alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2024.01.235-244alternative-2379Research ArticleXI. ИННОВАЦИОННЫЕ РЕШЕНИЯ, ТЕХНОЛОГИИ, УСТРОЙСТВА И ИХ ВНЕДРЕНИЕ. 26. Инновационные решения в области энергетики и альтернативной энергетикиXI. INNOVATION SOLUTIONS, TECHNOLOGIES, FACILITIES AND THEIR INNOVATION. 26. Information solutions in the field of energy and alternative energyЭкспериментальное исследование систем солнечного трекинга с применением гидроцилиндра с композитным рабочим теломЕxperimental study of solar trackingsystems using a hydraulic cylinder with a composite working fluidВяткинП. А.VyatkinP. A.

Вяткин Павел Алексеевич,

Екатеринбург

Vyatkin Pavel Alekseevich - 

Yekaterinburg

МолаА. Х.MolaA. Kh.

Аль-Мохаммедави Ахмед Хуссейн Мола - аспирант,

Екатеринбург

Al-Mohammedawi Ahmed Hussein Mola - postgraduate student,

Yekaterinburg

ЩеклеинА. Х.ShchekleinS. E.

Щеклеин Сергей Евгеньевич - д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой«Атомные станции и возобновляемые источники энергии», действительный член Международной энергетической академии,

Екатеринбург

Shcheklein Sergey Evgenievich - Dr. Techn. Doctor of Medical Sciences, Professor, Head of the Department of Nuclear Power Plants and Renewable Energy Sources; Full member of the International Energy Academy,

Yekaterinburg

s.e.shcheklein@urfu.ruНемихинЮ. Е.NemikhinYu. E.

Немихин Юрий Евгеньевич - старший преподаватель, кафедра «Атомные станции и возобновляемые источники энергии»,

Екатеринбург

Nemikhin Yurii Evgenievich - Senior Lecturer, the «Nuclear Power Plantsand Renewable Energy Sources» department,

Yekaterinburg

Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. ЕльцинаРоссияUral Federal University named after the first President of Russia B. N. YeltsinRussian Federation20242105202401235244Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20232023Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/2379

Известно, что наибольший приход энергии Солнца на поверхность имеет место при нормальном падении на неё солнечных лучей. Однако, системы слежения за положением Солнца и ориентации солнечных установок (трекинга) требуют электрических приводов, весьма энергозатратны, дороги и ненадежны в эксплуатации.

Целью данного исследования является разработка силового модуля на основе диалотометрического эффекта в жидкостях и твёрдых телах для создания пассивного солнечного трекера, а также выбор жидкости и поиск эффективных полимерных добавок для создания композитных рабочих тел в системах трекинга.

Экспериментально показано, что наибольший эффект изменения объема в диапазоне температур от 20 до 80 0 С имеет чистый этиловый спирт. Другие органические жидкости (масла, антифризы) также могут использоваться в системах пассивного солнечного трекинга. Добавление твердых полимерных добавок к жидкой фазе не приводит к усилению эффекта объемного расширения.

Показано, что в результате нагрева жидкости в замкнутом объеме гидроцилиндра диаметром 20 мм могут быть перемещены массы весом до 10 кг.

На основании исследований предложена концепция силового модуля пассивного солнечного трекера.

It is known that the greatest influx of solar energy to the surface takes place during the normal incidence of the sun’s rays on it. However, systems for tracking the position of the Sun and the orientation of solar installations (tracking) require electric drives, are very energy-consuming, expensive and unreliable in operation.

The purpose of this research is to develop a power module based on the dialotometric effect in liquids and solids to create a passive solar tracker, as well as to select a liquid and search for effective polymer additives to create composite working fluids in tracking systems.

It has been experimentally shown that pure ethyl alcohol has the greatest effect of volume change in the temperature range of 20 to 80 °C. Other organic liquids (oils, antifreezes) can also be used in passive solar tracking systems. The addition of solid polymer additives to the liquid phase does not increase the effect of volumetric expansion.

It is shown that as a result of heating a liquid in a closed volume of a hydraulic cylinder with a diameter of 20 mm, masses weighing up to 10 kg can be moved.

Based on the research, the concept of the power module of a passive solar tracker is proposed.

изменение объеманизкокипящая жидкостькомпозитные добавкисолнечный трекергидроцилиндрполиэтиленэтанолкарболитvolume changelow-boiling liquidcomposite additivessolar trackerhydraulic cylinderpolyethyleneethanolcarboliteReferences. Немихин Ю. Е. и др. Разработка и создание системы слежения за положением солнца // Технические науки в мире: от теории к практике. – 2015. – С. 35-38.. Nemikhin Y. E. et al. Razrabotka i sozdanie sistemy sledovanie za polozheniya solntsem. Technical sciences in the world: from theory to practice. – 2015. P. 35-38. (In Russian). Обухов С. Г., Плотников И. А. Выбор параметров и анализ эффективности применения систем слежения за солнцем // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2018. – Т. 329. – №. 10. – С. 95-106.. Obukhov S. G., Plotnikov I. A. Vybor parametrov i analiz effektivnosti primeneniya sistem sledeniya za solnekom. Engineering of Georesources. 2018. T. 329. №. 10, Р. 95-106. (In Russian). Hafez A. Z., Yousef A. M., Harag N. M. Solar tracking systems: Technologies and trackers drive types – A review //Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2018. – Т. 91. – С. 754-782.. Hafez A. Z., Yousef A. M., Harag N. M. Solar tracking systems: Technologies and trackers drive types– A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2018. Т. 91, Р. 754-782.. M. H. Majeed, N. T. Alwan, S. E. Shcheklein, A. V Matveev. Electromechanical solar tracker system for a parabolic dish with CPU water heater, Mater. Today Proc. (2021).. M. H. Majeed, N. T. Alwan, S. E. Shcheklein, A. V Matveev. Electromechanical solar tracker system for a parabolic dish with CPU water heater, Mater. Today Proc. (2021).. F. S. Atallah, Y. H. H. Mahmood, S. S. Tawfeeq, Fabrication and study of solar panel tracking system, Tikrit J. Pure Sci. 23 (2018) 123–127. https://doi.org/10.25130/tjps.23.2018.017.. F. S. Atallah, Y. H. H. Mahmood, S. S. Tawfeeq. Fabrication and study of solar panel tracking system, Tikrit J. Pure Sci. 23 (2018) 123–127. https://doi.org/10.25130/tjps.23.2018.017.. Juang J. N., Radharamanan R., Beaver J. A Low Cost Solar Tracker Design for Renewable Energy //Journal of Management & Engineering Integration. – 2013. – Т. 6. – №. 2.. Juang J. N., Radharamanan R., Beaver J. A Low Cost Solar Tracker Design for Renewable Energy. Journal of Management & Engineering Integration. 2013. Т. 6. №. 2.. N. T. Alwan, S. E. Shcheklein, O. M. Ali. Materials Today : Proceedings Experimental analysis of thermal performance for flat plate solar water collector in the climate conditions of Yekaterinburg, Russia, Mater. Today Proc. (2021). https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.12.263.. N. T. Alwan, S. E. Shcheklein, O. M. Ali. Materials Today : Proceedings Experimental analysis of thermal performance for flat plate solar water collector in the climate conditions of Yekaterinburg, Russia, Mater. Today Proc. (2021). https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.12.263.N. T. Alwan, S. E. Shcheklein, O. M. Ali. Experimental analysis of thermal performance for flat plate solar water collector in the climate conditions of Yekaterinburg, Russia, Mater. Today Proc. 42 (2021) 2076–2083. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.12.263.. N. T. Alwan, S. E. Shcheklein, O. M. Ali. Experimental analysis of thermal performance for flat plate solar water collector in the climate conditions of Yekaterinburg, Russia, Mater. Today Proc. 42 (2021) 2076–2083. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.12.263.N. T. Alwan, M. H. Majeed, I. M. Khudhur, S. E. Shcheklein, O. M. Ali, S. J. Yaqoob, R. Alayi. Assessment of the performance of solar water heater : an experimental and theoretical investigation, (2022) 528–539.. N. T. Alwan, M. H. Majeed, I. M. Khudhur, S. E. Shcheklein, O. M. Ali, S. J. Yaqoob, R. Alayi. Assessment of the performance of solar water heater : an experimental and theoretical investigation, (2022) 528–539.. N. T. Alwan, H. M. Milia, S. E. Shcheklein, A. V. Matveev. Dual axis solar tracking system for a parabolic dish CPU water heater, J. Phys. Conf. Ser. 2119 (2021). https://doi.org/10.1088/1742-6596/2119/1/012098.. N. T. Alwan, H. M. Milia, S. E. Shcheklein, A. V. Matveev. Dual axis solar tracking system for a parabolic dish CPU water heater, J. Phys. Conf. Ser. 2119 (2021). https://doi.org/10.1088/1742-6596/2119/1/012098.. A. Ponniran, A. Hashim, A. Joret. A Design of Low Power Single Axis Solar Tracking System Regardless of Motor Speed, Int. J. Integr. Eng. 3 (2011) 5–9.. A. Ponniran, A. Hashim, A. Joret. A Design of Low Power Single Axis Solar Tracking System Regardless of Motor Speed, Int. J. Integr. Eng. 3 (2011) 5–9.. S. Venkatesh Kumar, C. Kathirvel, P. Deepa, R. Mohan Kumar. Design and Implementation of IoT based Dual Axis Solar Tracking System, Proc. - 2023 3rd Int. Conf. Smart Data Intell. ICSMDI 2023. 5 (2023) 542–545. https://doi.org/10.1109/ICSMDI57622.2023.00102.. S. Venkatesh Kumar, C. Kathirvel, P. Deepa, R. Mohan Kumar. Design and Implementation of IoT based Dual Axis Solar Tracking System, Proc. – 2023 3-rd Int. Conf. Smart Data Intell. ICSMDI 2023. 5 (2023), Р. 542–545. https://doi.org/10.1109/ICSMDI57622.2023.00102.. N. T. Alwan, A. S. Ahmed, M. H. Majeed, S. E. Shcheklein, S. J. Yaqoob, A. Nayyar, Y. Nam, M. Abouhawwash. Enhancement of the Evaporation and Condensation Processes of a Solar Still with an Ultrasound Cotton Tent and a Thermoelectric Cooling Chamber, Electron. 11 (2022). https://doi.org/10.3390/electronics11020284.. N. T. Alwan, A. S. Ahmed, M. H. Majeed, S. E. Shcheklein, S. J. Yaqoob, A. Nayyar, Y. Nam, M. Abouhawwash, Enhancement of the Evaporation and Condensation Processes of a Solar Still with an Ultrasound Cotton Tent and a Thermoelectric Cooling Chamber, Electron. 11 (2022). https://doi.org/10.3390/electronics11020284.. N. T. Alwan, S. E. Shcheklein, O. M. Ali. Case Studies in Thermal Engineering Experimental investigation of modified solar still integrated with solar collector, Case Stud. Therm. Eng. 19 (2020) 100614. https://doi.org/10.1016/j.csite.2020.100614.N. T. Alwan, S. E. Shcheklein, O. M. Ali. Case Studies in Thermal Engineering Experimental investigation of modified solar still integrated with solar collector, Case Stud. Therm. Eng. 19 (2020) 100614. https://doi.org/10.1016/j.csite.2020.100614.. N. T. Alwan, S. E. Shcheklein, O. M. Ali. Experimental investigations of single-slope solar still integrated with a hollow rotating cylinder, in: IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng., Institute of Physics Publishing, 2020. https://doi.org/10.1088/1757-899X/745/1/012063.N. T. Alwan, S. E. Shcheklein, O. M. Ali. Experimental investigations of single-slope solar still integrated with a hollow rotating cylinder, in: IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng., Institute of Physics Publishing, 2020. https://doi.org/10.1088/1757-899X/745/1/012063.. Shcheklein S. E., Nemikhin Y. E., Nemkov D. A. Revisiting optimization of 2D tracker application in solar energy //2018 17th International Ural Conference on AC Electric Drives (ACED). – IEEE, 2018. – С. 1-4.. Shcheklein S. E., Nemikhin Y. E., Nemkov D. A. Revisiting optimization of 2D tracker application in solar energy. 2018. 17th International Ural Conference on AC Electric Drives (ACED). IEEE, 2018. С.1-4.. Madala S., Boehm R. F. A review of nonimaging solar concentrators for stationary and passive tracking applications //Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2017. – Т. 71. – С. 309-322.. Madala S., Boehm R. F. A review of nonimaging solar concentrators for stationary and passive tracking applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2017. Т. 71. С. 309-322.. León N., García H., Ramírez C. Semi-passive solar tracking concentrator // Energy Procedia. – 2014. – Т. 57. – С. 275-284.. León N., García H., Ramírez C. Semi-passive solar tracking concentrator. Energy Procedia. 2014. Т. 57. Р. 275-284.. Pe´rez Sa´nchez M. M., Balam Tamayo D., Cruz Estrada R. H. Design and Construction of a Dual Axis Passive Solar Tracker, for Use on Yucata´n // Energy Sustainability. – 2011. – Т. 54686. – С. 1341-1346.. Pe´rez Sa´nchez M. M., Balam Tamayo D., Cruz Estrada R. H. Design and Construction of a Dual Axis Passive Solar Tracker, for Use on Yucata´n. Energy Sustainability. 2011. Т. 54686. Р. 1341-1346.. Natarajan M., Srinivas T. Experimental and simulation studies on a novel gravity based passive tracking system for a linear solar concentrating collector // Renewable Energy. – 2017. – Т. 105. – С. 312-323.. Natarajan M., Srinivas T. Experimental and simulation studies on a novel gravity based passive tracking system for a linear solar concentrating collector. Renewable Energy. 2017. Т. 105. Р. 312-323.. Couture P. et al. Improving passive solar collector for fiber optic lighting // 2011 IEEE Electrical Power and Energy Conference. – IEEE, 2011. – С. 68-73.. Couture P. et al. Improving passive solar collector for fiber optic lighting. 2011 IEEE Electrical Power and Energy Conference. IEEE, 2011. Р. 68-73.. Angulo M. et al. Design and Control of a Pas sive Solar Tracking System Using a Sky Imager // Latin American Symposium on Industrial and Robotic Systems. – Cham: Springer International Publishing, 2019. – С. 170-178.. Angulo M. et al. Design and Control of a Passive Solar Tracking System Using a Sky Imager. Latin American Symposium on Industrial and Robotic Systems. Cham: Springer International Publishing, 2019. Р. 170-178.. Holambe P. R., Talange D. B., Bhole V. B. Motorless solar tracking system //2015 International Conference on Energy Systems and Applications. – IEEE, 2015. – С. 358-363.. Holambe P. R., Talange D. B., Bhole V. B. Motorless solar tracking system. 2015 International Conference on Energy Systems and Applications. IEEE, 2015. Р. 358-363.. Sharma M., Jilte R. A review on passive methods for thermal performance enhancement in parabolic trough solar collectors //International Journal of Energy Research. – 2021. – Т. 45. – №. 4. – С. 4932-4966.. Sharma M., Jilte R. A review on passive methods for thermal performance enhancement in parabolic trough solar collectors // International Journal of Energy Research. 2021. Т. 45. №. 4. Р. 4932-4966.. Вяткин П. А. и др. Экспериментальное исследование влияния низкокипящих присадок на объем в газовом цилиндре двигателя Стирлинга // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). – 2023. – №. 4. – С. 125-130.. Viatkin P.A., Salih S.A., Mola A.H., Dubinin A.M., Shcheklein S.E., Nemikhin Y.E. Experimental study of the effect of low-boiling additives on the volume in the gas cylinder of the Stirling engine. International scientific journal for alternative energy and ecology. 2023. № 4 (409). Р. 125-130. (In Russian). Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Наука, 1972, 720 с.. Vargaftik N.B. Handbook on Thermophysical Properties of Gases and Liquids. Moscow, Nauka Publ., 1972, 720 p. (In Russian).. Юмагулова Ю. А. Повышение давления жидкости в замкнутом объеме за счет термического расширения при нагревании через стенки //Труды Института механики им. Р. Р. Мавлютова Уфимского научного центра РАН. – 2012. – Т. 9. – №. 1. – С. 188-189.. Yumagulova Y. A. Increase in fluid pressure in a closed volume due to thermal expansion during heating through walls. Proceedings of the Institute of Mechanics named after R. R. Mavlyutov of the Ufa Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. – 2012. T. 9. №. 1. P. 188-189. (In Russian). Нигматулин Р. И. Динамика многофазных сред. М.: Наука, 1987. Ч. 1. 464 с. Ч. 2. 360 с.. Nigmatulin R. I. Dynamics of multiphase media. Moscow, Nauka Publ., 1987. Part 1. 464 p. (In Russian). Part 2. 360 p. (In Russian).. Стариков Е. В., Велькин В. И., Щеклеин С.Е. Патент РФ на полезную модель «Гелиотроп» № 47496 от 05.04.2005. Starikov E.V., Velkin V.I., Shcheklein S.E. Patent of the Russian Federation for the utility model «Heliotrope» № 47496 dated 05.04.2005 (In Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.