Captatoarele cu concentrarea radiatiei

Captatoarele cu concentrarea radiatiei

Captatoarele cu concentrator (sau cu focalizarea radiatiilor) utilizeaza sisteme optice bazate pe reflexie sau refractie pentru a mari densitatea fluxului de radiatie care cade pe suprafata de captare a receptorului. In consecinta un captator cu focalizare este un caz special de captator plan, modificat prin interpunerea intre receptor si soare a unui concentrator de radiatii. Odata cu cresterea densitatii      fluxului de radiatie solara care ajunge la receptor scade suprafata necesara de receptie pentru o aceeasi cantitate de energie captata, ceea ce determina scaderea pierderilor termice ale receptorului si conduce in final la obtinerea unor temperaturi mai mari in fluidul de lucru. Pe de alta parte, sistemele cu concentrator functioneaza numai pe baza radiatiei directe a soarelui. Aceste concentratoare sunt folosite in general in industie si spatii tehnologice.

Captatoare cu concentratorul fix

Concentratorul piramidal este un mijloc relative simplu de marire a fluxului de radiatie solara care cade pe un captator plan ce consta in folosirea unor suprafete plane reflectante, astfel dispuse in raport cu captatorul incat se obtine un coeficient de concentrare geometric intre 2 si maximum 6. Sistemul consta dintr-un perete basculant care are montata pe una din parti o oglinda plana. Acest perete se inclina sub un unghi optim depinzand de latitudinea locului. Pornind de la aceasta idee E. M. Wormser a elaborat conceptual de concentrator piramidal, destinat sistemelor de incalzire solara a caselor de locuit.

Concentratorul sferic fix cu receptor mobil

Acest tip de concentrator a fost inventat de W. Gene Steward si arata ca o oglinda de forma unei calote sferice fixe are proprietatea de a reflecta radiatia solara (indiferent de pozitia Soarelui pe cer) catre un focar liniar, paralel cu razele Soarelui si care trece prin centrul oglinzii. Receptorul, de forma cilindrica, se poate roti in jurul a doua axe, ramanand orientat permanent pe directia soarelui si astfel plasandu-se mereu in focar.

Acest sistem se apreciaza ca fiind aplicabil in domeniul incalzirii si conditionarii locuintelor sau a caldurilor administrative, precum si in domeniul producerii energiei electrice.

Captatoare cu concentrator mobil

Concentratoare cu oglinzi si lentile Fresnel

O categorie de concentratoare o reprezint aoglinzile si lentilele Fresnel. Acestea se bazeaza pe reflexia si refractia radiatiei solare catre un receptor, determinata de niste segmente de oglinzi si de prisme.

Colectorul are un numar de segmente de oglinzi plane sau curbate ce sunt montate pe un stativ comun, cu posibilitatea de rotire in jurul unei axe orientate E_V. Segmentele se se misca in timpul zilei astfel in cat radiatia solara directa sa fie dirijate catre receptor.

O alta interpretare a oglinzilor Fresnel il reprezinta unul dintre cele mai puternice tipuri de concentratoare care reprezinta un deosebit interes

Industrial in energia solara, anume concentratorul cu camp heliostate si receptor turn. Pe o suprafata relativ mare de pamant sunt dispuse cat mai compact oglinzi ce pot fi miscate in jurul a doua axe, care formeaza ceea ce se numeste camp de heliostate. Aceste oglinzi sunt miscate estfel in cat sa urmareasca continuu miscare asoarelui trimitand razele solare prin refelectie catre un cazanmontat in varful unui turn la o inaltime de 100-150m pe baza acestor instalatii se produce curent electric.

Captatorul cu concentrator parabolic de revolutie

Acest concentrator are forma ideala pentru obtinerea unui raport de concentrare maxim o are paraboloidul de revolutie. Pentru ca radiatiei solare sa fie permanent focalizata in receptor este necesara urmarirea continua a soarelui, ceea ce se asigura prin miscarea intregului ansamblu concentrator-receptor este necesara urmarirea continua a soarelui, ceea ce asigura prin miscarea intregului ansamblu concentrator-receptor in jurul a doua axe de rotatie.

Captatorul cu concentrator cilindro-parabolic

Acest      concentrator necesita miscare numai in jurul unei singure axe pentru urmarirea soarelui si realizeaza niveluri de temperature de ordinal a 300 º C, cu mare importanta din punct de vedere tehnologic si energetic.

Captatorul cu concentrator cilindro-parabolic se constituie dintr-o oglinda cilindro-parabolica mobile in jurul unei axe de rotatie, in focar afalandu-se un receptor de radiatie concentrata. In ceea ce priveste miscarea receptorului exista cateva variante constructive:

receptor solidar cu concentrator avand o miscare de rotatie comuna;

receptor fix, plasata in axa de rotatie a oglinzii;

oglinda fixa, orientate catre E_V; avand receptorul mobil.

APLICATII

Potentialul de utilizare a energiei solare in Romania, este relativ important, asa cum se observa in figurile 1 si 2, care reprezinta harti ale radiatiei solare globale. Exista zone in care fluxul energetic solar anual, ajunge pana la 1450.1600kWh/m2/an, in zona Litoralului Marii Negre si Dobrogea ca si in majoritatea zonelor sudice. In majoritatea regiunilor tarii, fluxul energetic solar anual, depaseste 1250.1350kWh/m2/an.

Fig. 1. Harta intesitatii radiatiei solare in Europa si Romania

Fig. 2. Harta schematica a radiatiei solare in Romania Rev. Tehnica Instalatiilor nr.

Gradul mediu de insorire, difera de la o luna la alta si chiar de la o zi la alta, in aceeasi localitate si cu atat mai mult de la o localitate la alta. In figura este prezentat nivelul mediu al insolatiei, reprezentand cantitatea de energie solara care patrunde in atmosfera si cade pe suprafata pamantului, in localitatea Bucuresti. Evident, radiatia solara este distribuita neuniform pe suprafata Pamantului, pozitia geografica si conditiile climatice locale, avand o influenta deosebita pentru impactul radiatiei solare asupra suprafetei terestre

Fig. 3. Nivelul mediu al insolatiei in Bucuresti

Rev. Tehnica Instalatiilor nr.

Compozitia spectrala a radiatiei solare

Principalele componente ale radiatiei solare care ajunge pe Pamant si participatia fiecarei

componente in radiatia globala, din punct de vedere energetic, sunt:

- radiatie ultravioleta 3%

- radiatie vizibila 42%

- radiatie infrarosie 55%

Fiecarei componente a radiatiei, ii corespunde cate un domeniu bine definit al lungimilor de unda:

- radiatie ultravioleta 0,28 - 0,38 μm (microni);

- radiatie vizibila 0,38 - 0,78 μm (microni);

- radiatia infrarosie 0,78 - 2,50 μm (microni).

Contributia energetica a radiatiei solare globale, in functie de lungimea de unda, intre 0,3 si 2,5 μm (microni), pentru o suprafata perpendiculara pe acea radiatie, este reprezentata calitativ in figura 4.

Fig Distributia energiei radiatiei solare, in functie de lungimea de unda (microni)

Se observa ca cea mai mare cantitate de energie termica se regaseste in domeniul radiatiei infrarosii si nu in domeniul radiatiei vizibile, ceea ce sugereaza ideea ca aceasta radiatie poate fi captata eficient si in conditiile in care cerul nu este perfect senin. Pentru realizarea acestui obiectiv, au fost realizate panourile solare cu tuburi vidate, iar pentru captarea eficienta a radiatiei solare, chiar si la temperaturi sub 0C, s-au realizat panouri solare cu tuburi termice.Panourile solare plane, mai simple din punct de vedere constructiv si deci mai ieftine, sunt mai putin performante, din punct de vedere al capacitatii de a capta radiatia difuza, decat panourile solare cu tuburi vidate, respectiv cu tuburi termice.