طراحي، ساخت و مطالعه تجربي سيستم ذخيره ساز گرماي نهان ابشاري براي يك كلكتور خورشيدي سهموي خطي

مواد تغيير فاز دهنده (PCM) از عناصر مهم سيستم‌هاي ذخيره‌ساز حرارتي در نيروگاه‌هاي خورشيدي محسوب مي‌شود. يكي از عمده‌ترين چالش‌ها جهت افزايش كارايي سيستم‌هاي ذخيره‌ساز حاوي PCM پايين بودن ضريب هدايت حرارتي است. يكي از روش‌هاي بهبود عملكرد حرارتي مواد تغيير فاز دهنده استفاده از چندين ماده تغيير فاز دهنده به‌صورت آبشاري با توجه به دماي عملكرد آن‌ها مي‎باشد. براي هموارتر شدن زمان گذراي سيستم و گسترش مدت كاركرد سيستم از زمان روز به شب وجود يك سيستم ذخيره‌كننده‌ي انرژي حرارتي براي نيروگاه‌هاي خورشيدي ضروري است. براي ذخيره‌سازي مي‌توان حرارت را به دو صورت محسوس و نهان ذخيره كرد، اما نظر به تغييرات دمايي كم مواد تغيير فاز دهنده و چگالي انرژي بالاي اين مواد طي ذخيره‌سازي به صورت نهان، اين گزينه مناسب‌تر مي‌باشد. امروزه در نيروگاه‌هاي خورشيدي ذخيره‌سازي تنها به صورت محسوس انجام مي‌شود و ذخيره‌سازي حرارت به صورت نهان مورد مطالعه تحقيقاتي قرار گرفته است. در بررسي مسئله ذخيره‌سازي حرارت با استفاده از مواد تغيير فاز دهنده، ميزان انرژي ذخيره شده و تخليه شده از اين مواد موضوع مهمي است كه با توجه به تحقيقات به عمل آمده توسط محققين، استفاده از يك ماده تغيير فاز دهنده براي ذخيره‌سازي حرارت علي رغم اين كه شارژ سيستم ذخيره خوب است اما در مرحله دشارژ ضعيف عمل مي‌كند. يكي از روش‌هاي بهبود ذخيره‌سازي استفاده از چندين ماده تغيير فاز دهنده به صورت آبشاري مي‌باشد. در اين رساله، ابتدا اين روش به طور كامل بررسي شد و سپس تحقيقات صورت گرفته شرح داده شده است. سپس بستر آزمايشگاهي كه متشكل از سيستم كلكتور متمركز خورشيدي و سيستم ذخيره‌سازي انرژي حرارتي با استفاده از مواد تغيير فاز دهنده آبشاري است طراحي و ساخته شد. تست‌هاي لازم و تجهيزات آزمايشگاهي در مطالعه تجربي جهت ذخيره‌سازي انرژي حرارتي شناسايي و چالش‌هاي عمده آن بررسي گرديد. سيستم ذخيره‌ساز آبشاري شامل سه مبدل هم اندازه حاوي پارافين با دماي ذوب متفاوت است. دماي ذوب اين پارافين‎ها به ترتيب (64-68℃)، (57-60℃) و (46-48℃) مي‌باشد كه به ترتيب در مبدل‌هاي حرارتي ذخيره‌كننده قرار گرفته شده‌اند. نتايج بررسي ها نشان داد كه استفاده از سيستم ذخيره‌كننده حرارت نهان آبشاري در مقايسه با حالت غير آبشاري بازده ذخيره‌سازي حرارت نهان را تا 68/2% بهبود داده است. همچنين، در اين رساله تاثير پارامترهايي همچون دبي سيال انتقال حرارت و دماي ورودي سيال انتقال حرارت بر روي عمكرد حرارتي سيستم ذخيره ساز حرارت نهان آبشاري بررسي شده است. همانطور كه انتظار مي رفت، با افزايش دبي عملكرد حرارتي سيستم بهبود يافته به طوريكه مدت زمان تغيير فاز به ميزان 46% كاهش يافته است. واژه‌هاي كليدي: مواد تغيير فاز دهنده (PCM)، نيروگاه خورشيدي، بهبود عملكرد حرارتي، ذخيره‌سازي انرژي حرارت آبشاري

192337

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر مهدي ملكي

مهندسي سيستم هاي انرژي - انرژي و محيط زيست

دكتر روح ا... احمدي - دكتر صادق صادق زاده