LABORATORIUM Z FIZYKI TECHNICZNEJ Ć W I C Z E N I E N R 6 BADANIE SPRAWNOŚCI KOLEKTORA SŁONECZNEGO

Podobne dokumenty
Instytut Fizyki Doświadczalnej Wydział Matematyki, Fizyki i Informatyki UNIWERSYTET GDAŃSKI

Instytut Fizyki Doświadczalnej Wydział Matematyki, Fizyki i Informatyki UNIWERSYTET GDAŃSKI

Laboratorium z Konwersji Energii. Kolektor słoneczny

AUTOMATYKA I POMIARY LABORATORIUM - ĆWICZENIE NR 15 WYMIENNIK CIEPŁA CHARAKTERYSTYKI DYNAMICZNE

całkowite rozproszone

Wyznaczanie współczynnika przewodnictwa

ĆWICZENIE NR 4 WYMIENNIK CIEPŁA

Ćwiczenie 6. Wyznaczanie parametrów eksploatacyjnych kolektora słonecznego

LABORATORIUM Z FIZYKI TECHNICZNEJ

Laboratorium odnawialnych źródeł energii

CECHOWANIE TERMOELEMENTU Fe-Mo I WYZNACZANIE PUNKTU INWERSJI

E12. Wyznaczanie parametrów użytkowych fotoogniwa

Instytut Fizyki Doświadczalnej Wydział Matematyki, Fizyki i Informatyki UNIWERSYTET GDAŃSKI

Ćwiczenie 2 WSPÓŁPRACA JEDNAKOWYCH OGNIW FOTOWOLTAICZNYCH W RÓŻNYCH KONFIGURACJACH POŁĄCZEŃ. Opis stanowiska pomiarowego. Przebieg ćwiczenia

Wyznaczanie współczynnika przenikania ciepła dla przegrody płaskiej

Wyznaczenie charakterystyk cieczowego kolektora słonecznego

Ćwiczenie 425. Wyznaczanie ciepła właściwego ciał stałych. Woda. Ciało stałe Masa kalorymetru z ciałem stałym m 2 Masa ciała stałego m 0

LABORATORIUM Z FIZYKI Ć W I C Z E N I E N R 2 ULTRADZWIĘKOWE FALE STOJACE - WYZNACZANIE DŁUGOŚCI FAL

Model solarny materiał szkoleniowy dla uczniów szkół ponadgimnazjalnych

Konwersja energii słonecznej

Badanie kinetyki inwersji sacharozy

Wyznaczanie ciepła topnienia lodu za pomocą kalorymetru

BADANIE WYMIENNIKA CIEPŁA TYPU RURA W RURZE

Ćwiczenie 3 WPŁYW NASŁONECZNIENIA I TECHNOLOGII PRODUKCJI KRZEMOWYCH OGNIW FOTOWOLTAICZNYCH NA ICH WŁASNOŚCI EKSPLOATACYJNE

ZADANIE 28. Wyznaczanie przewodnictwa cieplnego miedzi

Pomiar wielkości nieelektrycznych: temperatury, przemieszczenia i prędkości.

Katedra Chemii Fizycznej Uniwersytetu Łódzkiego. Wyznaczanie ciepła właściwego cieczy metodą kalorymetryczną

WSPÓŁCZYNNIK PRZEJMOWANIA CIEPŁA PRZEZ KONWEKCJĘ

Wyznaczanie sprawności grzejnika elektrycznego i ciepła właściwego cieczy za pomocą kalorymetru z grzejnikiem elektrycznym

LABORATORIUM INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ

KATEDRA APARATURY I MASZYNOZNAWSTWA CHEMICZNEGO Wydział Chemiczny POLITECHNIKA GDAŃSKA ul. G. Narutowicza 11/ GDAŃSK

Wyznaczanie krzywej ładowania kondensatora

INSTRUKCJA LABORATORYJNA NR 4-EW ELEKTROWNIA WIATROWA

WYZNACZANIE PRACY WYJŚCIA ELEKTRONÓW Z LAMPY KATODOWEJ

1. Cieplny przepływ energii oraz promieniowanie

BADANIE WYMUSZONEJ AKTYWNOŚCI OPTYCZNEJ. Instrukcja wykonawcza

Laboratorium Systemów Fotowoltaicznych. Ćwiczenie 3

LABORATORIUM TECHNIKI CIEPLNEJ INSTYTUTU TECHNIKI CIEPLNEJ WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA I ENERGETYKI POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ

Źródła zasilania i parametry przebiegu zmiennego

LABORATORIUM TECHNIKI WYSOKICH NAPIĘĆ

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

LABORATORIUM Z FIZYKI

Laboratorium odnawialnych źródeł energii

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA WNIKANIA CIEPŁA PODCZAS KONWEKCJI WYMUSZONEJ GAZU W RURZE

Instrukcja stanowiskowa

AUTOM TO A M TY T Z Y A Z CJ C A ODNAWIA I LN L Y N C Y H Ź H R Ź ÓDEŁ DE

NAGRZEWANIE ELEKTRODOWE

IV. Wyznaczenie parametrów ogniwa słonecznego

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

Zestaw Solarny SFCY

ĆWICZENIE 2 BADANIE TRANSPORTU CIEPŁA W WARUNKACH STACJONARNYCH

ĆWICZENIE 22 WYZNACZANIE CIEPŁA PAROWANIA WODY W TEMPERETATURZE WRZENIA

LABORATORIUM INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ

Układ siłowni z organicznymi czynnikami roboczymi i sposób zwiększania wykorzystania energii nośnika ciepła zasilającego siłownię jednobiegową

T-1 Pompa cieplna Peltiera. Zakres materiału. Cel ćwiczenia - zadania do wykonania. Wprowadzenie teoretyczne

SPRAWDZENIE PRAWA STEFANA - BOLTZMANA

ĆWICZENIE NR 2 FILTRACJA PRASA FILTRACYJNA

LABORATORIUM INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ

Kalorymetr wyznaczanie ciepła właściwego i ciepła topnienia

Wyznaczanie prędkości dźwięku w powietrzu

KO OF Szczecin:

Wyznaczanie podstawowych parametrów ogniwa paliwowego

Energia Słońca. Andrzej Jurkiewicz. Energia za darmo

Analiza działania kolektora typu B.G z bezpośrednim grzaniem. 30 marca 2011

Politechnika Warszawska

ĆWICZENIE 41 POMIARY PRZY UŻYCIU GONIOMETRU KOŁOWEGO. Wprowadzenie teoretyczne

LABORATORIUM Z PROEKOLOGICZNYCH ŹRÓDEŁ ENERGII ODNAWIALNEJ

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 5

CHARAKTERYSTYKA PIROMETRÓW I METODYKA PRZEPROWADZANIA POMIARÓW

Wyznaczanie stosunku e/m elektronu

Analiza natężenia przepływu ciepła przez materiały stałe dla jednowymiarowych ustalonych warunków przepływów ciepła- zastosowanie równania Fouriera.

Pomiar podstawowych parametrów liniowych układów scalonych

EFEKT FOTOWOLTAICZNY OGNIWO SŁONECZNE

Wyznaczanie sił działających na przewodnik z prądem w polu magnetycznym

TEMAT: WYZNACZANIE CIEPŁA WŁAŚCIWEGO WODY ZA POMOCĄ CZAJNIKA ELEKTRYCZNEGO LUB GRZAŁKI O ZNANEJ MOCY (PRZY ZAŁOŻENIU BRAKU STRAT)

Wyznaczanie składowej poziomej natężenia pola magnetycznego Ziemi za pomocą busoli stycznych

Instytut Fizyki Doświadczalnej Wydział Matematyki, Fizyki i Informatyki UNIWERSYTET GDAŃSKI

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 121: Termometr oporowy i termopara

Badanie sprawności cieczowego kolektora słonecznego

Badanie zależności temperatury wrzenia wody od ciśnienia

BADANIE SILNIKA SKOKOWEGO

EFEKT FOTOELEKTRYCZNY ZEWNĘTRZNY

Badanie transformatora

I. Wyznaczenie prędkości rozruchowej trójpłatowej turbiny wiatrowej

TRANSPORT NIEELEKTROLITÓW PRZEZ BŁONY WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA PRZEPUSZCZALNOŚCI

Obliczenie natężenia promieniowania docierającego do powierzchni absorpcyjnej

Instytut Fizyki Doświadczalnej Wydział Matematyki, Fizyki i Informatyki UNIWERSYTET GDAŃSKI

Sprawdzanie prawa Ohma i wyznaczanie wykładnika w prawie Stefana-Boltzmanna

LABORATORIUM TECHNIKI CIEPLNEJ INSTYTUTU TECHNIKI CIEPLNEJ WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA I ENERGETYKI POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ

Rozszerzalność cieplna ciał stałych

Ćwiczenie 375. Badanie zależności mocy promieniowania cieplnego od temperatury. U [V] I [ma] R [ ] R/R 0 T [K] P [W] ln(t) ln(p)

WYZNACZENIE STAŁEJ STEFANA - BOLTZMANNA

Ćwiczenie Nr 558. Temat: Pomiar efektywności pompy ciepła.

Badanie transformatora

( L ) I. Zagadnienia. II. Zadania

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 4

POLITECHNIKA POZNAŃSKA ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ ĆWICZENIA PRACOWNI CHEMII FIZYCZNEJ

Ć W I C Z E N I E N R J-1

BADANIE CHARAKTERYSTYK FOTOELEMENTU

Katedra Chemii Fizycznej Uniwersytetu Łódzkiego. Wyznaczanie lepkości wodnych roztworów sacharozy. opracowała dr A. Kacperska

Transkrypt:

Projekt Plan rozwoju Politechniki Częstochowskiej współfinansowany ze środków UNII EUROPEJSKIEJ w ramach EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU SPOŁECZNEGO Numer Projektu: POKL040101-00-59/08 INSTYTUT FIZYKI WYDZIAŁ INŻYNIERII PRODUKCJI I TECHNOLOGII MATERIAŁÓW POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA LABORATORIUM Z FIZYKI TECHNICZNEJ Ć W I C Z E N I E N R 6 BADANIE SPRAWNOŚCI KOLEKTORA SŁONECZNEGO Politechnika Częstochowska, Centrum Promocji i Zastosowań Nauk Ścisłych ul Dąbrowskiego 73 pok 178, 42-200 Częstochowa tel/ fax +343250324, e-mail: imi@imipczpl, http://wwwcnspczpl

I Zagadnienia do przestudiowania: I Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest wyznaczenie sprawności wodnego kolektora słonecznego z obiegiem wymuszonym pompą cyrkulacyjną(zaopatrzoną w przepływomierz) dla kilku wybranych warunków pracy II Zagadnienia do przestudiowania 1 Prawa promieniowania ciała doskonale czarnego 2 Absorpcja 3 Efekt cieplarniany 4 Konwekcja 5 Przewodnictwo ciepła 6 Równania kolektorów 7 Wydajność kolektorów III Wprowadzenie teoretyczne 1) Zasada działania kolektora Kolektor słoneczny jest używany do ogrzewania wody wykorzystując energię słoneczną Ażeby określić jego sprawność (wydajność) należy znać jego konstrukcję, warunki pogodowe, kąt jego nachylenia względem słońca oraz temperaturę absorbera W naszym doświadczeniu lampa halogenowa o znanej mocy i strumień zimnego powietrza symulują warunki pogodowe Na rys 1 przedstawiono konstrukcję najprostszego kolektora słonecznego Rysunek 1Schemat kolektora słonecznego; m t -masa wody przepływającej w jednostce czasu przez kolektor -2-

Widoczny na rysunku zaczerniony absorber,o współczynniku absorpcji bliskim jedności, odbiera energię docierającego doń promieniowania, którą następnie w procesie przewodzenia przekazuje wodzie przepływającej przez kolektor Pozostałe współistniejące procesy: promieniowania, przewodzenia w kierunku innym niż przewody z odbierającą ciepło wodą oraz konwekcji-są źródłem strat, zmniejszających ilość użytecznej energii Należy je zminimalizować stosując izolację cieplną absorbera 2) Sprawność kolektora Szkło pokrywające kolektor absorbuje lub odbija energię słoneczną, zatem gęstość mocy przejętej przez absorber P c można wyliczyć ze wzoru (gęstość mocy wyrażamy w W/m 2 ) P c =ατp i (1) gdzie : α- współczynnik absorpcji absorbera τ- współczynnik przepuszczania promieniowania przez płytę P i -gęstość mocy promieniowania dochodzącego do kolektora Użyteczna gęstość mocy P u oddawana przez kolektor opisana jest równaniem P u =P c -P l -P s (2) gdzie : P s -gęstość mocy magazynowanej w absorberze, przewodach wodnych itd P l -gęstość mocy traconej Gęstość mocy traconej P l zależy od różnicy temperatur absorbera T a i temperatury otoczenia T amb i opisa-na jest zależnością: P l =k(t a -T amb ) (3) gdzie k jest współczynnikiem przewodzenia ciepła Wstawiając do równania (2) równanie (1) i (3) otrzymujemy: P u = ατp i -k(t a -T amb )-P s (4) Ponieważ temperatura absorbera T a może być trudna do wyznaczenia, w praktyce zastępuje się ją tzw Średnią temperaturą wody obliczoną ze wzoru T as Ti To 2 gdzie T i -temperatura wody na wejściu kolektora, T o -temperatura wody na wyjściu kolektora Badanie sprawności kolektora przeprowadza się w stanie ustalonym jego pracy tj gdy temperatura wody na jego wejściu i wyjściu pozostaje stała Wartość gęstości mocy traconej P s =0-3-

Wprowadzając równocześnie współczynnik efektywności absorbera f, który charakteryzuje proces przenoszenia ciepła z kolektora do wody, możemy wyliczyć sprawność kolektora Pu η f Pi ατpi f k(t P i as T amb ) k(tas Tamb ) η f ατ Pi (5) W praktyce znacznie prościej moc użyteczną oddawaną przez kolektor do odbiornika ciepła można wyznaczyć ze wzoru: P=m t c w (T o -T i ) (6) gdzie m t - jest natężeniem przepływu masy wody (podane w kg/s) c w - ciepło właściwe wody Sprawność kolektora można zatem zapisać wzorem: P η SP i (7) gdzie S-powierzchnia czynna absorbera IV Zestaw pomiarowy m c Zestaw pomiarowy przedstawiono na rysunku 2 η (T t w o i (8) SP i T ) Rysunek 2Zestaw kolektora słonecznego -4-

Kolektor słoneczny (1) jest połączony ze spiralnym wymiennikiem ciepła, który jest umieszczony w rezerwuarze z wodą (zlewka) (2)Obieg wody wymusza pompa cyrkulacyjna (3) umożliwiająca regulację szybkości przepływu wody, zasilana zasilaczem prądu stałego(9) Absorber kolektora (4) oświetlany jest prostopadle lampą halogenową (5) o mocy P i =1kWTermometr (7) mierzy temperaturę T o na wyjściu kolektora, a termometr T i na wejściu kolektora Temperaturę rezerwuaru wymiennika ciepła mierzymy termometrem szklanym bądź termoparą Suszarka (8) symuluje obecność wiatru V Przebieg ćwiczenia Rysunek 3 Schemat blokowy zestawu pomiarowego Pomiary należy przeprowadzić dla następujących warunków pracy kolektora: a) Temperatura wody na wyjściu kolektora T i 20 o C, oświetlenie lampą halogenową 1 Napełnić zlewkę 5dm 3 wodą wodociągową 2 Maksymalnie otworzyć zawór pompy cyrkulacyjnej 3 Umieścić w zlewce grzałkę Przy pomocy wyłącznika z gniazdami sieciowymi włączyć jej zasilanie Podgrzać wodę do temperatury ok 20 o C, po czym wyłączyć zasilanie grzałki Uwaga: Czas podgrzewania jest stosunkowo krótki Należy bacznie obserwować wskazania termometru, aby nie dopuścić do zbytniego podgrzania wody w rezerwuarze 4 Podgrzewanie kontynuować do ustabilizowania się temperatury wody na wejściu kolektora na poziomie ok 20 o CW trakcie podgrzewania regularnie mieszać wodę w rezerwuarze i kontrolować jej temperaturę W razie potrzeby należy ponownie użyć grzałki -5-

5 Zanotować wskazania termometrów na wejściu i wyjściu kolektora (T i i T o ) 6 Obracając w prawo, przymknąć zawór pompy cyrkulacyjnej tak aby wskaźnik przepływu obniżył się do poziomu 100cm 3 /min 7 Włączyć lampę (wyłącznik znajduje się z tyłu obudowy), uruchamiając jednocześnie stoper Uwaga: Obudowa lampy silnie się nagrzewa! Niedopuszczalne jest dotykanie jej mokrymi rękami oraz zasłanianie otworów wentylacyjnych Lampa wyposażona jest w czujnik temperatury, wyłączający zasilanie w razie przegrzania 8 Regularnie w odstępach minutowych, odczytywać i notować wskazania termometrów Po osiągnięciu stanu stacjonarnego (tzn T i i T o przestają rosnąć) co zajmuje około 10 minut, należy uzyskać dalsze 5-6 punktów pomiarowych Uwaga: Po przeprowadzeniu każdego pomiaru należy starannie wymieszać zawartość zbiornika W miarę upływu czasu temperatura wody w zbiornika podnosi się W celu jej schłodzenia do wymaganego poziomu ok 20 o C należy do zlewki z wodą włożyć kostkę lodu Po jej rozpuszczeniu czynność tę należy powtórzyć Należy regularnie kontrolować szybkość przepływu wody w obiegu kolektora Przy pomocy zaworu pompy skorygować ewentualne odstępstwa do wymaganej wartości 100 cm 3 /min 9 Po dokonaniu ostatniego odczytu wyłączyć lampę 10 Wyniki pomiarów wpisać do tabeli b) Temperatura wody na wyjściu kolektora T i 40 o C, oświetlenie lampą Pomiary w tej części ćwiczenia przebiegają zgodnie z punktami 2-10 poprzedniego rozdziału, w temperaturze wody w rezerwuarze wymiennika na poziomie ok 40 o C W czasie pomiarów może być konieczne krótkotrwałe podgrzanie wody przy pomocy grzałki c) Temperatura wody na wyjściu kolektora T i 40 o C, oświetlenie lampą, symulacja wiatru owiewającego szybę kolektora 1 Sprawdzić ustawienie przełączników suszarki symulującej obecność chłodnego wiatru Jej grzałka musi być wyłączona, przełącznik obrotów ustawiony w pozycji oznaczonej dwiema kreskami Wylot suszarki powinien znajdować się w odległości ok 30 cm od szyby kolektora Strumień zimnego powietrza powinien padać na płaszczyznę kolektora pod kątem ok 30 o 2 Przeprowadzić serię pomiarów jak w podrozdziale poprzednim Wraz z włączeniem lampy należy uruchomić suszarkę -6-

3 Wyłączyć lampę oraz suszarkę 4 Wyłączyć pompę cyrkulacyjną skręcając do minimum pokrętło regulacji napięcia zasilacza sieciowego VI Tabela pomiarowa Lp t[min] T i =20 o C Oświetlenie lampą T i =40 o C Oświetlenie lampą T i =40 o C Oświetlenie lampą, Symulacja wiatru 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 ~20 T i T o η końc T i T o η końc T i T o η końc VII Opracowanie wyników 1) Wykonać we wspólnym układzie współrzędnych wykresy T i i T o w funkcji czasu W zakresie stacjonarnej pracy kolektora należy aproksymować prostą 2) Korzystając z wykresów wyznaczyć temperaturę T i i T o i określić ich błędy m tc w (To T i ) 3) Korzystając ze wzoru (8) η obliczyć sprawność kolektora SP i m t =100 cm 3 /min 0,100 kg/min c w =4180 Jkg/K P i =1000 W/m 2 S=0,12 m 2 4) Metodą różniczki zupełnej obliczyć błędy wyznaczonych sprawności przyjmując: ΔT i =ΔT o =±1K Δm t =±0,01 kg/min S i P i przyjąć jako wartości stałe 5) Podać warunki, w których sprawność kolektora jest największa -7-

VIII LITERATURA Rysunek 4Wykres T i,t o =f(t) 1 P Grygiel, H Sodolski: Laboratorium konwersji energii, Politechnika Gdańska, 2006 2 Physics Laboratory Experiments, PHYWE Systeme GmbH 2008 3 S Wiśniewski, S Gołębiewski, M Gryciuk, K Kurowski: Kolektory słoneczne Poradnik wykorzystania energii słonecznej, COIB, 2006 4 Z Pluta: Podstawy teoretyczne fototermicznej konwersji energii słonecznej, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 2000 5 W M Lewandowski: Proekologiczne odnawialne źródła energii, WNT, Warszawa 2008-8-