ZSZ im. Józefa Lompy 26.04.2010r.

Technikum nr. 1

Technikum Budowlane kl.3

Temat pracy: Odnawialne źródła energii

Energia słoneczna

1. Czym jest Słońce

2. Czym jest energia słoneczna

3. Zasoby energii słonecznej w Polsce

4. Energia słoneczna w budownictwie

5. Pozyskiwanie energii słonecznej i systemy solarne

6. Rodzaje kolektorów

-Kolektor płaski

- Kolektor próżniowy

- Kolektor magazynujący

7. Montaż kolektorów oraz systemy grzewcze

8. Bibliografia

IIItb

1.

Słońce jest oddalone od Ziemi o około 150 mln km, leży w jednym z ramion spiralnych Galaktyki, gwiazda centralna Układu Słonecznego, wokół której krąży Ziemia, inne planety oraz mniejsze ciała niebieskie. Słońce to najjaśniejszy obiekt na niebie i główne źródło energii docierającej do Ziemi.

2.

Energia słoneczna jest najbezpieczniejszym, niewyczerpalnym i największym źródłem energii. Energia słoneczna ma moc 27*1.000.000.000 MW. Jego plusem jest także to, że jest ona najbardziej ekologiczne, a przy tym darmowe.

Mimo, że do Ziemi dociera zaledwie połowa promieniowania słonecznego, (ponieważ podczas przechodzenia przez atmosferę, promieniowanie to jest osłabiane na skutek odbicia, rozproszenia i absorpcji na cząsteczkach gazów i pyłów), to wystarczą zaledwie dwa tygodnie, aby dotarło do nas tyle energii, ile potrzebują wszyscy ludzie na rok życia.

Energia słoneczna to więc nic innego jak energia promieniowania słonecznego przetworzona na energię elektryczną. Może być ona wykorzystywana w sposób pośredni i bezpośredni. Do wytwarzania jest w sposób bezpośredni służą m.in. kolektory słoneczne (pozyskiwanie energii cieplnej), ogniwa słoneczne (produkcja energii elektrycznej), suszarki słoneczne, kuchenki i piekarniki słoneczne. Pośrednio energię słoneczną można wykorzystać np. w budownictwie domów poprzez zadbanie o ich dobrą termoregulację, której przykładem może być chociażby umieszczenie dużych okien skierowanych na południe.

W promieniowaniu słonecznym docierającym do powierzchni Ziemi wyróżnia się trzy składowe promieniowania:

- bezpośrednie pochodzi od widocznej tarczy słonecznej
- rozproszone powstaje w wyniku wielokrotnego załamania na składnikach atmosfery
- odbite powstaje w skutek odbić od elementów krajobrazu i otoczenia.

3.

Zasoby energii słonecznej w Polsce

Polska pod względem nasłonecznienia nie ustępuje takim krajom jak Niemcy czy Francja. Często wielkość napromieniowania słonecznego mylona jest z rozkładem temperatur. Dane statystyczne dla temperatury powietrza mogą nam dostarczyć jedynie informacji ogólnych wskazujących na dobór urządzeń grzewczych dla centralnego ogrzewania. Nie można jednak mylić wielkości temperatury (nawet w zimie) z natężeniem irradiacji słonecznej. Nie ma żadnych przeszkód w powszechnym wykorzystaniu energii słonecznej, gdyż udział promieniowania rozproszonego w okresie zimy w Polsce jest stosunkowo duży.

W naszym kraju generalnie istnieją dobre warunki do wykorzystania energii promieniowania słonecznego przy dostosowaniu typu systemów i właściwości urządzeń wykorzystujących tę energię do charakteru, struktury i rozkładu w czasie promieniowania słonecznego. Największe szanse rozwoju w krótkim okresie mają technologie konwersji termicznej energii promieniowania słonecznego, oparte na wykorzystaniu kolektorów słonecznych. Ze względu na wysoki udział promieniowania rozproszonego w całkowitym promieniowaniu słonecznym, praktycznego znaczenia w naszych warunkach nie mają słoneczne technologie wysokotemperaturowe oparte na koncentratorach promieniowania słonecznego.

4.

Energia słoneczna w budownictwie

Powszechnie panujący pogląd o tym, że energia słoneczna dostępna zimą w Polsce nie jest wystarczająca do ogrzewania budynków jest słuszny tylko z pozoru. W przypadku budynków tradycyjnych zapotrzebowanie na ciepło do ich ogrzania jest w istocie zbyt duże, aby można było myśleć o pokryciu w całości niedostatku dostępną energią słoneczną. Dla świetnie ocieplonych budynków pasywnych jednak zapotrzebowanie na ciepło jest bardzo małe i w tych budynkach energia słoneczna może przynieść wymierne zyski ciepła. W wielu konstrukcjach w zależności od technologii i usytuowania budynku urządzenia wykorzystujące energię słoneczną jak panele RymSol mogą uzupełnić brakujące ciepło do zapewnienia pełnego komfortu cieplnego w budynku bez uciekania się do innego sposobu dogrzewania. Pochłaniając średnio 150 kWh/m2 energii na sezon grzewczy panele RymSol są w stanie ogrzać dziesięciokrotnie większą powierzchnię domu w standardzie budynku pasywnego z zapotrzebowaniem na ciepło 15 kWh/m2 na sezon.

6.

Systemy solarne

Aktywne (z wymuszonym obiegiem grawitacyjnym - całoroczne instalacje), do instalacji dostarcza się dodatkową energię z zewnątrz, zwykle do napędu pompy lub wentylatora przetłaczających czynnik roboczy (najczęściej wodę lub powietrze) przez kolektor słoneczny. Funkcjonowanie kolektora słonecznego jest związane z podgrzewaniem przepływającego przez absorber czynnika roboczego, który przenosi i oddaje ciepło w części odbiorczej instalacji grzewczej.

Pasywne (grawitacyjne - instalacje letniskowe), do swego działania nie potrzebują dodatkowej energii z zewnątrz. W tych systemach konwersja energii promieniowania słonecznego w ciepło zachodzi w sposób naturalny w istniejących lub specjalnie zaprojektowanych elementach struktury budynków pełniących rolę absorberów.

W obu przypadkach zamiana energii promieniowania słonecznego odbywa się w specjalnych elementach kolektorów słonecznych zwanych absorberami. Transmisja zaabsorbowanej energii słonecznej do odbiorników odbywa się w specjalnych instalacjach.

Kompletne całoroczne instalacje słoneczne na potrzeby c.w.u. i c.o. składają się z trzech zasadniczych elementów bez których nie było by możliwe magazynowanie energii:

Kolektor słoneczny - to urządzenia, w których następuje zamiana energii promieniowania słonecznego na energię cieplną - zjawisko konwersji fototermicznej. Istnieje wiele typów kolektorów różniących się rodzajem czynnika przejmującego absorbowaną energię, przeznaczeniem, sposobem izolacji, konstrukcją powierzchni wymiany ciepła oraz innymi cechami konstrukcyjnymi.

Biorąc pod uwagę rodzaj czynnika wyróżniamy kolektory cieczowe i powietrzne. Dla zobrazowania ogólnych zasad działania kolektorów posłużono się przykładem kolektora cieczowego. Kolektory cieczowe dzieli się na:
• kolektory płaskie
• kolektory próżniowe (płaskie, rurowe)
• kolektory magazynujące.

6. Rodzaje kolektorów

Klasyczny kolektor płaski cieczowy- składa się z osłony (o wysokiej przepuszczalności dla promieniowania słonecznego i dużą odpornością na warunki atmosferyczne), obudowy i izolacji oraz elementu zasadniczego, który stanowi absorber z układem odbioru ciepła.

Zasada działania płaskich kolektorów słonecznych polega na absorbowaniu promieni słonecznych poprzez powłokę wykonaną z blachy miedzianej zwaną absorberem, do której spodniej części przylutowane są miedziane kanały przepływowe dla płynu grzewczego. Poprzez spiralny wymiennik w zbiorniku, płyn grzewczy oddaje ciepło do zbiornika ciepłej wody. Absorber zbudowany jest z blachy miedzianej pokrytej warstwą absorbującą i to od niego zależy głównie trwałość i wysoka sprawność kolektora przez wieloletni okres jego użytkowania. Najpopularniejszą warstwą absorbującą stosowaną przez producentów kolektorów jest czarny chrom oraz tlenek tytanu.

Kolektor rurowo-próżniowy jest inaczej zbudowany niż kolektor płaski cieczowy. Oparty jest on na szklanej rurze w środku której umieszczono cienki absorber z rurką metalową, wewnątrz której umieszczona jest jeszcze jedna rurka. Ciecz płynie wewnętrzną rurką i wpływając od dołu do zewnętrznej rurki, nagrzewa się przejmując ciepło od absorbera. Ten typ kolektora charakteryzuje się większą sprawnością niż kolektor płaski w okresie o zwiększonym zachmurzeniu. Rury próżniowe są głównym elementem kolektorów i bezpośrednio wpływają na efektywność ciepła uzyskiwanego przez układ z promieniowania słonecznego. Obecnie wykorzystuje się kilka typów rur, z czego najpopularniejszy rodzaj ma podwójne szklane rurki próżniowe. Jego popularność związana jest z relatywnie niewielkimi kosztami wytwarzania, wysoką sprawnością i pewnością funkcjonowania w układzie. Podstawowe elementy konstrukcji to dwie rury szklane wykonane ze specjalnego szkła borokrzemowego. Zewnętrzna rura stykająca się z powietrzem zewnętrznym jest przezroczysta dla promieniowania słonecznego, wewnętrzna zaś - pokryta specjalną warstwą absorbera. Końce rur złączone są na stałe poprzez stopienie szkła i z przestrzeni pomiędzy rurami wypompowywane jest powietrze w celu uzyskania próżni.

W innej konstrukcji obie rurki są przezroczyste, zastosowany zaś absorber jest płytką zintegrowaną z wewnętrzną rurą. Na płycie absorbera zabudowany jest wymiennik w postaci dwóch współosiowych rurek, przez które przepływa czynnik grzejny. Dużą zaletą takiej konstrukcji jest możliwość zoptymalizowania odbioru ciepła z promieniowania poprzez obrócenie osiowe rur bezpośrednio do kierunku najbliżej zbliżonego do optimum.

KOLEKTOR PRÓŻNIOWY BUDOWA:

Kolektor magazynujący- jest to kolejny rodzaj kolektora słonecznego dostępnego na rynku, potocznie nazywany pojemnościowym. Budową łączy w sobie zarówno funkcję kolektora, jak również zbiornika magazynującego.
Czynnikiem roboczym odbierającym ciepło jest woda, stąd też zastosowanie tego typu kolektorów odbywa się wyłącznie w okresie, kiedy nasłonecznienie jest największe. Takie rozwiązanie sprawia, iż wykorzystanie tych urządzeń jest sezonowe i służą głównie przygotowaniu ciepłej wody w ogrodnictwie i budownictwie letniskowym

7. Montaż kolektorów oraz systemy grzewcze

Kolektory słoneczne można instalować wszędzie, w dowolnej konfiguracji. Mogą być instalowane zarówno na dachu, jak i na ziemi - na stojaku. Aby jednak otrzymać najlepsze efekty, warto trzymać się następujących wskazówek:

Kolektory słoneczne powinny być zwrócone stroną szklaną na południe.

Kolektory słoneczne należy instalować w miejscu niezacienionym przez drzewa, krzaki itp.

Słoneczne systemy grzewcze - ogrzewanie c.w.u.

Kolektory słoneczne służą do ogrzewania ciepłej wody użytkowej w okresie od wiosny do jesieni. W zimie kolektory dokonują wstępnego ogrzewu c.w.u. Ogrzanie wody następuje za pośrednictwem dolnej wężownicy znajdującej się w zbiorniku (bojlerze). Do górnej wężownicy można podłączyć kocioł c.o. który ogrzewa c.w.u. w zimie. Gdy temperatura niezamarzającego płynu roboczego w kolektorach osiągnie temperaturę wyższą niż woda w zbiorniku, sterownik włączy pompę obiegową. Pompa przetłoczy nagrzany płyn roboczy z kolektorów do wężownicy znajdującej się w zbiorniku, gdzie ciepło oddane. Następnie płyn roboczy jest tłoczony z powrotem do kolektorów słonecznych w celu ponownego nagrzania. W momencie gdy temperatura płynu roboczego w kolektorach zrówna się z temperaturą wody w zbiorniku regulator automatycznie wyłączy pompę.

Słoneczne systemy grzewcze - ogrzewanie basenów

Ogrzewanie wody basenowej należy do jednej z najbardziej efektywnych form wykorzystania kolektorów słonecznych. Kolektory słoneczne ogrzewają wodę w basenie za pośrednictwem specjalnego wymiennika. Nadmiar ciepła może być wykorzystany do ogrzewania c.w.u. W przypadku rezygnacji z eksploatacji basenu w okresie zimowym, ciepło z kolektorów może być dodatkowo wykorzystane do wspomagania c.o

Słoneczne systemy grzewcze - wspomaganie c.o.

Większe instalacje z kolektorami słonecznymi mogą być wykorzystane do wspomagania c.o. W takim przypadku kolektory słoneczne podłączone są do dwóch zbiorników: jeden to zbiornik c.w.u. a drugi to buforowy zbiornik ciepła. Zbiorniki te mogą być również połączone w jeden zbiornik w zbiorniku. C.w.u. jest ogrzewana w pierwszej kolejności natomiast pozostałe ciepło jest gromadzone w buforze c.o., z którego może zostać pobrane do domowej instalacji grzewczej. Ze względu na występowanie nadmiaru ciepła w okresie letnim, system taki powinien być połączony z instalacją do ogrzewania basenu lub ze słoneczną instalacją chłodniczą (tzw. solar cooling). Instalacje te przejmą nadmiar ciepła w lecie, zwiększając jednocześnie sprawność całego systemu

Bibliografia

http://www.zrodlaodnawialne.pl/energia-sloneczna/19-co-to-jest-energia-sloneczna

http://www.energia-odnawialna.pl/wykorzystanie_es.htm

http://www.instalacjebudowlane.pl/4291-77-12394.htm

http://www.mojeopinie.pl/pozyskiwanie_energii_ze_slonca_cz_1_zjawisko_konwersji,3,1235438872

http://www.solver.katowice.pl/index.php?menu=412

http://www.cireo.pl/pliki/solar/cir_solar_eng.php

http://www.solarshop.pl/kolektory_sloneczne_solary/zasada_dzialania.html

---