Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)
-
Upload
associacio-congres-denergia-de-catalunya -
Category
Technology
-
view
119 -
download
0
description
Transcript of Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)
![Page 1: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/1.jpg)
Emmagatzematge tèrmic de l’energia solar
Congrés d’Energia de Catalunya
26 Novembre 2013
Dra. Luisa F. Cabeza
![Page 2: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/2.jpg)
2Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
Índex
• Introducció a l’energia solar• Introducció a l’emmagatzematge d’energia tèrmica• Aplicació com a sistema passiu• Aplicació per a la producció d’aigua calenta sanitària• Aplicació en refrigeració solar• Aplicació en centrals termosolars• Conclusions
![Page 3: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/3.jpg)
3Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
Introducció a l’energia solar
• L’energia solar és virtualment no esgotable, i està disponible per poder ser utilitzada en tots els països i regions del món
SRREN 2012
![Page 4: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/4.jpg)
4Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
Introducció a l’energia solar
• Tecnologies– Energia solar passiva
• Absorbeix l’energia solar, l’emmagatzema i la distribueix de forma natural, sense elements mecànics
• Les tecnologies d’energia solar passiva no es poden separar de l’edifici com a tal
![Page 5: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/5.jpg)
5Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
Introducció a l’energia solar
• Tecnologies– Energia solar tèrmica
• Aprofitament de l’energia del Sol per:– Cuinar aliments– Produir aigua calenta sanitària– Climatitzar
» Calefacció» Refrigeració solar
![Page 6: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/6.jpg)
6Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
Introducció a l’energia solar
• Tecnologies– Energia solar tèrmica
• També es pot utilitzar per produir electricitat en les centrals termosolars
![Page 7: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/7.jpg)
7Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
Introducció a l’energia solar
• Tecnologies– Energia solar fotovoltaica
• Produeix electricitat utilitzant semiconductors• No utilitza l’emmagatzematge tèrmica
![Page 8: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/8.jpg)
8Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
L’emmagatzematge d’energia tèrmica
• Permet emmagatzemar calor o fred per utilitzar-lo més tard• Beneficis:
– Incrementar la capacitat de generació– Millora l’operació de plantes com les de cogeneració– Permet canviar la compra d’energia a períodes de menor cost– Augmenta la fiabilitat del sistema
![Page 9: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/9.jpg)
9Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
L’emmagatzematge d’energia tèrmica
• Tipus– Sensible
• Sòlids• Líquids
– Latent• Materials de canvi de fase (PCM)• Sòlid líquid
– Termoquímic• Absorció• Adsorció• Reacció química
TcmQ ∆⋅⋅=∆
hmQ ∆⋅=∆
liquid
gas
(1) Absorption/Condensation
gas→liquid41 kJ/mol
liquid
gas
(2) Adsorptiongas→
adsorbed material50-60 kJ/mol
Reacted solid
gas
(3) Chemical reactiongas→
adsorbed material→reacted material80-120 kJ/mol
liquid
<200°CNo volume change of adsorbentCapacity dependency on surface area
Adsorbent surface
Reactant surface
>200°C is possibleWith volume change of reactantNo capacity dependency on surface area
<100°C
Absorbent
Absorbed liquid
![Page 10: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/10.jpg)
10Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
Aplicació com a sistema passiu
• Instal·lació a Puigverd de Lleida
![Page 11: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/11.jpg)
11Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
Aplicació com a sistema passiu
• Instal·lació a Puigverd de Lleida– Diferents cubicles construïts amb el sistema mediterrani– Dimensions internes 2.4x2.4x2.4 metres– Clima amb importants oscil·lacions de temperatura dia/nit
– Incorpora PCM per refrigeració
![Page 12: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/12.jpg)
12Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
Aplicació com a sistema passiu
• Instal·lació a Puigverd de Lleida– Diferents sistemes constructius:
• Formigó
• Totxo convencional
• Termoargila
Sense aïllamentDiferents materials aïllantsAïllament amb PCM macroencapsulat
Sense aïllamentw/wo PCM microencapsulat
Sense aïllamentw/wo PCM macroencapsulat
2.4 m
2.4 m2.4 m
![Page 13: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/13.jpg)
13Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
Aplicació com a sistema passiu
• Instal·lació a Puigverd de Lleida
– PCM MICRONAL®PCM (BASF) • Temperatura de fusió: 26ºC • Entalpia de canvi de fase: 110 kJ/kg• Cada panell incorpora un 5% en pes de PCM
– Sense aïllament
2.4 m
2.4 m2.4 m
![Page 14: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/14.jpg)
14Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
Aplicació com a sistema passiu
• Instal·lació a Puigverd de Lleida– Cubicles totxo
• Cubicle referència (Reference): Sense aïllament• Cubicle amb poliuretà (PU): 5 cm d’aïllament de poliuretà
polvoritzat• Cubicle amb PCM (RT27+PU): 5 cm d’aïllament de poliuretà
polvoritzat i una capa addicional de PCM– Panells CSM amb parafina RT-27 col·locats entre els totxos i l’aïllament
![Page 15: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/15.jpg)
15Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
Aplicació com a sistema passiu
• Instal·lació a Puigverd de Lleida– Cubicles de termoargila
• Cubicle referència (Alveolar): Sense aïllament• Cubicle PCM (SP25+Alveolar): Sense aïllament amb una capa
addicional de PCM– Panells CSM amb sal hidratada SP-25 A8 col·locats dins el cubicle, entre la
termoargila i el revestiment
![Page 16: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/16.jpg)
16Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
Aplicació com a sistema passiu
• Instal·lació a Puigverd de Lleida
– Sensor de flux de calor
– Sensors de temperatura (PT 100)
– Piranòmetre
– Estació meteorològica
– Temperatura i humitat interior
– Consum elèctric
![Page 17: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/17.jpg)
17Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
Aplicació com a sistema passiu
10
14
18
22
26
30
34
38
42
0:00 3:00 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00 0:00
Hours
Tem
pera
rtur
e (º
C)
WEST T.OUT
10
14
18
22
26
30
34
38
42
0:00 3:00 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00 0:00
Hours
Tem
pera
rtur
e (º
C)
WEST WESTPCM T.OUT
Phasechange
Phasechange
Without PCM
With PCM
2ºC
3ºC
26ºC
• Instal·lació a Puigverd de Lleida– Formigó amb PCM microencapsulat
• Temperatura exterior i temperatura d ela paret oest, juliol 2005
![Page 18: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/18.jpg)
18Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
Aplicació com a sistema passiu
• Instal·lació a Puigverd de Lleida– Totxo convencional i termoargila amb PCM macroencapsulat– Experiments de “temperatura lliure”– Climatologia ideal per a la operació del PCM
Període d’estiu – 04/08/08 to 07/08/08Totxo convencional
TermoargilaPeríode d’estiu – 02/08/08 to 04/08/08
2626.5
2727.5
2828.5
2929.5
3030.5
3131.5
3232.5
33
04/08/0812:00
05/08/080:00
05/08/0812:00
06/08/080:00
06/08/0812:00
07/08/080:00
07/08/0812:00
Date
Tem
pera
ture
(ºC
)
Inside Reference Inside PU Inside RT27+PU RT-27
Phase Change Range
2.9ºC
1ºC
26
26.5
27
27.5
28
28.5
29
29.5
30
30.5
31
02/08/0812:00
02/08/0818:00
03/08/080:00
03/08/086:00
03/08/0812:00
03/08/0818:00
04/08/080:00
04/08/086:00
04/08/0812:00
Date
Tem
pera
ture
(ºC
)
Inside Alveolar Inside SP25+Alveolar SP-25 A8
Phase Change Range
1.1ºC
0.9ºC
![Page 19: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/19.jpg)
19Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
• Instal·lació a Puigverd de Lleida– Totxo convencional i termoargila amb PCM macroencapsulat– Experiments de “temperatura controlada”: set-point 24 ºC– Climatologia ideal per a la operació del PCM
Aplicació com a sistema passiu
Període d’estiu –Juny-agost 2008
![Page 20: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/20.jpg)
20Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
Aplicació com a sistema passiu
• Instal·lació a Puigverd de Lleida– Totxo convencional i termoargila amb PCM macroencapsulat– Experiments de “temperatura controlada”: set-point 24 ºC
Energy Consumption1 (Wh)
Energy Savings2 (Wh)
Energy Savings2 (%)
Improvement3 (%)
Reference 9376 0 0 -
PU 4583 4793 51.12 0
RT27+PU 3907 5469 58.33 14.75
Alveolar 5053 4323 46.11 0
SP25+Alveolar 4188 5188 55.33 17.12
1Set point of 24 ºC during 5 days2Referred to the Reference cubicle3Referred to the cubicle with analogue constructive solution and without PCM
![Page 21: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/21.jpg)
21Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
Aplicació com a sistema passiu
• Conclusions– Temperatura lliure
• Reducció dels pics màxim i mínim durant el període càlid• Reducció de la oscil·lació de la temperatura (fins a 1-3 ºC)• Retràs en l’entrada del flux de calor a través de la paret (3-8
hores)
– Temperatura controlada• Efecte molt important del set-point• Amb set-points moderats (24 ºC) � Estalvis d’energia importants
(al voltant del 15%)
![Page 22: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/22.jpg)
22Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
• Instal·lació a Puigverd de Lleida– Façana ventilada amb PCM– Cublicle referència i cubicle amb façana ventilada
Aplicació com a sistema passiu/actiu
![Page 23: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/23.jpg)
23Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
• Instal·lació a Puigverd de Lleida– Façana ventilada amb PCM– Reixetes programables i ventiladors
Aplicació com a sistema passiu/actiu
![Page 24: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/24.jpg)
24Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
• Instal·lació a Puigverd de Lleida– Façana ventilada amb PCM– Experiments de “temperatura lliure”
Aplicació com a sistema passiu/actiu
![Page 25: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/25.jpg)
25Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
• Instal·lació a Puigverd de Lleida– Façana ventilada amb PCM– Experiments de “temperatura controlada”: set-point 21 ºC
Aplicació com a sistema passiu/actiu
20% of net energy savings
![Page 26: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/26.jpg)
26Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
Aplicació per a la producció d’ACS
• Utilització de PCM per millorar l’emmagatzematge d’energia tèrmica en sistemes d’ACS solars– Millorar la densitat energètica del sistema– Millorar l’eficiència del sistema– Millorar la fiabilitat del sistema
![Page 27: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/27.jpg)
27Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
Aplicació per a la producció d’ACS
• PCM dipòsits d’aigua estratificats
![Page 28: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/28.jpg)
28Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
• PCM en dipòsits d’aigua estratificats– Compost granular amb un 90 vol.% d’acetat sòdic trihidratat i un 10
vol.% de grafit
– Encapsulat en botelles d’alumini comercials de 8.8 cm de diàmetre i 31.5 cm d’alçada (1.5 L)
Aplicació per a la producció d’ACS
![Page 29: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/29.jpg)
29Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
Aplicació per a la producció d’ACS
• PCM en dipòsits d’aigua estratificats– Instal·lació disponible a la EPS de la UdL
![Page 30: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/30.jpg)
30Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
Aplicació per a la producció d’ACS
• PCM en dipòsits d’aigua estratificats– Instal·lació disponible a la EPS de la UdL
• Temperatura a diferents alçades del dipòsit
• Temperatura ambient• Temperatura de l’entrada
i sortida d’aigua• Temperatura dins dels
mòduls de PCM• Cabal d’aigua del sistema
![Page 31: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/31.jpg)
31Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
Aplicació per a la producció d’ACS
• PCM en dipòsits d’aigua estratificats– Experiments amb diferent número de mòduls de PCM– Refredament– Rescalfament– Operació solar
– IPF: volum PCM / volum tanc
Nº modules
PCM mass (kg)
IPF (%)
Energy density increase (%) (ΔT = 1 K)
Energy density increase (%) (ΔT = 8 K)
2 2.1 2.05 40 6
4 4.2 4.1 57.2 12
6 6.3 6.16 66.7 16.4
![Page 32: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/32.jpg)
32Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
Aplicació per a la producció d’ACS
• PCM en dipòsits d’aigua estratificats – Refredament amb 2 mòduls de PCM
5051525354555657585960
0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00Time (h:min)
Tem
pera
ture
(ºC
)T-30T-90T-110T-120 (top)PCM1PCM2
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00
Time (h:min)
Tem
pera
ture
(ºC
)
T-30
T-90
T-110
T-120 (top)
PCM1
PCM2
PCM effect
Top water layer keep the temperature around 54-55 ºC between 7-9 hours
![Page 33: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/33.jpg)
33Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
Aplicació per a la producció d’ACS
• PCM en dipòsits d’aigua estratificats – Reescalfament amb 6 mòduls de PCM
26
28
30
32
34
36
38
40
17:45 18:00 18:14 18:28 18:43Time (h:min)
Tem
pera
ture
(ºC
)
T-0 (bottom)T-30T-90T-110T-120 (top)PCM 1PCM 2
15
25
35
45
55
65
75
17:45 17:52 18:00 18:07 18:14 18:21 18:28 18:36 18:43
Time (h:min)
Tem
pera
ture
(ºC
)
T-0 (bottom)
T-30
T-90
T-110
T-120 (top)
PCM 1
PCM 2
Extra time with hot water at 36-38 ºC ≈ 50 min
Theoretical compensation temperature about 10 ºC (from 27 ºC to 37 ºC)
Zoom in
![Page 34: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/34.jpg)
34Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
Aplicació per a la producció d’ACS
• PCM en dipòsits d’aigua estratificats – Operació solar amb 4 mòduls de PCM
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00Time (h:min)
Tem
pera
ture
(ºC
)
0100200300400500600700800900
Rad
iatio
n (W
/m^2
)
Inlet 1 Outlet 1 Inlet 2Outlet 2 Solarimeter
30
35
40
45
50
55
60
65
70
0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00Time (h:min)
Tem
pera
ture
(ºC
)
T-0 (bottom) T-30 T-90T-110 T-120 (top) PCM 1PCM 2
PCM effectTank draw-off
Charging in sunny hours and partial draws-off
Reheating capability as well as keeping nearly constant the water temperature next to the PCM modules
![Page 35: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/35.jpg)
35Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
Aplicació per a la producció d’ACS
• Conclusions– Experiments de refredament amb 2 i 6 mòduls de PCM:
• La capa més alta d’aigua en contacte amb els mòduls de PCM manté la temperatura més alta entre 7 I 9 hores més
– Experiments de reescalfament amb 2 i 6 mòduls de PCM:• La quantitat de temps que l’aigua es manté a temperatures útils
depèn de la quantitat de PCM• El reescalfament pot arribar a ser de 10 ºC
– Experiments amb col·lectors solars amb 4 i 6 mòduls• No es veuen diferències suficients
![Page 36: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/36.jpg)
36Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
• Instal·lació de refrigeració situada a la Universitat de Sevilla
Col·lectors solars tipus Fresnel
Bomba de calor d’absorció
185 ºC
140 ºC
Aplicació en refrigeració solar
![Page 37: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/37.jpg)
37Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
• Instal·lació de refrigeració situada a la Universitat de Sevilla– Connexió d’un dipòsit d’energia tèrmica
185 ºC
140 ºC
Dipòsit d’emmagatzematge
Aplicació en refrigeració solar
Col·lectors solars tipus Fresnel
Bomba de calor d’absorció
![Page 38: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/38.jpg)
38Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
Aplicació en refrigeració solar
• Planta pilot disponible a la EPS de la UdL
![Page 39: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/39.jpg)
39Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
Aplicació en refrigeració solar
• Planta pilot disponible a la EPS de la UdL– Estudi dels dipòsits d’emmagatzematge
![Page 40: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/40.jpg)
40Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
Material Experimental phase change temperature
[ºC]
Experimental phase change enthalpy
[kJ/kg]
Salicylic acid 159.1 (m) / 111.3 (s) 161.5 (m) / 109.4 (s)
Benzanilide 163.6 (m) / 136.1 (s) 138.9 (m) / 129.4 (s)
D-mannitol 166.8 (m) / 117.0 (s) 260.8 (m) / 214.4 (s)
Hydroquinone 172.5 (m) / 159.5 (s) 235.2 (m) / 178.7 (s)
Potassium thyocynate 176.6 (m) / 156.9 (s) 114.4 (m) / 112.5 (s)
Aplicació en refrigeració solar
• Planta pilot disponible a la EPS de la UdL– Selecció del material d’emmagatzematge
![Page 41: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/41.jpg)
41Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
Experiment
hydroquinone tank
Experiment
d-mannitol tank
HTF Temp. gradient [ºC]
HTF flow rate [m3/h]
E1 E7145 – 187
1.4
E2 E8 2.2
E3 E9 3.0
E4 E10130 – 200
1.4
E5 E11 2.2
E6 E12 3.0
Aplicació en refrigeració solar
• Planta pilot disponible a la EPS de la UdL– Selecció del material d’emmagatzematge– Experimentació a la planta pilot
![Page 42: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/42.jpg)
42Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
-20
-16
-12
-8
-4
0
4
8
12
16
20
24
28
0:00:00 2:24:00 4:48:00 7:12:00 9:36:00 12:00:00 14:24:00 16:48:00Time [h:min:s]
Ene
rgy
[kW
h]
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
220
Tem
pera
ture
[ºC
]
E PCM E HTF T PCM 2 T PCM 5 T PCM 8
T PCM 11 T PCM 14 T HTF in T HTF out
Charging ends
Discharging starts
E PCM ch
Discharging ends
E PCM dsch
Aplicació en refrigeració solar
• Planta pilot disponible a la EPS de la UdL– Selecció del material d’emmagatzematge– Resultats
![Page 43: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/43.jpg)
43Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
E1 E2 E3 E4 E5 E6Experiment
Tan
k en
ergy
sto
red
[kW
h]
E HTF charg E HTF disch
Aplicació en refrigeració solar
• Planta pilot disponible a la EPS de la UdL– Selecció del material d’emmagatzematge– Resultats: hidroquinona
![Page 44: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/44.jpg)
44Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
E7 E8 E9 E10 E11 E12Experiment
Tan
k en
ergy
sto
red
[kW
h]
E HTF charg E HTF disch
Aplicació en refrigeració solar
• Planta pilot disponible a la EPS de la UdL– Selecció del material d’emmagatzematge– Resultats: d-mannitol
![Page 45: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/45.jpg)
45Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
Aplicació en refrigeració solar
• Planta pilot disponible a la EPS de la UdL– Selecció del material d’emmagatzematge– Conclusions
• En l’anàlisi en laboratori els materials estudiants presentaven problemes a priori (per exemple, subrefredament)
• En l’anàlisi en planta pilot demostra que nos tots aquests problemes es traslladen en el mateix escalat
• Per una altra banda, l’experimentació en planta pilot va mostrar altres reptes dels materials, en aquest cas la influència del polimorfisme del d-mannitol
![Page 46: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/46.jpg)
46Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
Experiment tank without fins
Experiment tank with fins
HTF Temp. gradient [ºC]
HTF flow rate [m3/h]
E1 E6
145 – 187
0.5
E2 E7 1.2
E3 E8 2.0
E4 E9 2.5
E5 E10 3.0
Aplicació en refrigeració solar
• Planta pilot disponible a la EPS de la UdL– Millora de la transferència de calor per l’ús d’aletes en el
bescanviador de calor– Experimentació a la planta pilot
![Page 47: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/47.jpg)
47Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
• Planta pilot disponible a la EPS de la UdL– Millora de la transferència de calor per l’ús d’aletes en el
bescanviador de calor– Resultats
( )( )PCMin HTF
out HTFin HTF
theoric
experiment
TTTT
Q
Q
−−==ε
Aplicació en refrigeració solar
![Page 48: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/48.jpg)
48Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
)}/(0199.0exp{1 mA &⋅−−=ε
[*] Tay, N.H.S. Belusko, M. Bruno, F. 2012
*
Aplicació en refrigeració solar
• Planta pilot disponible a la EPS de la UdL– Millora de la transferència de calor per l’ús d’aletes en el
bescanviador de calor– Resultats
![Page 49: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/49.jpg)
49Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
)/( mA &
Aplicació en refrigeració solar
• Planta pilot disponible a la EPS de la UdL– Millora de la transferència de calor per l’ús d’aletes en el
bescanviador de calor– Conclusions
• L’eficiència mitja més alta correspon als valors del rati més baixos
• Les aletes fan que la correlació proposada per Tay et al. no sigui adequada
• Les aletes milloren considerablement la transferència de calor dins del PCM
![Page 50: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/50.jpg)
50Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
Value
Dimensions [mm] 7400 x 900
Number of tubes [-] 330
Length of tubes [m] 6000 Internal diameter of tubes [mm] 13.2
Mass of PCM [kg] 4600
Aplicació en refrigeració solar
• Prototipus instal·lat a la Universitat de Sevilla
![Page 51: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/51.jpg)
51Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
Aplicació en centrals termosolars
• Conceptes d’emmagatzematge
STORAGE CONCEPT
Active
Direct Indirect
Passive
![Page 52: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/52.jpg)
52Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
Aplicació en centrals termosolars
• Exemples– Sistema actiu directe
Avantatges Desavantatges
• El material fred i calent estan separats• Elecció de baix risc• Possibilitat d’augmentar la temperatura del camp solar fins a 450/500 ºC • Reducció de la mida del TES
• Alt cost del materials, els bescanviadors de calor i els dipòsits• Molt alt risc de solidificacions• Altes pèrdues de calor• Més baixos costos del TES no es correspon amb menors costos de l’electricitat produïda
Plant: Planta Solar TRES
Location: P.S. Almeria (Spain)
Year: 2002 to 2007
Storage: 588 MWhth (16 h)
TES media: NaNO3 + KNO3
![Page 53: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/53.jpg)
53Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
Aplicació en centrals termosolars
• Exemples– Sistema actiu indirecte
Avantatges Disadvantages
• El material fred i calent estan separats• Elecció de baix risc• Reducció de la mida del TES• Menor risc de solidificació
• Alt cost del materials, els bescanviadors de calor i els dipòsits• Risc mig de solidificació• Es necessita un bescanviador de calor • Diferència de temperatura entre el dipòsit calent I fred petita
Plant: Andasol I
Location: Guadix, Cadiz (Spain)
Year: 2008
Storage: 1010 MWhth (6-12 h)
TES media: NaNO3 + KNO3
![Page 54: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/54.jpg)
54Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
Aplicació en centrals termosolars
• Exemples– Sistema passiu
Avantatges Desadvantages
• Materials d’emmagatzematge barat• Alta transferència de calor• Facilitat de maneig• Baixa degradació
• Augment del cost del bescanviador• Inestabilitat a llarg terme
Plant: LS3
Location: P.S. Almeria (Spain)
Year: 2004
Storage: 0.48 MWhth
TES media: Concrete/ceramics
![Page 55: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/55.jpg)
55Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
Conclusions
• L’emmagatzematge d’energia tèrmica és un factor clau pel desenvolupament i implantació de l’energia solar
• Hi ha moltes aplicacions de l’emmagatzematge d’energia tèrmica que poden encara millorar-se
• Algunes aplicacions ja són madures pel mercat, però altres encara necessiten recerca i desenvolupament
![Page 56: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/56.jpg)
56Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
Agraïments
• Projectes finançats:– DPI2002-04082-C02-02– ENE2005-08256-C02-01/ALT– ENE2008-06687-C02-01– ENE2011-22722– 2005-SGR-00324– 2009 SGR 534– FP6 MOPCON– FP7 EFFIBUILDINGS– FP7 HESTOR– FP7 MERITS– FP7 INNOSTORAGE
• Empreses col·laboradores:– Synthesia Internacional SLU– Honeywell Fluorine Products
Europe B.V– TEINSA– Gas Natural– Abengoa Solar NT– Consorcio termoarcilla– Ediltec– Ajuntament de Puigverd de
Lleida
• Tots els membres del GREA
![Page 57: Luisa F. Cabeza a Coenercat, sessió de Lleida (26.11.2013)](https://reader034.fdocumento.com/reader034/viewer/2022052621/5583e83cd8b42a4c3f8b533b/html5/thumbnails/57.jpg)
57Emmagatzematge tèrmic d’energia solar – Luisa F. Cabeza, 2013
GRÀCIES PER LA SEVA ATENCIÓ
GREA Innovació ConcurrentUniversitat de Lleida
C/ Pere de Cabrera s/n 25001Lleida (Spain)
www.grea.udl.cat