МОДЕЛЮВАННЯ НЕПОКРИТОГО ФОТОЕЛЕКТРИЧНОГО ТЕПЛОВОГО КОЛЕКТОРА В MATLAB/SIMULINK

Анотація

Сполучення фотоелектричного модуля та сонячного теплового колектора в фотоелектричний тепловий (PVT) колектор дозволяє реалізувати принцип когенерації і, тим самим, підвищити ефективність перетворення сонячного випромінювання в теплову та електричну енергії. Питання оптимізації конструкцій і режимів експлуатації таких колекторів вимагає проведення моделювання. В роботі запропонована імітаційна модель непокритого фотоелектричного теплового колектора, реалізована в програмному середовищі Matlab/Simulink. Розроблена еквівалентна теплова схема колектора, що описує процеси передачі теплоти від фотоелектричного модуля до рідкого теплоносія та процеси теплообміну між конструктивними елементами колектора та оточуючим середовищем. На основі теплової та електричної схем з використанням блоків Simscape створено імітаційну модель непокритого PVT колектора, яка дозволяє визначати генеровані теплову та електричну потужності, ефективності перетворення енергії, температури конструктивних елементів при стаціонарних та змінних умовах оточуючого середовища для різних режимів роботи фотоелектричного модуля. В якості зразка обрано колектор SUNSYSTEM PVT 240, конструктивні параметри якого покладено в основу розрахунків значень блоків Simscape. Проведено моделювання випробувань колектора в стаціонарних зовнішніх умовах експлуатації. За отриманою характеристичною кривою теплопродуктивності визначено коефіцієнт тепловтрат та максимальну теплову ефективність. Порівняння цих параметрів, отриманих моделюванням, зі значеннями зі специфікації колектора показало розбіжність менше 5%. Відхилення значень електричної потужності, отриманих моделюванням при різних температурних умовах роботи, від розрахункових не перевищує 3%, що свідчить про коректність запропонованої моделі. Проведене моделювання для змінних умов експлуатації показало високу ефективність роботи непокритих PVT колекторів для кліматичних умов України. Дана модель може бути використана для оптимізації конструкції непокритих фотоелектричних теплових колекторів, визначення режимів їх роботи для різних кліматичних умов, бути основою для обґрунтування економічної доцільності впровадження систем генерації на основі фотоелектричних теплових колекторів.