Rozwój energetyki słonecznej związany jest z powstawaniem coraz to nowych konstrukcji maksymalizującej wykorzystanie promieniowania słonecznego. Jednym z kierunków jest wysokotemperaturowa konwersja promieniowania na ciepło. Wtedy, z termodynamicznego punktu widzenia otwierają się nam możliwości np. na generację energii elektrycznej. Konwersja wysokotemperaturowa wymaga jednak koncentracji promieniowania słonecznego. Sposobów koncentracji jest wiele, jednak w artykule skupiono się na koncentracji w układzie pole heliostatów- wieża słoneczna. System taki ma szereg zalet w porównaniu do pojedynczych układów koncentrujących, m.in. możliwe jest budowanie pojedynczej elektrowni. Zasadniczym elementem jest tutaj heliostat. Artykuł definiuje pojęcie heliostatu, przedstawia zasadę jego działania oraz przeznaczenie w helioelektrowniach typu wieżowego. Dokonany został podział urządzeń na podgrupy w zależności od technologii w nich zastosowanych. Zaprezentowane zostały poszczególne elementy budowy heliostatów oraz czynniki, które pośrednio lub bezpośrednio wpływają na ich typ, wielkość oraz cenę. Przedstawiono problematykę rentowności przed jaką stoi dziś rynek helioelektrowni oraz stopień istotności jaki stanowi pole heliostatów dla budżetu całej inwestycji. Wymieniono szczegółowe parametry jakie winny spełniać tego typu urządzenia, z wyodrębnieniem trzech grup: wymagania operacyjne, optyczne oraz wytrzymałościowe. Zaprezentowano szczegółowo trzy przykładowe, znacząco różniące co do zasady działania oraz skali, rozwiązania i sparametryzowano je w formie tabelarycznej.
EN
The development of a solar energy is associated with the development of new technologies, which maximize the utilization of the solar radiation. One direction is the solar radiation-heat conversion in the high temperature environment. From a thermodynamic point of view, this open new opportunities for power generation. The conversion, however, requires high concentration ratio of the solar radiation. There are many concentration techniques, but this article focuses on concentration on the top of the solar tower due to reflection from the heliostats’ field. Such a system has several advantages in comparison to the small scale concertation systems. Mainly one high capacity power generation unit can be constructed. One of the main part of such system is heliostats’ field. Article defines the concept of heliostat and presents the principles of its operation and its assignment in the Central Receiver Concentrating Solar Power (CR CSP). Different types of heliostats have been investigated and categorized. Factors that directly or indirectly affect the type, size and price of heliostats’ parts have been described. The article presents a problem of the profitability of CR CSP and its relation with CAPEX of the heliostats’ field. Detailed heliostats’ requirements which must be fulfilled have been listed. Those have been divided into three groups: operational, optical and mechanical. Three significantly different by scale and type of operation examples of heliostats have been presented and parametrized in tabular form.
W artykule zaprezentowano sposób użycia skupionego światła słonecznego przetransmitowanego za pomocą światłowodów. Koncentrację promieniowania słonecznego osiągnięto za pomocą parabolicznego lustra osadzonego na elemencie śledzącym pozorny ruch słońca. Zaprezentowano analizę widma światła odbitego od koncentratora i przetransmitowanego za pomocą światłowodu o zmiennej długości oraz wyniki symulacji komputerowych układu transportującego skupione światło za pomocą światłowodów. Dzięki temu możliwe było przedstawienie sposobu propagacji światła wewnątrz światłowodu, a także rozkładu natężenia promieniowania na istotnych powierzchniach systemu. Wykazano, że skoncentrowane promieniowanie słoneczne może być zastosowane na potrzeby oświetleniowe. Wykonano symulacje natężenia oświetlenia w pomieszczeniu oświetlanym za pomocą światłowodów.
EN
The paper presents a method of application of concentrated solar radiation transmitted by optical fibers. The concentration of solar radiation was performed by the parabolic mirror integrated with the Sun tracker. Spectrum of the radiation reflected from the concentrator and transmitted via the optical fiber with varied length is presented. Moreover, the computer simulations of the optical fiber light transporting system are included. Obtained results allowed for analysis of light transmission via optical fibers and generate maps of light intensity at the important parts of the analyzed system. Finally, it was showed that concentrated solar radiation could be used for room lighting. It was confirmed by simulation of light intensities for exemplary office room lighted by optical fibers.
3
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Niniejszy artykuł stanowi wprowadzenie w dziedzinę nieobrazujących układów optycznych wykorzystywanych w układach nadążnych za pozornym ruchem Słońca; dokonuje przeglądu aktualnego stanu wiedzy i techniki z tej dziedziny oraz przedstawia konkretny przypadek wykorzystania soczewki Fresnela w układzie nadążnym o kształcie sferycznym. W pierwszej części opisano zagadnienie jakim jest refrakcja (załamanie) promieniowania słonecznego występujące w układach optycznych stosowanych m.in. w energetyce, w dalszej części dokonano analizy dostępnych dziś, w rozwiązaniach komercyjnych, nieobrazujących układów optycznych wykorzystujących soczewki Fresnela, w trzeciej, ostatniej, części przedstawiono metodologię wyznaczenia geometrii takiej soczewki dla układu optycznego o kształcie sferycznym, w celu jego zastosowania w urządzeniu nadążnym za pozornym ruchem Słońca przy jednoczesnej minimalizacji zjawiska aberacji sferycznej. W przeprowadzonych badaniach przyjęta została stała wysokość pierścienia (karbu) w zmienna dla dwóch zakresów zależnych od liczby pierścienia p. W pracy wykorzystano zjawisko załamania światła słonecznego występującego na granicy dwóch ośrodków o różnej gęstości (prawo Snell’a) przy czym na modelowanej soczewce występują dwa punkty załamania zarówno na zewnętrzna jak i na wewnętrznej (karbowanej) powierzchni. Przedstawione wyniki analizy zamodelowanego układu optycznego, w środowisku RayTracing, świadczą o poprawności wykonania programu obliczeniowego oraz o odpowiednim odwzorowaniu wyznaczonych parametrów w projekcie zrealizowanym w środowisku graficznym. Jak założono w projekcie położenie ogniska przypadło w środku (hemi)sfery czyli f=R.
EN
This article provides an introduction to the topic of non-imagining optics used in the sun trackers; gives a review of the current state of the art in this field and presents the specific case study of the spherical shaped Fresnel lens. The first part defines law of refraction of the solar radiation occurring in the optical systems used in ia. energy industry; in the second part analysis of already commercialized optical systems based on nonimagining Fresnel lens is carried out; and in the third and final, section the design methodology for the spherical shaped Fresnel lens to avoid spherical aberration, dedicated to the sun trackers, is presented. The fixed values of height of the notches w are assumed, 1 mm for the notches p from 1 to 100 and 2mm for the notches p from 101 to 150. The final geometry of the lens is based on calculating solutions to Snell’s law along the lens surfaces wherein refraction is occurring in two points simultaneously: outer and inner lens surfaces. Finally, analysis of the modeled lens in ray tracing environment has been carried out. Its results confirm correct calculation of lens geometry. As assumed the focal point has been observed in the center of hemisphere f=R.
4
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
A novel, spherical shaped sun tracker, capable of shifting the centre of gravity, has been built at the Faculty of Energy and Fuels at AGH-UST. First tilting tests were executed and the results of these measurements have been presented herein. To introduce the reader to the authors' concept of sun tracking, a revive of the recent literature concerning tracking has been mechanisms has been conducted and some interesting ideas as well operating prototypes have been described.
W niniejszym artykule rozważono możliwość praktycznego zastosowania zwierciadła parabolicznego jako koncentratora promieniowania słonecznego. Wykonano wiele prób z wykorzystaniem różnych form konwersji energii: topienie metali, silnik cieplny, fotowoltaika i naturalne światło. Pokazano, że taki układ może być przydatny w zastosowaniach tego typu oraz w tzw. układach kolektorów hybrydowych.
EN
The possibility of use of parabolic mirror as a solar radiation concentrator was considered. A series of tests illustrating various forms of energy conversion have been performed: melting of metals, a heat engine, photovoltaic and daylight transmission. It was concluded that proposed device can be used in the aforementioned applications and in so called solar hybrid systems.
6
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
It is argued that using solid biomass for power generation in Poland is a questionable way of using this renewable resource as means for abating CO2 emissions, as it leads to significant technological, environmental and economic problems. It is shown that a better alternative is to use this resource for space heating, especially in rural areas, which should be supported by diverting a fraction of subsidies given to using biomass for power generation to help farmers install modern, efficient biomass heating boilers.
PL
W Polsce sposób wykorzystania biomasy stałej do produkcji energii elektrycznej jest wątpliwą metodą redukcji emisji CO2, ponieważ prowadzi ona do znacznych problemów technologicznych, środowiskowych i ekonomicznych. Wykazano, iż lepszym rozwiązaniem jest wykorzystanie tego zasobu w celach grzewczych, zwłaszcza na obszarach wiejskich. Część dotacji promującej produkcję energii elektrycznej z biomasy należy przekazać rolnikom, do wsparcia zakupu nowoczesnych i efektywnych kotłów grzewczych na biomasę.
Niskotemperaturowe systemy ogrzewania wymagają dużych powierzchni grzewczych i często nazywane są ogrzewaniem płaszczyznowym. Zaletą ogrzewania podłogowego (wodnego lub elektrycznego), ściennego czy sufitowego jest praca przy niskich temperaturach medium grzewczego, co umożliwia osiągnięcie innego profilu temperatury w ogrzewanych pomieszczeniach niż w przypadku tradycyjnych grzejnikowych systemów grzewczych. Z kolei do wad tego typu rozwiązań zaliczyć można wspomniane wymagania względem powierzchni grzewczych - potrzebne są duże płaszczyzny, które nie mogą być przykrywane czy przesłaniane (np. grubymi dywanami czy meblami). W artykule opisano instalację dydaktyczno-badawczą, która powstała na Wydziale Energetyki i Paliw Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie na potrzeby edukacyjne. Uzyskane wyniki mogą być przydatne przy opracowywaniu systemów sterowania instalacjami niskotemperaturowymi.