In this article, the effect of concentration technology on the thermal performance of a solar water heating system is investigated. A three-dimensional numerical simulation of a parabolic trough collector (PTC) is carried out using the commercial software ANSYS. The performance of a line-focus concentration system is compared to that of an integrated collector storage solar water heater. The PTC provides more useful heat but has higher nighttime thermal losses. It is proposed to reduce nighttime energy loss by insulating the PTC storage tank. The effects of the insulation coverage strategy and medium are discussed. Numerical results show that the thermal insulation material significantly influences heat transfer. Indeed, addition of glass wool reduces heat collection during the day and improves heat preservation at night, while adding an air-filled glass tube increases heat transfer during the day and reduces nighttime thermal losses. The effect of tank insulation coverage is also investigated. This solar system performs best when the upper half of the tank is insulated. The maximum water temperature is 360.5 K, the overall thermal loss coefficient is 9.38 W/m2 K, and the nighttime thermal loss coefficient is 6.2 W/m K. The optimum PTC configuration is one in which the upper half of the tank is insulated by a 0.01 m-thick layer of air that is held in place by glass. This optimized system provides 29% more useful heat, a lower overall heat loss coefficient of 14.9%, and a lower nighttime heat loss coefficient of 62% than the non-insulated-tank-based PTC.

中文翻译：

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抛物槽式集热器的热性能评估与改进

在本文中，研究了聚光技术对太阳能热水系统热性能的影响。使用商业软件 ANSYS 对抛物槽收集器 (PTC) 进行三维数值模拟。线聚焦聚光系统的性能与集成集热器存储太阳能热水器的性能进行了比较。PTC 提供更多有用的热量，但夜间热损失更高。建议通过对 PTC 储罐进行绝缘来减少夜间能量损失。讨论了绝缘覆盖策略和介质的影响。数值结果表明，绝热材料对传热有显着影响。事实上，玻璃棉的加入减少了白天的热量收集，并提高了晚上的保温效果，同时添加充气玻璃管可增加白天的热传递并减少夜间的热损失。还研究了储罐绝缘覆盖的影响。当水箱的上半部分是隔热的时，这个太阳能系统的性能最好。最高水温为 360.5 K，整体热损失系数为 9.38 W/m2 K，夜间热损失系数为 6.2 W/m K。最佳 PTC 配置是水箱上半部分由由玻璃固定的 0.01 m 厚的空气层。与基于非绝缘罐的 PTC 相比，这种优化的系统可提供 29% 以上的有用热量、14.9% 的较低总热损失系数和 62% 的夜间热损失系数。还研究了储罐绝缘覆盖的影响。当水箱的上半部分是隔热的时，这个太阳能系统的性能最好。最高水温为 360.5 K，整体热损失系数为 9.38 W/m2 K，夜间热损失系数为 6.2 W/m K。最佳 PTC 配置是水箱上半部分由由玻璃固定的 0.01 m 厚的空气层。与基于非绝缘罐的 PTC 相比，这种优化的系统可提供 29% 以上的有用热量、14.9% 的较低总热损失系数和 62% 的夜间热损失系数。还研究了储罐绝缘覆盖的影响。当水箱的上半部分是隔热的时，这个太阳能系统的性能最好。最高水温为 360.5 K，整体热损失系数为 9.38 W/m2 K，夜间热损失系数为 6.2 W/m K。最佳 PTC 配置是水箱上半部分由由玻璃固定的 0.01 m 厚的空气层。与基于非绝缘罐的 PTC 相比，这种优化的系统可提供 29% 以上的有用热量、14.9% 的较低总热损失系数和 62% 的夜间热损失系数。夜间热损失系数为 6.2 W/m K。最佳 PTC 配置是罐的上半部分由 0.01 m 厚的空气层绝缘，空气层由玻璃固定。与基于非绝缘罐的 PTC 相比，这种优化的系统可提供 29% 以上的有用热量、14.9% 的较低总热损失系数和 62% 的夜间热损失系数。夜间热损失系数为 6.2 W/m K。最佳 PTC 配置是这样一种配置，其中罐的上半部分由 0.01 m 厚的空气层绝缘，该空气层由玻璃固定到位。与基于非绝缘罐的 PTC 相比，这种优化的系统可提供 29% 以上的有用热量、14.9% 的较低总热损失系数和 62% 的夜间热损失系数。