Влияние снежных отложений на тепловую эффективность трубчатых вакуумированных коллекторов

Угроза глобального потепления стимулирует ускорение энергетического перехода всех стран к снижению ископаемых источников энергии и увеличению возобновляемых источников энергии с развитием экологически чистых и ресурсосберегающих  технологий.  Подавляющая  часть  территории России  относится к  зоне  вечной мерзлоты или к территориям с сезонно промерзающими грунтами. Для таких территорий актуально применение возобновляемых источников энергии, особенно солнечной энергии как наиболее доступной.

В статье представлены результаты экспериментальных исследований режимов работы опытно-промышленной солнечной системы горячего водоснабжения с двумя трубчатыми вакуумированными коллекторами после снежных загрязнений или обледенения поверхностей труб.

Использована методика измерения почасовых значений тепловой энергии от преобразования коллекторами солнечной радиации при загрязненных и очищенных поверхностях коллекторов в солнечный день после снегопада или обледенения. Средняя часовая величина солнечной инсоляции (при загрязненных поверхностях и после их очистки)  получалась  путем  интегрирования  показаний  измерителя  падающего  теплового потока от солнца (по 600 значениям) с интервалом измерений 6 с.

Установлено, что  при обледенении поверхностей труб коллекторов снижение поступления тепловой энергии максимально и составляет 36,96 %, а в остальных случаях эта величина изменяется в пределах от 8,51 до 13,47 %.

1. Avtar R., Tripathi S., Aggarwal A.K., Kumar P. Population – Urbanization – Energy Nexus: A review // Resources. 2019. V. 8. P. 136. DOI: 10.3390/resources8030136

2. Peña-Ramos J.A., Bagus P., Amirov-Belova D. The North Caucasus Region as a Blind Spot in the «European Green Deal»: Energy Supply Security and Energy Superpower Russia // Energies. 2021. 14. 17. DOI: 10.3390/en14010017

3. Казанджан Б.И. Системы солнечного теплоснабжения // Энергия: экономика, техника, экология. 2005. № 12. С. 10–16.

4. Tsvetkov N.A., Krivoshein Y.O., Khutornoi A.N., Boldyryev S., Petrova A.V. Development of the Computer-Aided Application for the Use of Solar Energy in the Hot Water Supply System of Russian Permafrost Regions // Chemical Engineering Transactions. 2020. 81. P. 943–948. DOI: 10.3303/CET2081158

5. Tsvetkov N.A., Krivoshein U.O., Tolstykha A.V., Khutornoi A.N., Boldyryev S. The calculation of solar energy used by hot water systems in permafrost region: An experimental case study for Yakutia // Energy. 2020. 210. 118577. URL: https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.118577

6. Al Siyabi I., Al Mayas, A., Al Shukaili A., Khanna S. Effect of Soiling on Solar Photovoltaic Performance under Desert Climatic Conditions // Energies. 2021. 14. 659. URL: https://doi.org/10.3390/en14030659

7. Mustafa R.J., Gomaa M.R., Al-Dhaifallah M., Rezk H. Environmental Impacts on the Performance of Solar Photovoltaic Systems // Sustainability. 2020. 12. 608. DOI:10.3390/su12020608

8. Farahmand M.Z., Nazari M.E., Shamlou S., Shafie-khah M. The Simultaneous Impacts of Seasonal Weather and Solar Conditions on PV Panels Electrical Characteristics // Energies. 2021.14. 845. URL: https://doi.org/10.3390/en14040845

9. Bergin M.H., Ghoroi C., Dixit D., Schauer J.J., Shindell D.T. Large Reductions in Solar Energy Production Due to Dust and Particulate Air Pollution // Environ. Sci. Technol. Lett. 2017. 4. P. 339−344. DOI: 10.1021/ACS.ESTLETT.7B00197

10. Костенко А.Ю. Солнечный коллектор – достоинства и недостатки, перспективы // Источники энергии на земле. URL: https://istochnikienergii.ru/sitemap (дата обращения: 10.02.2022).

11. Alicja Siuta-Olcha,Tomasz Cholewa, Kinga Dopieralska-Howoruszko. Experimental studies of thermal performance of an evacuated tube heat pipe solar collector in Polish climatic conditions // Environmental Science and Pollution Research. 2021. 28. P. 14319–14328. URL: https://doi.org/10.1007/s11356-020-07920-3

12. Ghoneim Adel A. Optimization of evacuated tube collector parameters for solar industrial process heat // International Journal of Energy and Environmental Research. 2017. V. 5. № 2. P. 55-73. Published by European Centre for Research Training and Development UK (www.eajournals.org).

13. Popsueva V., Lopez A.F.O., Kosinska A., Nikolaev O., Balakin B.V. Field Study on the Thermal Performance of Vacuum Tube Solar Collectors in the Climate Conditions of Western Norway // Energies. 2021. 14. 2745. URL: https://doi.org/10.3390/en14102745

14. Бастрон А.В., Михеева Н.Б., Судаев Е.М. Горячее водоснабжение сельских бытовых потребителей Красноярского края с использованием солнечной энергии / Краснояр. гос. аграр. ун-т. Красноярск, 2016. 132 с.

15. Кривошеин Ю.О., Цветков Н.А., Толстых А.В., Хуторной А.Н., Колесникова А.В., Петрова А.В. Эффективная солнечная система горячего водоснабжения для северных территорий // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2020. Т. 22. № 6. С. 119–131. DOI: 10.31675/1607-1859-2020-22-6-119-131

16. Кривошеин Ю.О., Цветков Н.А., Петрова А.В., Толстых А.В., Немова Т.Н. Возможности энергосбережения при работе циркуляционного насоса в гидравлическом контуре коллекторов солнечных водонагревательных систем // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2021. Т. 23. № 4. С. 100–111. DOI: 10.31675/1607-1859-2021-23-4-100-111.

17. Tsvetkov N., Boldyryev S., Shilin A., Krivoshein Y., Tolstykh A. Hardware and Software Implementation for Solar Hot Water System in Northern Regions of Russia // Energies. 2022. 15. 1446. URL: https://doi.org/10.3390/en15041446