Ηλιοβοηθούμενοι οργανικοί κύκλοι Rankine, ενεργειακή και εξεργειακή ανάλυση
Solar-driven Organic Rankine Cycle (SORC): energy and exergy analysis
Λέξεις-κλειδιά
Rankine ; Οργανικός κύκλος Rankine ; Ηλιακοί συλλέκτες ; Ηλιακοί θερμικοί συλλέκτες ; Ηλιοβοηθούμενο σύστημα ; Οργανικά ρευστάΠερίληψη
Στη παρούσα εργασία διεξάγεται επιστημονική ανασκόπηση σχετικά με τους Ηλιοβοηθούμενου οργανικού κύκλου Rankine. Πιο συγκεκριμένα, η ανασκόπηση εστιάζει στα συστήματα μικρής κλίμακας (μεγέθους) που καλύπτουν ενεργειακές ανάγκες από μικρούς οικισμούς μέχρι και μεμονωμένες οικίες. Η εργασία είναι βασισμένη στην υπάρχον επιστημονική βιβλιογραφία, η οποία μελετήθηκε και αποδελτιώθηκε. Από την ανάλυση των στοιχείων που καταγράφηκαν προκύπτει ότι ένας οργανικός κύκλος Rankine με ηλιακό συλλέκτη (SORC), μπορεί να καλύψει τις ενεργειακές ανάγκες για ηλεκτρική ενέργεια σε έναν οικισμό ή σε μία κατοικία ανάλογα με το μέγεθος και τα χαρακτηριστικά του συστήματος. Για τους ηλιακούς θερμικούς συλλέκτες, με κατηγοριοποίηση και εκτενής ανάλυση της διαθέσιμης βιβλιογραφίας, διαπιστώθηκε ότι οι συλλέκτες που αποδίδουν καλύτερα σε αυτές τις εφαρμογές είναι ο Επίπεδος Συλλέκτης Κενού και ο Γραμμικός Παραβολικός Συλλέκτης, ανάλογα τις προδιαγραφές και τον σκοπό του συστήματος. Επιπλέον τα οργανικά ρευστά που παρουσιάζουν καλύτερη απόδοση είναι το R134a, το R245fa και υδρογονάνθρακες, όπως το βουτάνιο, το προπάνιο και το εξάνιο, με το κάθε ένα να παρουσιάζει μέγιστη απόδοση σε διαφορετικά εύρη θερμοκρασιών λειτουργίας. Οι τοπολογίες που φαίνεται να είναι πιο αποδοτικές και με καλύτερο λόγο απόδοσης τιμής είναι ο Απλός Οργανικός Κύκλος και ο Αναγεννητικός Οργανικός Κύκλος. Παραλλαγές και τοπολογίες με περιπλοκότερες διατάξεις αυξάνουν πολύ το κόστος, με δυσανάλογη αύξηση στην απόδοση, επομένως δεν συνιστώνται.
Περίληψη
In this paper, a scientific review is conducted on the Solar Assisted Organic Rankine Cycle. More specifically, the review focuses on small-scale (size) systems that cover energy needs from small settlements to individual houses. The work is based on the existing scientific literature, which was studied and refined. From the analysis of the data recorded, it appears that an organic Rankine cycle with a solar collector (SORC) can meet the energy needs for electricity in a settlement or a house depending on the size and characteristics of the system. For solar thermal collectors, by categorization and extensive analysis of the available literature, it was found that the collectors that perform best in these applications are the Flat Vacuum Collector and the Linear Parabolic Collector, depending on the specifications and purpose of the system. Additionally, the organic fluids that perform better are R134a, R245fa, and hydrocarbons such as butane, propane, and hexane, with each exhibiting maximum performance at different operating temperature ranges. The topologies that appear to be more efficient and with better value for money are the Simple Organic Cycle and the Regenerative Organic Cycle. Variations and topologies with more complex layouts greatly increase the cost, with a disproportionate increase in performance, so they are not recommended.