Dimensionnement du panneau solaire.
La réalisation du concentratore solaire utilise des miroirs plats simples, de surface carrée de côté 15 cms comme ceux-là en vente près des filiales d'une chaîne connue d'hypermarchés pour l'ameublement soutenus par un support en bois avente rémunéré l'inclinaison apte juste à focaliser la lumière réfléchie sur un étage personne sélectionnée centrale.
Pour réaliser un prototype premier de panneau solaire à la concentration il convient choisir des dimensions telles à le rendre aisément réalisable, aussi dans les matériels trouvables normalement.
Il conviendra réaliser le métier à tisser de support de forme rectangulaire en utilisant des profilés en fer de section carrée de 2 ou 3 cms de côté par exemple; en tenant présent que normalement tels profilé ils sont vendus en barres longs 6 mètres, il conviendra choisir les dimensions comme sottomultipli de telle valeur, par exemple 1 mètre x 2 mètres; de cette manière on pourra demander au fournisseur de subdiviser la barre en 2 hampes de 2 mètres et 2 hampes de 1 mètre.
Il conviendra dimensionare en outre les hampes obliques qui soutiennent le telaietto de 30 cms x 30 cms sur lesquels ira diriger la lumière solaire avec le même critère; en choisissant donc hampes longs 2 mètres chaque, on obtient un tronc de pyramide en tout avec un étage central qui dista environ 176 cms du panneau à la base de la même.
Finalement la dimension du telaietto est telle à permettre la focalisation des miroirs uniques de 15 cms x 15 cms sur une surface de 20 cms x 20 cms, qu'il permet de tolérer petites fautes d'orientation des miroirs uniques, en permettant un bord de 5 cms d'isolant matériel pour minimiser la dissipation de la chaleur et maintenir la partie chaude de la voiture thermique utilisée, par exemple d'un moteur Stirling, à la meilleure température.
En tenant compte que, une fois orientée vers le soleil, la surface du telaietto paie à une ombre des mêmes dimensions, les 4 miroirs correspondants centraux seront omis; à leur place capteurs opportuns seront positionnés pour le contrôle de l'orientation optimale du panneau; le panneau compréhensif des miroirs aura la forme suivante en tout:
Un autre critère important en le réaliser tel panneau est le modularità; on pourra commencer à réaliser un panneau central premier de 1 m x 1 m c'est-à-dire et ensuite ajouter aux côtés des extrêmes du métier à tisser deux panneaux de 1 m x 0,5 m chaque; successivement, de côté de chaque supérieur large de tel métier à tisser ils pourraient ajouter autres deux panneaux de 2 m x 1 m chaque avec les miroirs uniques opportunément orientés vers la même surface centrale.
Dans cette dernière configuration la surface totale arriverait à 6 m² et celle des miroirs aux 4,77 m²; en calculant une puissance de la lumière solaire de 800 w/m² et un coefficient de réflexion totale de 80%, la puissance thermique acheminée sur l'étage central serait de 3,05 Kw; en utilisant un moteur funzionante thermique avec le cycle Stirling ou avec le cycle Brayton avec un rendement de 30% la puissance mécanique obtenue on il pourrait approcher à 1Kw de pic.
Il vaut le coup observer que pour obtenir la même puissance de pic par panneaux photovoltaïques il faudrait utiliser une surface double approximativement, et que le coût d'un panneau photovoltaïque rôde au 300-350 sirocco autour pour chaque 50 w de pic; la valeur de telle installation pourrait leur tourner environ autour ensuite au 6000 sirocco.
Je concerne le numéro total de miroirs utilisé, cela est réuni au rapport de concentration voulu; avec à peu près soixante-dix miroirs on obtient un rapport de concentration d'environ 50:1, qu'il assure une température considérable.
En décidant de réaliser tel concentratore dans la meilleure configuration on peut utiliser miroirs de côté 30 cms x 30 cms par conséquence, également trouvables près de la même chaîne susdite d'hypermarchés de l'ameublement; en tel cas ils les utiliseraient trois panneaux accolés des dimensions de 2,2m x 1m en utilisant en tout des 62 miroirs de telles dimensions, pour une surface totale de 5,58 m², en améliorant le bilan énergétique total.
De toute façon aussi une réalisation de tel concentratore à la vapeur limitée au panneau central seul de 2m x 1m et la conversion de l'énergie thermique en énergie mécanique avec un moteur simple à une expansion, utilizzante un piston seul, avec un rendement n'élevé pas, autour à 10 heures%, porte aux résultats intéressants; en effet en utilisant un alternateur de voiture pour convertir telle énergie mécanique en électrique on devrait obtenir une puissance autour aux 100W, utile pour recharger les batteries pour un éclairage applications de nuit ou autres et à utiliser l'énergie reste thermique, autour à 1Kw, pour réchauffer l'eau; la valeur en tel cas pourrait être supérieur au 700 sirocco pour la partie électrique contrairement à les panneaux photovoltaïques de puissance équivalente, en position fixe et jamais respect optimal à l'éclairage, le concentratore susdit se trouve toujours orienté vers la lumière solaire, avec un presque doublement de la puissance effectivement réalisable et autant de pour l'eau chaude, en étant tel panneau équivalent à un thermique de surface égale, mais, contrairement à ceux-ci toujours orientés de manière optimale.
Autres considérations sur le bilan énergétique du concentratore solaire
La meilleure température prévue dans le concentratore solaire est limitée par le reirraggiamento vers l'extérieur, avec une puissance proportionnelle à la quatrième puissance de la température absolue atteinte et à la surface de la fenêtre à travers laquelle passent les rayons solaires, avente dimensions 20x20 cms, correspondant aux 0,04 m².
L'intensité de l'irraggiamento est exprimée par la loi de Stefan-Boltzmann:
Les = σà, Tm4-Ta4,
en étant σla constante de Stefan-Boltzmann:
σ = 5,67 10-8 W/m²/K4
et au facteur d'absorption, et d'irraggiamento, du matériel considéré; dans notre cas le "matériel" est l'intérieur de la chambre de chauffage du concentratore solaire; si colorée de noir, soit dans les murs intérieurs, en tôle galvanisée, soit dans le tuyau de cuivre, coloré de noir par traitements opportuns, il est assimilable à un "corps noir", avec un facteur d'absorption même à 0,9 ou 0,95
Tm est la température de la surface qui éclaire; Ta la température de l'aambiente environnant, modérées en degrés Kelvvin:
T, en °Kelvin, = 273,15 + T, en degrés °C,
En faisant les calculs opportuns la puissance émise pour irraggiamento à la température de 400-430°C résulte d'environ 500-600 W, c'est-à-dire autour à 20 heures% de la puissance incidente.
Autres considérations stimulées par discussions avec les
Prof. Gianfranco Coletti du Département d'Ingénierie Électrique de l'université de Gênes,
Prof. Maurizio Mazzucchelli, Directeur du Département d'Ingénierie Électrique de l'université de Gênes,
Prof. Enrico Nannei du DITEC (Ingénierie Mécanique),
et avec le Prof. Pierre Castellotti, chercheur aux Pirelli Labs, de Milan,
que je remercie, ils m'ont induit à définir mieux soit le bilan énergétique soit le rendement total de tel concentratore solaire.
Il est utile de définir le rendement total de l'ensemble concentratore solaire en particulier-moteur au cycle Brayton comme je rapporte entre la puissance mécanique ou électrique produite et la puissance de la radiation solaire qui intéresse tel concentratore.
Pour obtenir cette donnée nous pouvons faire référence à la surface réfléchissante totale, celle des panneaux il est grand légèrement pour l'interspazio nécessaire entre les miroirs différents.
Il faut considérer la puissance justement reirradiata à l'extérieur pour le phénomène de l'irraggiamento correspondue par l'ouverture prévue de 20x20 cms en outre, celle-là, aussi blanche, perdue pour conduite, même si je prévois un bon isolement thermique réalisé par laine de roche, et le fait qui ne représente pas de corps "noir" parfaitement, même s'il se rapproche assez.
En appelant le rendement (mécanicien) du moteur ηmoteur, le coefficient de réflexion des miroirs Criflessione, la puissance absorbée par le moteur = puissance incidente-puissance reirraggiata-puissance disparue à travers l'isolement thermique
et ensuite le rapport:
Rp = puissance absorbée par le moteur / puissance incidente
le rendement total est donné par le produit:
ηtotal = ηmoteur * Criflessione * Rp
Avec les données exprimées dans le site la puissance reirraggiata est à propos du 15 ou 20% de cette incidente; le coefficient de réflexion du verre 0,82; en tenant parfaitement pas compte du corps "noir", 0,9 ou 0,95, et de la puissance disparue thermique, 5 ou 10%, on peut arriver à un Rp autour à 0,7
Le rendement mécanique total pourrait être autour ensuite au 56% de ce du moteur, pendant que l'électrique autour au 50% de l'effectif du moteur.
En tout cependant il devrait être grand du rendement des cellules photovoltaïques aux cristaux orientés, à propos du 12%, au-delà à produire eau chaude.
Je concerne la puissance effectivement obtenue il faut considérer aussi que seul à midi et en conditions de ciel limpide il se rapproche y au célèbre Kw/metro², à l'es 850W/m²; à la moitié matinée ou pendant l'après-midi puissance accident solaire en conditions optimales se baisse aux 600W/m² autour, mais cela vaut pour les panneaux photovoltaïques aussi pour qu'il est défini avec référence à une intensité de la radiation solaire de 1Kw/m²; donc un panneau solaire exposés par 50 watts de pic à une radiation accident normal solaire à sa surface de 600 W/m² fournira une puissance de 30 W effectifs; si la radiation solaire arrive par contre inclinée avec un angle je αrespecte à la normal, comme il arrive pour les panneaux normalement met en position fixe, à es sur le toit d'une habitation, la puissance fournie par tel panneau résulte:
Pelettrica = 30 cos αWatt
par exemple avec une inclinaison de 45° la puissance distribuée par tel panneau photovoltaïque de 50 W de pic et avec une intensité de la radiation solaire de 600 W/m² sera:
Pelettrica = 21 Watts
Dans le complexe le concentratore décrit devrait fournir au moins les mêmes Watts de pic d'un bon panneau aux cellules photovoltaïques de la surface même, donc moins du Kw décrit mais supérieur aux 500W.
En recouvrant cependant la surface du collecteur solaire avec couches minces opportunes à la base d'oxydes spéciaux qu'ils limitent le reirraggiamento de l'énergie vers l'extérieur, surtout en l'infrarouge, on peut améliorer le rendement de conversion de tel concentratore solaire.
En l'image une version du concentratore est représentée constituée par deux panneaux des dimensions de 2x1,5 mètres chaque, richiudibile par deux électrices motrices opportunes; le moteur au cycle Brayton est mis en haut, dans la structure costuita métallique isolée par une tôle métallique légère d'isolant thermique, préférablement laine de roche que servantes à isoler un petit réservoir d'eau aussi - scambiatore de chaleur en lequel eau entre à la température milieu et elle sort chauffée.
Tel concentratore peut leur fermer automatiquement ensuite, en absence de soleil, soit pour motifs esthétiques soit pour mieux résister aux intempéries, en disposant controvento la section de zone moindre.
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