dr hab. inż. Dorota Wójcicka-Migasiuk, Lublin, 12 listopada 2016r. Profesor nadzwyczajny Politechniki Lubelskiej Wydział Podstaw Techniki Katedra Podstaw Techniki

Recenzja rozprawy doktorskiej

mgr inż. Joanny Aleksiejuk

MODELOWANIE DYNAMIKI PRACY KOLEKTORA SŁONECZNEGO Z WYKORZYSTANIEM METODY ZASTĘPCZEJ SIECI CIEPLNEJ

Promotor: prof. dr hab. inż. Andrzej Chochowski

Opracowana na zlecenie Rady Wydziału Inżynierii Produkcji, Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego

w Warszawie

1. Tematyka rozprawy doktorskiej

Efektywność energetyczna towarzysząca wykorzystaniu konwersji promieniowania słonecznego na ciepło w kolektorach słonecznych i ich współpraca z innymi systemami w układach zintegrowanych jest ważnym nadrzędnym celem wielu badań prowadzonych w tym zakresie.

Praca doktorska mgr inż. Joanny Aleksiejuk wpisuje się w tę istotną tematykę a dotyczy bardzo aktualnego problemu usprawnienia automatyzacji procesów w systemach zwanych w także hybrydowymi. Usprawnienie to może się dokonać poprzez lepsze poznanie wpływu parametrów konstrukcyjnych i eksploatacyjnych na dynamikę pracy kolektorów słonecznych, a wiedza ta może posłużyć już na etapie ich projektowania. Tematyka pracy należąc do istotnego nurtu badań jest także bardzo aktualna dla warunków europejskich. Na obecnym etapie poszukiwań w centrum zainteresowań nie znajduje się już sama zasadność wykorzystania energii słonecznej czy też podwyższanie sprawności samego urządzenia, chociaż oczywiście wszelkie działania zmierzające do jej poprawy są uzasadnione. Natomiast to, jak te urządzenia mogą współpracować w układach złożonych z zapewnieniem możliwej ich jak najwyższej sprawności oraz całych układów dzięki dopasowaniu dynamiki pracy, do tej pory wymaga jeszcze wielu badań i rozważań.

Aktualność tematu podjętego w rozprawie jest tym większa, że wykorzystuje do jego realizacji nowoczesne narzędzia symulacyjne zawarte w oprogramowaniu Mathlab Simulink, co umożliwiło analizę parametryczną sygnałów pozwalającą na porównanie zaawansowanych modeli analogowych i cyfrowych badanych urządzeń w wiarygodny i dogodny sposób.

Analizowany przez Doktorantkę problem badawczy, ze względu na wykorzystanie wyników zautomatyzowanych i zdalnie przeprowadzonych pomiarów w obiekcie agroturystycznym, narzędzia i sposób przeprowadzenia jego rozwiązania można zaliczyć do dyscypliny naukowej inżynierii rolniczej.

1

2. Ocena formalna rozprawy

Praca ma objętość 122 stron co jest wystarczające dla tego rodzaju rozprawy. Treść pracy obejmuje:

- Streszczenia w języku polskim i angielskim, które zostały sformułowane w sposób zwięzły i wystarczający do ogólnego przedstawienia najważniejszych opisywanych kwestii.

- Wstęp, równie zwięzły naprowadza jednak w sposób bardzo konsekwentny i logiczny na główne zainteresowanie autorki jakim jest opracowanie metody diagnostyki kolektorów słonecznych włączonych w pracę bardziej złożonych układów a także ich optymalnego projektowania.

- Przegląd i wykaz literatury, który jest wystarczający (87 pozycji), ściśle związany z tematyką pracy i jak się wydaje zawiera odwołania do większości istotnych obszarów wiedzy związanych z poszczególnymi wątkami analizy. Autorka rozprawy wykazała się znajomością przedmiotowej literatury anglojęzycznej na równi z literaturą polską. Jest to godne pochwały. Przytoczone są ważniejsze modele geometryczne stosowane w analizie pracy kolektorów słonecznych oraz sposoby ich matematycznego opisu. Natomiast, brak jest przywołanych prac autorstwa Doktorantki.

- Załącznik, który zawiera potrzebne graficzne i tabelaryczne zestawienia wyników, pozwala na zwięzłe przedstawienie toku rozumowania w głównej części pracy, zachowując pełniejszą dokumentację wyników.

- Wykazy symboli zastosowanych w pracy znajdują się tylko przed niektórymi rozdziałami i część w Załączniku. Jest to z jednej strony uzasadnione tym, że trzyma się ich konsekwentnie w odpowiadających im rozdziałach jednakże nie jest jednoznaczne w relacji do pozostałych rozdziałów. Jednakże, większych rozbieżności nie zauważono poza brakującym wykazaniem jednostek przy kolejno przywoływanych wzorach i bardziej złożonych formułach, co w pewnym stopniu, zmniejsza czytelność pracy.

Należy jednak zwrócić uwagę na występujące błędy stylistyczne, niekiedy obniżające jasność formułowania zdań oraz występujące zbyt potoczne sformułowania jak np. wyraz „solarny". który jest właściwy raczej literaturze popularyzującej tę technikę niż rozprawom naukowym w języku polskim. Prawdopodobnie autorka nie zapoznała się z normą precyzującą nazewnictwo dla kolektorów słonecznych, ponieważ brak jest tej pozycji w wykazie literatury. Nie wszystkie przedstawione wykresy są czytelnie opisane w legendach, na osiach lub w toku tekstu. Np. jakie znaczenie mają Hnie przerywane widniejące w rożnych przedziałach wartości amplitudy (brak jednostek) odpowiedzi skokowych zarówno członów tzw. pierwszych jak i drugich?

Wykresy do 5.12 posiadają logicznie poprawne interpretacje, chociaż niekiedy nieprecyzyjnie sformułowane, natomiast dalsze wykresy nie są tak interpretowane. Większość wzorów została starannie przedstawiona w edytorze równań, niektóre jednak nie.

Wymienione uchybienia redakcyjne nie umniejszają merytorycznej wartości pracy.

2

3. Ocena merytoryczna

Treść pracy odpowiada tytułowi.

Autorytet naukowy promotora pracy prof. dr hab. inż. Andrzeja Chochowskiego sprawia, że jest on uznawany za twórcę szkoły modelowania za pomocą zastępczych sieci cieplnych, które jest wykorzystane w pracy. Wieloletnie doświadczenie badawcze w dziedzinie hybrydowych systemów zasilania w energię Wydziału Inżynierii Produkcji S G G W w Warszawie pozwala stwierdzić, że pomimo braku publikacji doktorantki w przedstawionym wykazie, zespół, którego jest ona członkiem, jest kompetentny do prowadzenia badań w tym zakresie. Natomiast, Rada Wydziału Inżynierii Produkcji należy do najbardziej kompetentnych w Polsce do przeprowadzenia przewodu doktorskiego w podjętym przez Autorkę temacie.

Pracę oceniam jako interesującą ponieważ:

W części pierwszej obejmującej przegląd literatury związanej z rozwiązywanym problemem szczególnie podkreśliłabym pozytywnie podrozdział nt. modelowania w aspekcie automatyki. Dokonano w nim systematycznego przeglądu schematów modelujących kolektory słoneczne, poczynając od najprostszych aż do bardziej złożonych, odnosząc je konsekwentnie do schematów algorytmu sterowania i ich modeli matematycznych. Nawiązanie do tematyki modelowania za pomocą sztucznych sieci neuronowych (SSN) jest zasadniczo pobocznym zagadnieniem pośrednio związanym z problematyką głównego celu pracy ale przyczynia się do przedstawienia swobody poruszania się autorki w tematyce modelowania.

W drugim rozdziale Doktorantka prawidłowo sformułowała problem naukowy oraz przedstawiła cele i zakres pracy. Ciekawym i nie opisanym w literaturze problemem jest przedstawienie dynamiki pracy kolektora za pomocą transmitancji operatorowej a w tym przedstawienie współczynników transmitancji za pomocą jego parametrów konstrukcyjnych i eksploatacyjnych. Słusznie argumentując Autorka wybrała natężenie promieniowania słonecznego oraz temperaturę wejściową czynnika jako najistotniejsze, a do modelowania zastosowała strukturę modelu A R X 2 wejścia -1 wyjście. W tej sytuacji słuszne również jest rozłożenie modelu E T N kolektora na 2 schematy elektryczne.

Stanowisko badawcze, opisane jako system hybrydowy (HSE), jest mi znane i uważam je za bardzo odpowiednie do pozyskiwania wyników badań empirycznych. Posiada dobrej klasy aparaturę pomiarową w tym system zdalnego rejestrowania i wizualizacji wyników pomiarów na tzw. ekranach synoptycznych HSE. Moduł SIT narzędzia Mathlab został dobrze opisany co świadczy o biegłości posługiwania się nim przez Autorkę, jedynie w części prezentującej wyniki przeprowadzonych badań symulacyjnych brak jest przykładu skryptu pliku *.m . Umieszczenie chociażby przykładu sekwencji w załączniku mogłoby to wzmocnić.

W rozdziale czwartym omówione są modele, a w tym ich formuły matematyczne. Formuły te znane z literatury są prawidłowe jednakże ich pochodzenie należałoby przywołać w bardziej uporządkowanej formie właściwej rozprawom naukowym. Również przekształcenia formuł wykonane przez Autorkę na potrzeby rozwiązania problemu należałoby powiązać z zawartością Załączników. Pojawiający się symbol Z w równaniu (59) (lub dalej Y ) jest w oczywisty sposób analogiczny do Z l lub Z | gdyż obydwa zapisy funkcjonują równolegle bez rozróżnienia, jakoż ich powielenia z kolejnymi numerami aż do 6 i dopiero Z6 jest przyporządkowane. Należałoby te rezystancje i/lub rezystancje zastępcze nazwać, a formuły w załącznikach ponumerować z zachowaniem ciągłości, co przyczyniłoby się do większej czytelności pracy. Jako przykład posłużę się transmitancją Gl(s) , która jest pierwszą formułą w kolejności w Załączniku 1 a wynika bezpośrednio z (56), które ostatnią formułą w rozdziale nie jest.

3

W rozdziale piątym przedstawiono wyniki badań opierając się na pomiarach wybranych dm. Słusznie wybrano różne warunki atmosferyczne. Weryfikacja modelu jest wtedy bardziej wiarygodna. Przedstawiono także zestawienie wyników obliczeń współczynników transmitancji w postaci podstawionej do wzorów (60) i (61) wcześniej wyprowadzonych. Wyszczególnione ich kolejne wartości wynikające z przeprowadzonych symulacji są zawarte w Załączniku 5, a pozostałe wykresy w Załączniku 4. co powiększa walory poznawcze pracy.

Interpretacja wyników, a właściwie różnic pomiędzy modelem cyfrowym i analogowym, po wystąpieniu wymuszenia skokowego jest słuszna zakładając, że zestawy wyników dla obydwu modeli uzyskano w oparciu o rzeczywiste parametry a różnica polega na tym, że dla modelu cyfrowego są to chwilowe wartości tych parametrów a w przypadku modelu analogowego uśrednione. Uzyskane wyniki symulacji są konsekwentne co do charakteru zmian i uzasadnione co do wartości. Można stwierdzić, że wyniki są poprawne a ich interpretacje logiczne. Przedstawiono w sumie 40 wykresów przedstawiających graficzną prezentację wyników, jednakże jedynie pierwszych 12 zostało zinterpretowanych jako najbardziej istotne dla przewidywania dynamiki pracy kolektorów, co jest uzasadnione. Interesujące byłoby jednak poznanie interpretacji Autorki stwierdzonych oscylacji dla większości analizowanych przypadków.

Na zakończenie Doktorantka dokonała podsumowania pracy i sformułowała wnioski. Głównym elementem nowym w metodzie badań jest wprowadzenie koncepcji dwóch czwórników elektrycznych do modelu zastępczej sieci cieplnej i wykorzystanie tak zmodyfikowanego obiektu w postaci dogodnej do identyfikacji parametrycznej modelem o strukturze A R X DISO.

Problem naukowy, sformułowany jako pytanie: czy możliwe jest na etapie projektowania kolektora słonecznego wyznaczenie dynamiki jego pracy?; został rozwiązany prawidłowo poprzez sformułowanie modeli i przeprowadzenie ich analizy odnośnie wpływu parametrów konstrukcyjnych i eksploatacyjnych na tę dynamikę. Po przeczytaniu pracy można odpowiedzieć twierdząco.

Autorka na podstawie analizy parametrycznej modelu cyfrowego wywnioskowała słusznie, że wielomian mianownika transmitancji decyduje o dynamicznym charakterze obiektu, a jego licznik o formie przechodzenia charakterystyki skokowej do stanu ustalonego. Z analizy wynika także, że obydwa modele są ze sobą zgodne a ponieważ model analogowy opisuje dynamikę pracy parametrami konstrukcyjnymi i eksploatacyjnymi zatem możliwy jest taki ich wybór aby zapewniały w optymalnym zakresie odpowiedni przebieg stanów dynamicznych gwarantujących szybko gasnące oscylacje. Pozostałe wnioski szczegółowe są także słuszne.

4. Wniosek końcowy

Uważam, że praca M O D E L O W A N I E D Y N A M I K I P R A C Y K O L E K T O R A SŁONECZNEGO Z W Y K O R Z Y S T A N I E M M E T O D Y ZASTĘPCZEJ SIECI C I E P L N E J jest oryginalnym rozwiązaniem sformułowanego problemu. Posiada walory poznawcze i poszerza wiedzę w zakresie prezentowanego sposobu formułowania modeli ZSC oraz ich analizy, a szczególnie analizy parametrycznej.

Przedstawiona do oceny praca mgr inż. Joanny Aleksiejuk spełnia wymagania odnośnie rozprawy doktorskiej. W związku z tym przedkładam Radzie Wydziału Inżynierii Produkcji SGGW w Warszawie wniosek o przyjęcie rozprawy i przedstawienie jej do publicznej obrony.