Экспериментальное исследование систем солнечного трекинга с применением гидроцилиндра с композитным рабочим телом

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.

1. . 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.

2. . 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.

3. . 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.

4. . 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).

5. . 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.

6. . 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.

7. . 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.

8. 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.

9. 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.

10. . 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.

11. . 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.

12. . 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.

13. . 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.

14. . 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.

15. . 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.

16. . 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.

17. . 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.

18. . León N., García H., Ramírez C. Semi-passive solar tracking concentrator // Energy Procedia. – 2014. – Т. 57. – С. 275-284.

19. . 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.

20. . 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.

21. . Couture P. et al. Improving passive solar collector for fiber optic lighting // 2011 IEEE Electrical Power and Energy Conference. – IEEE, 2011. – С. 68-73.

22. . 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.

23. . 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.

24. . 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.

25. . 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.

26. . Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Наука, 1972, 720 с.

27. . 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.

28. . Нигматулин Р. И. Динамика многофазных сред. М.: Наука, 1987. Ч. 1. 464 с. Ч. 2. 360 с.

29. . Стариков Е. В., Велькин В. И., Щеклеин С.Е. Патент РФ на полезную модель «Гелиотроп» № 47496 от 05.04.2005