8. Obliczanie sprawności chwilowej kolektora słonecznego:
(
)
(
)
Wyjscie energia uŜyteczna
Sprawnosc
Wejscie energia promieniowania slonecznego
=
Sprawność chwilową kolektora słonecznego oblicza się, porównując w danej
chwili moc uŜyteczną
u
Qɺ z mocą promieniowania słonecznego z zaleŜności:
u
k
k
Q
m c
T
I F
I F
η
⋅ ⋅ ∆
=
=
⋅
⋅
ɺ
ɺ
, %,
gdzie:
I - natęŜenie promieniowania słonecznego padającego na powierzchnię
kolektora, W/m
2
,
c - ciepło właściwe czynnika roboczego, kJ/(kg·K),
u
Qɺ
- moc uŜyteczna, W.
Na sprawność kolektora, oprócz powyŜszych parametrów, wpływają takŜe cechy
konstrukcyjne, a w szczególności właściwości przesłony przezroczystej i
powłoki absorbera oraz skuteczność izolacji termicznej w danych warunkach.
Stąd:
η
= η
0
– k
1
· (∆T / I) – k
2
· (∆T
2
/ I),
gdzie:
η
0
– sprawność optyczna (przy zerowej róŜnicy temperatur pomiędzy kolektorem
a otoczeniem i przy braku strat ciepła, oddawanego przez kolektor
otoczeniu),
k
1
, k
2
– współczynniki strat; uwzględniają to, Ŝe kolektory przy nagrzewaniu się
oddają ciepło otoczeniu przez przenikanie cieplne, promieniowanie i
konwekcję (ruch powietrza); są zaleŜne od róŜnicy temperatur pomiędzy
absorberem a otoczeniem,
∆T = T
A
- T
o
- róŜnica temperatur pomiędzy kolektorem a otoczeniem;
T
A
, T
o
- temperatura, odpowiednio absorbera oraz otoczenia, °C;
T
A
= (T
wylot
+ T
wlot
)/2.
Średnia sprawność instalacji słonecznych w sezonie w klimacie umiarkowanym
w większości przypadków wynosi ok. 40% i zaleŜy nie tylko od chwilowych
sprawności kolektorów słonecznych, ale teŜ od sprawności systemu dostawy i
odbioru ciepła.
Średnia temperatura w lecie waha się pomiędzy 16,5°C a 20°C, w zimie –
między -6°C a 0°C. Średnia temperatura powietrza w Polsce wynosi 7- 9°C
(poza obszarami górskimi).
Zasobnik na ciepłą wodę
Ze względu na cel zastosowania zasobników solarnych dzielimy je na:
- podgrzewacze wody do przygotowania ciepłej wody uŜytkowej,
- podgrzewacze pojemnościowe buforowe do ogrzewania pomieszczeń,
- podgrzewacze kombi stosowane w obydwu przypadkach.
Do szeroko rozpowszechnionych i korzystnych cenowo zalicza się podgrzewacze
dwusystemowe biwalentne. Pozwalają one na pokrycie zapotrzebowania na
ciepłą wodę w ciągu jednego lub dwóch dni ubogich w słońce.
Rys. 23. Podgrzewacz dwusystemowy biwalentny
Rys. 24. Podgrzewacz
dwusystemowy
biwalentny
Zasobniki solarne powinny charakteryzować się:
- dobrym i stabilnym uwarstwieniem ciepła,
- minimalnymi stratami ciepła,
- niewielkim mieszaniem przy ładowaniu i odbiorze ciepła z zasobnika,
- duŜą odpornością na korozję.
Rys. 25. Uwarstwienie ciepła w zasobniku solarnym
W instalacjach solarnych stosowane są przewaŜnie zasobniki stalowe
emaliowane lub pokryte tworzywem sztucznym, z dodatkową ochroną za
pomocą anody lub zasilania zewnętrznego.
Wszystkie zasobniki solarne powinny być zaopatrzone na swej całkowitej
powierzchni w ściśle przylegającą, kompletną izolację o grubości przynajmniej
10 cm ( λ = 0,040 W/(m·K)). Gdy wszystkie przewody przyłączeniowe są
połoŜone w izolacji i tylko w jednej części wyprowadzone na zewnątrz (najlepiej
na dole), moŜliwe jest dalsze obniŜenie strat ciepła.
Zastosowanie zaworów zwrotnych w przewodach przyłączeniowych moŜe
dodatkowo obniŜyć straty ciepła o 50 % na kaŜde przyłącze.
Dobór zasobnika solarnego:
. . .
c
z
spz
c w u
u
ps
z
T
T
V
W
V
n
T
T
−
=
⋅
⋅ ⋅
−
,
gdzie:
W
spz
= 1,5 ÷ 2,0 – współczynnik wielkości zasobnika,
V
c.w.u.
– dobowe zuŜycie c.w.u. na jedną osobę, [l],
n
u
– liczba mieszkańców,
T
c
– temperatura c.w.u. w punkcie poboru, [°C],
T
z
– temperatura zimnej wody, [°C],
T
ps
= 50 ÷ 60°C – temperatura c.w.u. w zasobniku.
Często przyjmuje się równieŜ, Ŝe pojemność zbiornika powinna wynosić:
(
)
0,05 0,1
k
V
F
=
÷
⋅
,
gdzie:
F
k
– powierzchnia kolektora słonecznego, [m
2
].