгија: Кплектпр кпга се збпрува за цел сисуем Приемник (рисивер) е елеменупу кпј гп прима зрашеоеуп и гп преувпра вп друг вид, вп себе гп спдржи и абспрберпу сп сппдвеуна прекривка и изплација. Кпнцентратпр (ппуишки сисуем), делпу кпј гп наспшува зрашеоеуп врз рисиверпу. Отвпр на кпнценураупрпу низ кпј спларнпуп зрашеое влегува вп кпнценураупрпу.

33

5.1. Колекторски конфигурации

Некпи пд мнпгууе мпжни кпнфигурации на кпнценурации се прикажани на слика (23)

Сл. 23. Мпжни кпнценурирашки кпмбинации Првиуе две се низа пд вакумирани ууби сп цилиндришен апспрбер намесуен пд суранауа , сп рефлекупр за враќаое на свеулинауа врз абспрберпу. Првипу кприсуи рамен рефлекупр дпдека вуприпу кприсуи рефлекупр сп пплукружна фпрма. Кпнфигурацијауа ппд (c)има рефлекуирашки ппврщини пд суранауа кпја ја згплемува ппврщинауа на рисиверпу. Кпнценурирашкиуе пднпси на пвие видпви се мали сп максимална вреднпсу ппмала пд 4. Сликауа ппд (d) ппкажува парабплишен рефлекупр кпј мпже да биде сп цилиндришна фпрма пднпснп рисиверпу да му биде линеарен, или рефлекупрпу да биде врулива парабпла сп упшкасу рисивер. Намесуп непрекинау парабплишен рефлекупр мпже да кприсуиме Френелпв рефлекупр, мнпжесувп на рамни рефлекупри врз движешка пска. На сликауа ппд (е) целауа ппврщина е движешка, а пгледалауа се ппсуавени ппд агпл, а на сликауа ппд (f) се движау самп пгледалауа кпи се ппсуавени на врулива пска. Овпј уип е пснпва за рисивер ппсуавен на кула у.н. „ценурален рисивер“ кај кпе секпе пгледалп се движи ппсебнп. Кплекуприуе сп линеарен рисивер мпже да бидау самп сп една пска на следеое пбишнп исупк запад или север југ, дпдека кплекуприуе сп упшкасу рисивер мпра да имаау сисуем на следеое пп две пски. Ориенуаципнипу сисуем мпже да пбезбедува кпнуинуиранп или блискп дп кпнуинуиранп нагпдуваое, сп движеое на кплекупрпу заради кпмпензација на прпмениуе на ппзицијауа на Спнцеуп. Сисуемиуе за приенуација мпже да бидау пребарувашки или прпграмирашки сисуеми. Пребарувашкиуе кприсуау сензпри за да ја ппределау пплпжбауа, дпдека прпграмирашкиуе рабпуау 34

сппред пднапред дадени ппдаупци (временскп ппзнаваое на движеоеуп на Спнцеуп за ппределена лпкација пр. 150/шас) и мпжнп е да имаау ппуреба самп пд ппвремена прпверка заради псигуруваое на наспшенпсуа. Мпжна е и кпмбинирана уппуреба на двауа сисуеми. Секпј сисуем мпра да има сппспбнпсу за месуеое на ппзицијауа на кплекупрпу на крајпу пд денпу на ппзиција за нареднипу ден и за задржуваое на ппределени ппзиции при ппределени временски неппгпди.

5.2.Однос на концентрација Однпс на кпнценурација или ппвршински кпнцентраципнен пднпс е пднпспу на ппврщинауа на пувпрпу вп пднпс на ппврщинауа на рисиверпу. (Кпнценураципнипу пднпс на флукспу е дефиниран какп прпсешен енергеуски флук на рисиверпу вп пднпс на пнпј на пувпрпу, нп ппради варијацииуе вп енергеускипу флукс на рисиверпу се дефинира и лпкален кпнценураципнен факупр на флукспу). ппвршински кпнцентраципнен фактпр е .

.

.

.

.

.

.

.

.

(47)

Овпј факупр има гпрен лимиу кпј зависи дали се рабпуи за уридимензипнална кпнценурација какп парабплпид или за двпдимензипнална линеарна кпнценурација какп кај цилиндришен парабплишен кпнценураупр.

Сл. 24. Шема на Спнцеуп на уемперауура TS на расупјание R пд кпнценураупрпу сп ппврщина на пувпр Аа и ппврщина на рисивер Ar За напдаое на максималнипу пднпс на кпнценурација се кприсуи сп вуприпу закпн на уермпдинамикауа применеу на зрашнауа упплинска измена ппмеду Спнцеуп и рисиверпу. Нека имаме кпнценураупр сп ппврщина на пувпр Аа и ппврщина на рисивер Ar кпј гп гледа Спнцеуп на расупјание R сп радиус r какп на слика 24. Акп кпнценураупрпу е перфекуен, зрашеоеуп пд Спнцеуп врз пувпрпу е дел пд радијацијата емиуирана пд Спнцеуп кпј пада на пувпрпу. Акп земеме дека Спнцеуп е црнп уелп на уемперауура TS .

.

.

.

.

Перфекунипу рисивер (црнп уелп) емиуира енерија Спнцеуп: 35

.

. пд кпја дел

.

.

(48)

присуигнува и на

.

.

.

.

.

Спгласнп вуприпу закпн на уермпдинамикауа Аа А кру но

.

.

а бидејќи максимална вреднпсу на кружен кпнценураупр е: Аа А кру но акс

=

.

.

.

.

.

(49)

па пд равенкиуе следува: .

.

.

.

.

.

(50)

е единица, максималнипу пднпс на кпнценурација за

.

.

.

.

.

.

.

(51)

.

.

.

.

(52)

На слишен нашин за линеарен кпнценураупр се дпбива Аа А

неарно акс

.

.

.

Уака акп земеме дека s=0,270, максималнипу пднпс на кпнценурација за кружен кпнценураупр е 45000 , а за линеарен 212. Кплку се ппвиспки уемпераууриуе при кпи енергијауа уреба да се исппраша, ппвиспки мпра да бидау пднпсиуе на кпнценурација и пппрецизна ппуика се бара пд кпнценураупрпу и пд наспшувашкипу сисуем. На слика 25 е прикажана зависнпсуа на пднпспу на кпнценурација и уемперауура. Дплнауа граница е пднпспу при кпј уермишкиуе загуби ќе бидау исуи сп апспрбиранауа енергија. Засеншенипу дел пдгпвара на ефикаснпсу на кплекција пд 40% дп 60% и гп преусуавува мпжнипу ппсег на рабпуеое.

Сл. 25. Зависнпсу на пднпспу на кпнценурација и уемпераууриуе на рисиверпу

36

Кпнценурауприуе мпже да ги ппделиме вп две кауегприи: несликпвиуи и сликпвиуи. Несликпвиуиуе не даваау шисуа слика на Спнцеуп врз абспрберпу ууку гп распределуваау зрашеоеуп пд сиуе делпви на спншевипу диск врз сиуе делпви на абспрберпу. Кпнценурирашкиуе пднпси на линеарни несликпвиуе кплекупри се вп дплнипу ппсег и впппщуп ппд 10. Сликпвиуиуе фпрмираау слика на спншевипу диск врз абспрберпу.

5.3.Составувачки параболични колектори (СРС)

Мпжнп е да се кпнсуруира кпнценурирашки кплекупр кпј нема да биде следешки а ќе биде сп сппспбен да гп рефлекуира целпуп упаднп зрашеое пд пувпрпу врз рисиверпу за щирпки граници на упаден агпл. Исуп уака вп уие граници да мпже да се прифауи и дифузнпуп зрашеое. Оснпвнипу кпнцепу на спставувачки парабпличен кпнцентратпр (Compound Parabolic Collectors CPC) е прикажан на сликауа 26. Овие кпнценураупри се пд уиппу не-сликпвиуи линеарни кпнценураупри. Сураниуе на кпнценураупрпу се парабпли. Секпја парабпла се щири дпдека нејзинауа ппврщина е паралелна сп СРС пскауа. Акп рефлекупрпу е перфекуен сиуе зрашеоа кпи дпадаау низ пувпрпу ппд агли ппмеду пднпснп пплу-агплпт на прифаќаое ќе бидау рефлекуирани на рисиверпу врз пснпвауа на кпнценураупрпу. Кпнценурауприуе пд пвпј уип имаау ппвршински пднпс на кпнцентрација Ci кпј е функција пд пплу-агплпт на прифаќаое C. За идеален двпдимензипнален сисуем:

.

.

.

.

.

.

.

.

Сл. 26. Напрешен пресек на симеуришен нескрауен СРС

37

.

(53)

Уака кај идеален СРС кплекупр (парабпла без грещки) акп пплу-агплпу на прифаќаое му е 23,50 дпбиваме Ci = 2.51, а дпкплку пплу-агпл на прифаќаое изнесува 11,75 дпбиваме Ci=4.91. За идеален СРС сиуе зраци вп пвпј ппсег ги прифаќа приемникпу, щуп не е слушај сп реалнипу СРС кплекупр каде гепмеуријауа не е перфекуна. На гпрниуе крајни упшки пд парабплауа вп СРС, ппврщиниуе се паралелелни на ценуралнауа рамнина на симеурија пд кпнценураупрпу. Гпрниуе краеви на рефлекупрпу малку дппринесуваау за зрашеоеуп да дпсегне дп абспрберпу, па мпже да бидау скрауени сп щуп ќе се намали висинауа пд h на h` сп щуп ќе се защуеди на рефлекуирашка ппврщина а ќе се жрувува малку пд перфпрмансиуе. Скрауенипу СРС е прикажан на слика 27. Крауеоеуп влијае на агплпу на прифаќаое мнпгу малку, нп гп менува пднпспу висина-пувпр, кпнценуирашкипу пднпс, и прпсешнипу брпј на рефлексии на зракпу пред да дпсуигне дп ппврщинауа на апспрберпу.

Сл. 27. Висина на скрауен СРС вп пднпс на нескрауен h`/h=0,5

Сл. 27. а Однпс висина/пувпр кај нескрауен и скрауен СРС

Апспрберпу мпже да биде вп разлишни вариануи какп щуп е прикажанп на слика 28.

Сл. 28. Варијануи на абспрбер

Сл. 28 а. CPC панел сп цилиндришен абспрбер

38

5.4.Колектор со вакумирани туби (ETC)

Кпнвенципналнипу рамен спларен кплекупр е дпбар за умерени клими. За пплпщи услпви развиен е кплектпр сп вакумирани туби (Evacuated Tube Collectors ETC). Овпј спларен кплекупр направен е пд упплпуна цевка вп вакумиранп-залемена ууба, какп щуп е прикажанп на слика 29.

Сл. 29. Шемауски дијаграм на кплекупр сп вакумирана цевка

Сл. 30. Кплекупр сп вакумирана цевка

Кплекупрпу сп вакумирана ууба ппкажа дека кпмбинацијауа пд селекуивна ппврщина и ефекуивнп намалуваое на кпнвекцијауа резулуира вп дпбри перфпрманси на виспки уемперауури. Уие гп примаау и дирекнпуп и дифузнпуп зрашеое какп и рамниуе кплекупри, нп се сп ппгплема ефикаснпсу пд нив. ЕУС ги кприсуау прпменауа на мауеријалиуе пд уешна вп гаспвиуа фаза за пренпс на енергија при виспка ефикаснпсу. Уешнпсуа вп цевкауа испарува се движи кпн врвпу на кпндензаупрпу каде кпндензирајќи ја предава енергијауа на друг флуид кпј уеше низ изменувашпу какп щуп е прикажанп на сликауа 31. Ппради упа щуп нема испаруваое и кпндензираое надвпр пд уемпераууриуе при кпи се врщи фазнипу премин пд една агрегауна спсупјба вп друга пвпј кплекупр е защуиуен пд замрзнуваое и прегреваое. Мпжнпсуа за самппгранишуваое на уемперауурауа е негпва уникауна каракуерисуика.

39

Сл. 31. Принцип на предаваое на уемперауурауа пд абспрберпу на изменувашпу

Бидејќи ЕУС се релауивнп скапи, пднпспу ефекуивнпсу цена мпже да се згплеми сп намалуваое на брпјпу на ууби и кприсуеое рефлекупри за кпнценурација на спларнпуп зрашеое врз уубиуе. Дифузен рефлекупр сп факупр на рефлексија пд ρ=0,6 ппсуавен зад уубиуе мпже да ја згплеми абспрбиранауа енергија и дп 25% над вппбишаенауа. Овие кплекупри гп згплемуваау за 10% енергеускпуп спбираое преку цел ден ппради ефекупу на упаден агпл. Приупа ппдпбар ефеку се дпбива акп се кприсиу СРС уип рефлекупр какп щуп е прикажанп на сликауа 32.

Сл. 32. Инуегрирани СРС ууби а) внаурещен СР б) кружен рефлекупр сп краен абспрбер

ЕУС се прпизведуваау сп разлишни гплемини. Сп надвпрещен диамеуар пд 30mm дп 100mm и сп дплжина дп 2 m

40

5.5.Следечки –концентрирачки колектори

Уемперауурауа при кпја се исппрашува спншевауа енергија мпже да се згплеми сп намалуваое на ппвршината пд кпја насуануваау упплинскиуе загуби. Уемперауури далеку над пние щуп се ппсуигнуваау сп рамни кплекупри мпже да се дпсуигнау акп гплем дел пд спншевп зрашеое се кпнценурира на релауивнп мала ппврщина на кплекупрпу. Нп заупа се ппуребни сисуеми за следеое на движеоеуп на Спнцеуп и сисуеми за кпнценурација на зрашеоеуп. Главни преднпсуи на следешкиуе кплекупри се: 

   

Рабпунипу флуид мпже да ппсуигне ппвиспки температури вп кпнценурирашкиуе сисуеми пукплку вп рамниуе при исуа кплекуирашка ппврщина щуп знаши ппвиспк термпдинамичка ефикаснпст . Мпже да ппсуигнеме температурнп нивп на кпе мпже да рабпуау уермпдинамишки или други виспкпуемперауурни уреди. Уермичката ефикаснпст е ппгплема ппради малауа ппврщина пд кпја се врщау загуби вп пднпс на приемнауа ппврщина на рисиверпу. Рефлекуирашкауа ппврщина бара ппмалку материјал и сурукуурнп е ппеднпсуавна пд кај рамниуе кплекупри. Заупа нејзинауа цена на шинеое е ппмала пукплку кај рамниуе. Благпдарение на релауивнп малауа ппврщина на рисиверпу пп единица пд спбранауа енергија третираоетп сп селктивни премази и вакумираоетп е екпнпмски пправданп.

Недпсуаупци се:   

Кпнценураупрскиуе сисуеми спбираау малку дифузна светлина. Ппуребнп е некпја фпрма на следачки систем за да мпже кплекупрпу да гп следи Спнцеуп. Рефлекуирашкиуе ппврщини мпже да ги изгубау свпјсувауа на пдбиваое сп време и има ппуреба пд шисуеое.

Ппради движеоеуп на Спнцеуп преку небпуп, кпнценурирашкиуе кплекупри мпра да гп следау дневнпуп движеое на Спнцеуп. Спнцеуп мпже да се следи на два нашини. Првипу е азимууен меупд, кпј бара следашкипу уред да се вруи и пп алуиууда и пп азимуу пднпснп следеоеуп на Спнцеуп да биде упшнп. Парабплпидниуе сисуеми гп кприсуау пвпј меупд. Овие сисуеми бараау кпнуинуиранп и сигурнп нагпдуваое. Вуприпу нашин за следеое е пп една пска исупк-запад или север југ. Равенкиуе какп да се прпцени упаднипу агпл на спларнпуп зрашеое беа дадени вп глава 2. Од следешкиуе кпнценурирашки кплекупри ппважни се сликпвиуиуе и упа:    

Кплекупр парабплишнп кприуп Линеарен Френелпв рефлекупр Парабплишна шинија Ценурален приемник 41

5.5.1. Гепметрија на линеарни сликпвити кпнцентратпри Линеарниуе кпнценураупри се сп парабплишен пресек , а рисиверпу е цилиндришен и заувпрен вп вакумирана уубесуа прекривка; За разбираое на рабпуауа на кплекуприуе, неппхпднп е да се ппищау ппуишкиуе свпјсува на кпнценураупрпу и сликиуе (распределбауа на флукспу на зрашеое низ фпкуспу) кпи уие ги даваау. Ќе се разгледа гепмеуријауа на рефлекупрпу и щиринауа на сликиуе кпи упј ги дава. За кплекупрпу пд пвпј уип абспрбираната радијација пп единица ппвршина пд птвпрпт S е даден сп равенкауа: S=Ibρ()nK .

.

.

.

.

.

.

.

.

.

(54)

каде Ib –ефекуивна упадна радијација мерена вп рамнинауа на пувпрпу, ρ -кпефициент на рефлексија (рефлекуанса) на кпнценураупрпу, за прекрщувашки кпнценураупри кпефициену на урансмисија (урансмиуанса), K-мпдификаупр на упаднипу агпл, Факуприуе , ,  се функција пд упаднипу агпл на зрашеоеуп врз пувпрпу. -фактпрпт на прифаќаое е дефиниран какп дел пд рефлекуиранпуп зрашеое кпе пада на абспрбирашкауа ппврщина на рисиверпу. -фактпрпт на трансмисија на билп кпја ппкривка на рисиверпу. -фактпр на абспрпција на абспрберпу за рефлекуиранауа и урансмиуирана спларна радијација Овпј кпнцепу е ппсебнп кприсен при ппис на сликпвиуи кпнценураупри. Еден пример на слика фпрмирана вп фпкалнауа рамнина на линеарен кпнценураупр е прикажан на сликауа

Акп рисиверпу се прпуега пд А дп В факупрпу на прифаќаое ќе биде ∫ ∫

Сл. 33. Дел пд свеулина кпја пада на рисивер сп гплемина АВ

.

.

.

(55)

Целуа вп кприсуеоеуп на кпнценурирашкиуе сисуеми е да се намали загубауа на упплина пд абспрберпу сп намалуваое на негпвауа ппврщина. Ппвеќеуп сликпвиуи кплекупри се изградени сп приемници дпвплнп гплеми за да прифауау ппгплем дел пд рефлекуиранауа радијација ама не се дпвплнп гплеми за прифаќаое на целауа радијација. Вреднпсуиуе на  ппгплеми пд 0.9 се вппбишаени. За да се прпцени S, неппхпднп е да се знае каракуерисуикауа на сликиуе дпбиени пд рефлекуприуе. Уепреускиуе слики пднпснп пние дпбиени пд перфекуен кпнценураупр кпј е 42

перфекунп налегнау, зависи пд гепмеуријауа. Напрешнипу пресек на линеарен парабплишен кпнценураупр е даден на сликиуе 34 а и 34 б.

Сл. 34 а. Гепмеурија на линеарен парабплишен ГСл. 34 б. Гепмеурија на линеарен парабплишен ккпнценураупр сп кружен рисивер кпнценураупр Равенкауа на парабплауа вп даденипу кппрдинауен сисуем е . . . . . . .

.

.

.

(56)

.

(57)

.

(58)

Каде f (m) –фпкуснптп растпјание,

D (m) - дијаметар на рисиверпт

За да ја прифауи целауа спншева слика дијамеуарпу се дпбива гепмеуриски . . . . . . . . . каде m е пплу-агпл на прифаќаое За парабплишен рефлекупр радиуспу r прикажан на сликауа е даден сп 

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Каде  е агпл меду кплекупрскауа пска х и рефлекуиранипу снпп вп фпкуспу. Бидејќи  се менува пд 0 дп r , сп упа r се менува пд f дп rr , а D (уепреускауа слика на Спнцеуп) расуе пд дп . На рабпт пд парабплата 

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

(59)

Друг важен парамеуар ппврзан сп рабнипу агпл е птвпрпт на парабплата а кпј мпже уригпнпмеуриски да се најде 43

а=2rr sin r

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

(60)

Заменувајќи ја равенкауа за rr вп преухпднауа дпбиваме а





.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

(61)

.

.

.

.

.

.

.

.

.

(62)

кпја се сведува на a=



.

Снпппу на зрашеое прикажан на сликауа упада на рефлекупрпу вп упшка В при рабпу каде радиуспу на пгледалпуп е максимален при rr. Рабен агпл r е даден сп .

.

.

.

.

.

.

(63)

Фпаднипу снпп пд спларнпуп зрашеое е вп вид на кпнус сп агплна щирина пд 0.530 (пплу-агпл s=0,2670 или 16`). Да земеме дека кпнценураупрпу е симеуришен и дека снпппу зраци е нпрмален на пувпрпу. Уака снпппу зраци упада на кпнценураупрпу вп наспка паралелна на ценуралнауа рамнина на парабплауа.

Сл. 34 в. Фпаден снпп врз кружен и врз рамен рисивер За да парабплишен рефлекупр сп идеална фпрма и налегнуваое гп прими целпуп зрашеое пд спншевауа слика, мпже гепмеуриски да се пресмеуа диајметарпт на цилиндричен рисивер .

.

.

.

.

.

.

.

(64)

За рамен рисивер ппсуавен вп фпкуснауа рамнина на парабплауа (y-z низ F какп щуп е прикажанп на сликауа) щирпшинауа W e .

.

.

.

.

.

(65)

Пресмеуаниуе вреднсуи за D и W се пднесувау за идеален слушај. Реалнп уие ќе бидау ппгплеми. 44

Кај рамнипу рисивер бидејќи  се менува пд нула дп r , r расуе пд f дп rr и уепреускауа слика расуе пд D на W. Фпкуснауа дплжина е пдлушувашки факупр за гплеминауа на сликауа, а пувпрпу е пдлушувашки за факупрпу на вкупна енергија; уака блескавпсуа на сликауа пднпснп кпнценурацијауа на енергеускипу флукс кај рисиверпу на фпкусирашкипу сисуем ќе биде функција пд За уубесу рисивер пднпспт на кпнцентрација е даден сп .

.

.

.

.

.

.

.

.

.

(66)

.

.

.

.

.

.

.

.

.

(67)

.

.

(68)

Сп замена на a и D 

.

Максимален факупр би се дпбил кпга r=900 пднпснп .

.

.

.

.

 .

упгащ .

.

Оваа равенка е разлишна сп преухпднп ппределенауа равенка за пднпс на кпнценурација заупа щуп пвде рисиверпу е кружен, а уаму имавме идеален слушај. Сега при пплу-агпл на прифаќаое пд 16` сп замена дпбиваме кпја исуп се разликува пд преухпднп пресмеуанауа вреднпсу 212. Гплеминауа на рабнипу агпл ппределува кплку мауеријал ќе се ппурпщи за кпнсурукција на парабплишнауа ппврщина. Какп щуп е ппкажанп на следнипу слика за ису пувпр мпжни се разлишни рабни агли. Исуп е ппкажанп дека за разлишен рабен агпл пднпспу фпкус-пувпр кпј ја дефинира закривенпсуа на парабплауа се менува. Мпже да се ппкаже дека при 900 рабен агпл среднпуп расупјание пд фпкус дп рефлекупр , а пдуаму и закривенпсуа и расуураоеуп на снпппу е минималнп. Кплекупрскауа ппврщина ппада кпга и рабнипу агпл ппада. Па сп ппмали рабни агли би се намалил ппурпщенипу мауеријал на смеука на ппуишкауа ефикаснпсу.

Сл. 35 Зависнпсу меду: пувпрпу а, пднпспу

45

и рабнипу агпл 

5.5.2. Парабпличнп кпритп (Parabolic Troug Collector) За дпбиваое виспки уемперауури сп дпбра ефикаснпсу се бара спларен кплекупр сп виспки перфпрманси. Сисуеми сп лесна сурукуура и ниска цена за прпцесни примени дп 400 0С мпже да се дпбијау сп кплекуприуе парабплишнп кприуп РУС.

Сл. 36 Слика на кплекупр парабплишнп кприуп Кплекуприуе сп парабплишнп кприуп се правау сп свиукуваое на лисупви пд рефлекуирашки мауерија вп фпрма на парабпла.

Сл. 37 Кплекурп сп парабплишна ууба Рисиверпт пресуавува црна меуална ууба, ппкриена сп суаклена ууба заради намалуваое на загубиуе на упплина, а ппсуавена е вдплж фпкуснауа линија какп на слика 37. Кпга парабплауа е наспшена кпн Спнцеуп паралелниуе зраци падаау на рефлекупрпу и се рефлекуираау на рисиверпу. Кпнценурираниуе зраци кпи падаау на рисиверпу гп загреваау флуидпу кпј кружи низ нив, уака урансфпрмирајќи гп спншевпуп зрашеое вп кприсна упплина. За следеое на Спнцеуп дпвплна е една пска па се прпизведуваау мпдули сп гплема дплжина. Кплекупрпу мпже да биде наспшен истпк-запад и да гп следи Спнцеуп пд исупк кпн југ или север југ и да гп следи Спнцеуп пд исупк кпн запад, приупа првиуе имаау преднпсу заупа щуп е ппуребнп мнпгу малп нагпдуваое на 46

следеоеуп , а најмнпгу енергија спбира на пладне, нп перфпрмансиуе науурп и пппладне се мнпгу намалени ппради гплемипу упаден агпл. Преку гпдинауа ппвеќе енергија се дпбива пд кплекупри сп наспка север југ. Меуалнауа ууба на рисиверпу е премашкауа сп селекуивна прекривка кпј има гплема абспрпципна сппспбнпсу за спларна радијација нп мала емиуанса за уермални радијаципни загуби. Суакленауа ууба ги намалува кпнвекципниуе загуби нп вп исуп време абспрбира дел пд спншевпуп зрашеое щуп пресуавува загуба па пбишнп има ануирефлекуивна прекривка заради ппдпбруваое на урансмисијауа на спншевиуе зраци. Кпнвекуивниуе загуби дппплниуелнп мпже да се намалау акп суакленауа ууба ја вакумираме. Уубиуе мпже да бидау сп дплжина пд 25 меури дп 100 меури.Авупмауизиранпуп переое кај пвие кплекупри дппринесува за намалуваое на урпщпциуе кај пвпј вид на кплекупри. Вп уабелауа се дадени парамеуриуе на кплекупр сп парабплишнп кприуп прпизведен пд Американски прпизвпдиуел IST Industrial Solar Technology Парамеуар Рабен агпл на кплекупрпу Рефлекуирашка ппврщина Мауеријал на рисиверпу Оувпр на кплекупрпу Уреуман на ппврщинауа на рисиверпу Абспрбанса 0 Емиуанса при 70 С Урансмиуанса на суакленауа пбикплка Надвпрещен диамеуар на абспрберпу Сигурнпсу на следашкипу механизам Наспшенпсу на кплекупрпу Облик на следеое

Вреднпсу/уип 0 70 С Ппсребрен акрил Челик 2.3 меури Виспкп селекуивен црн никел 0.97 0.18 0.96 50.8 mm 0 0.05 Оскауа вп север-југ наспка исупк-запад

Уабела 2

Механизам за следеое Механизмпт за следеое уреба да биде сигурен и да гп следи Спнцеуп вп пдреден суепен на сигурнпсу, и да гп враќа сисуемпу на ппшеунауа вреднпсу на крајпу пд денпу какп и да биде вп спсупјба да следи и кпга има пблаци. Дппплниуелнп механизмпу уреба да биде вп спсупјба да гп защуиуи кплекупрпу пднпснп да гп извади пд фпкусираое кпга имаме ппасни рабпуни услпви какп: прегреваое, прегплем веуер, или грещка вп уешеоеуп на флуидпу. Ќе разгледаме еден пример на механизам за следеое кпј какп сензпри кприсуи ури фпуппуппрници, кпи регисуираау фпкус, Спнце-пблаци, ден-нпќ и му даваау инсурукции на еднпнаспшнипу мпупр низ кпнурплен сисуем за фпкусираое на кплекупрпу. Сисуемпу ја следи приближнп пауекауа кпга е пблашнп, и гп враќа кплекупрпу на исупк нпќе.Малипу еднпнаспшен мпупр преку редукупр на брзинауа гп движи сисуемпу. Дијаграм на сисуемпу е даден на слика 38.

47

Сл. 38 Механизам за следеое на Спнце Сисуемпу има два гранишни прекинуваши, исупшен и западен, и ури сензпри, пд кпи А е инсуалиран на исупшнауа сурана на кплекупрпу засенеу сп рамкауа, дпдека другиуе два В и С се инсуалирани на кплекупрскауа рамка. Сензпрпу А служи какп фпкусирашки сензпр пднпснп прима дирекнп спншевп зрашеое единсувенп кпга кплекупрпу е фпкусиран и вп упј мпмену гп исклушува мпупрпу. Кпга не е фпкусиран ќе се придвижи мпупрпу. Сензпрпу В е сензпр за пблаци, а сензпрпу С е сензпр за дневна свеулина.Кпга уриуе сензпри се вклушени мпупрпу мирува. Функцииуе се прикажани вп уабелауа. Кпга сензпрпу В не прима дирекна свеулина , се вклушува авупмауски уајмер кпј гп вруи мпупрпу на секпи 2 минууи за 7`. Какп резулуау кплекупрпу гп следи Спнцеуп приближнп и ппвупрнп ќе се фпкусира кпга пак ќе се ппјави Спнцеуп. Кпга сензпрпу С нема да биде псвеулен мпупрпу преку другп реле се вклушува и гп враќа назад се дп исупшнипу гранишен прекинуваш. Овпј следаш е за мали сисуеми, а за ппгплеми сисуеми движеоеуп се врщи сп хидраулишен сисуем. Ппсупјау и следашки сисуеми (Euro Trough) кпи врщау вирууелнп следеое. Сисуемпу сп сензпри е заменеу сп сисуем заснпван на пресмеука на ппзицијауа на Спнцеуп сп кприсуеое на мауемауишки алпгприуам.

5.5.3. Френелпви Кплектпри Френелпвиуе кплекупри има две варијануи: Френелпв кплекупр сп леќи (FLC), прикажан на сликауа ппд (а) и Линеарен Френелпв рефлекупр (LFR) прикажан ппд (b)

48

Сл. 39 Френелпв кплекурпр сп леќа и пгледала

Првипу е направен пд прптирни пласуишни мауеријали и е уака пбликуван да зрациуе пп ппминуваоеуп се спбирау вп фпкуспу кпј мпже да биде упшкасу или линеарен, а вуприпу е направен сп линеарни паршиоа пд пгледалп и најшесуп фпкуспу е линеарен. Линеарнипу Френелпв рефлекупр (LFR) мпже да се разгледува какп искрщен кплекупр сп парабплишнп кприуп, сп упа щуп ппсебниуе ленуесуи паршиоа не мпра да бидау сп парабплишна фпрма. Овие ленуи мпжау да бидау ппсуавени и на земјауа , а свеулинауа да ја фпкусираау на рисивер ппсуавн над нив. Вп упј слушај мпже да се кпнсуруира гплем абспрбер и упј да не се движи. Најгплема преднпсу на пвпј сисуем е щуп пгледалауа мпже да бидау рамни или еласуишни пгледала кпи не се уплку скапи какп парабплишниуе пгледала. Дпдауна преднпсу е щуп се ппсуавени на земја щуп ги намалува сурукуурниуе бараоа и ппмала е псеуливпсуа на веуер.

Сл. 40 Линеарен Френелпв кплекупр ппсуавен на земја Една ппуещкпуија сп LFR уехнплпгијауа е щуп заради избегнуваое на засенуваоеуп и блпкираоеуп ппмеду спседниуе рефлекупри дпведува дп згплемен прпсупр меду рефлекуприуе. Блпкираоеуп мпже да се избегне сп згплемуваое на висинауа на абспрбирашкауа кула нп упа ја згплемува ценауа. Рещение на пвпј прпблем е сп кприсуеое на две кули, щуп е спсема извпдливп вп слушај 49

на гплеми пплиоа каде има ппвеќе кули. Упа гп намалува блпкираоеуп на снпппу. Принциппу е прикажан на сликауа.

Сл. 41 Френелпв кплекупр сп две кули заради избегнуваое блпкираое

5.5.4. Кплектпр сп рефлектпр парабплична чинија (PDR) Кплектпрпт сп рефлектпр вп вид на чинија (Parabolic Dish Reflector) е сп упшкасу фпкус кплекупр кпј гп следи Спнцеуп пп две пски, кпнценуирајќи ја спншевауа енергија вп рисиверпу кпј е намесуен вп фпкуснауа упшка на шинијауа. Чиниесуауа сурукуура мпра целпснп да гп следи Спнцеуп за да гп рефлекуира снпппу вп рисиверпу. За уаа цел се кприсуи следешки механиза, слишен на ппищанипу вп преухпднауа глава. Ппуребни се два уакви механизми.

Сл. 42 Кплекупр сп парабплишна шинија Рисиверпу ја абспрбира емиуиранауа спншева енергија, преувпрувајќи ја вп упплинска вп кружешки флуид. Упплинскауа енергија мпже да биде преувпрена или вп елекуришна, кприсуејќи мпупргенераупр сппен дирекнп на рисиверпу, или да се урансппруира низ цевки дп ценурален енергеускп преувпрувашки сисуем. Парабплишниуе сисуеми сп шинија мпжау да дпсуигнауа уемперауура и дп 15000С. Парабплишниуе шинии имаау некплку важни преднпсуи:   

Бидејќи се секпгащ наспшени кпн Спнцеуп уие се најефикасни пд сиуе кплекупрски сисуеми. Уие имаау уипишнп кпнценурирашки пднпс пд 600 дп 2000 и заупа се виспкп ефикасни при уермишкп абспрбирашкиуе и енергеускп преувпрувашкиуе сисуеми. Уие се мпдуларна кплектпрска и приемна единица кпи мпжау да функципнираау или независнп или какп дел пд ппгплем сисуем на шинии. 50

Главна уппуреба на пвпј вид кпнценураупри е за мащини сп парабплишни шинии. Мащинскиуе сисуеми сп парабплишна шинија се елекуришни генераупри кпи гп кприсуау Спнцеуп за да прпизведау елекуришна енергија.

5.5.5. Хелипстати За дпбиваое ексуремнп виспка вреднпсу на зрашна енергија, мнпжествп пд рамни пгледала, или хелипсуауи, мпже да бидау наспшени да гп рефлекуираау зрашеоеуп кпн една цел какп щуп е прикажанп на слика 43.

Сл. 43 Кплекупр хелепсуаускп ппле или ценурален рисивер Уие се нарешени хелепстатскп ппле или централен рисивер. Сп кприсуеое на малку вдлабнауи сегменуи пд пгледала врз хелипсуауиуе, гплем дел пд уермишкауа енергија мпже да биде наспшен вп пувпрпу на парен генераупр за дпбиваое пареа при виспки уемперауури и приуиспци. Кпнценуриранауа упплинска енергија абспрбирана сп рисиверпу се пренесува на кружешки флуид кпј мпже да биде складиран за ппкаснп да прпизведе елекуришна енергија. Ценуралниуе рисивери имаау некплку преднпсуи:    

Уие спбирау спларна енергија ппуишки и ја пренесуваау дп еден рисивер, уака минимизирајќи ги уермишкиуе енергеуски урансппруни бараоа. Уие уипишнп ппсуигнуваау кпнценураципни пднпси пд 300 дп 1500 па се виспкп ефекуивни и вп спбираоеуп на енергија и вп преувпраоеуп вп елекурициуеу. Уие мпже енергијауа да ја складираау Прилишнп се гплеми (ппгплеми пд 10 MW) и имаау екпнпмска придпбивка пд гплеминауа.

Секпј хелипсуау има пд 50 дп 150 m2 рефлекуирашка ппврщина, сп шеуири пгледала инсуалирани на заеднишки нпсаш заради екпнпмишнпсу какп щуп е прикажанп на сликауа. Хелиепсуауиуе ја спбираау и наспшуваау спншевауа свеулина врз приемникпу кпј ја абспрбира кпнценуриранауа спншева свеулина, пренесувајќи ја нејзинауа енергија на флуид кпј преусуавува упплински 51

разменуваш. Урансппрунипу сисуем на упплина, кпј се спсупи впглавнп пд цевки, пумпи и венуили, гп наспшува флуидпу вп заувпрен круг меду рисиверпу , складпу и сисуемпу за преувпруваое на енергија. Уермишкипу склад ја шува енергијауа за кпга ќе биде ппуребна.

Сл. 43 а. Пример на кплекупр хелепсуаускп ппле или ценурален рисивер Сисуемпу за складираое исуп уака гп раздвпјува спбираоеуп на спншевауа енергија пд нејзинпуп преувпраое вп елекуришна. Сисуемпу за преувпраое вп елекуришна енергија спдржи генераупр на пареа, уурбина, геренераупр на елекуришна енергија сп придружна ппрема за преувпруваое на уермишкауа енергија вп елекуришна и нејзинп спрпведуваое дп кприснишкауа мрежа. Пп спбираоеуп на енергијауа сп спларнипу сисуем, преувпруваоеуп на уермишкауа вп елекуришна енергија има мнпгу слишнпсуи сп кпнвенципналниуе уермпценурали кпи рабпуау на фпсилнп гпривп. Кплекупрпу и рисиверпу генералнп ги има вп ури кпнфигурации. Вп првауа хелепсуауиуе кпмплеунп ја пбикплуваау кулауа, и рисиверпу кпј е цилиндришен, е сп надвпрещна ппврщина за пренпс на енергија. Вп вуприпу слушај хелепсуауиуе се ппсуавени севернп пд кулауа, а рисиверпу има заувпрена ппврщина за пренпс на енергија. Вп уреуипу слушај хелипсуауиуе се намесуени ппвупрнп севернп пд кулауа, а рисиверпу има северна ппсуавена ппврщина за урансфер на упплина.

52

6. Фотоволтаици Фпупвплуаишниуе мпдули (PV) се уреди направени пд цврсуп уелп (пплуспрпвпдници) кпи гп преувпраау дирекнпуп спншевпуп зрашеое вп елекуришна енергија. PV ппремауа нема ппдвижни делпви, па бара минималнп пдржуваое и има дплг век. Фпупвплуаишниуе сисуеми мпже да бидау изградени вп решиси билп кпја гплемина пд mW дп MW, а сисуемиуе се мпдуларни, ппвеќе панели мпже леснп да се дпдаваау за да се згплеми излезпу. Фпупвплуаишниуе сисуеми мпже да рабпуау сампсупјнп или приклушени на мрежа Фпупвплуаишниуе сисуеми иакп се скапа уехнплпгија, генерален уренд е непрекинауп падаое на цениуе, ценауа на фпупвплуаишни панели денеска се движи дп 2 евра пп 1W врвна мпќнпсу иакп ппсупјау прпизвпдиуели кпи ги прпдаваау и ппд 1 дплар пп 1W врвна мпќнпсу. Ппкрај упа нивнипу кпефициену на пплезнп дејсувп се ппвеќе расуе щуп знаши ппвеќе KWh пд ппмала ппврщина. Гпдищнпуп свеускп прпизвпдсувп е вп GW и е вп ппсупјан ппрасу пд пкплу 40% на гпдищнп нивп. Главен прпблем кпј гп пгранишува щиреоеуп на фпупвплуаициуе е виспкауа цена на прпизвпдсувпуп на лисупвиуе пплупрпвпдници ппуребни за израбпука. Ценауа мпже да се намали преку некулку алуернауивни пауищуа. Сисуемиуе заснпвани на мауеријали пд уенпк филм, какп ампрфни силикпнски легури, кадмиум уелурид, или бакар индиум деселенид се ппсебнп веуувашки бидејќи се ппдпбни за маспвнп прпизвпдсувени уехники, а кплишинауа на акуивна мауерија щуп се бара е мала. Фпупвплуаишниуе сисуеми се ппсебнп ппгпдни за: уппуреба на месуа пддалешени пд мрежауа, за ппврзуваое на мрежа заупа щуп енергијауа ја даваау вп време кпга има најгплема ппуреба пд елекуришна енергија, и енергијауа щуп ја даваау е блиска дп ппурпщувашиуе сп щуп се намалуваау пренпсниуе урпщпци. Фпупвплуаишниуе ќелии се направени пд два или ппвеќе слпја на пплупрпвпднишки мауеријал, најшесуп силициум. Кпга силициумпу се излпжи на свеулина, се спздаваау елекуришни пплнежи; кпи мпже да бидау пднесени преку меуални кпнуакуи вп вид на елекуришна суруја. Елекуришнипу излез пд една ќелија е мал, па ппвеќе ќелии се ппврзани и заувпрени (пбишнп сп суаклена ппкривка) за фпрмираое на мпдул (исуп нарешен и панел). Фпупвплуаишнипу панел е главен градбен блпк вп PV сисуем, а билп кпј брпј пд панели мпже да биде ппврзан заеднп за да гп даде ппсакуванипу елекуришен излез. Ова е една пд преднпсуиуе на PV сисуемпу. Фпупвплуаишниуе ќелии се направени пд пплупрпвпднишки мауеријали кпи имаау умерена прпвпднпсу. Најшесуп кприсуени мауеријали се силициумпу Si и спеднинениеуп кадмиум сулфид CdS, бакар сулфид Cu2S и галиум арсенид GaAs

6.1.Полуспроводници Аупмиуе се спсупјау пд јадрп и елекурпни кпи се вруау вп прбиуи пкплу негп. Сппред кванунауа механика, елекурпниуе мпже да се напдаау самп на ппределени патеки (прбиуи) пднпснп не 53

мпже да имаау билп каква енергија ууку упшнп ппределена. Кај елеменуиуе кпи имаау ппвеќе прби, елекурпниуе пд прбиуиуе ппблиску дп јадрпуп имаау ппнискп енергетскп нивп (зпна) пд пние вп ппдалешниуе. Прпсупрпу меду две прбиуи е забранета зпна. Највиспкп енергеускп нивп имаау елекурпниуе вп надвпрещнауа пбвивка кпи се викаау валентни. Валенуниуе елекурпни се единсувениуе кпи мпжау да се ппврзуваау сп други аупми и на кпи дпкплку им се даде ппределена енергија мпже да ја напущуау валенунауа зпна и да суанау слпбпдни, а аупмпу кпј изгубил елекурпн суанува ппзиуивен јпн. Слпбпдниуе елекурпни се напдаау на ппвискпкп нивп пд валенуниуе, пднпснп се префрлаау пд валенунауа зпна вп спрпвпдна. Уие се пдгпвпрни за елекуришнауа и упплинска спрпвпднпсу и пваа зпна е нарешена спрпвпдна зпна. Разликауа вп енергија на елекурпниуе вп валенунауа и прпвпднауа зпна се вика зпнски прпцеп.

Сл.44. Енергеуски зпнски дијаграм на ури вида мауеријали Мауеријалиуе кпи имаау гплема забранеуа зпна и немаау слпбпдни елекурпни вп прпвпднауа зпна на спбна уемперауура се нарешени изплаупри. Ширинауа на забранеуауа зпна е ппгплема пд 3 eV. Мауеријалиуе сп валенуен прпцеп сп средна щирпшина се нарешени пплупрпвпдници. Нивнауа щирина на забранеуауа зпна е ппмала пд 3 eV. Нивнауа сурукуура на зпниуе е слишна сп пнаа на инзплауприуе нп нивнипу енергеуски прпцеп е мнпгу ппмал. Уие имаау мал брпј слпбпдни елекурпни вп спрпвпднауа зпна . Секпј пплупрпвпдник има свпја щирина на забранеуа зпна кпја ги пдредува негпвиуе свпјсува ( InSb - 0.17 eV, Ge - 0.67 eV, Si - 1.12 eV, GaAs - 1.43 eV GaP - 2.26 eV, 6H-SiC - 2.9 eV, GaN - 3.5 eV) . Ппсупјау два уипа на пплупрпвпдници ппслаби интринсични и пние кпи имаау мал брпј на примеси нарешени екстринсични пплуспрпвпдници. Валенуниуе елекурпни кај инуринсишниуе пплупрпвпдници мпже да се впзбудау уермишки или ппуишки сп щуп ќе гп прескпкнау енергеускипу прпцеп. На спбна уемперауура мал брпј елекурпни гп прескпкнуваау енергеускипу прпцеп.

54

6.2.p-n спој Силициумпу се напда вп шеувруауа група пд перипднипу сисуем на елеменуиуе пднпснп имаау шеуири елекурпни вп валенунпуп ппдрашје. Акп вп пплупрпвпдникпу внесеме аупми на примеси пд пеуауа група, какп арсен As, ануимпн Sb ... , шеуири пд валенуниуе елекурпни се врзуваау вп кпваленуни врски а пеуипу сп мнпгу мал дпдаупк на енергија се пслпбпдува. Пплупрпвпдникпу кпј ќе се дпбие се вика пплупрпвпдник пд n-тип. Овие слпбпдни елекурпни кај n-уип пплупрпвпдникпу пресуавуваау нпсиуели на елекурициуеу. Аупмиуе пд примесиуе кпи изгубиле пп еден елекурпн преусуавуваау ппзитивни јпни и уие се неппдвижни. Примесиуе заупа щуп даваау пп еден елекурпн ги викаме дпнпри. Пплупрпвпднициуе вп кпи се внесува примеси пд уреуауа група какп галиу Ga или индиум In се викаау p-тип пплупрпвпдници. Примесиуе леснп примаау пп еден елекурпн пд спседниуе силициумски аупми приупа уие суануваау негауивнп наелекуризирани јпни дпдека спседиуе кпи изгубиле елекурпн ппзиуивни щуплини. Нпсиуели на елкурициуеу ќе бидау щуплиниуе а негауивниуе јпни се неппдвижни. Примесиуе кпи примаау елекурпни ги викаме аксептпри.

Сл. 45 Пплупрпвпдник пд разлишен уип а) n-уип b)p-уип Ппради слпбпдниуе нпсиуели и p и n уип пплупрпвпдникпу преусуавуваау дпбри прпвпдници. Кпга двауа уипа пплупрпвпдници се сппјау на гранишнауа ппврщина насуанува префрлаое на слпбпдниуе нпсиуели пд еднауа на другауа сурана, пднпснп дифузнп движеое. Кпга нпсиуелиуе ќе се рекпмбинираау псуанува прпсупр без слпбпдни нпсиуели единсувенп сп ппзиуивни јпни на n суранауа и негауивни јпни на p суранауа. Прпсупрнипу елекуришен пплнеж спздава внаурещнп елекуришнп ппле и ппуенцијална разлика кпе гп спрешува ппнауампщнпуп движеое на нпсиуели пднпснп се спздава бариера. P-N сппјпу се пднесува какп дипда.

Сл. 46 Прпцеси щуп се пдвиваау при сппјуваое на p и n-уип пплупрпвпдник 55

6.3.Фотоволтаичен ефект Кпга фпупнпу падне врз аупм пд пплупрпвпднишки мауеријал мпже да биде рефлекуиран, абспрбиран или урансмиуиран. Кпга фпупнпу се абспрбира пд валенуниуе елекурпни на аупмпу, енергијауа на елекурпнпу се згплемува за енергијауа на фпупнпу. Акп енергијауа е ппгплема пд гплеминауа на енергијауа на забранеуауа зпна елекурпнпу ќе се префрли вп слпбпднауа зпна и ќе мпже да се движи. Пплупрпвпднишкипу аупм кпј приупа раскинал една кпваленуна врска суанува щуплина. Дпкплку пва се слуши вп бариерауа внаурещнпуп елекуришнп ппле ќе ги наспши щуплинауа кпн p суранауа а елкурпнпу кпн n суранауа. На краевиуе пд p-n сппјпу ќе се ппјави наппн и дпкплку се заувпри елекуришнпуп кплп ќе ппуеше елекуришна суруја. Акп енергијауа на фпупнпу не е дпвплна за префрлаое на елекурпнпу пд валенуна вп прпвпдна зпна, енергијауа ќе се преувпри вп кинеуишка щуп впди дп згплемуваое на уемперауурауа. Уреба да се сппмне дека без разлика кплкава е гплеминауа на енергијауа на фпупнпу, упј не мпже да ппбуди ппвеќе пд еден елекурпн. Рабпуеоеуп

на

фпупвплуаишна

ќелија

е

прикажана

на

слика

46.

Eнергијауа на фпупнпу

h=6.625 x 10-34 Js C=3 x 108m/s Eg=1.12eV =1,6 x 10-19 за Si Eg=Ep пд пвде

Сл. 46 PV ќелија сп ппурпщуваш Најдпвме дека фпупн сп бранпва дплжина 1.12 или ппмалку е кприсна за спздаваое пар елекурпн щуплина пднпснп елекурициуеу. Сп прпверка вп кривауа на спекурална дисурибуција (слика 5) мпже да се види дека силициумскиуе фпупќелии мпжау да гп кприсуау ефекуивнп ппгплемипу дел пд спларнпуп зрашеое. Брпјпу на фпупни , кпи падаау на ќелијауа мпже да се прпцени пд инуензиуеупу на свеулинауа Ip .

.

.

.

.

.

.

.

.

.

(69)

Фпупќелијауа се спсупи пд акуивна фпупвплуаишна мауерија, меуални жици, ануирефлекуивана ппкривка, и држашки мауеријал. Кпмплеунауа ќелија е ппуимизирана за максимизираое и на 56

сумауа на светлина кпја влегува вп ќелијауа и извлекуваое на максималната мпќнпст пд ќелијауа. Фпупвплуаишнипу мауеријал мпже да биде некпј елемену или спединение. Меуалниуе жици гп засилуваау спбираоеуп на сурујауа пд напред и назад на спларнауа ќелија. Ануирефлекуиванауа прекривка се суава на врвпу пд ќелијауа заради максимизираое на свеулинауа кпја влегува вп ќелијауа. Вп некпи видпви ќелии, гпрнипу дел пд ќелијауа е прекриен сп пплууранспаренуен спрпвпдник кпј функципнира и какп суруен кплекупр и ануирефлекуивна прекривка. Кпмплеунауа ќелија е уред сп два приклушпка ппзиуивен и негауивен. Силициумпу е хемиски елемену кпј ппкрива 25% пд Земјинауа ппкривка. Силициумпвиуе минерали се евуини, нп силициумскиуе ќелии мпра индивидуалнп да се прпизведуваау вп дплг слпжен прпцес кпј вклушува прпшисууваое на силициумпу, извлекуваое дплг крисуал пд суппен силициум, сешеое на крисуалиуе вп уенки дискпви и нанесуваое на разлишни прекривки и елекуришни прпвпдници. Се пшекува серискпуп прпизвпдсувп и авупмауизацијауа сп намалуваое на рабпунауа рака драсуишнп да ја намалау ценауа.

6.4.Карактеристики на фотоволтаични ќелии Фпупвплуаишнипу генераупр впглавнп е спсуавен пд збир на спларни ќелии, ппврзуваое, защуиуни делпви и ппдрщка. Пплупрпвпдникпу е уака уреуиран да се дпбие елекуришнп ппле сп ппзиуивен ппл на заднауа сурана и негауивен на преднауа, кпн Спнцеуп. Кпга фпупниуе удрау вп спларнауа ќелија уие избиваау елекурпни спздавајќи пар елекурпн щуплина кпја се пдведува сп елекуришниуе кабли. Уаа суруја е нарешена фптпструја Iph. Спларнауа ќелија се преусуавува сп елекуришен еквивалену еднп дипден мпдел прикажан на сликауа. Оваа кплп мпже да се кприсуи за ппсебна ќелија, мпдул пд ппвеќе ќелии, или за низа пд некплку мпдули.

RS –сериски пуппр RSH-паралелен пуппр Сл. 46 Елекуришен еквивалену на фпупќелија Од сликауа се гледа дека неуп сурујауа ќе биде разлика меду фпупсурујауа и сурујауа на дипдауа. (

)

.

.

.

.

.

(70)

Обишнп паралелнауа пуппрнпсу е мнпгу ппгплема пд ппупваруваоеуп, дпдека серискауа пуппрнпсу е мнпгу ппмала пд ппупваруваоеуп, па ппмала е мпќнпсуа на дисипација вп внаурещнпсуа на ќелијауа. Одпвде сп игнприраое на пуппрнпсуа за сурујауа ќе дпбиеме 57

(

)

.

.

.

.

.

.

(71)

каде к=1,38 х 10-23 Ј/К Бплцманпва кпнсуануа е=1.602 х 10-19 Ј/V V- наппн на ќелијауа I0-инверзна суруја на засиууваое, кпја единсувенп зависи пд уемперауурауа. На сликауа 47 е прикажана каракуерисуишнауа крива на спларнауа ќелија за ппределенп зрашеое (Gt) при фиксна уемперауура на ќелијауа УС .

Акп ја ппврземе ќелијауа на прпменлив пуппрник R, рабпунауа упшка е ппределена вп пресекпу на I-V каракуерисуикауа на спларнауа ќелија сп I-V каракуерисуикауа на ппупваруваоеуп кпја е прав линија Сл. 47. Наппнскп-сурујна каракуерисуика за фпупвплуаишна ќелија Кривауа зависи пд ппупваруваоеуп и свеулинауа кпја пада врз ќелијауа. Кпга ќелијауа е краукп врзана, сурујауа е максимална (ISC суруја на краука врска) а наппнпу низ ќелијауа е 0. Кпга кплпуп е пувпренп, пднпснп низ прпвпднициуе не уеше елекуришна суруја наппнпу е максимален (V OC наппн на пувпренп кплп). И вп двауа слушаи мпќнпсуа кпја е прпизвпд пд наппнпу и сурујауа е нула. За малп ппупвправуаое ќелијауа се пднесува какп кпнсуануен извпр и рабпуи вп регипнпу АВ. Акп ппупваруваоеуп е гплемп рабпуи вп DE пбласуа каде се пднесува какп кпнсуануен наппнски извпр сп наппн решиси ису сп наппнпу на пувпренп кплп. На сликауа е прикажана зависнпсуа на мпќнпсуа при разлишни наппни и суруи

Мпќнпсу какп прпизвпд на суруја и наппн Максимална мпќнпсу вп упшкауа С Pmax=ImaxVmax Ropt Oпуимален пуппр вп упшкауа С

Сл. 48 Зависнпсу на мпќнпсу пд наппнпу

58

Упшкауа С се вика упшка сп максимална мпќнпсу, кпја е и рабпуна упшка сп Pmax, Imax, Vmax , при кпи излезнауа мпќнпсу се максимизира. Кпга е дадена Pmax мпже да се пресмеуа фактпрпт на испплнетпст FF Pmax=ISCVOC FF .

.

.

.

.

.

.

.

.

(78)

Факупрпу на испплнеупсу е мерка на реална I-V крива. Кај дпбриуе ќелии нејзинауа вреднпсу е ппгплема пд 0.7 . Факупрпу на испплнеупсу ппада какп уемперауурауа расуе. Максималнауа мпќнпсу мпже да се најде ургнувајќи пд равенкауа за мпќнпсу *

(

)+

.

.

.

.

.

.

.

(79)

За да гп најдеме наппнпу при кпј се дпбива максимална мпќнпсу диференцираме мпќнпсу пп наппн и изеднашуваме на нула и дпбиваме (

)

.

.

.

.

.

.

(80)

Оваа равенка гп дава наппнпу кпј ја максимизира мпќнпсуа изразена преку сурујауа на краука врска (Isc=Iph), уемнауа суруја на засиууваое I0 и апсплуунауа уемеперауура TC. Акп вреднпсуа на пвие ури парамеури се ппзнауи упгащ мпже да се дпбие вреднпсуа на наппнпу пп пау на пбиди и грещки. Сурујауа на ппупваруваое Imax кпја ја максимизира излезнауа мпќнпсу се дпбива кпга равенкауа за наппн се замени вп равенкауа за суруја за да на крај се дпбие .

.

.

.

.

.

.

.

.

(81)

.

.

.

.

.

.

.

.

.

(82)

На крај дпбиваме

Друг парамеуар е ефикаснпста кпја е дефинирана какп максимална излезна елекуришна мпќнпсу ппделена сп упаднауа свеулпсна мпќнпсу. Ефикаснпсуа вппбишаенп се дефинира за фпупвплуаишна ќелија на уемперауура пд 250С и упадна свеулина сп псвеуленпсу пд 1000W/m2 сп спекуар близпк дп пнпј на свеулина при спларнп пладне. Ппдпбруваоеуп на ефикаснпсуа на ќелииуе е дирекнп ппврзанп сп намалуваоеуп на ценауа на фпупвплуаишнипу сисуем. Какп резулуау на серија пд уехнплпщки унапредуваоа ппсуигнауа е ефикаснпсу на крисуалниуе спларни силициумски ќелии пд 14% дп 15 % , на ппликрисуалниуе силициумски пд 12% дп 13% вп маспвнпуп прпизвпдсувп.

59

.

.

.

.

.

.

.

.

(83)

каде А=ппврщина на ќелијауа (m2) Згплемуваоеуп на инуензиуеупу на спншевп зрашеое лпгприуамски гп згплемува наппнпу дпдека сурујауа се згплемува линеарнп. Уемперауурауа влијае на наппнпу кпј ппада линеарнп сп ппрасупу на уемперауурауа дпдека сурујауа незнашиуелнп расуе уака да мпќнпсуа ппада сп расуеоеуп на уемперауурауа, а сп упа ппада и ефикаснпсуа на ќелијауа.

Сл. 49. Влијание на псвеуленпсуа и уемперауурауа врз ќелијауа Спларниуе ќелии мпже да ги ппврзуваме сериски сп щуп гп згплемуваме нивнипу наппн или паралелнп сп щуп ја згплемуваме нивнауа вкупна суруја.

Сл. 50. Паралелнп и серискп ппврзуваое на две иденуишни ќелии

60

Фпупвплуаишниуе панели се спсуавени пд ппвеќе спларни ќелии ппдгпувени за надвпрещна уппуреба. Панелиуе вп фпупвплуаишниуе сисуеми ги ппврзуваме сериски вп низи за да дпбиеме ппгплем наппн и паралелнп за да дпбиеме ппгплема суруја.

Сл.51. Серискп и паралелнп ппврзуваое на мпдули

6.5.Видови на фотоволтаични технологии Денеска има мнпгу видпви на PV уехнплпгии пд кпи ќе разгледаме некпи 





Мпнпкристални силициумски ќелии. Овие ќелии се направени пд шису мпнпкрисуален силициум. Вп нив силициумпу има една кпнуинуирана крисуална сурукуура кпја решиси да нема дефекуи и нешисупуии. Главна преднпсу им е виспкауа ефекуивнпсу, кпја пбишнп се движи пкплу 15%. Недпсуаупк на пвпј вид ќелии е слпженипу прпцес на прпизвпдсувп кпј бара прпизвпдсувп на мпнпкрисуален силициум, кпј резулуира вп нещуп ппгплема цена пд пние сп друга уехнплпгија. Ппликристални силициумски ќелии. Ппликрисуалниуе ќелии се прпизведуваау кприсуејќи гплем брпј зрнца (гранули) пд мпнпкрисуален силициум. Вп прпцеспу на прпизвпдсувпуп суппенипу ппликрисуален силициум се пбликува вп ингпуи, кпи ппследпвауелнп се сешау вп уенки лисупви и се спсуавуваау вп кпмплеуна ќелија. Ппради ппевуинипу прпцес на прпизвпдсувп уие се ппевуини, нп кпефициенупу на ефикаснпсу е ппмал пкплу 12%. Ампрфен силициум. Овие ќелии се разликуваау пд преухпдниуе пп упа щуп намесуп крисуална сурукуура, ампрфниуе силициумски ќелии се спсуавени пд силициумски аупми вп уенпк хпмпген слпј. Дпдаунп ампрфнипу силициум абспрбира свеулина ппефекуивнп пд крисуалнипу, щуп дпведува дп ппуенки ќелии, ущуе ппзнауи и какп ќелии сп тенпк филм. Најгплема нивна преднпсу е щуп ампрфнипу силициум мпже да се нанесува на щирпк 61



ппсег пд пснпви (субсурауи), цврсуи и флексибилни. Нивен недпсуаупк е малипу кпефициену на ефикаснпсу пд пкплу 6%. Термпвплтаици. Овие ќелии намесуп спншева свеулина, кприсуау инфрацрвен дел пд зрашеоеуп, пднпснп уермишкауа радијација. Кприсуау пупад какп енергеуски извпр.Преувпраоеуп е на исуи нашин какп и преухпднп единсувенп щуп се разликуваау уемпераууриуе на зрашеое. Овде намесуп радијацијауа да присуига пд Спнцеуп кпе се напда на 6000К уие примаау зрашеое пд извпри кпи имаау уемперауура пд 1300 дп 1800К и се на блискп расупјание и се вп уесен фреквенуен ппсег.

Дпдаунп на гпренаведениуе видпви, брпјни други веуувашки мауеријали, какп кадмиум телурид CdTe и бакар индиум диселенид CuInSe2 се кприсуау денес за PV ќелии. Главен уренд денес е кприсуеоеуп на пплимери и пргански спларни ќелии. Привлешнпсуа на пвие уехнплпгии е щуп уие ппуенцијалнп нудау брзп прпизвпдсувп пп ниски цени вп сппредба сп крисуалниуе силициуски уехнплпгии, иакп сеущуе уие имаау низпк кпефициену на ефикаснпсу (4%) и сурадаау пд несуабилнпсу пднпснп брзп се распадаау. Друг вид уреди вп прпцес на испиууваое се нанп-PV, кпи се смеуаау за уреуа генерација на фпупќелии. Намесуп прпвпдни мауеријали и суаклена пснпва, нанп уехнплпгииуе се базираау на ппкриваое или мещаое на „пешауливи“ и флексибилни пплимерни пснпви, сп елекуришнп прпвпдни нанпмауеријали. Овпј вид на фпупвплуаици се пшекува да биде кпмерцијалнп дпсуапен вп следниуе некплку гпдини, и знашиуелнп ќе ги намали виспкиуе цени на PV ќелииуе.

6.6.Инвертори Инверуерпу се кприсуи за преувпруваое на дирекнауа суруја вп наизменишна. Излезпу мпже да биде мпнпфазен или урифазен. Инверуереуи се рангирани сппред вкупнауа мпќнпсу кпја се движи пд некплку супуина вауи дп мегавауи. Инверуериуе се каракуеризираау сп кпефициену на пплезнп дејсувп . Ппкрај менуваоеуп на DC вп AC, главна функција на инверуериуе е да гп пдржуваау наизменишнипу наппн кпнсуануен, и да ја преувпрау влезнауа мпќнпсу вп излезна сп најгплем мпжен кпефициену на ефикаснпсу. .

.

.

.

.

.

.

(84)

6.7.Следачи на врвна моќност Какп щуп видпвме преухпднп фпупвплуаишниуе ќелии имаау една рабпуна упшка каде вреднпсуиуе на суруја и наппн на ќелијауа дава максимална мпќнпсу на излез. Овие вреднпсуи пдгпвараау на 62

пуппр кпј е еднакпв на R=E/V. Ќелииуе имаау експпненцијална зависнпсу меду наппнпу и сурујауа, и пдпвде ппсупи самп една ппуимална рабпуна упшка кпја се вика и упшка на максимална мпќнпсу (MPP maximum power point). Оваа упшка се менува зависнп пд зрашеоеуп и уемперауурауа. Следачите на тпчката на максимална мпќнпст (MPPT-maximum power point tracker) кприсуау некпј вид на управувашкп кплп или лпгика за да ја бараау уаа упшка и уака да му пвпзмпжау на преувпрувашкпуп кплп да извлеше максимална мпќнпсу пд ќелијауа. Всущнпсу следашиуе гп ппуимизираау наппнпу за да ја максимизираау сурујауа. Уипишнп наппнпу на PV сисуемпу се менува авупмауски. Еднпсуавниуе следаши мпже да имаау фиксни пд ппераупрпу пдбрани упшки. МРРУ е меупд за управуваое на кпнурплерпу за напдаое ппуимална рабпуна упшка. Овпј следаш е кпнурплер на пплнеоеуп заради максималнп искприсууваое на ппуенцијалпу на ќелијауа. Всущнпсу следашпу е виспкп-ефекуивен DC-DC преувпруваш кпј функципнира какп ппуималнп елекуришнп ппупваруваое на спларнипу панел и ја преувпра енергијауа на наппн кпј е пппдгпварашки на сисуемпу кпј уреба да ја кприсуи енергијауа. Следашпу на врвна мпќнпсу мпже да се ппраша ппсебнп какп сампсупен уред или какп вграден вп пплнаш на бауерии или вп инверупрпу.

6.8.Примена на фотоволтаични ќелии Применауа на фпупвплуаишниќелии за наппјуваое на елекуришни уреди е щирпка, пд наппјуваое на смеуашки уреди, радипуреди, па се дп наппјуваое на вселенски леуала. Приупа ппурпщувашпу мпже да биде дирекнп сппен на фпупвплуаишнипу панел на пример за наппјуваое впдени пумпи, нп упгащ ппурпщувашпу е мнпгу зависен пд временскиуе услпви. Друг нашин на кприсуеое е сп бауерии вп кпи ќе се шува елекуришнауа енергија, а ќе се кпрису кпга е ппуребнп. Бидејќи ппвеќеуп пд елекупнскиуе и елекуришни уреди се прилагпдени за рабпуа на 230V наизменишен наппн се јавува ппуреба пд инверуери сп кпи ќе се урансфпрмира наппнпу и сурујауа. Се кприсуау и сисуеми кпи немаау ппуреба пд бауерии ууку инверуприуе дирекнп ја предаваау енергијауа на елекуришнауа мрежа.

63

7. Заклучок Главна кпмппненуа на секпј спларен сисуем кпнсуруиран за искприсууваое на спларнауа енергија е кплекупрпу. Од негпвиуе парамеури зависау и перфпрамнсиуе на целипу сисуем. Сп цел дизајнираое на кплекупр ппуребнп беще да се заппзнавме сп закпниуе на прпсуираое на свеулинскиуе зраци, сп нивнауа абспрпција, рефлексија и прппущуаое. Фуврдивме дека загубиуе се мнпгу биуен факупр за кплекуприуе. Шуп се пднесува дп кпнценурирашкиуе кплекупри кпи рабпуау на мнпгу виспки уемперауури ппсебнп беще биунп намалуваоеуп на загубиуе пд радијација и кпнвекција. Кпнценурирашкауа уехнплпгија е најверпјаунп главен кандидау за пбезбедуваое на шпвещувпуп сп пбнпвлива енергија, бидејки пднпспу на цена-ефекуивнпсу кај нив е најгплем и мпжнпсуиуе щуп ги нудауа уие какп вп индусуријауа уака и вп прпизвпдсувпуп на елекуришана енергија се пгрпмни.

64

8. Користена Литература 1. SOLAR ENGINEERING OF THERMAL PROCESSES JOHN A. DUFFIE WILLIAM A. BECKMAN 2. SOLAR ENERGY ENGINEERING Processes and systems Soteris Kalogirou 3. Infrared Handbook William L. Wolfe, George J. Zissis

4. Power Systems Design, Analysis, and Operation Mukund R. Patel

65