Экспериментальный анализ солнечного водонагревателя с термосифоном для бытового применения на юго-востоке Казахстана
DOI:
https://doi.org/10.26577/JMMCS.2023.v117.i1.06Ключевые слова:
Солнечные водонагреватели, Термосифон, Плоский коллектор, платформа STM32, контроллер, ESP 32Аннотация
В этом исследовании плоский солнечный коллектор с термосифоном был протестирован в лаборатории Института информационных и вычислительных технологий Министерства образования и науки Республики Казахстан, расположенного в Алматы (77 градусов восточной долготы и 43 градуса северной широты). Экспериментальные данные были собраны в течение нескольких солнечных и пасмурных дней. Изучена и проанализирована динамическая реакция системы на изменения солнечной инсоляции. Было обнаружено, что такие системы могут обеспечивать достаточное количество энергии для удовлетворения потребности в горячей воде, вопреки ошибочному мнению местных жителей. Система работает с использованием шести датчиков (датчик температуры, датчик расхода воды, датчик давления, датчик температуры охлаждающей жидкости в баке отопителя, датчик температуры охлаждающей жидкости в теплообменнике и датчик температуры наружного воздуха). Шесть датчиков управляются с помощью программируемой логистической интегральной схемы (FPGA) STM32, предназначенной для мониторинга всей солнечной системы, а исполнительные механизмы включают силовые реле. Показания температуры передаются в модуль ESP 32. Модуль ESP 32 синхронизирован с шестью датчиками, подключенными к ПЛИС STM32, с шестью электрическими проводами, запрограммированными на C++, которые после обработки данных о температуре, дате и времени поступают с часов реального времени. После завершения всего процесса все данные датчика отправляются в модуль ESP 32, откуда данные отправляются в базу данных. Во время эксперимента, благодаря управляющему сигналу в контроллере, была достигнута экономия потребления электрической энергии около 1%, что оказало значительное влияние на срок службы оборудования.
Библиографические ссылки
[2] Duffie JA, Beckman WA. Solar engineering of thermal processes. Wiley; 1991.
[3] Freegah B, Asim T, Albarzenji D, Pradhan S, Mishra R. Effect of the shape of connecting pipes on the performance output of a closed-loop hot water solar Thermo-syphon. In 3rd International Workshop and Congress on eMaintenance; 2014.
[4] Manjunath MS, Karanth KV, Sharma NY. Three dimensional numerical analysis of conjugate heat transfer for enhancement of thermal performance using finned tubes in an economical unglazed solar flat plate collector. In Proceedings of World Congress on Engineering (Vol. 3, pp. 2245- 2249); 2011.
[5] Shrirao PN, Pente SS, Mahure AN. Comparative thermal analysis of a flat plate solar collector using aerofoil absorber tube with conventional circular absorber tubes. Int J Basic Appl Res. 7(12): 98- 107.
[6] Balachandar M, Narendran A. Experimental investigation of solar flat plate collector with inner grooved copper tube. Int J Eng Res. 2016; 5(9): 695- 700.
[7] Hussein HMS, El-Ghetany HH, Nada SA. Performance of wickless heat pipe flat plate solar collectors having different pipes cross sections geometries and filling ratios. Energy Convers Manag. 2006; 47(11–12): 1539- 1549.
[8] Bute JV, Kongre SC. Experimental investigation of a solar flat plate collector. Int Eng J Res Dev. 2015; 2(5): 36- 46.
[9] Yao K, Li T, Tao H, Wei J, Feng K. Performance evaluation of all-glass evacuated tube solar water heater with twist tape inserts using CFD. Energy Procedia. 2015; 70: 332- 339.
[10] Herrero Martin R, Pinar AG, Garcia JP. Experimental heat transfer research in enhanced flat-plate solar collectors. World Renewable Energy Congress. Vol 57. Linköping University Electronic Press; 2011: 3844- 3851.
[11] Khargotra R, Dhingra S, Chauhan R, Singh T. Performance investigation and comparison of different turbulator shapes in solar water heating collector system. AIP Conf Proc. 2018; 1953:130029.
[12] Sharma C, Karwa R. Experimental study on an enhanced performance solar water heater. IJCA J. 2014; 1: 20- 25.
[13] Ameen BK, Al-hadithi MB. Heat transfer enhancement of flat plate solar collectors for water heating in Iraq climatic conditions. Al-Nahrain Univ Coll Eng J. 2015; 18(2): 259- 272.
[14] Hobbi A, Siddiqui K. Experimental study on the effect of heat transfer enhancement devices in flat-plate solar collectors. Int J Heat Mass Transfer. 2009; 52(19–20): 4650- 4658.
[15] Kalogirou, S. Thermal performance, economic and environmental life cycle analysis of thermosiphon solar water heaters // Sol. Energy. – 2009. – № 83. – P. 39–48
[16] Norton, B., Probert, S. D. Natural-circulation solar-energy stimulated systems for heating water // Appl. Energy. –1982. – № 11. – P. 167–196.
[17] Tang, R., Yang, Y. Nocturnal reverse flow in water-in-glass evacuated tube solar water heaters // Energy Convers. Manag. – 2014. – № 80. – P. 173–177.
[18] Morrison, G. L., Ranatunga, D. B. J. Thermosyphon circulation in solar collectors // Sol. Energy. – 1980. – № 24. – P. 191–198.
[19] Tang, R., Cheng, Y., Wu, M., Li, Z., Yu, Y. Experimental and modeling studies on thermosiphon domestic solar water heaters with flat-plate collectors at clear nights // Energy Convers. Manag. – 2010. – № 51. – P. 2548–2556.
[20] Morrison, G. L. Reverse circulation in thermosyphon solar water heaters // Sol. Energy. – 1986. – № 36. – P. 377–379.
[21] Kunelbayev M, Vyazigin S, Kurt E. Temperature analysis of a flat solar collector using aluminum nanofluids. Vol 114 No 2 (2022): Journal of Mathematics, Mechanics and Computer Science.
[22] Amirgaliyev Yedilkhan, Kunelbayev Murat, Ormanov Talgat, Sundetov Talgat, Daulbayev Salauat. Comparative analysis of a flat solar collector and flat solar collector with chemical coating. Thermal Science. Volume 26,Issue 1, Page 147-156,2022.
[23] Amirgaliyev Yedilkhan, Kunelbayev Murat, Beіbut Amirgaliyev, Aliya, Kalizhanova, Ainur Kozbakova, Tumur Merembayev, Azhibek Dassibekov. Mathematical justification of thermosyphon effect main parameters for solar heating system. Cogent Engineering, 2020, 7(1), 1851629
[24] Rosen M.A., Kuma R. Performance of a photovoltaic/thermal solar air heater: effect of vertical fins on a double pass system. Int. J. Energy Environ. Eng. – 2011. – Vol. 2(4). – P.1–4
[25] Sugathan A., Kirthyvijay G.J., Thomson J. Application of Arduino based platform for wearable health monitoring system. In: Presented at the 1st International Conference on Condition Assessment Techniques in Electrical Systems. – 2013. DOI: 10.1109/CATCON.2013.6737464
[26] Fatehnia, M., Paran, S., Kish, S., Tawfiq, K. Autоmating dоuble ring infiltrоmeter with an Arduinо micrоcоntrоller // Geоderma. – 2016. – Vоl. 262. – P. 133–139.
[27] Benammar, S., Khellaf, A., Mоhammedi, K. Cоntributiоn tо the mоdeling and simulatiоn оf sоlar pоwer tоwer plants using energy analysis // Energy Cоnvers. Manag. – 2014. – Vоl. 78. – P. 923–930.
