سیستم های تولید بخار خورشیدی

این سیستمها، بطور متناوب برای تولید بخار خورشیدی به کار می روند، زیرا دماهای بالا به طور نسبی بدون هرگونه کاهش در راندمان کلکتور می توانند به دست آیند. بخار دما پایین در کاربردهای صنعتی جهت استریلیزه کردن و تبخیر کننده های نمک زدایی مورد استفاده قرار می گیرد. سه روش موجود برای تولید بخار با استفاده از کلکتورها بدین شرح می باشد:
١- نظریه تغییر حالت لحظه ای و آنی بخارا که در آن آب متراکم شده (تحت فشار) در کلکتور پس از گرم شدن با عبور از یک شیر انبساطی به بخار تغییر حالت داده و سپس به یک مخزن جداکننده فاز مایع از بخار انتقال یافته و از آنجا از یک مسیر جداگانه به سمت مصرف می رود.
۲- نظریه تولید بخار مستقیم که در آن جریان دو فازی در دریافت کننده کلکتور جریان یافته و در نتیجه آن مستقیما بخار تولید میشود.
٣- نظریه بویلر غير احتراقی، که در آن یک سیال انتقال حرارتی از میان کلکتور جریان یافته و بخار از طریق مبدل حرارتی در یک بویلر غير احتراقی تولید می شود.
همه این سیستمها، مزایا و معایب مشخصی دارند.
* معرفی سیستم تولید بخار لحظه ای آب
در یک سیستم تولید بخار لحظه ای آب برای جلوگیری از رسیدن به نقطه جوش، متراکم و فشرده شده و از میان کلکتور جریان می یابد، سپس با عبور از یک شیر گلوگاهی یا انبساطی به یک مخزن دو فازی جریان می یابد. آب ورودی و تغذیه شده به کلکتور، ترکیب آب به عمل آمده در مخزن و آب خیلی سرد می باشد.
* معرفی نظریه تولید بخار مستقیم
در نظریه جوش یا نظریه دوم، یک سیستم با پیکربندی مشابه بدون شیر تبخیر آنی استفاده میشود. آب خیلی سرد تا نقطه جوش گرم میشود و بخار مستقیما در لوله دریافت کننده کلکتور تشکیل می شود. سرمایه اولیه سیستم تولید بخار مستقیم و سیستم تولید بخار با تبخیر آنی تقریبا برابر می باشد، اگر چه در هر دوی این سیستمها از آب استفاده می شود. یک سیال انتقال دهنده حرارت برتر در سیستم تولید بخار مستقیم مفیدتر و سودمندتر می باشد.
در سیستم تبخیر آنی، تغییر گرمایی محسوس در سیال کاری باعث اختلاف نسبتا بالای دما در میان کلکتور می شود. افزایش سریع در فشار بخار آب با دما نیازمند مطابقت با افزایش در فشار عملکرد سیستم برای جلوگیری از نقطه جوش می باشد. دماهای افزایش یافته و راندمان حرارتی کلکتور خورشیدی کاهش می یابد. فشارهای افزایش یافته در داخل سیستم به طراحی قویتر اجزاء کلکتور نظیر دریافت کننده و لوله کشی نیاز دارد.

اختلاف فشار بیشتر از فشار بخار تحویل داده شده برای جلوگیری از نقطه جوش که در کلکتورها اتفاق می افتد، نیاز است. از این رو در نظریه دوم، فشار این سیستم کاهش یافته و در نتیجه مصرف و توان الکتریکی نیز کاهش می یابد. به علاوه، فرآیند انتقال گرمای نهان، افزایش دما در کلکتور را کمینه می کند. معایب این سیستم، بوجود آمدن یک سری مسایل پایداری می باشد و این حقیقت وجود دارد که حتی با سیستم عملیاتی آب تغذیه و مصرف مناسب و خوب، مقیاس گذاری و پیمایش در دریافت کننده اجتناب ناپذیر است.
در آرایه های کلکتور چند ردیفه، وقوع ناپایداری های جریان باعث افت جریان در ردیف تأثير دیده می شود. این مشکل، آسیب پوشش انتخابی دریافت کننده را در بردارد. اخیر سیستم های قبلی در مقیاس پایلوت برای تولید مستقیم بخار در کلکتورهای تشتک سهموی توسعه یافتند به طوری که در شیب ۲ تا ۴ درجه مورد استفاده قرار می گیرند.
* معرفی سیستم بویلر غير احتراقی
در یک سیستم بویلر غير احتراقی، سیستم از سیال انتقال دهنده حرارت که باید دارای خاصیت بدون انجماد و خوردگی باشد، استفاده میشود. فشارهای سیستم پایین بوده و کنترل آن آسان و درست می باشد. این پارامترها به طور وسیع معایب سیستم های آبی را رفع کرده و در حال حاضر دلایل اصلی استفاده بیشتر نسبت به سیستم های با انتقال دهنده روغن در سیستمهای خورشیدی تولید بخار صنعتی می باشند. مزیت مهم این سیستم، از مشخصات ویژگیهای سیال انتقال دهنده گرما و حرارت نتیجه می شود. بیشتر سیالات، اشتعال پذیر هستند. تجزیه، هنگام قرار گرفتن سیالات در معرض هوا، می تواند دماهای نقطه اشتعال را کاهش داده و نشتیهای در انواع مشخص عایق کاری، احتراق را در دماهایی که کمتر از دماهای خود اشتعالی اندازه گیری شده است، ایجاد کند.
سیالات انتقال دهنده حرارت علیرغم گران بودن نسبی، آلودگی را مهیا می کنند و از این رو برای کاربرد در صنایع غذایی مناسب نمی باشند. سیالات انتقال دهنده حرارت ویژگی های انتقال حرارتی بسیار نامرغوب تری نسبت به آب دارند. ویسکوزیته بیشتر در دماهای محیط، چگالی کمتر، گرمای ویژه پایین تر و هدایت گرمایی بالاتر نسبت به آب از دیگر مشخصه های این سیالات است. این مشخصات به مفهوم نرخهایی است که این سیالات به جریان بالاتر، اختلاف دمای بیشتر در کلکتور و توان پمپاژ بزرگ میتر برای انتقال انرژی با کیفیت معادل با سیستم آبی نیاز دارند. به علاوه، ضرایب انتقال حرارت پایین تر است بنابراین یک اختلاف دمای بزرگتر میان لوله دریافت کننده و سیال کلکتور به وجود می آید. دماهای بالاتر همچنین برای دستیابی به مبدل حرارتی با هزینه کارآمد ضروری می باشد. این تاثیرات کاهش راندمان کلکتور را در بردارد.