Symulacja pracy płaskich cieczowych kolektorów słonecznych w warunkach nieustalonych

W pracy przedstawiono opis opracowanego modelu matematycznego, proponowanego do symulacji pracy płaskich cieczowych kolektorów słonecznych w warunkach nieustalonych oraz jego weryfikację eksperymentalną. Jest to model jednowymiarowy o parametrach rozłożonych. Oparty jest na rozwiązaniu równań opisujących zasadę zachowania energii dla szyby solarnej, warstwy powietrza pomiędzy szybą i absorberem, czynnika roboczego, absorbera oraz dla izolacji. Wyprowadzone równania różniczkowe rozwiązano za pomocą niejawnego schematu różnicowego. Wszystkie własności termofizyczne czynnika, warstwy powietrza oraz absorbera, jak również współczynniki wnikania ciepła, obliczane są na bieżąco. W celu eksperymentalnej weryfikacji proponowanego modelu zbudowane zostało stanowisko badawcze. Weryfikacja polegała na porównaniu zmierzonych, dla różnych warunków atmosferycznych, przebiegów temperatury czynnika na wylocie z kolektora z wynikami obliczeń numerycznych. Dla wszystkich analizowanych przypadków uzyskano w pełni zadowalającą zgodność tych przebiegów. Model proponowany jest dla symulacji dynamiki płaskich cieczowych kolektorów słonecznych pracujących w układzie kanałów równoległych lub serpentynowych z jedną lub dwoma szybami solarnymi.

---

The mathematical model of a liquid flat-plate solar collector dynamics is presented. It is a one-dimensional model with distributed parameters. The proposed model is based on solving equations describing the en-ergy conservation for the glass cover, air gap between cover and absorber, absorber, working fluid, and insulation. To solve these equations, the implicit finite-difference scheme is suggested. The thermo-physical properties of the air gap, absorber, and working fluid are computed in on-line mode. The transient heat transfer coefficients are also computed in real-time. The efficiency of the method is confirmed by experimental verification. Comparing the measurement results of the transient fluid temperature at the collector outlet with computational results, satisfactory convergence is found. The presented model is suitable for collectors working in a parallel or in a serpentine tube arrangement with single or double covers.