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DOI: http://dx.doi.org/10.7451/CBE.2015.57.8.1
Description:

Integration of renewable energy into industrial process streams is becoming increasingly important as concerns arise surrounding reliance on fossil fuels for electricity generation. Superheated steam (SS) is a valuable process medium, both for its capacity to carry energy and to remove moisture from biological materials, which stands to benefit from integration of solar energy since the only input required is high-quality heat. Though solar energy represents an abundant resource, its exploitation is currently very limited. Evacuated tube solar collectors (ETSC) are capable of delivering energy at temperatures in excess of 200 ?C, and were evaluated for their feasibility for integration into a SS process stream. Experimental results showed that SS could be generated using ETSC at temperatures up to 178 ?C at an efficiency of 8.95%, with efficiency shown to decrease with increasing temperature differential. Further investigation indicated that operation of the ETSC at such high temperature differentials may have a detrimental effect on the materials used in their construction. After 28 loading cycles, component failure began to occur at temperatures of 178 ?C. Conclusions drawn from this study were that while ETSC are capable of producing high-quality SS, they are not feasible for independent integration into an industrial process stream due to low efficiency and component failure.

Keywords: Solar energy, evacuated solar tubes, high temperature, superheated steam.
Résumé:

L’intégration des énergies renouvelables dans les processus industriels devient de plus en plus fréquente. Ceci est dû aux préoccupations associées à la dépendance aux combustibles fossiles dans la production d’électricité. La vapeur surchauffée (SS) est un agent de traitement très utile par ses capacités à fournir de l’énergie et à extraire l’eau de la matière organique. L’intégration de l’énergie solaire dans ce processus peut s’avérer avantageuse car une chaleur de haute qualité est le seul intrant nécessaire. Bien que l’énergie solaire soit une ressource abondante, son utilisation est couramment très limitée. Des capteurs à tube sous vide (ETSC) sont capables de fournir de l’énergie à des températures dépassant 200?C et la faisabilité d’intégrer ces capteurs à un processus utilisant la SS a été évaluée. Les résultats expérimentaux ont démontré qu’en utilisant des ETSC, il était possible de produire de la SS à des températures allant jusqu’à 178?C et ce à une efficacité de 8,95 %. Toutefois cette efficacité décroissait avec une augmentation du différentiel de température. Des essais plus poussés ont montré que l’utilisation des ETSC à des différences de température élevées peut endommager les matériaux dont les capteurs sont faits. À la suite de 28 cycles d’utilisation à des températures de 178?C, des défaillances dans les composantes ont commencé à être observées. Les conclusions tirées de cette étude indiquent que les ETSC peuvent produire de la SS de haute qualité. Toutefois, il n’est pas avantageux de les intégrer à des processus industriels dû à leur faible efficacité et aux bris des composantes.

Mots-clés:

énergie solaire, capteurs à tube sous vide, température élevée, vapeur surchauffée.

Citation: Barchyn, D. and S. Cenkowski. 2015. Performance of evacuated tube solar collectors at high temperature differentials. Canadian Biosystems Engineering 57: 8.1-8.3.
Volume: 57
Issue: 1
Pages 8.1 - 8.3
Contributor: R. Sri Ranjan
Date: March 26, 2015
Technical field: Renewable Energy
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Other information:
Type: Text.Article
Format: PDF
Publication type: Journal
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Relation: Editor
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Language 1: en
Language 2: fr
Rights: Canadian Society for Bioengineering / Société Canadienne de Génie Agroalimentaire et de Bioingénierie
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