The Shallow Solar Pond Energy Conversion System

چکیده

مفهوم سیستم تبدیل انرژی استخر خورشیدی کم عمق به عنوان روشی موثر برای تولید توان الکتریکی مقیاس بزرگ از انرژی خورشیدی ارائه می شود. آب هم برای جمع آوری گرما و هم برای ذخیره سازی گرما استفاده می شود. لایه های پلاستیکی بی رنگ weatherable ارزان روی آب، اتلاف گرما را به محیط سرکوب می کند. آب داغ در مخزنی عایق درشب ذخیره می شود. آب داغ ذخیره شده سیال ترمودینامیکی (احتمالا Freon 11) را گرم می کند، که توربین و مولد الکتریکی ای را هدایت می کند.

یک سیستم استخر خورشیدی کم عمق می تواند با استفاده از مواد، تکنیک های تولید و هندسه هایی که در حال حاضر در مقیاس وسیع در صنعت آمریکا استفاده می شوند ساخته شود. یک دستگاه 10MWe که در جنوب غربی ساخته شده است نیاز به ناحیه مجموعا 2km² دارد و می تواند توان را برای جامعه ای یا فرآیند تولیدی ای تامین کند. هزینه باس بار (busbar) تخمین زده شده برق (1975 دلار) برای یک سیستم استخر خورشیدی کم عمق، که در زمان کوتاه 5-7 سال به خط می شوند، حدود 56 میلیون برای هر kWh می باشد. این هزینه می تواند با توسعه پلاستیک های ارتقا یافته و ارزان تر و توربین های موثرتر کاهش یابد.

کاربرد بلقوه مهم دیگری از استخرهای خورشیدی کم عمق، تامین آب داغ فرآیند تا نقطه جوش برای اهداف صنعتی و تجاری می باشد. همچنین، یک استخر خورشیدی کم عمق می تواند آب داغ را برای گرمایش فضا، تهویه هوا و نیازهای آب داغ مجموعه منازل یا آپارتمان ها تامین کند.

Abstract-The concept of a shallow solar pond energy conversion system is presented as an effective way to produce large-scale electric power from solar energy. Water is used both for heat collection and heat storage. Inexpensive layers of weatherable transparent plastic over the water suppress heat loss to the environment. The hot water is stored in an insulated reservoir at night. The stored hot water heats a thermodynamic fluid, probably Freon 11, which drives a turbine and an electric generator.

A shallow solar pond system can be built using materials, fabrication techniques and geometries that are presently used on a large scale in U.S. insustry. A 10 MWe plant built in the Southwest would require a total area of about 2 km2 and could provide power for a community or a manufacturing process. The estimated busbar cost of electricity (1975 dollars) for a shallow solar pond system, which could come on line in as short a time as 5-7 yr, is 56 miUs/kWh. This cost could be reduced with the development of improved and cheaper plastics and more efficient turbines.

Another potentially important use of shallow solar ponds is to provide process hot water, up to the boiling point, for industrial and commercial purposes. Also, a shallow solar pond could provide hot water for the space heating, air conditioning and hot water needs of a community of homes or apartments.

مقدمه

شاید مانع اصلی توسعه سیستم های توان خورشیدی تا این لحظه این بوده است که آنها تشدیدکننده سرمایه هستند و بنابراین با دستگاههای سنتی که از سوخت های فسیلی ارزان استفاده می کنند قابل رقابت نیستند. در زمان نوشتن این مقاله، قیمت عمده فروشی زغال سنگ غربی حدود $0.50/10⁶Btu می باشد و قیمت نفت ، 10$ برای هر بشکه می باشد.

از این می توانیم دریابیم که انرژی خورشیدی که در یک متر مربع در یک سال در بیشتر نواحی جنوب غربی اعمال می شود برابر با انرژی به ارزش 4 دلار زغال سنگ یا به ارزش 14 دلار نفت می باشد. به دلیل سطح پایین شار خورشید و کارآمدی تبدیل پایین، یک دستگاه توان خورشیدی نیاز به سیستم جمع کننده ناحیه وسیعی دارد. هزینه این جمع کننده ها بخش اصلی هزینه سرمایه کل دستگاه را تشکیل می دهد.

جمع کننده های گرمایی خورشیدی می توانند به دو دسته تقسیم شوند؛ سیستم های غیرمتمرکز و متمرکز . این سیستم ها ویژگی های عمومی ای دارند که در جدول 1 لیست شده اند.

عمده تحقیقات آمریکا درباره توان الکتریکی خورشیدی در حال حاضر معطوف سیستم های گرمایی فوتوولتاژیک و متمرکز هستند. در مقیاسه ویژگی های سیستم های غیرمتمرکز با متمرکز، نتیجه گرفتیم که اگر هدف مان برق خورشیدی با قیمت قابل رقابت باشد باید نگاه دقیقی به سیستم های غیرمتمرکز داشته باشیم.

آب یک جمع کننده گرمای ارزان و ذخیره کننده متوسطی است. که ظرفیت گرمای بالا، ویژگی های جریان عالی دارد، و تبادل کننده های گرمای آب روشهای موثری را برای انتقال گرما به سیال مورد نظر برای تولید توان ارائه می کنند.

ما انواع مختلفی از سیستم های غیرمتمرکز را بررسی کرده ایم و سیستمی ادراکی را طراحی کرده ایم، سیستم تبدیل انرژی استخر خورشیدی کم عمق، که معتقدیم می تواند الکتریسیته را در سطح مگاوات در دوره ای 7-10 ساله تولید کند. در این سیستم، آب هم برای جمع آوری گرما و هم برای ذخیره گرما استفاده می شود. لایه های ارزان پلاستیک بی رنگ مقاوم UV روی آب، اتلاف گرما به محیط را سرکوب می کنند. آب داغ در مخزنی پوشش داده شده در زیر زمین در شب ذخیره می شود. آب داغ ذخیره شده، سیال ترمودینامیکی را (احتمالا Freon 11) گرم می کند که توربین و مولد الکتریکی ای را هدایت می کند.