Θερμικοί Ηλιακοί Συλλέκτες & Συστήματα

Transcript

1 Η παρούσα κατάσταση Ήδη εφαρμόζεται σε μεγάλη κλίμακα......καλείται να συμβάλει ακόμα (πολύ) περισσότερο, αποδοτικότερα, ευρύτερα. (σχετικά) Ισχυρός παραγωγικός (& εξαγωγικός) κλάδος στην Ελλάδα, ο οποίος όμως......δεν αυτοεξυπηρετείται ως προς τις ανάγκες του σε R&D.

2 ... και οι προκλήσεις Αποδοτικότεροι σχεδιασμοί Υψηλότερες θερμοκρασίες Μείωση της αισθητικής επιβάρυνσης Ειδικές εφαρμογές (ηλιακή ψύξη, αφαλάτωση...) Παραγωγή ισχύος Heat exchanger Thermal s storage Tank (5 m 3 ) Solar Collectors (100 m 2 ) Ιδανικό Evaporator Condenser Distillate Sea water Saline water Post treatment Potable water Ψυχρό νερό (παραγωγή ψύχους): 9 ο C Θερμοκρασία απορριπτόμενης θερμότητας: 28 ο C Θερμοκρασία ζεστού νερού [ ο C]

3 Ερευνητικές κατευθύνσεις Μεταφορά θερμότητας και μάζας Νέοι, αποδοτικότεροι σχεδιασμοί για συλλέκτες και συστήματα Νέα υλικά (οπτικές ιδιότητες, βελτιωμένες ιδιότητες μεταφοράς θερμότητας / μάζας) Υβριδικά PV+Thermal Εργαλεία προσομοίωσης και μοντέλα ενεργειακής συμπεριφοράς (και αξιοπιστία τους) Εργαλεία εκτίμησης αναμενόμενης απολαβής 12 Q/Ac [MJ m -2 ] 10 8 Επιλεκτικό Ιδανικό Vs/Ac [lt m -2 ] Μήκος κύματος [μm]

4 Ερευνητικές κατευθύνσεις Μεταφορά θερμότητας και μάζας Νέοι, αποδοτικότεροι σχεδιασμοί για συλλέκτες και συστήματα Νέα υλικά (οπτικές ιδιότητες, βελτιωμένες ιδιότητες μεταφοράς θερμότητας / μάζας) Υβριδικά PV+Thermal Εργαλεία προσομοίωσης και μοντέλα ενεργειακής συμπεριφοράς (και αξιοπιστία τους) Εργαλεία εκτίμησης αναμενόμενης απολαβής Q/Ac [MJ m -2 ] Q/Ac [MJ m -2 ] Επιλεκτικό Ιδανικό Vs/Ac [lt m -2 ] Vs/Ac [lt m -2 ] Μήκος κύματος [μm]

5 Ερευνητικές κατευθύνσεις Μεταφορά θερμότητας και μάζας Νέοι, αποδοτικότεροι σχεδιασμοί για συλλέκτες και συστήματα Νέα υλικά (οπτικές ιδιότητες, βελτιωμένες ιδιότητες μεταφοράς θερμότητας / μάζας) Υβριδικά PV+Thermal Εργαλεία προσομοίωσης και μοντέλα ενεργειακής συμπεριφοράς (και αξιοπιστία τους) Εργαλεία εκτίμησης αναμενόμενης απολαβής 12 Q/Ac [MJ m -2 ] 10 8 Επιλεκτικό Ιδανικό Vs/Ac [lt m -2 ] Μήκος κύματος [μm]

6 Ερευνητικές κατευθύνσεις Μεταφορά θερμότητας και μάζας Νέοι, αποδοτικότεροι σχεδιασμοί για συλλέκτες και συστήματα Νέα υλικά (οπτικές ιδιότητες, βελτιωμένες ιδιότητες μεταφοράς θερμότητας / μάζας) Υβριδικά PV+Thermal Εργαλεία προσομοίωσης και μοντέλα ενεργειακής συμπεριφοράς (και αξιοπιστία τους) Εργαλεία εκτίμησης αναμενόμενης απολαβής Επιλεκτικό Ιδανικό Μήκος κύματος [μm] Q/Ac [MJ m -2 ] Επιλεκτικό Ιδανικό Vs/Ac [lt m -2 ] Μήκος κύματος [μm]

7 r -2.5 Θερμικοί Ηλιακοί Συλλέκτες & Συστήματα Ερευνητικές κατευθύνσεις Μεταφορά θερμότητας και μάζας Νέοι, αποδοτικότεροι σχεδιασμοί για συλλέκτες και συστήματα Νέα υλικά (οπτικές ιδιότητες, βελτιωμένες ιδιότητες μεταφοράς θερμότητας / μάζας) Υβριδικά PV+Thermal Εργαλεία προσομοίωσης και μοντέλα ενεργειακής συμπεριφοράς (και αξιοπιστία τους) Εργαλεία εκτίμησης αναμενόμενης απολαβής Εκροή U i Z Κενό Z 0 r 0 q =cst 2.5 Z 5 Προς αγωγό συλλογής (header) Κλειστό άκρο 0 Z 0 12 Q/Ac [MJ m -2 ] 10 8 Επιλεκτικό Ιδανικό r Vs/Ac [lt m -2 ] Μήκος κύματος [μm]

8 Ένα νέο concept, το heat-pipe Μεταφορά θερμότητας με κύκλο εξάτμισης - συμπύκνωσης Προστασία από διάβρωση, παγετό Χαμηλή αισθητική επιβάρυνση C1 Πορώδες υλικό C2 Εξατμιστής Απόδοση θερμότητας Ροή υγρού Ροή ατμών g C4 C5 C3 E10 E9 5 cm E8 E5 E6 E7 W7 E3 E4 W5 W6 E2 E1 W4 W3 2 cm 8, W8 W2 W1 Συμπυκνωτής Απαγωγή θερμότητας C7 C6 Mathioulakis E. and Belessiotis V., A new heat-pipe type solar domestic hot water system SOLAR ENERGY, 72 (1):

9 Συλλέκτης heat-pipe Κύκλο εξάτμισης συμπύκνωσης στον συλλέκτη Βελτιστοποίηση για μεγάλα πεδία Χαμηλή πτώση πίεσης m=200 lt/h G Q Q, G [w/m 2 ] n Inst. eff. n :00 8:24 10:48 13:12 15:36 18:00 20:24 [Local Time] Qmax Όριο συμπύκνωσης Όριο αντιροής Όριο ιξώδους Ηχιτικό όριο Όριο τριχοειδούς Όριο βρασμού Όριο εκκίνησης από στερεά κατάσταση Όριο συνέχειας Θερμοκρασία λειτουργίας

10 Μεγάλα ΘΗΣ Λογικές ελέγχου με κριτήρια ενεργειακής βελτιστοποίησης Θερμουδραυλική βελτιστοποίηση Μεθοδολογίες σχεδιασμού ΘΗΣ ειδικών απαιτήσεων Belessiotis V., Mathioulakis E., "An identification approach for performance characterization and simulation of large solar heating systems", proceedings of the ISES Solar World Congress 2007, Beijing - China, September 2007

11 Εργαλεία προσομοίωσης ΘΗΣ Δυναμικά μοντέλα: μοντέλα υπο-συστημάτων (θέση ηλίου, σκίαση, δεξαμενή, εναλλάκτες) γεννήτριες μετεωρολογικών δεδομένων (ΤΜΥ) Μοντέλα Black-box (προσέγγιση Input-Output) ευθεία παραπομπή στη φυσική πραγματικότητα απλούστερη εφαρμογή συμβατότητα με διαθέσιμες πληροφορίες 900 Belessiotis V. and Mathioulakis E., Analytical approach of thermosyphon solar domestic hot water system performance, Solar Energy, Vol. 72 (4), pp , 2002 Qsim & Qth [MJ] Qsim Qth Diagonal m h, T h Ν=1, Τ 1 Ν=2, Τ 2 Ν=i, Τ i m L, T 2 V. Belessiotis, E. Mathioulakis, E. Papanicolaou, Theoretical Formulation and Experimental Validation of the Input-Output Modeling Approach for Large Solar Thermal Systems, to be published in Solar Energy Q mes [MJ] H h m h, T j Ν=j, Τ j Ν=N, Τ N m L, T L H L

12 Πέρα(?) από την έρευνα: Δράσεις προώθησης των ΘΗ Στενές σχέσεις με τον παραγωγικό κλάδο Εργαλεία και δομές πιστοποίησης Διεθνής παρουσία (ISO, CEN, ESTIF ) Πρότυπα Απαιτήσεων Σχήμα Πιστοποίησης Πρότυπα Δοκιμών Ενεργειακή απολαβή Q [kwh/m 2 /έτος ] 700 Q 560 Q< Q< Q<430 Ταξινόμηση A B C D Σύστημα ποιότητας Κατασκευαστής Φορέας Πιστοποίησης Προϊόν Αποτελέσματα δοκιμών Εργαστήριο Δοκιμών Solar Keymark Πιστοποίηση

13 Πέρα(?) από την έρευνα: Δράσεις προώθησης των ΘΗ Στενές σχέσεις με τον παραγωγικό κλάδο Εργαλεία και δομές πιστοποίησης Διεθνής παρουσία (ISO, CEN, ESTIF ) Απόδοση τυπικού οικιακού ηλιακού συστήματος 700 kwh/m 2 /έτος) Πρότυπα Απαιτήσεων Σχήμα Πιστοποίησης Πρότυπα Δοκιμών Ενεργειακή απολαβή Q [kwh/m 2 /έτος ] 700 Q 560 Q< Q< Q<430 Ταξινόμηση A B C D Σύστημα ποιότητας Φορέας Πιστοποίησης Αποτελέσματα δοκιμών Εργαστήριο Δοκιμών Κατασκευαστής Προϊόν Έναρξη παρέμβασης Εργαστηρίου Πιστοποίηση Solar Keymark

14 Θερμικοί Ηλιακή απόσταξη Ηλιακοί Συλλέκτες - Αφαλάτωση & Συστήματα Γιατί η ηλιακή αφαλάτωση; Νερό και ενέργειας: οι δύο όψεις... Ταυτοχρονισμός μεταξύ έντασης στο υδρολογικό ισοζύγιο και διαθεσιμότητας ηλιακού δυναμικού Ύπαρξη ισχυρής εγχώριας βιομηχανίας (βιωσιμότητα) Μικρού μεγέθους, αποκεντρωμένες εγκαταστάσεις

15 Θερμικοί Ηλιακή απόσταξη Ηλιακοί Συλλέκτες - Αφαλάτωση & Συστήματα Πρώτες εγκαταστάσεις: ~1970 (Πάτμος, Σύμη,...) Στόχοι έρευνας: Βελτιστοποίηση σχεδιασμών Πειραματική διερεύνηση Μοντελοποίηση Εκτίμηση μακροχρόνιας απολαβής Belessiotis V. and Delyannis E., The history of renewable energies for desalination, Desalination, Vol. 128 (2), pp , 2000 Belessiotis V. and Delyannis E., Water shortage and renewable energies (RE) desalination possible technological applications, Desalination, Vol. 139 (1-3), pp , 2001 Belessiotis V. and Delyannis E., The history of renewable energies for desalination, Desalination, Vol. 128 (2), pp , 2000

16 Θερμικοί Ηλιακή απόσταξη Ηλιακοί Συλλέκτες - Αφαλάτωση & Συστήματα Ηλιακός αποστακτήρας Ανάπτυξη και πειραματική διερεύνηση νέων σχεδιασμών Παραμετρική διερεύνηση Υβριδικές λύσεις (συνδυασμός με θέρμανση νερού) Μοντέλα και μέθοδοι εκτίμησης αναμενόμενης απολαβής 0.5 theta: Voropoulos K., Mathioulakis E. and Belessiotis V., A hybrid solar desalination and water heating system, Desalination, vol. 164 (2), pp , 2004 Voropoulos K., Mathioulakis E. and Belessiotis V., Solar stills coupled with solar collectors and storage tank - analytical simulation and experimental validation of energy behavior, Solar Energy, Vol. 75 (3), pp , 2003 Mathioulakis E. and Belessiotis V., Integration of solar still in a multi-source, multi-use environment, Solar Energy, Vol. 75 (5), pp , 2003 Y X

17 Θερμικοί Ηλιακή απόσταξη Ηλιακοί Συλλέκτες - Αφαλάτωση & Συστήματα Humidification - Dehumidification Αυξημένες αποδόσεις Σημαντικές δυνατότητες βελτιστοποίησης Ανοικτά θέματα Ε&Α Υβριδικές λύσεις Θέμα προτεραιότητας στην ηλιακή αφαλάτωση Heat exchanger Thermal s storage Tank (5 m 3 ) Solar Collectors (100 m 2 ) Evaporator Condenser Mathioulakis E., Belessiotis V., Delyannis Ε. ''Desalination by using alternative energy : Review and state of the art'', special issue of Desalination, vol. 203(1-3), pp , 2007 Sea water Saline water Distillate Post treatment Potable water

18 Θερμικοί Ηλιακή απόσταξη Ηλιακοί Συλλέκτες - Αφαλάτωση & Συστήματα Humidification - Dehumidification Ευρύτερη Ευρω-μεσογειακή συνεργασία για μικρά αυτόνομα συστήματα αφαλάτωσης Πιλοτικές εγκαταστάσεις και in-situ αξιολόγηση Από το εργαστήριο στην πράξη: Ένταξη σε πραγματικό περιβάλλον χρήσης