Flat-plate solar-collector performance evaluation with a solar simulator as a basis for collector selection and performance prediction
1976; Elsevier BV; Volume: 18; Issue: 5 Linguagem: Francês
10.1016/0038-092x(76)90012-8
ISSN1471-1257
Autores Tópico(s)Heat Transfer Mechanisms
ResumoThe use of a solar simulator for performance determination permits collector testing under standard conditions of wind, ambient temperature, flow rate and “Sun”. The performance results determined with the simulator have been found to be in good agreement with outdoor performance results. This paper reports the measured thermal efficiency and evaluation of 23 collectors which differ according to absorber material (copper, aluminum, steel), absorber coating (nonselective black paint, selective copper oxide, selective black nickel, selective black chrome), type of glazing material (glass, Tedlar, Lexan, anti-reflection glass), the use of honeycomb material and the use of vacuum to reduce thermal convection losses. The collectors are given performance rankings based on noon-hour solar conditions and all-day solar conditions. The determination with the simulator of an all-day collector performance is made possible by tests at different incident angles. The solar performance rankings are made based on whether the collector is to be used for pool heating, hot water, absorption air conditioning, heating, or for a solar Rankine machine. Another test which aids in selecting collectors is a collector heat capacity test. This test permits a ranking of collectors according to their heat capacity (and time constant), which is a measure of the rapidity of a collector's response to transient solar conditions. Results are presented for such tests. Final considerations for collector selection would of course be made on the basis of cost and the reliability of performance over the required life of a collector. Results of a cost-effectiveness study is given for conditions corresponding to those required for absorption ac or heating. These results indicate that the additional cost involved in the upgrading of collector performance (selective surfaces, anti-reflection glass, etc.) appears to be cost effective and therefore justified. Some data are also presented to illustrate a method for the determination of outdoor performance degradation by use of simulator tests carried out before and after a period of outdoor operation. El uso de un simulador solar para la determinacion del comportamiento del colector permite la prueba bajo condiciones uniformes de viento, temperatura ambiente, regimen de flujo y “Sol”. Los resultados de comportamiento determinados con el simulador han tenido buena concordancia con los reales. Este artículo informa acerca del rendimiento térmico y la evaluación de 23 colectores los que difieren en el material absorbente (cobre, aluminio, acero), en el cubrimiento absorbente (pintura negra no selectiva, óxido de cobre selectivo, níquel negro selectivo, cromo negro selectivo), tipo de cobertura trasparente (vidrio, Tedlar, Lexan, vidrio antirreflectivo), uso de estructuras “nido de abeja” y uso de vacío para evitar pérdidas convectivas de calor. El comportamiento de los colectores ha sido clasificado en base a condiciones de mediodía solar y todo el dia solar. La determinación con el simulador de dia solar completo se ha hecho posible por ensayos a diferentes ángulos de incidencia. La clasificación del comportamiento se hizo como si el colector fuera usado para calentar natatorios, agua caliente, acondicionamiento de aire por absorción, calefacción o para una máquina Rankine. Otro ensayo que ayuda a la selección del colector es la prueba de capacidad térmica. Este ensayo permite la clasificación de los colectores según la capacidad térmica (y tiempo constante), la cual es la medida de la rapidez de respuesta del colector en condiciones solares transitorias. Se presentan resultados de tal ensayo. Las consideraciones finales para la selección pueden, por supuesto, ser hechas en base al costo y a la confiabilidad del comportamiento durante la vida requerida del colector. Se dan resultados del estudio de costo-efectividad para condiciones correspondientes a aquellos requeridos para acondicionamiento de aire por absorción o calentamiento. Estos resultados indican que el costo adicional a causa del majoramiento del comportamiento del colector (superficies selectivas, vidrio antirreflectivo, etc.) aparece como costo efectivo y por lo tanto justificado. Además son presentados algunos datos para ilustrar un método de determinación del deterioro del comportamiento en condiciones exteriores por medio de ensayos con el simulador, antes y después de un lapso de operación en tales condiciones. L'utilisation d'un simulateur solaire pour la détermination des performances permet l'expérimentation d'un collecteur dans des conditions standard de vent, température ambiante, débit et installation. Les résultats déterminés à l'aide du simulateur ont été en accord avec les résultats obtenus à l'extérieur. Cet article relate la mesure du rendement thermique et l'étude de 23 collecteurs qui sont différents par: le matériau constituant l'absorbeur (cuivre, aluminium, acier) le revêtement de l'absorbeur (peinture noire non sélective, oxyde de cuivre sélectif, nickel noir sélectif, chrome noir sélectif) le type de matériau de couverture (verre, Tedlar, Lexan, verre antiréflécnissant) l'utilisation de dispositifs en nids d'abeille et l'utilisation de vide pour s'opposer aux pertes thermiques par convection. Les collecteurs sont classés selon leur performance dans les conditions de midi solaire et dans les conditions journalières. La détermination avec le simulateur du fonctionnement pour un jour entier est rendu possible par des tests à différents angles d'incidence. Les classements sont faits en se basant sur l'utilisation du collecteur, pour le chauffage de piscine, le chauffage de l'eau, le conditionnement d'air par absorption, le chauffage, ou l'utilisation d'une machine solaire à cycle de Rankine. Une autre expérience utile pour la sélection des capteurs est le test de capacité thermique. Ce test permet un classement des capteurs selon leur capacité thermique (et leur constante de temps) qui mesure la rapidité de réponse d'un capteur dans les conditions solaires transitoires. On donne les résultats de telles expérimentations. Les considérations finales de sélection d'un capteur seront naturellement effectuées sur les bases de son coût et de la fiabilité pendant la durée de vie demandée au capteur. On donne les résultats d'une étude de rentabilité coût/rendement pour des conditions correspondantes à une utilisation d'absorption pour l'air conditionné ou de chauffage.
Referência(s)