- Tấm thu Collector:
2.2.1.2. Cơ sở xác định hàm phân bố nhiệt độ chất lỏng trong Panel mặt trời:
Khảo sát panel mặt trời với hộp thu kích thước axbxδ, khối lượng m0, nhiệt dung riêng C0 được làm bằng ống Inox dày δt, bên trong gồm chất lỏng tĩnh có khối lượng m và lưu lượng G[kg/s] chảy liên tục qua hộp. Xung quanh hộp thu bọc 1 lớp cách nhiệt, tỏa nhiệt ra không khí với hệ số α , phía trên mặt thu F1 = ab với độ đen ε là một lớp không khí và tấm kính có độ trong D. Chiều dày và hệ số dẫn nhiệt của các lớp này là δc, δkk, δK và λc, λkk, λK.
Cường độ bức xạ mặt trời tới mặt kính tại thời điểm τ là E(τ) = Ensinφ(τ), với φ(τ) = ωτ; ω = 2п/τn và τn = 24 x 3600s là tốc độ góc và chu kỳ tự quay của trái đất, En là cường độ bức xạ cực đại trong ngày, lấy bằng giá trị trung bình trong năm tại vĩ độ đang xét. Lúc mặt trời mọc τ=0, nhiệt độ đầu của panel và chất lỏng bằng
nhiệt độ t0 của không khí ngoài trời.
Cần tìm hàm phân bố nhiệt độ chất lỏng trong panel theo thời gian τ và tất cả các thông số đã cho:
t = t (τ, abδδ1, m0C0, mCp, DF1, G, δc, δkk, δK, λc, λkk, λK, α , t0, ω0, En).
Lập phương trình vi phân cân bằng nhiệt cho bộ thu
Xét cân bằng nhiệt cho hệ gồm chất lỏng và hộp kim loại, dτ kể từ thời điểm τ. Mặt F1 hấp thụ từ mặt trời một lượng nhiệt bằng:
δQ1 = ε1DEnsinωτ. F1.sinsinωτdτ, [J]
Lượng nhiệt δQ1 được phân ra các thành phần để: - Làm tăng nội năng vỏ hộp: dU = m0C0dt
- Làm tăng entanpy lượng nước tĩnh: dlm = mC0dt - Làm tăng entapy dòng nước: dlG = GdτCP(t- t0)
- Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường không khí bên ngoài trời qua mặt bộ thu F1 = ab với hệ số tổn thất nhiệt k1, qua các bề mặt bên F2 = 2δ(a+b) với hệ số truyền nhiệt k2 và qua đáy F3 = ab với hệ số tổn thất nhiệt là k3. Các hệ số tổn thất nhiệt k1 k2, k3 được xác định theo mục trên.
Vậy ta có tổng lượng nhiệt tổn thất bằng: δQ 2 = (k 1F 1 + k 2F 2 + k 3F 3) (t - t o) dτ Do đó, phương trình cân bằng nhiệt:
δQ 1 = dU + dI m + dI G + δQ 2 hay: ε 1DE t F t sin2 ϕ(τ) dτ = dt Σm iC i + (GC p + Σ k i F i) (t - t o) dτ. Ta dùng phép biến đổi: T(τ) = t(τ) - t o Và đặt:
Thì phương trình cân bằng nhiệt cho bộ thu là: T’(τ) + bT(τ) = asin2(ω τ)
Xác định hàm phân bố nhiệt độ:
Để tìm hàm phân bố nhiệt độ của môi chất trong bộ thu thì ta phải giải hệ phương trình cân bằng nhiệt trên. Hàm phâm bố nhiệt độ môi chất trong bộ thu sẽ được tìm dưới dạng: T(τ) = A(τ) e-bτ.
Vậy ta có:
Thì phương trình trên có dạng:
Số hạng cuối cùng của tổng giá trị nhỏ hơn 1 và giảm rất nhanh, nên khi τ > 1h có thể bỏ qua.
Lập công thức tính cho bộ thu:
Từ hàm phân bố nhiệt độ chất lỏng trong bộ thu ta lập được các công thức theo bảng sau:
Bảng 2.4: Công thức tính các thông số đặc trưng của bộ thu [1]
Thông số đặc trưng Công thức tính Đơn vị
Độ gia nhiệt cực đại Tm = 0C
Nhiệt độ cực đại tm = t0 + 0C
Thời điểm đạt nhiệt độ tm τm = τn ( ) h
Nhiệt độ cuối ngày tc = t0 + 0C
Độ gia nhiệt TB Tn = 0C
Công suất hữu ích TB Pn = W
Sản lượng nhiệt 1 ngày Q = J