Peculiarities of the PV-MD photomodule structure formation during the electrical energy and distillate production

Abstract

Умови роботи фотомодуля значною мірою визначаються термічним режимом, який впливає на ефективність виробництва електроенергії. Застосування у фотомодулі системи примусового охолодження з реалізацією процесу дистиляції солоних вод дозволяє управляти термічним режимом і одержувати додатковий продукт у вигляді пресної води. Вибір способу керування процесом охолодження й режиму його реалізації дає можливість досягнення раціонального сполучення електричної й технологічної продуктивності фотомодуля. У даній роботі проведені аналітичні дослідження формування температурного поля абсорбера гібридного сонячного колектора (PV-MD) при охолодженні за рахунок випарювання теплоносія і рекуперації теплоти утворенного пару. Метод дослідження дозволяє проаналізувати характеристики PV-MD-колектора - температуру нагрівання абсорбера й охолоджуючої рідини, а також продуктивність системи по дистиляті залежно від структури модуля й умов його роботи. Ціль роботи - розробка методу розрахунку теплотехнічних експлуатаційних характеристик роботи гібридного сонячного колектора в умовах каскадного способу тепломасообміну сольового розчину й дистиляту і виявлення раціональної архітектури пристрою. Використано комплексну математичну модель локального аналізу процесів теплоомасообміну гібридного сонячного колектора для реальних умов сонячної й кліматичної ситуації. Аналіз тепломасообміну у варіантних умовах показав, що ступінь рівномірності температурного поля абсорбера, від якої залежить ефективність виробництва електрики, при застосуванні методу PV-MD така, як для методу PVT. Каскадна рекуперація теплової енергії при методі PV-MD для колекторів типових розмірів за ефективностю обмежується двома ступінями. Отримано узагальнюючі залежності для визначення технологічної продуктивності двоступінчатого PV-MD-колектора по дистиляті й температури абсорбера при зміні зовнішніх умов роботи колектора, які можуть бути використані для оцінки ефективності перетворення сонячної енергії в технологічний продукт.

The operating conditions of the photomodule are largely determined by the thermal regime, which affects the efficiency of electricity generation. The use of a forced cooling system in the photomodule with the implementation of the salt water distillation process allows you to control the thermal regime and obtain an additional product in the form of fresh water. The choice of the method of controlling the cooling process and the mode of its implementation makes it possible to achieve a rational combination of electrical and technological productivity of the photomodule. In this paper, analytical studies of the formation of the temperature field of the absorber of the hybrid solar collector (PV-MD) during cooling due to the evaporation of the heat carrier and recovery of the heat of the formed steam were carried out. The research method makes it possible to analyze the characteristics of the PV-MD collector, namely, the heating temperature of the absorber and coolant, as well as the performance of the distillate system, depending on the structure of the module and its operating conditions. The aim of the work is to develop a method for calculating the thermal performance characteristics of the hybrid solar collector in the conditions of a cascade method of heat and mass transfer of salt solution and distillate and to identify the rational architecture of the device. A complex mathematical model of local analysis of heat and mass exchange processes of a hybrid solar collector for real solar and climatic conditions is used. The analysis of heat and mass transfer in variant conditions showed that the degree of uniformity of the absorber temperature field, which depends on the efficiency of electricity production, when applying the PV-MD method is the same as for the PVT method. Cascade recovery of thermal energy using the PV-MD method for collectors of typical sizes is limited in efficiency to two stages. The generalized dependences for determining the technological productivity of the two-stage PV-MD collector in terms of distillate and absorber temperature when the external operating conditions of the collector change, which can be used to evaluate the efficiency of converting solar energy into a technological product, have been obtained.