Zimny J Kolektory soneczne podstaw teoretyczne budowa badania

JAC EK Z IM N Y , R A F A Ł B R ZEG O W Y , S EB AS TIA N B IE LIK

KOLEKTORY SŁONECZNE

PODSTAWY TEORETYCZNE, BUDOWA, BADANIA

Seria wydawnicza

PR O BLEM Y INŻYNIERII

M ECH ANIC ZN EJ, EKOENERGETYKI

I INŻYNIERII ŚRODOWISKA®

Redaktor naukowy serii

Jacek Z i m n y

POZYCJE WYDAWNICZE SERII:

1. Odnawialne źródła energii w budownictwie

niskoenergetycznym, 2010.

2. Laserowa obróbka mikrootworów, 2011.

3. Mikrospawanie laserowe w mechatronice, 2012.

4. Kolektory słoneczne - podstawy teoretyczne,

budowa, badania, 2013.

http://www.pga.org.pl/ksiazka_kolektory.html

Opiniodawca:

prof. zw. dr hab. inż. Ryszard H. Kozłowski, Politechnika Krakowska

płk dr hab. inż. Mieczysław Struś, Politechnika Wrocławska

Projekt okładki:

Łukasz Buchała, Jacek Zimny

Na okładce:

Kolektory słoneczne, zastosowania.

Redaktor techniczny:

K rzysztof Szczotka

Korekta:

K rzysztof Szczotka, Sebastian Bielik

Grafika, skład, łamanie:

Rafał Brzegowy, K rzysztof Szczotka, Łukasz Buchała

W yd anie I, 2 0 13, O J a cek Z im ny, K ra k ó w 2013. A ll rights reserved.

Wydawca:

Polska Geotermalna Asocjacja, 30-059 Kraków, Al. M ickiewicza 30,

paw. B3, II p., p. 206, tel. (+48) 12 617 34 13, www.pga.org.pl

Współpraca:

• Szkoła Ochrony i Inżynierii Środowiska AGH, 30-059 Kraków, Al. Mickiewicza 30,

Paw. B3, II p., p. 202, tel.: (12) 617 39 22, www.szkola.imir.agh.edu.pl

• Katedra Systemów Energetycznych i Urządzeń Ochrony Środowiska,

AGH, 30-059 Kraków, Al. M ickiewicza 30, paw. B3, II p., tel. (+48) 12 617 34 13

www.kseiuos.imir.agh.edu.pl

ISBN 978-83-63318-02-4

Opracowanie graficzne dtp, druk i oprawa:

B U C H E R S

DESIGN

Projekt i druk dla każdego.

e-mail: biuro@ buchersdesign.pl

w ww .buchersdesign.pl

Form at: 164 x 238 m m . A rk. w yd. 7,7. A rk. druk. 12,25. Papier: offset 90 gr. N akład: 450 egz.

Spis treści

1. WSTĘP............................................................................................................................................. 9

2. CEL OPRACOWANIA................................................................................................................10

3. STAN OBECNY ORAZ KIERUNKI ROZWOJU KOLEKTORÓW

SŁONECZNYCH NA ŚWIECIE, W UE I POLSCE............................................................ 12

3.1. Energia słoneczna..................................................................................................................12

3.1.1. Zasoby energii słonecznej w Polsce............................................................................14
3.1.2. Czynniki wpływające na wartość natężenia promieniowania słonecznego

3.2. Rynek kolektorów słonecznych na świecie....................................................................... 19

3.2.1. Największe rynki kolektorów słonecznych na świecie............................................ 19
3.2.2. Nowe instalacje solame na świecie............................................................................ 23

3.3. Rynek kolektorów słonecznych w Unii Europejskiej.....................................................29

3.3.1. Przegląd rynku Unii Europejskiej.............................................................................. 29

3.4. Rynek kolektorów słonecznych w Polsce......................................................................... 40

3.4.1. W prowadzenie............................................................................................................. 40
3.4.2. Sprzedaż kolektorów słonecznych w Polsce w 2010 ro k u ......................................41
3.4.3. Perspektywy rozwoju rynku kolektorów słonecznych.............................................43

4. PODSTAWY TEORETYCZNE (RETSCREEN® INTERNATIONAL)............................ 45

4.1. Geneza kolektorów słonecznych........................................................................................ 45

4.1.1. Rynki kolektorów słonecznych.................................................................................. 46
4.1.2. Ciepła woda użytkowa................................................................................................ 46
4.1.3. Baseny........................................................................................................................... 48

4.2. Kolektory słoneczne............................................................................................................. 49

4.3. Terminy i wielkości dotyczące promieniowania............................................................. 59

4.4. Kolektory słoneczne, obliczenia......................................................................................... 66

4.4.1. Płaskie czy próżniowe kolektory słoneczne.............................................................. 66

4.4.2. Płaskie kolektory słoneczne bez osłony.....................................................................67
4.4.3. Modyfikatory kąta padania.......................................................................................... 68

4.4.4. Straty w przewodach i zbiornikach............................................................................ 68
4.4.5. Straty spowodowane śniegiem i brudem .................................................................. 69

4.5. Obliczenia i dobór kolektorów słonecznych w raz z in stalacjam i............................... 69

4.5.1. Podstawy doboru i obliczeń teoretycznych instalacji solamych............................. 69

4.5.2. Sposoby doboru systemu solamego........................................................................... 71

4.6. Ciepła woda użytkowa (c.w.u.) metoda / - C h a r t ............................................................. 72

4.7. M etoda użyteczności (ang. utilizability)........................................................................... 77

4.7.1. Zasada metody użyteczności.......................................................................................77

4.7.2. Współczynnik geometryczny......................................................................................78
4.7.3. Bezwymiarowy krytyczny poziom promieniowania............................................... 79

4.7.4. Średnia miesięczna na d zień.......................................................................................79

4.8. Model systemu grzewczego basenu....................................................................................80

4.8.1. Basen a warunki klim atyczne.....................................................................................81
4.8.2. Bierne zyski słoneczne.................................................................................................82

4.8.3. Straty parow ania.......................................................................................................... 85

4.8.4. Straty konwekcyjne......................................................................................................86
4.8.5. Straty promieniowania.................................................................................................86

4.8.6. Straty w wodzie zmagazynowanej............................................................................. 87
4.8.7. Straty przewodzenia.....................................................................................................87

4.8.8. Suma nasłonecznienia..................................................................................................87
4.8.9. Bilans energetyczny systemu...................................................................................... 88

4.9. Pozostałe obliczenia.............................................................................................................. 89

4.9.1. Sugerowana powierzchnia kolektorów słonecznych............................................... 89

4.9.2. „Pompowanie” energii.................................................................................................89

4.9.3. Rzeczywista wydajność, efektywność systemu oraz energia słoneczna................ 90

4.10. W eryfikacja obliczeń.......................................................................................................... 90

4.10.1. Weryfikacja domowego układu podgrzewania wody

- w stosunku do modelu godzinowego oraz danych pomiarowych...........................90

4.10.2. Weryfikacja układu podgrzewania wody basenowej

- w stosunku do modelu godzinowego oraz danych pomiarowych............................ 94

4.11. Podsum ow anie..................................................................................................................... 98

4.12. Przykład wymiarowania instalacji przez Systemy Solarnc z K rakow a.................. 99

4.12.1. Wymiarowanie powierzchni kolektorów................................................................ 99
4.12.2. Wymiarowanie dla instalacji c.w.u. (ciepłej wody użytkowej)............................. 99

4.12.3. Wymiarowanie dla instalacji wody basenowej.....................................................100

4.12.4. Wymiarowanie dla systemów c.o. (centralne ogrzewanie)..................................102

4.12.5. Efektywność pracy kolektorów...............................................................................102
4.12.6. Natężenie przepływu czynnika grzewczego w instalacjach solamych.............. 103

4.12.7. Kolektory słoneczne w odniesieniu do dużych instalacji....................................104

BADANIA KOLEKTORÓW SŁONECZNYCH ZGODNIE Z EN I P N ....................... 106

5.1. Normy europejskie i polskie dotyczące kolektorów słonecznych

oraz instalacji z nimi związanych.................................................................................... 106

5.1.1. Norma PN-EN 12975-1:2007 oraz PN-EN 12975-2:2007.................................. 107
5.1.2. Norma PN-EN 12976-1:2007 oraz PN-EN 12976-2: 2007...................................107

5.1.3. PN-EN 12977-1:2007, PN-EN 12977-2:2007 oraz PN-EN 12977-3:2007......... 107

5.2. Kolektory słoneczne jako obiekt badań....................................................................... 108

5.2.1. Schemat blokowy obiektu badań..............................................................................108
5.2.2. Model matematyczny obiektu badań....................................................................... 109

5.3. Badania eksploatacyjne kolektorów cieczowych....................................................... 110

5.3.1. Schemat i opis stanowiska pomiarowego................................................................ 111

5.3.2. Wymagane warunki badania..................................................................................... 113

5.3.3. Przebieg badania........................................................................................................ 113
5.3.4. Wyznaczenie charakterystyk cieplnych kolektora słonecznego........................... 114

5.4. Parametry opisujące stan nieustalony kolektora słonecznego.................................116

5.5. Badania niezawodności cieczowych kolektorów grzewczych..................................117

BADANIA KOLEKTORÓW SŁONECZNYCH,

PRZYKŁADY ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH......................................................... 119

6.1. Dydaktyczne Laboratorium Fizyczne Uniwersytetu Gdańskiego.............................119

6.1.1. Zagadnienia do opracowania..................................................................................... 119

6.1.2. Zadania doświadczalne.............................................................................................. 119
6.1.3. Zestaw przyrządów.................................................................................................... 121

6.2. Wydział Energetyki i Paliw Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie............... 122

6.2.1. Wykonanie ćw iczenia................................................................................................122

6.2.2. Opracowanie wyników pomiaru...............................................................................126

6.3. Instytut Podstawowych Problemów Techniki Polskiej

Akademii Nauk w Warszawie............................................................................................126

6.3.1. Sporządzenie charakterystyk przepływowych i termicznych................................126

6.3.2. Charakterystyki w funkcji temperatury wody......................................................... 127

6.3.3. Charakterystyki w funkcji wydatku......................................................................... 131

6.4. Badania instalacji solamych w Laboratorium Odnawialnych

Źródeł Energii w Zespole Szkół Elektrycznych nr 1 w Krakowie............................ 132

6.4.1. Analiza wybranych wyników badań........................................................................ 132

6.4.2. Symulacyjne programy komputerowe..................................................................... 139
6.4.3. Bilans energetyczny instalacji solamej według badań firmy

Sonnenkraft (Technika Grzewcza J. Szymczyk, Gliwice)..................................... 140

INSTRUKCJA ĆWICZEŃ BADAŃ KOLEKTORÓW SŁONECZNYCH

NA STANOWISKU WYDZIAŁU INŻYNIERII MECHANICZNEJ
I ROBOTYKI AKADEMII GÓRNICZO-HUTNICZEJ...................................................143

7.1.

Cel ćwiczenia.................................................................................................................... 143

7.2. Z akres wymaganych w iadom ości....................................................................................143

7.3. Schemat stanow iska........................................................................................................... 144

7.4. W yznaczenie sprawności teoretycznej kolektorów słonecznych.................................147

7.5. Bilans energetyczny kolektora słonecznego................................................................... 152

7.6. L ite ra tu ra ..............................................................................................................................158

8. W N IO S K I.................................................................................................................................... 159

8.1. W nioski poznaw cze............................................................................................................ 159
8.2. W nioski p ra k ty c z n e ........................................................................................................... 160
8.3. Proponow ane kierunki b a d a ń .......................................................................................... 160

9. B IBLIO G RA FIA........................................................................................................................ 161

10. PODSUMOWANIE, STRESZCZENIA................................................................................163

10.1. SUMMARY................................................................................................................164
10.2. PI-.ilOMI..................................................................................................................... 165

11. Z A ŁĄ C ZN IK I............................................................................................................................166

11.1. Przykłady obliczeniowe według e-platform y RETScreen®....................................... 166

11.1.1. Karta audytu energetycznego budynku przed i po termomodemizacj i

- według poprzedniej norm y...............................................................................166

11.1.2. Karta audytu energetycznego budynku przed termodemizacją

- według aktualnej norm y.................................................................................... 171

11.1.3. Ocena projektu inwestycyjnego (techniczna, ekonomiczna, ekologiczna)

z wykorzystaniem e-platfonny RETScreen®....................................................... 175

11.2. W eryfikacja obliczeń wykonanych według e-platform y RETScreen®

z wykorzystaniem oprogram ow ania POLYSUN® ...................................................... 179

11.3. K arty katalogowe elementów stanowiska W IM iR A G H .......................................... 188

1. Wstęp

K siążka je s t pierw szą pozycją naukow o - dydaktyczną (podręcznik akadem ic

ki, przew odnik do ćw iczeń laboratoryjnych) w ram ach Serii W ydaw niczej „Pro

blem y inżynierii m echanicznej, ekoenergetyki i inżynierii środowiska®” , w spół

tw orzonej przez ogólnopolskie Stow arzyszenie N aukow o-Techniczne Polska G eo

term alna A socjacja (PG A) z siedzibą w K rakow ie, W ydział Inżynierii M echanicz

nej i R obotyki A kadem ii G órniczo-H utniczej, K atedrę System ów Energetycznych

i U rządzeń O chrony Środow iska oraz Szkołę O chrony i Inżynierii Środow iska AGH.

Stanow i ona treść w ykładów i zajęć dydaktycznych z przedm iotów „O dnaw ialne za

soby i źródła energii” , oraz „Technologie ekoenergetyczne” prow adzonych przez

A utora od 2000 r. dla studentów kierunków: M echanika, Energetyka, Budownictw o

oraz O chrona Środow iska w A kadem ii G órniczo-H utniczej w Krakowie. Podręcznik

zaw iera m ateriały prezentow ane na Studiach Podyplom ow ych AGH: „O dnawialne

zasoby i źródła energii” w spółfinansow anych okresow o przez U nię E uropejską oraz

„A udyting energetyczny w budow nictw ie na potrzeby term om odem izacj i oraz cer

tyfikacji energetycznej budynków ” . W pracy w ykorzystano rów nież m ateriały pracy

inżynierskiej dyplom anta R afała Brzegow ego, 2012, W IM iR, AGH.

W yrażam podziękow anie R ecenzentom tej książki: prof. zw. dr hab. inż.

R yszardow i H. K ozłow skiem u z Politechniki K rakow skiej oraz płk. dr hab. inż.

M ieczysław ow i Strusiow i z Politechniki W rocławskiej - za zainteresow anie publi

kacją, opracow anie opinii oraz krytyczne uwagi.

M oim W spółpracow nikom w K atedrze System ów Energetycznych i U rządzeń

O chrony Środowiska A G H , a szczególnie p. m gr inż. K rzysztofow i Szczotka oraz

p. m gr inż. Sebastianow i B ielikow i - dziękuję za pom oc przy opracow aniu edytor

skim i przygotow aniu książki do druku.

Redaktor Naukowy Serii

2. Cel opracowania

N iniejszy podręcznik zaw iera aktualne inform acje na temat: stanu obecnego

i kierunków rozw oju kolektorów słonecznych - coraz szerzej stosow anych w P ol

sce; now ych źródeł energii w ykorzystujących zasoby odnaw ialne (O ZE); podstaw

teoretycznych, działania, budow y, zastosow ań oraz badań użytkow ych kolektorów

słonecznych - zgodnie z obow iązującym i przepisam i U nii Europejskiej i praw a pol

skiego.

C elem pracy je s t stw orzenie podręcznika podstaw ow ego, m etodycznego prze

w odnika dla w ykładow ców i studentów (wykłady, ćw iczenia, laboratorium , projek

ty) - z szeroko pojętej tem atyki budow y, eksploatacji i badań kolektorów słonecz

nych, aktualnie produkow anych i dostępnych w Polsce.

Z ostał on opracow any dla szkół w yższych różnych dyscyplin (m echanika, ener

getyka, budow nictw o, inżynieria rolnicza, inżynieria środow iska, ekologia), zajm u

jących się tem atyką rozw oju konstrukcji, technologii, badań i w drożeń systemów,

m aszyn i urządzeń ekoenergetycznych (kolektory słoneczne, fotoogniw a, elektrow

nie w iatrow e, elektrow nie w odne, pom py ciepła, system y geoterm iczne, biogazow -

nie, system y biom asy, w ytw arzanie biopaliw ).

W ykorzystana literatura i bibliografia św iatow a pozw ala na w prow adzenie C zy

telnika w problem atykę stanu obecnego i kierunków rozw oju budow y i zastosow ań

kolektorów słonecznych w św iecie, Europie i Polsce - R ozdział 3.

R ozdział 4. zatytułow any „Podstaw y teoretyczne” ogólne, zaw iera genezę k o

lektorów słonecznych; ich podział i budow ę; term iny oraz w ielkości dotyczące p ro

m ieniow ania słonecznego i energetyki słonecznej; podstaw ow e obliczenia i dobór

kolektorów słonecznych w raz z instalacjam i dla potrzeb w ytw arzania ciepła i ciepłej

w ody użytkow ej (c. w. u.).

Z ostał on opracow any na podstaw ie ujednoliconego standardu m iędzynarodo

w ego z tego zakresu, opracow anego przez św iatow e C entrum Czystych Technologii

E nergetycznych (RETScreen® International - Clean E nergy D ecision Support C en

tre) w Varennes, prow incja Q uebec (K anada) - jak o m iędzynarodow ej e-platform y

naukow o-inform atycznej RETScreen® International (w w w .retscreen.net). Platfor

m a R ETScreen je s t obiektyw nym , uniw ersalnym narzędziem do oceny i analizy:

technicznej, ekonom icznej i ekologicznej, projektów inw estycyjnych dow olnej skali
w zakresie odnaw ialnych źródeł energii.

K olejny rozdział (5.) to szczegółow a teoria i problem y praktyczne dotyczące

badań kolektorów słonecznych i instalacji z nim i zw iązanych zgodnie z w ym agania

m i U nii Europejskiej (EN ) i praw a krajow ego (PN).

W yszczególniono w nim norm y europejskie i polskie dotyczące tej problem a

tyki; zdefiniow ano kolektory słoneczne jak o obiekt badań naukow ych i inżynier

skich; stanow iska i tory pom iarow e w celu identyfikacji, m atem atyczno-statystycz-

nego i fizycznego m odelow ania procesów cieplno-przepływ ow ych, term odynam icz

2. C el opracow ania

nych i energetycznych oraz ich charakterystyk (param etry procesu, w skaźniki, opty

m alizacja).

R ozdział 6. zaw iera propozycje ćw iczeń laboratoryjnych z badań kolektorów

słonecznych, realizow anych w w yższych uczelniach i laboratoriach specjalistycz

nych w Polsce (U niw ersytet G dański - D ydaktyczne L aboratorium Fizyczne, A ka

dem ia G órniczo-H utnicza - W ydział Energetyki i Paliw, Instytut Podstaw ow ych

Problem ów Techniki Polskiej A kadem ii N auk w W arszawie, Laboratorium O dna

w ialnych Źródeł Energii w Zespole Szkół E lektrycznych N r 1 w K rakow ie). Jest to

m ateriał dydaktyczny, przeglądowy, pozw alający zbudow ać w łasne stanowiska ba-

daw czo-laboratoryjne i opracow ać instrukcje ćw iczeń i zaliczeń w zależności od

m ożliw ości i potrzeb.

R ozdział 7. zaw iera szczegółow ą instrukcję ćw iczeń badań kolektorów słonecz

nych na stanow isku laboratoryjnym W ydziału Inżynierii M echanicznej i R obotyki

A G H w K rakow ie. O bejm uje ona w spółczesny standard dydaktyczny: cel ćwiczeń,

zakres w ym aganych w iadom ości, schem at i opis stanow iska badaw czego, om ów ie

nie i w yznaczanie spraw ności teoretycznej i rzeczyw istej badanych kolektorów sło

necznych (Cw. 1, 2) oraz bilansu energetycznego kolektora słonecznego: teoretycz

nego i rzeczyw istego (Cw. 3, 4).

W rozdziale 8. określono rodzaje w niosków z każdych badań (poznaw cze, prak

tyczne, proponow ane kierunki rozw oju) - jak o syntezę dorobku badaw czego każdej

pracy naukow ej i prezentacji w yników badań (sem inaria, konferencje, publikacje)

rów nież w dydaktyce.

R ozdział 9. zaw iera obszerną literaturę przedm iotu z zakresu kolektorów sło

necznych, energetyki solam ej, w ym iany ciepła i masy, solam ych technologii ener

getycznych - publikow aną drukiem i dostępną w Internecie.

W ażnym rozdziałem podręcznika są Z ałączniki (R ozdział 11.) zaw ierające:

przykładow y projekt instalacji solam ej z w ykorzystaniem e-platform y RETScreen®

oraz karty katalogow e podstaw ow ych elem entów w yposażenia stanow iska badaw -

czo-dydaktycznego w Laboratorium Ekoenergetyki W ydziału Inżynierii M echanicz

nej i R obotyki AG H w Krakowie.

3. STAN OBECNY ORAZ KIERUNKI

ROZWOJU KOUEKTORÓW SŁONECZNYCH
NA ŚWIECIE, W UE I POLSCE

3.1 Energia słoneczna

Słońce je s t podstaw ow ym źródłem energii dla naszej planety. Słońce znajdują

ce się w centrum naszego układu słonecznego je s t źródłem energii prom ieniow ania

słonecznego docierającego do planet układu, energia prom ieniow ania słonecznego

w ynosi w ciągu sekundy 3,9-1026 J. C zęść tej energii dociera do pow ierzchni Ziem i

w ynosząc 8 1 000-106 M W [ 1 ].

Przed m ilionam i lat energia prom ieniow anie słonecznego docierająca do Z ie

m i została w procesach naturalnych zakum ulow ana w w ęglu, ropie naftow ej, ga

zie ziem nym itp. Słońcu rów nież zaw dzięczam y energię ja k ą niosą ze sobą prądyfa-

li m orskich,w iatr czy biom asa. Energię słoneczną m ożna także bezpośrednio w yko

rzystyw ać poprzez zastosow anie specjalnych system ów do pozyskiw ania i akum u-

low ania energii słonecznej. Energię prom ieniow ania słonecznego w ykorzystuje się

w procesach:

• konw ersji fototerm icznej, czyli po prostu do ogrzew ania (spraw ność urzą

dzeń w ynosi z reguły pow yżej 50%),

• konw ersji fotow oltaicznej, czyli do bezpośredniego w ytw arzania prądu elek

trycznego (spraw ność urządzeń 20-60% ),

• biofotosyntezy (spraw ność przetw arzania prom ieniow ania słonecznego

w biom asę nie przekracza 1 %).

Prom ieniow anie słoneczne je st to strum ień energii em itow any przez słońce

rów nom iernie w e w szystkich kierunkach. M iarą w ielkości prom ieniow ania słonecz

nego docierającego ze słońca do ziem i je s t tzw. stała słoneczna. Jest ona w artością

gęstości strum ienia energii prom ieniow ania słonecznego na pow ierzchni stratosfery

i obecnie w ynosi 1 = 1 3 6 7 W/m2.

W idm o prom ieniow ania słonecznego m a postać zbliżoną do w idm a prom ienio

w ania ciała doskonale czarnego o tem peraturze 5777 K, w idm o prom ieniow ania sło

necznego przedstaw iono na rysunku 3.1, natom iast udział poszczególnych rodzajów

prom ieniow ania w całkow itym prom ieniow aniu słonecznym zebrano w tabeli 3.1.

5 0 0

1 0 0 0

1 5 0 0

2 0 0 0

Rys. 3.1 W idmo promieniowania słonecznego.

Tab. 3.1 P rocentow y udział poszczególnych rodzajów prom ieniow ania

w całkow itym prom ieniow aniu słonecznym [1].

0,03 p m < M 0 ,3 8 pm

U ltrafioletow e (UV) (6,4% e nergii)

0,38 p m < \< 0 ,7 8 pm

Ś w iatło w id zia ln e (48% energii)

0,78 pm < X

Podczerw ień (4 5 ,6% energii)

W prom ieniow aniu słonecznym docierającym do pow ierzchni Ziem i w yróżnia się

podstaw ow e typy prom ieniow ania przedstaw ione na poniższym rysunku:

• prom ieniow anie bezpośrednie - pochodzi od w idocznej tarczy słonecznej,

• prom ieniow anie dyfuzyjne - pow staje w w yniku w ielokrotnego załam ania

na składnikach atm osfery,

• prom ieniow anie odbite - pow staje w skutek odbić od elem entów krajobra

zu i otoczenia.

3. Stan obecny oraz kierunki rozwoju kolektorów słonecznych na św iecie, w UE i Polsce

Prom ien iow an ie

P rom ien iow an ie

bezp ośred n ie

dyfuzyjne

odbite

Rys. 3.2 Typy promieniowania słonecznego na poziomie Ziemi.

Energię prom ieniow ania słonecznego opisują trzy param etry, z których najw aż

niejszym je st naprom ieniow anie słoneczne (kW h/m 2 rok) opisujące ile energii docie

ra w trakcie całego roku na 1 m 2pow ierzchni w danym m iejscu Ziem i, tabela 3.2.

Tab. 3.2 Param etry prom ieniow ania słonecznego

Pro m ien iow an ie sło n e czn e całkow ite

W /m 2

N aprom ie niow anie sło ne czne

kW h/m 2 rok

U sło n e czn ie n ie

h/rok

Z asoby energii słonecznej podobnie ja k zasoby innych odnaw ialnych źródeł

energii m ożna podzielić na potencjały:

• potencjał teoretyczny - ilość energii m ożliw ą do w ykorzystania, przy zało

żeniu że spraw ność procesu pozyskiw ania w ynosi 100%,

• potencj ał techniczny (częścią potencj ału teoretycznego) - uw zględnia spraw

ność procesu technologicznego, m agazynow anie energii oraz położenie,

• potencjał ekonom iczny (częścią potencjału technicznego) - uw zględnia

w szelkie aspekty ekonom iczne dotyczące pozyskiw ania energii.

3.1.1 Z asoby energii słonecznej w Polsce [4] [5]

N atężenie prom ieniow ania słonecznego w Polsce, uw arunkow ane je s t położe

niem geograficznym . Polska leży w um iarkow anej strefie klim atycznej, pom iędzy

49 °0 0 ’ a 54°00’ szerokości geograficznej północne oraz m iędzy 14°07’ a 2 4 °0 8 ’ dłu

gości geograficznej w schodniej. K onsekw encją rozciągłości długości geograficz

nej (ok. 10° czyli ok. 689 km ) je s t różnica czasu m iejscow ego m iędzy zachodnim i,

a w schodnim i krańcam i Polski. Południow e obszary Polski m ają dzień dłuższy

1 param etr

2 param etr

3 param etr

3.1. Energia słoneczna

w zim ie od krańców północnych o niem al godzinę, sytuacja ta w czasie lata je s t od

w rotna. Położenie Polski skutkuje bardzo nierów nom iernym rozkładem prom ienio

w ania w cyklu rocznym . N iem alże 90% prom ieniow ania słonecznego przypada na

okres m arzec - listopad. Sum a roczna prom ieniow ania słonecznego przypadające

go na m 2 podłoża zaw iera się dla Polski w przedziałach 950-1250 kW h, zgodnie

z rysunkiem 3.3 obszar Polski m ożna podzielić na cztery strefy natężenia prom ie

niow ania słonecznego:

•

1. poniżej 996 kW h/m 2/rok, tj. ok. 9,75M J/m 2/dobę,

• 2. 996-1022 kW h/m 2/rolc, tj. ok. 9,75-10 M J/m 2/dobę,

• 3 .1 0 2 2 -1 0 4 8 kW h/m 2/rok, tj. ok. 10- 10,25M J/m 2/dobę,

• 4. pow yżej 1048kW h/m 2/rok, tj. ponad 10,25M J/m 2/dobę.

Rys. 3.3 M apa nasłonecznienia Polski [20].

N ajlepsze w arunki pod w zględem potencjału obserw uje się na południow o-

w schodniej części w ojew ództw a lubelskiego. O bejm ująca niem alże 50% pow ierzch

ni centralna część Polski, uzyskuje natężenie prom ieniow ania słonecznego w zakre

sie 1022-1048 kW h/m 2/rok, natom iast południow a, w schodnia i północna część Pol

ski otrzym uje natężenie prom ieniow ania ok. 1000 kW h/m 2/rok i mniej.

Tab. 3.3 Z asoby energii słonecznej w w ybranych regionach Polski [4].

1 6

3. Stan obecny oraz kierunki rozw oju kolektorów słonecznych na św iecie, w UE i Polsce

Region Polski

Średnie roczne

Przeciętne roczne

naprom ieniow anie [kW h/m 2]

usłonecznienie [h]

Stołeczny

967

1580

Suwalszczyzna

975

1576

Podhale

988

1467

Dolny Śląsk

1030

1529

Zam ojszczyzna

1033

1572

Pas nadmorski

1064

1624

W skali roku północne krańce Polski m aja o ok. 9% m niej energii słonecznej niż

południow e. Z kolei rejony nadm orskie w yróżniają się atm osferą najbardziej prze

zroczystą dla prom ieniow ania [5]. N iew ielki strum ień prom ieniow ania docierające

go do danego obszaru w m iesiącach zim ow ych, w ynika ze znacznego zachm urzenia

oraz z niew ielkiej w ysokości słońca nad horyzontem .

Przykładow y rozkład natężenia prom ieniow ania przedstaw iono na rysunku

3.4 dla m iasta Krakowa:

¡¡P

#■

. #

miesiąc

Rys. 3.4 Dane klimatyczne dla Krakowa z bazy danych e-leamingowej RETScreen [8].

3.1. Energia słoneczna

1000000

100000

10000

■fif

1000

100

Potencjał

Potencjał techniczny

Potencjał

Polskie

teoretyczny

ekonomiczny

zapotrzebowanie na

energię

Rys. 3.5 Potencjał zasobów energii słonecznej Polski [15],

Zgodnie z pow yższym rysunkiem potencjał techniczny energii słonecznej jest

100 w yższy niż zapotrzebow anie na energię w Polsce, natom iast potencjał ekono

m iczny je st 750 razy niższy, niż polskie zapotrzebow anie na energię. Biorąc pod

uw agę pow yższe inform acje, z punktu w idzenia ekonom icznego m ożliw e je st do

uzyskania 1,3% energii słonecznej w całkow itym zapotrzebow aniu na energię

w Polsce [15].

3.1.2 C zynniki w pływ ające na w artość natężenia prom ieniow ania słonecznego

Stała słoneczna dla Ziem i w ynosi 1 = 1 3 6 7 W /nr, jednakże ilość energii docie

rająca do pow ierzchni Ziem i je st znacznie m niejsza. E nergia docierająca do Ziem i

je s t m niejsza od stałej słonecznej dlatego że część energii odbijana je st do kosm osu

(zjaw isko to nazyw a się albedo, w tabeli 3.4 przedstaw iono różne pow ierzchnie i ich

w spółczynniki odbicia), w ystępuje pochłanianie prom ieniow ania słonecznego przez

cząsteczki O r H , O i C O , ja k i też rozpraszania prom ieniow ania we w szystkich kie

runkach przez cząsteczki znajdujące się w pow ietrzu.

3. Stan obecny oraz kierunki rozw oju kolektorów słonecznych na św iecie, w UE i Polsce

Tab. 3.4 W artość w spółczynnika odbicia prom ieniow ania

słonecznego p dla różnych pow ierzchni [5].

Rodzaj p o w ierzch n i

W sp ó łczyn n ik odbicia

Zielo ny las

0 ,0 3 -0 ,1 0

Traw a

0,14 -0 ,3 7

G runt

0 ,0 7 -0,2 0

Czarna ziem ia

0 ,0 8-0 ,14

Suchy piasek

0,18

M o kry piasek

0,09

Beton (np. cho dnik)

0,25

Asfalt

0,10

Śnieg lub lód

0,46 -0 ,8 7

Pow yższe w ym ienione zjaw iska zostały przedstaw ione na w ykresie Sankey’a,

w idoczny na rysunku 3.6, dzięki niem u m ożem y zauw ażyć w pływ y poszczególnych

czynników na ostateczną ilość energii słonecznej docierającej do Ziem i/kolektora.

W zależności od strat - do pow ierzchni ziem i, czy też kolektora słonecznego, może

dotrzeć w idealnych w arunkach do 1000 kW h/m 2 rok, natom iast kolektor słoneczny

je st w stanie w ykorzystać z tego m aksym alnie do 60-70% , a zatem moc kolektora

przew ażnie nie przekracza 700 W /nr.

Stała słoneczna I = 1367 W /m 2

atm osfera

kolektor słoneczny

powierzchnia Ziemi

straty odbicia

straty pochłaniania ok. 300 W /m 2

straty rozpraszania ok. 100 W /m 2

prom ieniow anie rozproszone

prom ieniow anie bezpośrednie

prom ieniow anie całkow ite - dla Polski ok. 1 kW/m 2

straty m ocy wkolektorze

słonecznym 200 - 400 W /m 2

moc użytkowa

kolektora słonecznego 600 - 800 W /m 2

^5=

Rys. 3.6 Bilans mocy promieniowania słonecznego.

3.2 Rynek kolektorów słonecznych na świecie

N atężenie prom ieniow ania słonecznego docierającego do pow ierzchni Ziem i

w znaczącym stopniu zależy od aktualnie panujących w arunków słonecznych. Przy

określaniu w arunków pogodow ych należy ocenić zachm urzenie oraz przejrzystość

nieba rysunek 3.7. Przy bezchm urnym niebie w artość natężenia nieznacznie prze

kracza w artość 1000 W/m2, z reguły jed n ak je st w granicach 600-800 W/m2. Przy za

chm urzeniu całkow itym , do Ziem i dociera tylko część prom ieniow ania rozproszo

nego w ynoszącego w granicach 50-100 W/m2.

1000 W /m 2

750 W /m 2

V x <

- W :

50-100 W /m 2

Rys. 3.7 Zachmurzenia a wielkość natężenia promieniowania słonecznego.

Bardzo istotny w pływ na energię docierająca do kolektora, m a w ystępująca n ie

kiedy pokryw a śnieżna. W K rakow ie okres w ystępow ania pokryw y śnieżnej w yno

szącej pow yżej 1 cm w ynosi 62 dni.

3.2 Rynek kolektorów słonecznych na świecie

3.2.1 N ajw iększe rynki kolektorów słonecznych na św iecie

Obecnie rynek kolektorów słonecznych je s t jed n y m z najszybciej rozw ijających

się rynków energetyki odnaw ialnej na świecie. Rynek św iatow y wg. danych z REN

21 je s t zdom inow any przez C hiny (produkcja kolektorów słonecznych w Chinach

obejm uje ponad 68% produkcji św iatowej) oraz takie państw a jak: Turcja, Japonia,

Izrael, B razylia, A ustralia oraz USA.

Pod koniec 2011, m oc zainstalow ana w ynosiła 234,6 GW ih odpow iadającej su

m ie 335,1 m ilionom m etrów kw adratow ych pow ierzchni kolektorów słonecznych

zainstalow anych w 56 krajach, ujętych w raporcie Solar H eat W orldwide 2011, Edi-

tion 2013 [16]. Te 56 krajów stanow ią 4,3 m ld ludzi, co stanowi 61% ludności św ia

ta. M oc zainstalow ana w tych krajach stanowi ponad 95% rynku energii słonecznej

na całym świecie.

Z decydow ana w iększość całkow itej m ocy została zainstalow ana w Chinach

(152,2 G W th) i Europie (39,3 GW/h), które razem stanow iły 81,6% zainstalow anych,

3. Stan obecny oraz kierunki rozwoju kolektorów słonecznych na św iecie, w UE i Polsce

rysunek 3.8. Pozostała m oc zainstalow ana je st dzielona pom iędzy: Stanam i Z jed

noczonym i i K anadą (16,7 G W ih), A zją z w yłączeniem Chin (9,6 G W h), A m ery

ce Łacińskiej (6,3 GWlh), A ustralii i N ow ej Zelandii (4,9 GWit) , B liskim W scho

dem reprezentow anym przez kraje: Izraela, Jordanii, Libanu, M aroko i Tunezji

(4,7 GW i/t), ja k rów nież m iędzy niektórych krajach subsaharyjskiej Afryki

(0,9 G W /h), a m ianow icie M ozam bik, N am ibia, RPA i Zim babw e.

Stany Zjednoczone /

Kanada

7,1

Rys. 3.8 Udział poszczególny regionów w całkowitej m ocy zainstalowanych

kolektorów na koniec 2011 [16].

N ajbardziej popularne są kolektory płaskie 27,9% (65,4 GWth <-> 93,4 m il m 2)

oraz próżniow e 62,3% (146,1 GW)h<-+208,8 m in m 2). W raz z pojaw ianiem się no

w ych basenów kąpielow ych w krajach o dużym nasłonecznieniu w zrasta zastosow a

nie i produkcja kolektorów bez osłony przezroczystej 27,9% (21,5 GWlh<-> 30,7 min

m 2). Tendencja ta w ystępuje w takich krajach jak : U SA , A ustralia, Niemcy, K ana

da, A ustria i w krajach południow ej A fryki. N a rysunku 3.9 przedstaw iono w ielkości

procentow e ogólnej sprzedaży kolektorów słonecznych na świecie.

3.2 Rynek kolektorów słonecznych na św iecie

Rys. 3.9 Procentowy udział poszczególnych rodzajów kolektorów słonecznych

na świecie w roku 2011 [ 16].

Rysunek 3.10 w yraźnie pokazuje, ja k różne rodzaje kolektorów są stosow ane

w krajach przodujących na świecie. C hiny jak o św iatow y lider w łącznej mocy, sku

p ia się w dużej m ierze na kolektorach próżniow ych, podczas gdy w Stanach Z jed

noczonych znajduje się na drugiej pozycji ze w zględu na w ysoką liczbę kolektorów

słonecznych bez osłony. Tylko w A ustralii i do pew nego stopnia w B razylii w iększą

role odgryw ają kolektory bez osłony. Reszta "10 krajów" je s t w yraźnie skupiona na

technologii płaskich kolektorów słonecznych z osłona przezroczystą.

3. Stan obecny oraz kierunki rozw oju kolektorów słonecznych na św iecie, w UE i Polsce

152180

Chiny

USA

Niemcy

Turcja

Brazylia Australia

Indie

Austria Japonia

Izrael

■ Kolektory próżniowe

■ Płaskie kolektory słoneczne z osłona przezroczystą

■ Płaskie kolektorysłoneczne bez osłony

Rys. 3.10 Ogólna charakterystyka sprzedaży cieczowych kolektorów słonecznych

w 10 krajach wiodących pod koniec 2011 roku [16].

R egionem św iata o najw iększym stosunku m ocy zainstalow anych kolektorów

słonecznych na 1000 m ieszkańców są C hiny (113,88 k W J 1000 m ieszkańców ). Z bli

żonym i w ielkościam i m ogą się charakteryzują się: A ustralia i N ow a Zelandia 76,7

A-R71000, Bliski W schód z w ynikiem 76,2 A'JJ71000 m ieszkańców oraz Europa 61,2

A'R71000 mieszkańców . Pozostałe regiony św iata charakteryzują się w artością tejże

w ielkości w przedziale 5,1^-13,6 A-R71000 m ieszkańców rysunek 3.11.

Państw a o najw iększym stosunku m ocy na 1000 m ieszkańców w roku 2011:

• C ypr pozostał liderem z 2008 r., stosunek słonecznego ogrzew ania w przeli

czeniu na koniec 2011 r. w ynosi 542 kW <h na 1000 m ieszkańców.

• A ustria, która m iała 406 kW lh na 1000 m ieszkańców w 2011 roku, pozostała

nadal liderem w Europie kontynentalnej.

• Izrael 400 k W , na 1000 m ieszkańców .

3.2 Rynek kolektorów słonecznych na świecie

Pozostałym i w iodącym i krajam i w skum ulow anej w artości m ocy kolektorów

słonecznych w 2011 roku na 1000 m ieszkańców są: B arbados 322 k W J 1000, G re

cja 268 k W J 1000, A ustralia 212 k W J 1000, N iem cy 131 k W J 1000, Turcja

129 k W J 1000, C hiny 114 k W J 1000 oraz Jordania 114 k W J 1000.

120 —ł$ j£

Chiny

Australia i

Bliski

Europa

Ameryka

Azja bez

USA i

Afryka

Nowa

Wschód

Łacińska

Chin

Kanada

Zelandia

Rys. 3.11 Łączna ilość kolektorów m ocy kolektorów słonecznych na 1000 mieszkańców

[16], Azja bez Chin: Indie, Japonia, Korea Południowa, Tajwan, Tajlandia

Ameryka Łacińska: M eksyk, Urugwaj, Barbados, Brazylia, Chile
Europa: EU 27, Albania, M acedonia, Norwegia, Szwajcaria, Turcja
Bliski Wschód: Izrael, Jordania, Liban, Maroko, Tunezja
Afryka: Mozambik, Namibia, RPA, Zimbabwe

3.2.2 N ow e instalacje solarne na św iecie

W roku 2011 zainstalow ano 48,1 GWllt, co odpow iada 68,7 min m etrów kw adra

tow ych kolektorów słonecznych, now o zainstalow anych na całym świecie. Oznacza

to w zrost liczby now ych instalacji kolektorów o 14,3% w porów naniu do roku 2010.

D la porów nania, w zrost rynku w latach 2009/2010 w yniósł 13,9%, rysunek 3.12.

3. Stan obecny oraz kierunki rozwoju kolektorów słonecznych na św iecie, w UE i Polsce

Afryka

Subsacharyjska

Rys. 3.12 Udział poszczególny regionów w nowo zainstalowanych m ocy kolektorów

na koniec 2009, [16]

G łów nym prom otorem w zrostu pow yżej średniej rynkow ej w 2009 roku były

Chiny, podczas gdy na kluczow ych rynkach europejskich, ja k rów nież w Stanach

Zjednoczonych i innych w ażnych regionów gospodarczych, takich ja k w Japonii,

sektor kolektorów ucierpiał z pow odu kryzysu gospodarczego, w w yniku stagnacji

lub zm niejszenie rynkach lokalnych.

G łów nym i rynkam i dla cieczow ych płaskich kolektorów słonecznych na całym

św iecie były C hiny (40,32 GWth) i E uropa (3,93 G W J , które łącznie stanow ią 92,1%

now o instalow anych kolektorów w 2011 roku.

R eszta rynku je s t podzielona pom iędzy kraje A zji bez Chin (0,94 G W J , A m e

ryką Łacińską reprezentow aną przez Barbados, Brazylie, Chile, M eksyk i U rugwaj

(0,92 G W J , USA i K anadą (0,76 G W J , A ustralią i N ow ą Zelandią (0,70 G W J , B li

skim W schodzie reprezentow any przez Izrael, Tunezję i Jordanię (0,22 G W J , A fry

ki reprezentow ana przez M ozam bik, N am ibie, RPA i Z im babw e (0,09 G W J .

G łów nym m otorem napędow ym w zrostu św iatow ego rynku pozostają Chiny

z dynam iką w ynoszącą 17,6% w okresie 2010/2011. W porów naniu do poprzednie

go okresu (2009/2010) tem po w zrostu nieco w zrosły o 0,9% , (rys. 3.13).

Pozostałe kraje azjatyckie om aw iane w niniejszym rozdziale rów nież odnoto

w ał dodatnie tem po w zrostu rynku o 7,5%, ale w ysokie tem po w zrostu od 2009/2010

z 36,3% nie został osiągnięty. Sytuacja w A m eryce Łacińskiej cechuje się um iarko

w anym tem pem w zrostu, w ynoszącym 5,3% w 2010/2011, jednakże nie dorów nuje

3.2 Rynek kolektorów słonecznych na świecie

ono w zrostow i w latach 2009/2010 w ynoszącem u 20,0% . Podobnie je s t w regionie

Bliskiego W schodu, gdzie tem po w zrostu w yniosło 3,0% w 2010/2011 oraz 23,4%

w latach 2009/2010. R epublika Południow ej A fryki, najw iększym i najbardziej doj

rzały rynek w A fryce subsaharyjskiej, odnotow ano w zrost o 30,2%.

W europejskich znaków rynkow ych pozytyw nej zm iany trendu m ożna zaob

serwow ać po znacznym upadku poprzednich dw óch latach, duży niem iecki rynek

w szczególności popraw iła się dynam ika 10,4% w okresie 2010/2011. Podsum ow u

ją c , całkow ity rynek europejski w zrosła o 1,1%. N ależy tu w spom nieć, że silny ry

nek w Turcji przyczyniły się znacząco do tego dodatniego wyniku.

N atom iast w Stanach Zjednoczonych i K anadzie, zanotow ały najw iększy spa

dek now ych instalacji, w zględem lat 2010/2011, spadek ten w ynosi -21,7% . K on

trastem spadku w U SA i K anadzie je s t jeg o w zrost w latach 2009/2010 który w yno

sił 16,1%.W A ustralii, rynek now ych instalacji kolektorów słonecznych zm niejszył

drugi raz z rzędu, -5,4% w latach 2009/2010 i-10,4% w okresie 2010/2011.

30,00%

25,00%

15,00%

10,00% —

---- 7;50%-

17,60%

14,30%

5,00%

- 10,00%

-15,00%

-20,00%

5,30%

■

Afryka

Azja bez

i iistralia Ameryka

Chiny

Europa

Bliski

Chin

■

Łacińska

Wschód

-10,40%

-21,70%

Rys. 3.13 Rozwój rynku nowo zainstalowanych m ocy m iędzy 2010 i 2011 rokiem. [16]

Azja bez Chin: Indie, Japonia, Korea Południowa, Tajwan, Tajlandia

Ameryka Łacińska: Meksyk, Urugwaj, Barbados, Brazylia, Chile
Europa: EU 27, Albania, Macedonia, Norwegia, Szwajcaria, Turcja
Bliski Wschód: Izrael, Jordania, Liban, Maroko, Tunezja

Afiyka: Mozambik, Namibia, RPA, Zimbabwe

3. Stan obecny oraz kierunki rozwoju kolektorów słonecznych na św iecie, w UE i Polsce

Działające [MW^h/a]

Zmiana rynku 1% )

2000 2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

Rys. 3.14 Roczne nowe instalacje płaskich i próżniow ych kolektorów słonecznych

od roku 2000 do 2011. [16] Azja bez Chin: Indie, Japonia, Korea Południowa,
Tajwan, Tajlandia Ameryka Łacińska: Meksyk, Urugwaj, Barbados, Brazylia,
Chile Europa: EU 27, Albania, Macedonia, Norwegia, Szwajcaria, Turcja
Bliski Wschód: Izrael, Jordania, Liban, Maroko, Tunezja
Afryka: Mozambik, Namibia, RPA, Zimbabwe

N a całym św iecie rozwój rynku oszklonych kolektorów słonecznych (cie

czow ych) charakteryzuje się stałym w zrostem w ciągu ostatnich 11 lat. W okresie

lat 2000 i 2011 średnie tem po w zrostu na św iecie w ynosiło 20% . N ow e instalacje

w roku 2011 w porów naniu do takow ych w 2000 są 7-krotnie w iększe, a w porów

naniu roku 2011 do roku 2010 św iatow y rynek w zrósł o 15,4%. D ynam ika utrzym a

ła się na stabilnym poziom ie w porów naniu do okres 2009/2010, po spadku w dw óch

poprzednich latach (rys. 3.14).

W Chinach rynek charakteryzuje się stałym w zrostem , podczas gdy w E uro

pie, drugim co do w ielkości regionu gospodarczego, rynek charakteryzuje się du

żym i w ahaniam i. Po spadku m iędzy 2008 roku a 2010 roku rynek ustabilizow ał się

w 2011 (rys. 3.14).

N a całym św iecie rozwój rynku oszklonych kolektorów słonecznych (cie

czow ych) charakteryzuje się stałym w zrostem w ciągu ostatnich 11 lat. W okresie

lat 2000 i 2011 średnie tem po w zrostu na św iecie w ynosiło 20% . N ow e instalacje

w roku 2011 w porów naniu do takow ych w 2000 są 7-krotnie w iększe, a w porów

naniu roku 2011 do roku 2010 św iatow y rynek w zrósł o 15,4%. D ynam ika utrzym a

ła się na stabilnym poziom ie w porów naniu do okres 2009/2010, po spadku w dw óch

poprzednich latach (rys. 3.14).

3.2 R ynek kolektorów słonecznych na świecie

W C hinach rynek charakteryzuje się stałym w zrostem , podczas gdy w E uro

pie, drugim co do w ielkości regionu gospodarczego, rynek charakteryzuje się du

żym i w ahaniam i. Po spadku m iędzy 2008 roku a 2010 roku rynek ustabilizow ał się

w 2011 (rys. 3.14).

Conservai Engineering (USA)

Captasol (Meksyk)

Enerconcept (USA)

Your Solar Home (USA)

Grammer Solar (Niemcy)

5000

10000

15000 20000 25000 30000 35000 40000

Rys. 3.15 Najwięksi producenci powietrznych kolektorów na świecie pod względem

wyprodukowanej powierzchni kolektorów [REN 21 - “Renewables 2012- Global
Status Report”, Francja 2012, dostępny pod:http://ren21.net/]

Rys. 3.16 Najwięksi producenci próżniow ych kolektorów na świecie pod względem

wyprodukowanej powierzchni kolektorów [REN 21 - “Renewables 2012- Global

Status Report”, Francja 2012, dostępny pod:http://ren21.net/]

3. Stan obecny oraz kierunki rozwoju kolektorów słonecznych na św iecie, w UE i Polsce

Rys. 3.17 Najwięksi producenci płaskich kolektorów na świecie pod względem

wyprodukowanej powierzchni kolektorów [REN 21 - “Renewables 2012- Global

Status Report”, Francja 2012, dostępny pod:http://ren21.net/]

Rok 2011 był trudny dla producentów i dystrybutorów instalacji słonecznych ze

w zględu na sytuację gospodarczą w północnych krajach śródziem nom orskich oraz

ogólnej negatyw nej perspektyw y reprezentow anej przez w iele europejskich krajów.

Przem ysł boleśnie odczuł zastój w produkcji kolektorów po bardzo dobrej sprzeda

ży w latach 2008-2009. W 2011 roku, co najm niej osiem spółek upadło lub zostało

wykupione, w tym hiszpański Isofoton. Chiny zdom inow ały globalny przem ysł in

stalacji słonecznych przez kilka lat. N ajw iększe firmy Linuo N ew M aterials, San-

gle, M icoe, H im in i Sunrain G roup zaczynają w spółpracow ać z ze sobą aby dom ino

w ać na globalnym rynku. Chociaż w iększość chińskiej produkcji trafia na lokalny ry

nek, eksport do krajów rozw ijających się w A fryce i A m eryce Łacińskiej i Południo

wej ciągle rośnie. Chińskie produkty zaczęły rów nież trafiać do europejskich odbior

ców. N ajw ięksi producenci płaskich kolektorów na rynku europejskim to GreenOne-

Tec (A ustria), Bosch T hem iotechnik (N iem cy), Ezinc (Turcja), V iessm ann (Niemcy).

Przedsiębiorstw a z siedzibą w N iem czech stanowią praw ie połow ę najlepszych pro

ducentów płaskich kolektorów w 2007 roku, ale obecnie stanowią tylko jed n ą trzecią.

W iększość firm oferujących płaskie i próżniow e kolektory słoneczne sw oją produk

cję ulokow ały w Chinach i Indiach. W Europie, przem ysł charakteryzują fuzje i prze

jęcia w śród czołow ych graczy w celu zw iększenia ilości sprzedanych kolektorów na

rynkach Brazylii, Indii i Turcji. Sektor solam y w B razylii rósł średnio o 18% w ciągu

ostatnich pięciu lat, po czym w 2011 roku tem po w zrostu spada do 6,5% w odpow ie

dzi na zm iany w polityce oraz obaw om tow arzyszącym kryzysow i gospodarczem u.

W A fryce nastąpił duży wzrost liczby producentów w ciągu ostatnich lat, po czym p o

dobnie ja k w 2011 roku w Brazylii, najw iększy producent Solardom e zam knął swój

zakład w Stellenbosch, z pow odu silnej konkurencji tańszych produktów chińskich.

W sektorze „słonecznego chłodzenia” tylko kilka firm, które w iele lat są na rynku in

w estują w now e rozw iązania. Są to m.in. Solam ext (N iem cy) o S.O.L.I.D. (Austria).

N owvm i eraczam i na rvnku sa Steiebel Eltron !N iem cvl oraz ianońskie Hitachi.

3.3. Rynek kolektorów słonecznych w Unii Europejskiej

3.3. Rynek kolektorów słonecznych

w Unii Europejskiej

3.3.1. Przegląd rynku Unii Europejskiej

Rynek kolektorów słonecznych w UE wzrasta systematycznie, jednakże wzrost

w ostatnich latach jest znacząco mniejszy, pow odem tegoż stanu rzeczy jest global
ny kryzys, którego skutki są odczuwalne także w energetyce odnawialnej, rysunek.

W prowadzenie przez UE korzystnej polityki dotyczącej odnawialnych źródeł ener

gii oraz energooszczędności spowodowało zminimalizowanie skutków globalnego
kryzysu na rynku kolektorów. Dlatego polityka ta je st od niedawna wprowadzana
dlatego m ożna się spodziewać zahamowania tendencji spadkowych w najbliższych

lata oraz ponownego wzrostu nowych instalacji solamych.

W ciągu ostatnich dziesięciu lat, nie było ciągłego wzrostu nowych instalacji,

od roku 2009 włącznie następnie spadek. Spadek jest znaczący w pierwszych dwóch

latach (2009, 2010), a następnie w latach 2011-2012 następuje ustabilizowanie
się ilości nowych instalacji kolektorów słonecznych. Pomimo spadku zaistniałego
w ciągu ostatnich czterech lat, wielkość rynku podwoiła się w przedziale ostatnich
dziesięciu lat przy średniej rocznej stopie wzrostu wynoszącej 10%. Korzystanie
z tego samego porównania w ciągu ostatnich pięciu lat (2007-2012), można zaob
serwować bezwzględny wzrost w rocznej sprzedaży wynoszącej 20%, a natomiast

średni roczny w zrost o 3,6%, rysunek 3.15.

g 15000000

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

■ Całkowite instalacje kW

■ Nowe instalacje kW

Rys. 3.18 Wzrost zainstalowanej nowej oraz całkowitej zainstalowanej mocy

w Unii Europejskiej [23].

3. Stan obecny oraz kierunki rozwoju kolektorów słonecznych na świecie, w UE i Polsce

Rynek kolektorów słonecznych w Unii Europejskiej zdominowany jest przez

kraje wysoko rozwinięte takie jak: Niemcy, Grecję, Austrię, Włochy, Hiszpanię oraz

Francję. Państwa słabiej rozwinięte na rynku solamym stanowią łącznie około 24%
całkowitej mocy zainstalowanej w UE na koniec roku 2012, rysunek 3.16.

N ajw iększym rynkiem spośród państw U E mogą się pochwalić N iem cy z liczbą

zainstalowanych kolektorów ok. 16,05 min m2 co przekłada się na moc 11,23 GWth.
M oc zainstalowana w Niemczech, stanowi 40% całkowitej mocy zainstalowanej

w UE.

Rys. 3.19

Udział procentowy poszczególnych państw w całkowitej mocy zainstalowanej,

koniec

2012 [23]

Zestawienie wszystkich danych dotyczących całkowitej powierzchni oraz

mocy kolektorów słonecznych w UE włącznie z Szwajcarią zostały zebrane w tabeli
3.5 (m 2) oraz tabeli 3.6 (kW ).

Statystyki, które zebrano w 27 państwach U nii Europejskiej i Szwajcarii, przed

stawiają, że w 2012 roku zamontowano w pow yższych krajach w sumie 3,44 min

m2 kolektorów słonecznych, co przekłada się na łączny potencjał 2,41 GWlh energii
termalnej, tabela 3.6. Statystyki te są gorsze od wyników z lat 2008 do 2011, w y
nik obecny jest znacząco wyższy do nowych instalacji zamontowanych w roku 2007
i wcześniejszych. Po rekordowym roku 2008, czwarty rok z rzędu notujemy spa
dek liczby nowych instalacji. Przemysł solam y w dużej mierze doświadczył skut
ków kryzysu, na co wpłynęła zła kondycja branży budowlanej spowodowana rece

3.3. Rynek kolektorów słonecznych w Unii Europejskiej

sją gospodarczą będącą następstwem kryzysu finansowego. U dział poszczególnych
państw UE w nowo instalowanych kolektorach przedstawiono na rysunku 3.17 (rok
2012) oraz rysunku 3.16.

Rys. 3.20 Udział procentowy państw UE w nowo instalowanych kolektorach wroku2012[23].

W 2010 roku po raz pierwszy wprowadzono podział rynku kolektorów słonecz

nych w UE na trzy kategorie w zależności od wielkości. Trzy kategorie są następują
ce: od 50 m2 do 200 000 m 2, powyżej 200 000 m 2 do 500 000 m 2 i ponad 500 000 m2
nowo zainstalowanych kolektorów.

Niemcy, największy europejski rynek kolektorów słonecznych rysunek 3.27,

w roku 2010 zanotował aż 29-procentowy spadek nowych instalacji (1,15 min m2 no
wych solarów) w porównaniu z rokiem 2009. Sytuacja na rynku niemieckim od roku
2010 zaczęła się stabilizować na poziomie 1,15 min m 2. Spadki dotknęły także A u
strię, Hiszpanię i Francję, podczas gdy w zrost liczby nowych instalacji odnotowano
w nękanej kryzysem Grecji (500 tys. m2 nowych kolektorów).

3 2

3. Stan obecny oraz kierunki rozwoju kolektorów słonecznych na świecie, w UE i Polsce

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

■ Niemcy

■ Austria

■ Grecja

■ Hiszpania

■ Włochy

a Francja

■ Szwajcaria

■ Wielka Brytania

■ Dania

■ Portugalia

■ Polska

■ Czechy

Belgia

■ Cypr

Szewcja

■ Holandia

■ Inne

Rys. 3.21 Udział procentowy państw UE w nowo instalowanych kolektorach

w roku 2003-2012 [23-30],

3.3. Rynek kolektorów słonecznych w Unii Europejskiej

3 3

2500000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

Rys. 3.22 Nowe instalowane kolektory w Niemczech (grupa powyżej 500 tys. m2) [23],

W 2010 roku rynki państwa z grupy 200 tys.-500 tys. m 2 jak: Wiochy, Hiszpa

nia, Austria, Francja, Grecja i Polska zachowywały się bardzo różnie, rysunek 3.20.
Polska kontynuowała imponujący wzrost, Grecja przedstawia niewielki lecz syste
matyczny wzrost, Francja pozostaje w stagnacji. Pozostałe rynki w tej grupie, W ło
chy, Hiszpania i Austria odnotowały znaczne spadki.

Rynek włoski, dotychczas największym rynkiem w tej grupie, zanotował spo

ry spadek w ciągu ostatnich dwóch lat, w 2012 rynek nie osiągnął progu 250 M W th
nowych instalacji w ciągu roku. Z drugiej strony, na rynku polskim kontynuował
się znaczący w zrost nowych instalacji zapoczątkowany od roku 2010, z 19% wzro
stem w porównaniu z poprzednim okresem. Oznacza to, że Polska je st coraz bliżej
osiągnięcia pozycji drugiego największego rynku w Europie, z 211,4 MWlh (302 000
m 2). W Hiszpanii, na rynku w dalszym ciągu następuje od roku 2008 spadek. Odno
towano w 2012 roku ilość nowych instalacji na poziomie 158 M W ih, jest to spowo
dowane przez trwającą recesją, skutkiem czego jest wyprzedzenie w wielkości ryn
ku przez Francję, gdzie w rynku pozostał na podobnym poziomie jak w 2011 roku
(175 M W J .

Rozważając tę grupę krajów jako całość, nowo zainstalowana moc wynosiła

1,1 GWth, spadek wynosi prawie 5% w porównaniu z rokiem 2011. W odniesieniu

do całkowitej mocy zainstalowanej, łączna ilość wynosi 12,2 GWth, co warunkuje
w zrost o 7,5% w porównaniu z poprzednim okresem. Grecja i Austria pozostają li
derami w tej grupie pod względem całkowitej mocy zainstalowanej, ja k również na
mieszkańca. W tych dojrzałych rynkach, tempo wzrostu całkowitej mocy zainstalo
wanej (0,7% w Grecji i 2,7% w Austrii) je st obecnie znacznie niższy niż w innych
krajach, na przykład w Polsce (33%).

3. Stan obecny oraz kierunki rozwoju kolektorów słonecznych na świecie, w UE i Polsce

To stwarza nowe wyzwanie dla tych krajów w zakresie zwiększenia ich produk

cji ciepła z energii słonecznej, w celu spełnienia swoich celów 2020 na energię pro
dukcji z odnawialnych źródeł energii.

600000

• Włochy

• Hiszpania —♦—Austria

•' Francja

• Grecja

Polska

Rys. 3.23 Nowo instalowane kolektory w krajach z przedziału 200 tys.-500 tys. m2 [23],

Portugalia wraz z Szwajcarią, Czechami, D anią i W ielką Brytanią, zostały za

liczone do grupy "krajów rozwijających się" z liczbą nowych instalacji w przedzia

le od 200 do 500 tys. m 2 (wg Instytutu Energetyki Odnawialnej w Polsce zainsta
lowano w ubiegłym roku 300 tys. m2 kolektorów). W g ESTIF, wyżej wymienione
kraje zanotowały w 2012 roku średnio prawie 3% spadek liczby nowych instalacji.
Pod względem całkowitej mocy zainstalowanej, kraje te osiągnęły w sumie 2,6 GWlh
mocy, co stanowi wzrost o prawie 12% w porównaniu z poprzednim okresem. Gra
ficzne zestawienie wyżej wymienionych państw na rysunku 3.21.

200000

• Portugalia

—♦—Szwajcaria

• Wielka Brytania

—♦—Czechy

♦ Dania

Rys. 3.24 Nowo instalowane kolektory w krajach z przedziału 50 tys.-200 tys. m2 [23],

3.3. Rynek kolektorów słonecznych w Unii Europejskiej

Duński wzrost w całkowitej mocy jest wynikiem gwałtownego wzrostu nowych

instalacji solamych w roku 2011 wynoszącemu 81,1%. W zrost ten wystarczy aby

umieścić Danie w pierwszej dziesiątce europejskich rynków termicznej energetyki
słonecznej. Belgijski wzrostu, z drugiej strony, opiera się na tradycyjnej i trwałej po

lityce wsparcia, szczególnie występującej w e Flandrii. Pozostałe rynki z tegoż prze
działu nowych instalacji zanotowały negatywny wpływu stosowania różnych poli

tyk wsparcia: w Szwajcarii, wsparcie fotowoltaiki przyczyniło się do wstrzymania

inwestycji w obszar kolektorów słonecznych. Podczas gdy w Portugalii i w Wielkiej

Brytanii są przykłady tego, ja k źle realizowana polityka wsparcia może mieć szko

dliwy wpływ na rynek.

Polska w raportach ESTIF do roku 2010 znajdował się w grupie 50 m2 do 200

000 m2, wraz ze znaczącym wzrostem całkowitej powierzchni oraz mocy kolekto
rów słonecznych jest w grupie 200 tys.-500 tys. m2, tabela 3.5. Ten sukces jest wy
nikiem kilku programów wsparcia, najbardziej istotnym jest Program N arodowe

go Funduszu Ochrony Środowiska (NFSiGW), które przeznaczono około 100 min

euro, w ciągu trzech lat, do instalacji solamych. Biorąc pod uwagę, że dofinansowa
nie to się skończy na początku 2014 r., Polska musi szybko podjąć decyzję, czy pro

gram ten zostanie rozszerzony bądź też przebudowany na lepszych warunkach dla

odbiorcy końcowego.

Tab. 3.5 Rynek nowych instalacji w UE (m2) [23 - 30].

Kraj

Nowe instalacje w 2012 [M W J

Zmiana 2012/2011 [%]

Grupa powyżej 350 MWth; odpowiada 500 tys. m2

Niemcy

805

-9,40%

Grupa od 140 MW(h do 350 MWth; odpowiada 200-500 tys. m2

Włochy

231

-15,40%

Polska

211

19,10%

Francja

175

-0,60%

Grecja

170

5,70%

Hiszpania

158

-15,50%

Austria

144

-15,20%

Grupa od 35 MW(hdo 140 MWth; odpowiada 50-200 tys. m2

Szwajcaria

3,00%

Dania

81,10%

Portugalia

-28,80%

Wielka Brytania

-35,40%

Belgia

36,30%

Zestawienie wszystkich danych dotyczących nowo instalowanych oraz ju ż dzia

łających kolektorów słonecznych w UE z Szwajcarią zostały zebrane w tabeli 3.6
(m2) oraz tabeli 3.7 (kW).

Tab. 3.6 Rynek nowych instalacji w UE (m 2) [23 - 3 0 ] .

Kraj

Całkowite

Powierzchnie zainstalowane [m2]

L.p.

Nowe

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

Austria

1921594

2085488

2318958

2611627

2892627

3240330

3596874

3836509

3988088

4108338

160080

153050

166920

182 594

233 470

292 669

281000

347 703

356 166

279 898

243285

206390

Belgia

35874

48249

68 483

104 118

146118

268947

290847

328 148

323283

384533

4481

4943

9 047

14 700

20 234

44 464

65 000

62 200

50 700

42500

45500

62000

Bułgaria

25 100

31600

127900

105 300

115100

122100

1800

2 000

2 200

2500

25 500

8 000

8 400

10800

8000

Szwajcaria

324954

352460

391 592

443 548

508 980

593 980

768707

895 492

1023698

1145431

22730

26431

26 820

31160

39 132

51 863

65 432

112 833

145 640

144772

137863

142000

Cypr

450200

500 200

560 200

625 200

693 200

735200

715 022

713359

707776

30000

30 000

50 000

60000

60 000

34 709

30 713

28437

23917

Czechy

43400

65 900

106730

131 730

165100

211220

308 376

378066

427327

6000

10 200

12 250

15 550

20400

25000

35 000

51669

91717

65800

50000

Niemcy

4898000

5604000

6 554 000

8 054 000

8 994 000

11094000

12709000

13 824 000

14994000

16049000

900000

540000

720 000

750 000

950 000

1 500 000

940000

2 100 000

1 615 000

1150 000

1270000

1150000

Dania

299890

315730

336 980

362 280

385 280

418280

47278

525 146

583605

682345

26150

13000

19 000

20 000

21250

25 300

23000

33 000

54 496

64651

62401

113000

Estonia

570

820

1120

1470

1970

2420

2 920

4720

6520

150

250

300

350

500

450

500

1800

Hiszpania

341566

420366

527 166

702 166

964166

1411166

1802166

2 106 866

2369861

2587162

46 357

66000

70 000

90 000

106 800

175 000

275000

433 000

391 000

336 800

266979

225683

Finlandia

10030

11980

13 980

16 493

20 493

25 293

26973

32 923

32873

36723

1110

2 000

1630

2 383

3 200

25000

4100

3400

3700

4000

Francja

237400

274100

395 600

615 600

870 600

1624100

1959100

1 573 900

1824900

2074400

12000

27000

38 900

52 000

121 500

283 500

330000

313 000

265 000

256 000

251000

249500

Grecja

2779200

2826700

3 047 200

3 287 200

3 570 200

3868200

4074200

4 084 200

4087200

4119200

175000

152000

161 000

215 000

220 500

240000

283000

298 000

206 000

214 000

230000

243000

Węgry

4250

5 250

6 250

14 250

25 250

82590

149 814

170814

219814

500

1000

1500

1000

20648

32 000

22 000

21000

20000

50000

Irlandia

4405

7290

10 790

15 790

30 790

74400

107760

131 489

158429

270769

270

875

1200

2 000

3 500

5 000

15000

43 610

32 221

52966

59349

27087

Włochy

398785

444285

516 285

855 230

1100 230

1606230

2006230

2 671 730

3073930

3365730

44500

45000

50 000

97 738

127 059

186000

330000

500 000

475 000

490 000

390000

330000

Łotwa

1650

2 150

2 750

3 450

4290

2200

2 400

4200

6000

300

400

500

600

300

200

1800

Luksemburg

11500

13 400

15 900

18 900

22 500

27200

31600

35850

39800

1200

1500

1700

1900

2 500

3000

3 600

4 700

4 500

4500

4150

Litwa

1650

2 650

3 850

5 350

7150

1740

1940

3740

4040

300

400

500

1000

1200

210

180

200

1800

300

Malta

15360

19 360

23 860

29 360

35 360

408602

45 860

51360

57820

2.500

3 000

4 215

4 000

4500

5500

6 000

5 500

5 000

5980

Niderlandy

263737

283508

303 756

318 441

338 341

363 341

407341

447 595

474595

509065

30537

30000

27 686

26 300

20 248

14685

19900

25 000

45 260

40 834

33000

42470

Polska

102520

137 520

167 520

234 897

365 676

509860

655 890

909390

1211390

18000

26 220

28 900

27 700

41 400

68147

129 632

144 308

145 906

253500

302000

Portugalia

160640

144950

160 950

180950

205 950

318 950

49334

672 697

781295

856867

6000

5500

6 000

10 000

16 000

20000

52000

86 820

173 762

182 271

127198

90612

Rumunia

69 100

69 600

94300

11430

104 700

105200

110700

400

5 500

6500

8 000

14 900

15 500

15500

Szwecja

173661

185769

208 390

236 929

262 394

289207

310517

323 735

337022

345731

21970

15 260

19 255

20 058

22 621

28 539

25465

26 813

21309

20 699

20807

11257

Słowenia

97600

102 400

109 300

121 300

137 300

15930

175 300

175300

186800

1200

1100

1800

4 800

6 900

12000

16 000

22 000

11 000

12000

16500

Słowacja

56750

64 250

72 750

81 750

95 250

108750

121 750

142250

147000

4500

5 000

5 500

7 500

8500

9000

13 500

15 000

23000

7500

Wielka

Brytania

149920

168920

196 920

250 920

304 920

385 920

475020

573 220

656998

709673

15230

17500

22 000

25 000

28 000

54000

81000

89100

105 200

91778

59275

Razem

11999656

13959245

15964950

19219722

21957446

27261289

31624644

34 448 521

37519126

40494094

1466415

1162219

1 418 798

1 627 495

2 049 297

3 079 220

2974596

4 797 321

4 246 170

3733927

3678077

3443721

obecny

ro
zwoju

kolekto

rów

sło

św

w
U

E
i

Pol

sce

3.3

kto

ró

sło

w
U

nii

ejs

Tab. 3.7 Rynek nowych instalacji w UE (kW) [23 - 30]

Kraj

Całkowite

Moce zainstalowane [kW ]

L.p.

Nowe

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

Austria

1339305

1459842

1 623 271

1 828 139

2 024 839

2 268 231

2517812

2 685 556

2791662

2875837

107135

116844

127816

163 429

204 868

196 700

243 392

249581

195929

161132

144473

Belgia

20848,15

33774

47 938

72 883

102283

188263

203593

229 703

226298

269173

3460

6333

10290

14164

24 945

29 400

63 700

35490

26 811

31850

43400

Bułgaria

17 570

22120

89530

73 710

80570

85470

1540

1750

2 800

17500

5 880

7560

5600

Szwajcaria

212691,4

246722

274 114

310 484

356 286

415 786

538095

895 492

716589

801802

18502

18774

21747

27 392

36 304

45 802

59500

102725

98000

99400

Cypr

315140

350 140

392 140

437 640

485 240

514640

500 515

499351

495443

21000

35 000

42 000

45 500

47 600

38500

21499

19906

16742

Czechy

25107,44

30380

46130

74 711

92 211

115 570

147854

215 863

264647

299129

4200

4900

5950

10 885

15 421

17 500

24 500

28000

60 200

45500

35000

Niemcy

3771923

3922800

4 587 800

5 637 800

6 295 800

7 765 800

8896300

9 676 800

10495800

11234300

378000

504000

525000

665 000

1050 000

658 000

1470 000

1130500

805 000

889000

805000

Dania

210486,7

221011

235 886

253 596

269 696

292 796

330916

367 602

408524

477642

9100

13300

14000

14 875

17 710

16 100

23100

38150

40 670

43681

79100

Estonia

238,9222

399

574

784

1029

1379

1691

2 044

3304

4564

105

175

210

245

350

315

350

1260

Hiszpania

228105,4

294256

369 016

491 516

674 916

987 816

1261516

1 474 806

1658903

1811013

46200

49000

63000

74 760

122 500

183 400

303 800

273700

235760

186885

157978

Finlandia

8386

9 786

11545

14 345

17 705

18881

23 046

23011

25706

777

1400

2 380

2 800

3 360

2800

4 200

2800

Francja

143186,6

191870

276 920

430 920

609420

1 136 870

1371370

1101 730

1277430

1452080

18900

27230

36400

85 050

154 000

178 500

271 600

234500

179 200

175700

174650

Grecja

1476634

1978690

2 133 040

2 301 040

2 499 140

2 707 740

2851940

2 858 940

2861040

2883440

106400

112700

150500

154 350

168 000

198100

208600

144200

149 800

161000

170100

Węgry

1983,333

2975

3 675

4 375

9 975

17 675

57813

104 870

119570

153870

350

700

1050

700

5 600

7 700

17500

14700

35000

Irlandia

3055,689

5103

7 553

11053

21 553

52 080

75432

92 042

110900

189538

613

840

1400

2 450

3 500

10 500

30527

23352

17 443

18900

18961

Włochy

268103,4

311000

361 400

598 661

770161

1124 361

1404361

1 870 211

2151751

2356011

31500

35000

40600

50 400

130 200

171 500

294 700

280000

343 000

290500

231000

Łotwa

924

1155

1505

1925

2415

3 003

1540

1680

2940

4200

210

280

350

420

490

588

140

1260

Luksemburg

7123,894

8050

9 380

11130

13 230

15 750

19040

22120

25095

27860

840

1050

1190

1330

1750

2 100

2 520

3290

3150

2905

Litwa

924

1155

1855

2 695

3 745

5 005

1218

1358

2618

2828

210

280

350

700

840

1050

1260

126

140

1260

210

Malta

7625,532

10752

13 552

16 702

20 552

24 752

28602

32102

35952

40474

1750

2100

2951

2 800

3 150

3 850

4 200

3850

3 500

3850

4186

Niderlandy

208901,1

198456

212 629

222 909

236 839

254 339

285139

313 317

332217

356346

21000

19380

18410

14174

10 280

13 930

17 500

30800

28 584

23100

29729

Polska

56955,56

71764

96 264

117 264

164428

255 973

356902

459123

636573

847973

12600

18354

23100

24 500

28 980

46 900

90742

100929

102134

177450

211400

Portugalia

60757,49

101465

112 665

126 665

144165

223 265

345338

470 888

546906

599807

3850

4200

7000

11 200

14 000

17 500

60200

122073

127 590

89039

63428

Rumunia

48 370

48 720

66010

80010

73 290

73640

77490

280

350

5 600

14000

10 850

10850

Szwecja

125036,5

130038

145 873

165 850

183 676

202 445

217362

226 615

235915

242012

10682

13479

14041

15 835

19 977

17 826

18769

14917

14 489

14565

7880

Słowenia

41658,54

68320

71680

76 510

84 910

96110

111510

122 710

122710

130760

840

770

1260

3 360

4 830

8 400

11200

15400

13 300

8400

11550

Słowacja

36113,64

39725

44 975

50 925

57 225

66675

76125

85 225

99575

102900

3150

3500

3850

5 250

5 950

6 300

9450

14 489

16100

5250

Wielka

Brytania

104336,8

118944

137 844

175 644

213 444

270144

332514

401 254

459899

496771

12250

15400

17500

19 600

37 800

56700

62700

73 640

64245

41493

Razem

8724528

9771471

11 175

465

13 453

805

15 370 212

19 082 903

22137251

24 113 964

26263388

28345866

813553

990918

1110329

1399 129

2102 535

1917 893

3333 959

2994333

2586 458

2561643

2410605

obecny

roz

woju

ko
lek
to

rów

sł

św

w
UE

Pol

sce

3.3

kto

ró

sło

w
U

nii

ejs

3. Stan obecny oraz kierunki rozwoju kolektorów słonecznych na świecie, w UE i Polsce

3.4 Rynek kolektorów słonecznych w Polsce

3.4.1 W prowadzenie

N a rynku Polskim działa obecnie około 40 producentów krajowych kolekto

rów słonecznych oraz centralnych przedstawicieli zagranicznych producentów (któ

rzy oferują swoje produkty na rynku Polskim). W każdym roku powstaje ok. 2-3 no

wych firm specjalizujących się w produkcji kolektorów słonecznych. Zdecydowa

na większość firm ma swoje siedziby w południowych regionach polski. Sprzedaż

instalacji solam ych wyprodukowanych przez firmy znajdujące się na Śląsku stano

wi ponad 70% rynku sprzedaży kolektorów wyprodukowanych przez firmy Polskie.
Największy wzrost sprzedaży, w roku 2010 zanotowano w województwach: śląskim

(17,1%), małopolskim (12,3%), podkarpackim (11,1%) i łódzkim (9,2%).

Najpopularniejszymi kolektorami sprzedawanymi na Polskim rynku są kolek

tory cieczowe płaskie z osłona przezroczystą, stosunek sprzedaży kolektorów próż

niowych do płaskich kształtuje się na poziom ie 30%/70%, rysunek 3.22. N ajw ięk
sza ilość kolektorów słonecznych występuje w województwach śląskim, małopol

skim oraz podkarpackim.

120000

100000

80000

"g 60000

40000

20000

2005

2006

2007

2008

2009

]106000

89820

T/mn

47000

39810

38000

23000

■ próżniowe kolektory słoneczne

■ płaskie kolektory słoneczne

Rys. 3.25 Sprzedaż kolektorów płaskich i próżniowych w latach 2005-2009 [32].

3.4 Rynek kolektorów słonecznych w Polsce

Energetyka solam a jako jedyny sektor OŹE eksportuje swoje wyroby, eksport

polskich kolektorów stanowi 50% sprzedaży kolektorów w Polsce i w ynosi od kilku

lat, średnio ok. 80 tys. m2. Importerami polskich kolektorów słonecznych są kraje:

Niemcy, Hiszpania, Portugalia, Austria, W ielka Brytania, Włochy, Finlandia, Szwe

cja, Czechy oraz Słowacja.

3.4.2 Sprzedaż kolektorów słonecznych w Polsce w 2010 roku

Według danych zebranych przez IEO, w roku 2012 sprzedano w Polsce ok. 302

tys. m 2 kolektorów słonecznych o łącznej powierzchni, rysunek 3.23. Dla porówna

nia w roku 2009 roku przybyło 144 tys. m 2 kolektorów (wzrost w stosunku do roku

przedniego wynosi 1%). W roku 2010 wzrost sprzedaży kolektorów słonecznych w

stosunku do roku 2009 w yniósł ponad 11%. Ogółem na koniec 2010 roku całkowi

ta powierzchnia zainstalowanych kolektorów wynosiła 656 tys. m 2; dla porównania

łączna powierzchnia zainstalowana w 2009 roku wynosiła 510 tys. m2.

)

27, J.

*--- ' '

----

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007 2008

2009

2010

2011

2012

■ powierzchnia kolektorów sprzedanych w danym roku

całkowita powierzchnia kolektorów słonecznych w Polsce

Rys. 3.26 Powierzchnia kolektorów słonecznych instalowana w Polsce

w poszczególnych latach [32],

4 2

3. Stan obecny oraz kierunki rozwoju kolektorów słonecznych na świecie, w UE i Polsce

Tab. 3.8 Powierzchnia kolektorów słonecznych instalowana w Polsce

w poszczególnych latach [32].

LATA

Całkowita powierzchnia

kolektorów słonecznych

w Polsce [m2 xl0 00 ]

Powierzchnia kolektorów

sprzedanych w danym roku

[m2 xl000]

2000

7,4

2001

30,1

9,1

2002

43,2

13,1

2003

69,5

26,4

2004

98,5

28,9

2005

126,5

27,7

2006

167,8

41,6

2007

236

68,2

2008

365,6

129,6

2009

509,9

144,3

2010

655,8

145,9

2011

909

254

2012

1211

302

N a rysunku 3.24, przedstawiono procentowy udział sprzedaży kolektorów sło

necznych w poszczególnych województwach. N ajw iększa liczba nowych instala
cji kolektorów słonecznych występuje w województwie śląskim, małopolskim, oraz

podkarpackim. Ponadto na mapie zaznaczono za pom ocą strzałek wzrost lub spadek
now ych instalacji z rokiem poprzedzającym. W dwunastu województwach odnoto
wano w zrost instalacji, natomiast w trzech odnotowano spadek, tylko w jednym w o

jew ództw ie zaobserwowano taki sam poziom co w roku 2010.

3.4 Rynek kolektorów słonecznych w Polsce

Roczna sprzedaż
kolektorów słonecznych, m:

□

0 - 5 0 0 0

□

5 0 0 0 -1 0 0 0 0

□

1 0 0 0 0 -1 5 0 0 0

| 1 5 0 0 0 -2 0 0 0 0

■ Udział województwa w krajowym rynku

kolektorów słonecznych

Wzrost/spadek sprzedaży w porównaniu
do roku poprzedniego

Rys. 3.27 Instalacje kolektorów słonecznych w Polsce w 2011 roku w podziale

na województwa [33],

3.4.3 Perspektywy rozwoju rynku kolektorów słonecznych

Zgodnie z raportem „Wizja rozwoju energetyki słonecznej termicznej w Pol

sce wraz z planem działań do 2020 r.” przedstawionym przez IEO, całkowity poten
cjał energetyki słonecznej termicznej możliwy ju ż obecnie do praktycznego wyko
rzystania w yniósł ponad 32 000 TJ i umożliwiłby zainstalowanie do 2020 r. ponad
22 min m 2 powierzchni kolektorów słonecznych, w szczególności w systemach do
mowych c.w.u. i w domowych systemach dwufunkcyjnych (c.w.u. + c.o) ja k i też

w systemach czysto przemysłowych.

Realny wkład energetyki słonecznej cieplnej w pokrycie potrzeb w zakresie za

opatrzenia w ciepło i chłód wynosi prawie 28 000 TJ na 2020 r., co odpowiada blisko
20 min m 2 powierzchni kolektorów słonecznych, rozkład udziałów będzie następujący:

• c.w.u. w mieszkalnictwie - 53%
• c.o w mieszkalnictwie - 17%
• c.w.u. w usługach i sektorze publicznym - 9%
• c.o w usługach i sektorze publicznym - 5 %

3. Stan obecny oraz kierunki rozwoju kolektorów słonecznych na świecie, w UE i Polsce

• ciepło technologiczne w przemyśle i rolnictwie - 5%
• słoneczne chłodzenie w sektorze usług - 2%

• słoneczne chłodzenie w mieszkalnictwie - 1%

Natomiast pozostałe 8% energii promieniowania słonecznego to ciepło uzyski

wane w systemach ogrzewania sieciowego (c.o +c.w.u.).

Średnie tempo wzrostu sektora w latach 2009-2020 kształtować się będzie na

poziomie 40%, natom iast w dalszych latach, tj. 2020-2040, na poziom ie 9%.

Uwzględniając powyższe wyniki, szacowany udział energii słonecznej ciepl

nej w zużyciu energii ze źródeł odnawialnych w 2020 roku wyniesie ponad 4,4%,
a w zużyciu energii finalnej w Polsce ponad 1%. Są realne podstawy i szanse aby
druga dekada obecnego stulecia w Polsce zapisała się jako dekada przełomowa dla
energetyki słonecznej.

N iewątpliwą korzyścią dla społeczeństwa w przypadku dalszego rozwoju

energetyki słonecznej cieplnej w Polsce jest zapewnienie miejsc pracy dla ponad
40 tyś. osób. Ponad połowa spośród wszystkich zatrudnionych w tym sektorze to
osoby zajmujące się sprzedażą detaliczną, instalacją i serwisem po instalacyjnym

i są to przede wszystkim miejsca pracy o charakterze lokalnym, najczęściej w małych
i średnich przedsiębiorstwach. Wg prognozy Europejskiej Rady Energetyki Odna
wialnej (EREC) zatrudnienie w sektorze energetyki słonecznej termicznej w całej

UE w 2020 roku wzrośnie do 660 tys. miejsc pracy i będzie najwyższe w całym sek
torze energetyki odnawialnej.

W ymienione powyżej działania maja skutkować awansem Polski z 10 miejsca

na 5 w roku 2020 pod względem instalacjach solamych w UE.

1800

Rys. 3.28 Prognozy moc MW kolektorów słonecznych w roku 2020 [33].

4. PODSTAWY TEORETYCZNE

(RETSCREEN® INTERNATIONAL)

4.1 Geneza kolektorów słonecznych

Korzystanie z energii słonecznej do podgrzewania wody nie jest nowym po

mysłem. Ponad sto lat tem u, malowano na czarno zbiorniki wodne które były uży

wane jako proste słoneczne podgrzewacze wody w wielu krajach. Technologia sło
necznego ogrzewania wody (SPW) znacznie poprawiła się w ciągu ostatniego stule
cia. Obecnie istnieje ponad 30 min m 2 kolektorów słonecznych zainstalowanych na

całym świecie. Setki tysięcy nowoczesnych kolektorów słonecznych, takich ja k ten

pokazany na rysunku 4.1, są stosowane w takich krajach jak Chiny, Indie, Niemcy,

Japonia, Australia i Grecji. W rzeczywistości, w niektórych krajach prawo wymaga,

aby kolektory słoneczne do podgrzewania wody były instalowane z każdym nowym

projektem budownictwa mieszkaniowego (np. Izrael).

Rys. 4.1 Kolektor próżniowy, Tybet Chiny [8].

Oprócz oszczędności kosztów energii na ogrzewanie wody, istnieje szereg in

nych korzyści płynących z korzystania z energii słonecznej do ogrzewania wody.
Większość kolektorów słonecznych je st wyposażona w dodatkowe zbiorniki wody,
które z kolei zasilają konwencjonalne zbiorniki ciepłej wody. Użytkownicy korzy

stają z większej pojemności przechowywania ciepłej wody i mniejszego praw dopo
dobieństwa zabraknięcia gorącej wody. Niektóre kolektory słoneczne nie wymagają

4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)

energii elektrycznej do pracy. W przypadku tych systemów, ciepła woda jest zabez

pieczona przed zanikami zasilania, tak długo ja k istnieje w ystarczająca ilość światła

słonecznego do eksploatacji systemu. Kolektory słoneczne również mogą być uży

wane do bezpośredniego ogrzewania wody w basenie, z dodatkową korzyścią roz

budowy basenu zewnętrznego w sezonie kąpielowym.

4.1.1. Rynki kolektorów słonecznych

Rynki kolektorów słonecznych mogą być klasyfikowane w oparciu o docelowe

zastosowanie tej technologii. Najczęściej kolektory słoneczne są stosowane na ryn

kach ciepłej w ody użytkowej i basenów.

4.1.2. Ciepła woda użytkowa

Istnieje szereg usług gorącej wody. Najczęstszym zastosowaniem jest w ykorzy

stanie ciepłej wody użytkowej (c.w.u.), zazwyczaj sprzedawane jako "dostępne od
ręki" lub zestawów standardowych, ja k pokazano na rysunku 4.2.

Rys. 4.2 Solar ciepłej wody użytkowej (termosyfonu), system w Australii [8].

Inne typowe zastosowania obejmują, zapewnienie procesu gorącej wody do za

stosowań komercyjnych, instytucjonalnych i przemysłowych, w tym wielorodzin

nych domów i budynków mieszkalnych, przedstawionych na rysunku 4.3, osiedli
rysunek 4.4, w szkołach, ośrodkach zdrowia, szpitalach, biurowcach, restauracjach,
hotelach, myjniach, pralniach i hodowlach ryb oraz innych typowych przykładach
zastosowania ciepłej wody użytkowej. Rysunek 4.3 pokazuje układ kolektorów sło
necznych w Rosewall Creek Salmon Hatchery w Kolumbii Brytyjskiej, Kanada.
260 m 2 płaskich nieoszklonych kolektorów słonecznych uzupełniających i pom a
gających w zwiększeniu produkcji palczaków w zakład akwakultury. Zbiorniki po
magają regulować temperaturę wody uzupełniającej. Ten szczególny projekt zwró

cił się po 5 latach.

4.1 Geneza kolektorów słonecznych

Rys. 4.3 Płaskie kolektory
bez osłony, zintegrowany
zespół domów [8].

Systemy słonecznego ogrzewania wody mogą być również używane do duże

go obciążonego przem ysłu oraz do dostarczania energii do sieci ciepłowniczych.

Duża liczba takich systemów zainstalowanych występuje w północnej Europie i in

nych miejscach.

Rys. 4.4 Budownictwo mieszkaniowe, Kungsbacka, Szwecja [8].

Rysunek 4.5 pokazuje układ kolektorów słonecznych w wylęgam i łososia

w Rosewall Creek w Kolumbii Brytyjskiej, Kanada. 260 m 2 płaskich nieoszklonych
kolektorów słonecznych uzupełniających i pomagających w zwiększeniu produkcji
palczaków w zakład akwakultury. Zbiorniki pomagają regulować temperaturę wody
uzupełniającej. Ten szczególny projekt zwrócił się po 5 latach.

Rys. 4.5 Projekt słonecznego
ogrzewania wody w wylęgami

łososia, Kanada. [8]

4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)

4.1.3. Baseny

Temperatura wody w basenach może być regulowana za pom ocą systemów so-

lam ych do ogrzania wody, wydłużenie sezonu pozwoli zaoszczędzić na kosztach
energii konwencjonalnej. Podstawowa zasada tych systemów jest taka sama, jak

systemów ciepłej wody, z tą różnicą, że cała pula ciepła jest magazynowana. Dla

zewnętrznych basenów, odpowiedniej wielkości kolektorowego ogrzewania wody

m ożna zastąpić konwencjonalnym ogrzewaniem. Woda z basenu jest bezpośrednio

pompowana do kolektorów słonecznych przez istniejący system filtracji.

Zastosowanie w basenach występuje w zakresie wielkości, od małych domo

wych odkrytych użytkowanych latem ja k na rysunku 4.5, do dużych olimpijskich
basenów, które działają 12 miesięcy w roku.

Rys. 4.6 Ogrzewanie solame basenu w Kanadzie [8],

Istnieje duże zapotrzebowanie na systemy solame do ogrzewania basenu. Przy

kładowo w Stanach Zjednoczonych, większość sprzedawanych kolektorów słonecz
nych bez osłony są stosowane do ogrzewania basenu.

Podczas rozważania słonecznego ogrzewania c.w.u. i rynku zastosowania w ba

senach, istnieje szereg czynników, które mogą pomóc określić, czy dany projekt ma

uzasadniony potencjał rynku i szanse na pomyślną realizację. Te czynniki obejmu

ją duże znaczenie dla ciepłej wody do zmniejszenia kosztów stałych projektu; w y

sokich lokalnych kosztów energii, zawodnych dostaw energii konwencjonalnej i/lub
silnego środowiska zainteresowanie potencjalnych klientów i innych zainteresowa

nych projektem.

4.2. Kolektory słoneczne

4.2. Kolektory słoneczne

4.2.1. Opis kolektorów słonecznych

Zgodnie z normą PN EN ISO 9488 „Energia słoneczna, Terminologia”, kolekto

ry słoneczne ze względu na konstrukcję dzielimy na: płaskie, bez osłony, próżniowe,

próżniowe rurowe, skupiające o ognisku liniowym, paraboliczne rynnowe o ognisku
punktowym, paraboidalne, zespolone paraboliczne skupiające (CPC), wielościanko-

we, Fresnela, nadążne za słońcem, żaluzjowe

Z przytoczonych typów kolektorów słonecznych obecnie najpopularniejsze są

kolektory płaskie bez osłony, próżniowe rurowe i one będą dalej omawiane.

Energia słoneczna (promieniowanie słoneczne) je st absorbowana przez kolek

tor słoneczny na płycie absorbera. Selektywne powłoki są często stosowane do płyt
absorbera dla poprawy ogólnej efektywności gromadzenia. Płyn obiegu pochłania

energię zebraną.

Istnieje kilka rodzajów kolektorów słonecznych stosowanych do uzyskania cie

płej wody. W ybór typu kolektora słonecznego zależy od temperatury zastosowania

i przeznaczenia pory użytkowania (lub klimatu). Najczęstszymi rodzajami kolekto

rów słonecznych są: płaskie kolektory słoneczne bez osłony, płaskie kolektory sło
neczne z osłoną przezroczystą oraz próżniowe kolektory słoneczne.

Tab. 4.1 Szacunkowe wartości progowe

I ' m.n

natężenia promieniowania

słonecznego dla różnych typów kolektorów słonecznych [5].

Rodzaj kolektora

słonecznego

Parametry techniczne

C m W / m 2

A T

= 30 K

A T

= 60 K

Absorber bez osłony

630

1260

Kolektor z jednym

pokryciem szklanym

0,85

280

560

Kolektor z dwoma

pokryciami szklanymi

0,73

250

490

Kolektor z jednym

pokryciem szklanym

i powłoką selektywną

0,85

140

280

Kolektor

próżniowo-rurowy

0,85

1,71

120

Kolektory słoneczne m ożna w pewnym stopniu porównywać za pomocą ich

sprawności. Sprawność kolektora słonecznego to iloraz ciepła pozyskanego przez
czynnik grzewczy do wielkości napromieniowania powierzchni kolektora w je d
nostce czasu. W ielkościami opisującymi charakterystykę sprawności kolektora jest

4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)

sprawność optyczna rj0 i jej pochylenie, będące miarą strat cieplnych kolektora [4],

Sprawność kolektora jest zależna od jego konstrukcji, jak i od w arunków eksploata

cyjnych.

Różnica temperatur (temperatura kolektora-temperatura otoczenia)

Kolektory płaskie

Kolektory próżniowe

Rys. 4.7 Zmiana sprawności kolektorów słonecznych tj0 w zależności

od nasłonecznienia i różnicy temperatur [4],

4.2.2. Płaskie kolektory słoneczne bez osłony

Płaskie kolektory słoneczne bez osłony, ja k pokazano na rysunku 4.7, są za

zwyczaj wykonane z czarnego polimeru. Zwykle nie mają selektywnej powłoki i nie
posiadają ramy i izolacji z tyłu, przeważnie są po prostu położone na dachu lub na
drewnianym wsparciu. Te tanie kolektory dobrze pozyskują energię z prom ieniowa
nia słonecznego, ale straty ciepła do otoczenia gwałtownie rosną wraz z temperatu
rą wody szczególnie w wietrznych miejscach. W rezultacie, kolektory bez osłony są
powszechnie wykorzystywane do zastosowań wymagających dostaw energii w ni
skich temperaturach (w ogrzewaniu, w basenach, w hodowli ryb, systemach ogrze
wania, itp.), w chłodniejszych strefach klimatycznych zwykle są wykorzystywane
tylko w sezonie letnim ze względu na wysokie straty cieplne kolektora.

4.2. Kolektory słoneczne

Szczeliny dozujące przepływ

Strumień wody

Rys. 4.8 Schemat systemu płaskiego kolektory słonecznego bez osłony przezroczystej [8],

4.2.3. Płaskie kolektory słoneczne z osłoną przezroczystą

W przeszklonych, ciekłych płaskich kolektorach, ja k pokazano na rysunku 4.8

oraz 4.9, płaski absorber (występujący często z selektywną powłoką) jest zamon

towany w ramce między jedną lub podwójną szybą oraz płytą izolacyjną z tyłu.

Znaczna część promieniowania słonecznego (energii słonecznej) nie może uciec ze
względu na zastosowanie osłony przezroczystej ("efekt cieplarniany"). Kolektory
te są powszechnie stosowane w umiarkowanych temperaturach (np. ciepłej wody

użytkowej, ogrzewania pomieszczeń, w całorocznych krytych basenach i systemach

grzewczych).

- Szyba solarna

Izolacja -

Rys. 4.9 Schemat budowy płaskiego kolektora słonecznego oszklonego [8],

4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)

Rys. 4.10 Przekrój kolektora płaskiego zjedna osłoną przezroczystą.

W system orurowania wewnętrznego kolektora płaskiego z osłoną przezro

czystą wyróżniam y 4 podstawowe rodzaje rysunek 4.10: układ harfowy absorbe
ra, układ podwójnej harfy absorbera, układ meandrowy absorbera (poziomy), układ
meandrowy absorbera (pionowy). Najczęściej występującymi systemami orurowa
nia absorbera kolektora są: harfowy i meandrowy.

Rys. 4.11 Różne konfiguracje układów rurek przepływowych absorbera: 1 - układ harfowy

absorbera, 2 - układ podwójnej harfy absorbera, 3 - układ meandrowy absorbera
(poziomy), 4 - układ meandrowy absorbera (pionowy).

4.2. Kolektory słoneczne

4.2.4 Próżniowe rurowe kolektory słoneczne

Próżniowe kolektory słoneczne, ja k pokazano na rysunku 4.11 oraz 4.12, mają

absorber z selektywną pow łoką w zapieczętow anym „term osie” . Są dobre w pozy

skiwaniu energii ze słońca, a ich straty ciepła do otoczenia są bardzo niskie dzięki
w ystępującej w ewnątrz próżni rzędu 10'6 barów. O becnie na rynku używane są za
mknięte rury typu heat-pipe do ekstrakcji ciepła z absorbera (ciecz paruje, w kon

takcie z ogrzewanym absorberem , energia cieplna jest odzyskiwana w górnej czę

ści rury podczas kondensacji pary wodnej i kondensatu zaw raca grawitacyjnie do

absorbera). Próżniowe kolektory są dobre dla system ów w ym agających dostarcza

nia energii od umiarkowanej do wysokiej tem peratury (ciepłej wody użytkowej,

ogrzew ania pom ieszczeń i instalacji ogrzew ania, proces zazwyczaj w tem peratu

rze 60°C do 80°C w zależności od tem peratury zew nętrznej), szczególnie w zim

nym klimacie.

C zy n n ik grze w czy
w postaci p a ry lub cieczy

A b so rb e r

Przew ó d ciep ln y

Rys. 4.12 Schemat budowy kolektora próżniowego. [8]

4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)

Rys. 4.13 Zasada działania kolektora rurowego próżniowego z rurką ciepła (heat-pipe):

1 - absorber, 2 - absorber przekazuje ciepło do gorącej rurki, 3 - płyn o niskiej

temperaturze wrzenia, 4 - skroplony płyn po przekazaniu ciepła spływa na dół
gorącej rurki, 5 - transport ciepła ku górze gorącej rurki za pomocą odparowanego

płynu niskowrzącego, 6 - skraplacz.

4.2.5. Struktura systemu solarnego

Każda instalacja solama składa się z baterii kolektorów, umieszczonej zazwy

czaj na dachu budynku, podgrzewacza umieszczonego wewnątrz budynku (zazwy
czaj w sąsiedztwie kotła c.o. i zespołu pompowo-sterowniczego umieszczonego
obok podgrzewacza (zwykle na ścianie). Właściwie zaprojektowany system sło
necznego podgrzewania wody może pracować, gdy temperatura na zewnątrz jest
poniżej zera oraz podczas bardzo ciepłych i słonecznych dni, naw et gdy użytkow
nik nie zużywa ciepła. Wiele systemów również posiada zapasowe podgrzewacze
w celu zapewnienia, wszystkim konsumentom gorącej wody, nawet gdy nie m a wy

starczającej ilości nasłonecznienia. System solarnego podgrzewania wody składa się

z trzech podstawowych operacji ja k pokazano na rysunku 4.13:

• Absorbowanie: Promieniowanie słoneczne jest "przechwycone" przez ko

lektor słoneczny;

• Transfer: Płyny cyrkulacyjne przekazują energię do zbiornika magazyno

wego; obieg może być naturalny (systemy termosyfonu) lub wymuszony, za

pomocą pomp obiegowych.

• Przechowywanie/magazynowanie: Gorąca woda jest przechowywana do

póki jest to konieczne, w późniejszym czasie trafia do „pokoju mechaniczne
go”, lub na dach w przypadku systemu termosyfonu.

4.2. K olektory słoneczne

Panel PV Kolektory słoneczne

Zawór

Zimna woda

spustowy

zasilająca

Rys. 4.14 Schemat systemu w typowych systemie solarnym ciepłej wody. [8]

Na stopień oporu przepływu czynnika decyduje w znacznym stopniu połącze

nie paneli słonecznych rysunek 4.14. Przy połączeniu szeregowym opory przepły
wu są największe, przy równoległym - najmniejsze. Jednocześnie pewną wadą po
łączenia równoległego jest to, że trudniej jest utrzymać jednakow e natężenie prze
pływ u przez wszystkie kolektory słoneczne. Kolektor, przez który natężenie prze
pływu jest najmniejsze, będzie najbardziej gorący. Przy połączeniu równoległym
paneli kolektorowych jednakow e natężenie przepływu można uzyskać, stosując tzw.

układ Tichelmana (4), w którym droga i opory przepływu cieczy przez każdy z ko

lektorów sąjednakow e.

Rys. 4.15 Warianty połączenia kolektorów słonecznych w baterię: 1 - połączenie szeregowe,

2 - połączenie równoległe, 3 - układ szeregowo-równoległy, 4 - układ Tichelmana.

4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)

Ze względów użytkowych w zbiorniku akumulacyjnym można wyróżnić odpo

wiednio uszeregowane warstwy wody (pojemności), rysunek 4.15:

• pojemność robocza (3) - występuje w strefie działania dodatkowego źródła

ciepła (6),

• pojem ność rezerwowa (2) - pojem ność w ystępująca poniżej strefy pojem no

ści roboczej, duża objętość robocza zapewnia wysoka sprawność,

• poj emność m artw a (1) - strefa w której zalega niepodgrzewana w arstwa wody,

znajduje się poniżej dolnej krawędzi najniższego wymiennika ciepła (7).

Rys. 4.16 Strefy występujące w zbiorniku: 1 -pojem ność martwa, 2 - p o j emność rezerwowa,

3 - pojemność robocza, 4 - anoda magnezowa, 5 - pobór gorącej wody,
6 - wężownica z dodatkowego źródła ciepła, 7 - wężownica z instalacji solamej,
8 - uzupełnienie wody zimnej.

Zbiorniki akumulacyjne ze względu na rozkład temperatury wody wewnątrz

zbiornika można podzielić na:

• z pełnym mieszaniem - tem peratura wody wewnątrz zbiornika jest taka

sama w całej objętości zbiornika,

• ze stratyfikacją termiczną - rozkład temperatury jest pionow ym gradientem

temperatury, rysunek 4.16.

4.2. K olektory słoneczne

Rys. 4.17 Zasada stratyfikacji termicznej w zbiorniku na ciepłą wodę.

Zjawisko stratyfikacji w zbiorniku powoduje podwyższenie sprawności kolek

tora, ponieważ woda zasilająca kolektor słoneczny pochodzi z dolnych warstw po

kładów zbiornika, która posiada niższą temperaturę. Użytkownik pobierający wodę

z zasobnika natomiast korzysta z w ody o podwyższonej temperaturze.

Zjawisko stratyfikacji termicznej zależy od budowy zbiornika czyli od: obję

tości, kształtu, lokalizacji króćców wlotowych i wylotowych, oraz od usytuowania

wymienników ciepła wewnątrz zbiornika.

4.2.6 Instalacja elementów systemu solarnego

Kolektory słoneczne z reguły powinno się tak montować aby maksymalne od

chylenie od kierunku południowego wynosiło a = ±15° (w miesiącach letnich w y
chylenie dwudziestostopniowe nie m a praktycznie żadnego negatywnego wpływu
na efektywność pracy kolektora). W skrajnych wypadkach dopuszcza się nawet od

chylenie równe a = ±45° rysunek 4.17, jednakże przy takim wychyleniu wydajność

takiego kolektora znacząco spada. Odchylenie od kierunku południowego w kierun
ku w schodnim jest korzystniejsze niż odchylenie w kierunku zachodnim.

Północ

Rys. 4.18 Maksymalne odchylenie kolektorów od kierunku południowego.

4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)

Promieniowanie słoneczne docierające do powierzchni ziemi pada na nią pod

pewnym kątem, kąt ten jest zmienny wraz ze zmianą godziny jak i też pory roku. K o

lektory słoneczne budowane pod katem instalacji całorocznej powinny być nachy
lone do poziomu pod kątem |3 = ® ± 15°, gdzie <X> jest szerokością geograficzną. Dla

położenie polski <D = 49°+50° szerokości geograficznej, kąt p powinien się zawie
rać w przedziałach 34°-^70°. Najczęściej występującymi ustawieniami w Polsce są:

P=30° w okresie letnim, p=60° w instalacjach użytkowanych w okresie zimowym.

W instalacje całoroczne zaleca się aby kąt p był równy około 40° (wykazane przez

IMiGW w warunkach klimatycznych Polski), sytuacja idealną jest wtedy gdy pro

mienie słoneczne padają pod katem 90° względem powierzchni kolektora słonecz
nego rysunek 4.18 oraz tabela 4.2.

M iesiąc

(3=30° ------- (3=45° -------- P=60°

Rys. 4.19 Wpływ nachylenia do poziomu, powierzchni płaskiej ustawionej w kierunku

południowym, na wielkość odbieranego całkowitego promieniowania słonecznego

w poszczególnych miesiącach. Przykładowe dane ze stacji aktynometrycznej
w Sulejowie [9],

Tab. 4.2 Zależność optymalnego kąta nachylenia kolektora do poziomu

od miesiąca [9J.

Miesiąc

VII

VIII

XII

Kąt nachylenia

względem

poziomu [°]

4.3 Terminy i wielkości dotyczące promieniowania

4.3 Terminy i wielkości dotyczące promieniowania

4.3.1 Podstawy energetyki słonecznej

W tym rozdziale zostaną wyjaśnione pojęcia z technologii energii słonecznej

które są stosowane do obliczeń związanych z kolektorami słonecznymi, jednakże
technologia ta nie zostanie przedstawiona od podstaw. Czytelnik zainteresowany

takim tematem może skorzystać z dedykowanych podręczników na ten temat, ta

kich jak Duffie i Beckman (1991), z których większość równań w tym rozdziale po

chodzi. Ten rozdział nie zamierza szczegółowo przedstawić obliczenia tylko kilka
ogólnych zmiennych, które będą używane w całym modelu. Pierwsze kilka zm ien
nych są również określone w podręczniku w rozdziale Photovoltaic Project A naly

sis Chapter.

• Deklinacja słoneczna
Deklinacja słońca 5 jest to kąt zawarty pomiędzy prostą Ziemia-Slońce a płasz

czyzną równika (dodatni na półkuli północnej). Jego wartość wrażana w stopniach

w danym dniu roku i przedstaw iają równanie Cooper'a:

284 + n \

. . . .

6 = 23,45 sin (360 ■

- j [°]

(4-1)

gdzie:
n - je st dniem roku (tj. n = 1 dla 1 stycznia, n = 32 dla 1 lutego, itd.).

Deklinacja słoneczna jest równa zeru w dniach równonocy, zmieniając się od

+23,45° (22 czerwca) do -23,45° (22 grudnia).

• Kąt godziny słońca
Kąt godziny słońca jest skutkiem przem ieszczania się słońca ze wschodu na za

chód względem lokalnego południka, rankiem jest ujem ny po południu je st dodat

ni. Kąt godziny słońca jest równy zeru w słoneczne południe i zmienia się o 15 stop
ni na godzinę względem punktu zero czyli „słonecznego południa” . N a przykład

o 7 rano kąt padania je st równy -75 ° (7 rano je st pięć godzin wcześniej niż ‘połu
dnie słoneczne’, pięć godzin razy 15 rów na się 75, ze znakiem ujemnym, ponieważ

jest wschód słońca/ranek).

K ąt padania promieni słonecznych oznacza się jako a>s (kąt godziny słonecznej)

jest funkcją kąta padania prom ieni słonecznych względem ziemi zależne do czasu.

Obliczamy wzorem:

c o s u js

- ta n O ta n ó

[ - ]

(4.2)

gdzie:

8 - j e s t deklinacją słoneczną, obliczonym według równania (4.1), a ® jest sze

rokością geograficzną, określoną przez użytkownika.

4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)

• Promieniowanie słoneczne pozaziemskie
Promieniowanie słoneczne poza atmosferą ziemską, nazywa się pozaziem

skim promieniowaniem. Codzienne pozaziemskie promieniowanie padające na po

wierzchnię poziom ą H0, m ożna obliczyć na dzień w roku n z następującego równania:

86400

\ i

\ r 7 1

H0 =

[l+ 0,033 cos (360— (cos® cos 6sin o)zach + — iozach sin (D sin ó) | ^ j

(4.3)

gdzie:

I0 - jest stałą słoneczną równą 1367 [W/m2], inne zmienne zgodne z wcześniej

szymi oznaczeniami.

• W skaźnik czystości powietrza

Przed dotarciem do powierzchni Ziemi, promieniowanie słoneczne jest tłumio

ne przez atmosferę i chmury. Stosunek prom ieniowania słonecznego na powierzch
ni ziemi do promieniowania na granicy atmosfery określa się jako wskaźnik czysto
ści. W ten sposób miesięczny indeks czystości lub inaczej przejrzystości powietrza

K t , jest zdefiniowany jako:

Kr = = - [ - ]

(4.4)

gdzie:

H - jest średniomiesięcznym naprom ieniowaniem słonecznym przypadającym

na dzień na powierzchni poziomej oraz / / 0 jest średniomiesięcznym prom ieniowa
niem na granicy atmosfery. Wartości K T zależy od lokalizacji i pory roku, zazwyczaj
od 0,3 (dla klimatu bardzo zachmurzonego) i 0,8 (dla miejsc bardzo słonecznych).

4.3.2 Natężenie promieniowania na pochyloną powierzchnię

Promieniowanie słoneczne w płaszczyźnie kolektora jest wymagane dla oszaco

wania wydajności kolektora (rozdział 2.2) oraz faktycznej ilości energii słonecznej
zebranej (rozdział 2.3 i 2.4). RETScreen modelu projektu SWH wykorzystuje algo
rytm izotropowe Liu i Jordanii rozproszone (patrz Duffie i Beckman, 1991, rozdział
2.19), aby obliczyć średniomiesięczną promieniowania w płaszczyźnie kolektora H f

Hx = Hb Rb + Hd

+ H pg

[ y / m 2]

(4.5)

Pierwszy człon równania po prawej stronie przedstawia promieniowanie sło

neczne pochodzące bezpośrednio od słońca. Jest to produkt średniomiesięcznej
wiązki promieniowania H b, czysto geometrycznym czynnikiem jest R b, który zależy
tylko od orientacji kolektora, szerokości geograficznej oraz pory roku. Drugi skład

4.3 Terminy i wielkości dotyczące promieniowania

nik stanowi w kład średniomiesięcznego promieniowania rozproszonego H d, który
zależy od nachylenia kolektora (3. Ostatni termin stanowi odbicie promieniowania
przez kolektor, i zależy on od nachylenia kolektora i współczynnika odbicia (reflek-

syjność) Pg. Tą ostatnią wartość przyjmuje się rów ną 0,2 gdy średnia miesięczna

tem peratura jest powyżej 0°C i 0,7 kiedy je st poniżej -5°C, wartość ta zmienia się li
niowo wraz z temperaturą pomiędzy tymi dwoma progami.

Średniomiesięczna dzienna promieniowania rozproszonego jest obliczana

z globalnego prom ieniowania za pomocą następujących formuł:

• dla wartości kąta położenia słońca u>Zach mniejszego niż 81,4°

- J - = 1 ,3 9 1 - 3 ,5 6 0 K r + 4 ,1 8 9 K X - 2 ,1 3 7 K | [ - ]

(4.6)

• dla wartości kąta położenia słońca (¿zach większego niż 81,4°

- J - = 1 ,3 1 1 - 3 ,0 2 2 K r + 3 ,4 2 7 K j - 1 ,8 2 1 K | [ - ]

(4.7)

Średniomiesięczna dzienna wiązka promieniowania H b jest po prostu liczonego z:

H h = H - Hd [ J / m 2]

(4-8)

4.3.3 Temperatura nieba

Długość promieniowania rozproszonego jest w iększa niż 3 ^ m . Jak widać

w rozdziałach 2.2.2 i 2.5.5, wymagane jest do oszacowania promieniowania w ymia
na transferu między organem (kolektorem słonecznym lub basenem) a prom ienio
waniem nieba. Alternatywną zmienną ściśle związaną z promieniowaniem nieba jest
temperatura nieba Tnkba, która jest tem peraturą idealnej emisji ciała doskonale czar
nego. Jej wartość jest w wyrażona °C, obliczana jest z promieniowania nieba Lweba

poprzez:

Lnieba = ° ( T nieba + 2 7 3 ,2 ) 4 [ W / m 2]

(4.9)

gdzie:

a - j e s t stałą Stefana-Boltzm anna[ 5 .6 6 9 * 1 ( P 8 (V K /m 2) / TC4].

Promieniowanie rozproszone zależy od obecności lub braku chmur - doświad

czenie mówi że pogodne noce byw ają chłodne natom iast nocy zachmurzenie zwykle

byw ają ciepłe. W czasie czystego nieba promieniowanie długofalowe (np. w przy
padku braku chmur) je st obliczane według wzoru Swinbank (Swinbank, 1963):

Lczyste = 5 ,3 1 * 1 0 _13(Ta + 2 7 3 ,2 ) 4 [ W / m 2]

(4.10)

4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)

gdzie T je st tem peraturą powietrza otaczającego wyrażoną w °C. Dla zachm u

rzonego (zachmurzenie) nieba model zakłada, że chmury są w temperaturze (T - 5)

i emitują promieniowanie długofalowe z emisyjności 0,96 promieniowanie zachmu

rzonego nieba jest obliczane jako:

LZach

= 0 ,9 6 a ( T nieba + 2 7 3 ,2 - 5 ) 4 [ W / m 2]

(4.11)

Rzeczywiste promieniowanie rozproszone znajduje się między wartościami

prom ieniowania dla bezchmurnego niebem a zachmurzonego. Jeśli c jest ułamkiem

nieba pokrytego chmurami to promieniowanie rozproszone może być obliczone z:

Lnieba

—

( 1

O jc z y s te

Cezach \ W / m ]

(4.12)

A by uzyskać przybliżoną wartość c w ciągu miesiąca, to model wprowadza kore

lację między ilością chmur a funkcją średniomiesięcznego prom ieniowania codzien

nego, które jest rozproszone. Rozproszenie dla bezchmurnego nieba dla ATd = H d / H

wynosi około 0,165 przy zachmurzonym niebie rozproszenie wynosi 1. Dlatego też:

(K d - 0 ,1 6 5 )

C =

0 ,8 3 5

<4 ' 13)

K<i jest obliczone na podstawie średnomiesięcznego wskaźnika przejrzysto

ści powietrza K T przy użyciu Collares-Pereira i Rabl korelacji (cytowane w Duf-

fie i Beckman, 1991, przypis 11, str. 84), napisanym dla "dzień średniej" w miesiącu

(przy założeniu, że współczynnik przejrzystości powietrza KT jest równy jego war

tości średniej miesięcznej J(T):

Kd =

0,99

d la

Kt < 0,17

1,188 - 2,272Kt + 9 ,4 7 3 K | - 21.865K? + 14,648K^

d la

0,17 < KT < 0,75

I —0,54KT + 0,632

d la

0,75 < KT < 0,80

0,2

d la K

0,80

(4.14)

4.3.4. Temperatura wody zimnej

Temperatura zimnej w ody dostarczanej przez publiczny system wodociągo

w y je st wykorzystywana do obliczania energii potrzebnej do ogrzania wody do po
żądanej temperatury. Istnieją dwa sposoby obliczania temperatura zimnej wody.
W pierwszej opcji, temperatura zimnej w ody je st obliczana automatycznie na pod

stawie miesięcznych wartości temperatury otoczenia wprowadzonych przez użyt

kownika (lub kopiowane z RETScreen Online Weather Database). W drugim wa-

riancie, tem peratura jest obliczana od wartości minimalnych i maksymalnych okre

ślonych przez użytkownika.

• Obliczenia automatyczne

d l

d 2T

—

a ? H

(4 .i5 )

gdzie:

T - oznacza temperaturę gleby, t oznacza czas, a jest dyfuzyjności gruntu,

[m2/s\ a z je st odległością w pionie (wysokość). N a pół-nieskończonej gleby o okre

sowym wahaniu na powierzchni:

T ( 0 ,t ) = T0e io)t [°C]

(4.16)

gdzie:

Tg - jest amplitudą wahań temperatury na powierzchni i co jest jego częstotliwo

ścią dla miesiąca i. Rozwiązanie równania (4.16), co daje temperaturę T (z,t) na głę
bokości z i czasie t, jest po prostu:

4.3 Terminy i wielkości dotyczące promieniowania

T ( z ,t ) = T0e “ <-1+i'>Z/,CTe iałt [°C]

(4.17)

gdzie:

er - jest skalą przestrzenną określony przez:

a =

(4.18)

Innymi słowy, sezonowe (roczne) wahania A T amplitudy na powierzchni bę

dzie odczuwalne na głębokości z z amplitudą A T ( z ) = A T e ~ z ^a i z opóźnieniem
A t — z/G (A .

RETScreen modelu projektu SOW (ang. SWH) zakłada, że tem peratura zimnej

wody jest rów na temperaturze gleby na odpowiedniej głębokości. Model zakłada a
= 0.52*10‘6 m 2/s (co odpowiada suchej glebie lub lekko wilgotnej, zgodnie z 1991
ASHRAE Applications Handbook; patrz ASHRAE, 1991), z = 2 m założonej głębo
kości na których rury wodne są pochowane. Prowadzi to do:

= 2 ,2 8

A T (z) = A T (0 ) ■ 0 ,4 2

A t = 51 d n i ~ 2 m ie s ią c e

(4.19)

(4.20)

(4.21)

4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)

Ten model teoretyczny został dopasowany w świetle danych doświadczalnych

dla Toronto, Ontario, Kanada (patrz rysunek 4.19). Okazało się, że współczynnik
0,35 byłby lepszym rozwiązaniem niż 0,42 w równaniu (20), a przesunięcie w czasie

0 1 miesiąc daje lepsze dopasowanie niż opóźnieniem o 2 miesiące. Dopasowanie

jest konieczne oraz metodologicznie do przyjęcia, ze względu na trywialność przy
jętych założeń w modelu.

Model powyżej umożliwia obliczenie temperatury wody na każdy miesiąc,

z następującego algorytmu. Temperatura wody na miesiąc i jest równa średniej rocz

nej tem peraturze wody, plus 0,35-krotność różnicy między temperaturą otoczenia
a średnią temperaturą dla miesiąca i - 1. Ponadto model ten ogranicza temperaturę

wody do +1 w zimie (np. woda nie zamarza). Tabela 4.3 i rysunek 4.19 umożliwiają

dokonanie porównania zmierzonych i przewidywanych temperatur wody w Toronto

1 wskazują, że uproszczona metoda kalkulacji temperatury wody je st zadowalająca,
przynajmniej na tym konkretnym przykładzie.

Tab. 4.3 Tabelaryczne porównanie obliczonych i zmierzonych niskich

temperatur wody dla Toronto, Ontario, Kanada [8].

Miesiąc

Temperatura

otoczenia [°C]

Temperatura wody

(obliczona)[°C]

Temperatura wody

(zmierzona)[°C]

-6,7

3,5

-6,1

2,4

-1

2,6

6,2

4,4

4,5

12,3

6,9

7,5

17,3

8,5

20,6

10,9

19,7

11,9

15,5

11,6

9,3

10,2

3,3

-3,5

5,9

Średnia roczna

7,28

7,12

4.3 Terminy i wielkości dotyczące promieniowania

§jj

-otoczenia

-w o d y (obliczona)

-w ody (zmierzona)

Rys. 4.20 Graficzny porównanie obliczonych i zmierzonych niskich temperaturach wody

dla Toronto, Ontario, Kanada. [Hosatte, 1998] [8],

• Ręczne obliczenia

Sinusoidalny profil je st generowany z tem peratur minimalnej i maksymalnej

określonych przez użytkownika, przy założeniu, że minimum został osiągnięty w lu
tym i maksymalnie w sierpniu na półkuli północnej (sytuacja jest odwrotna na pół
kuli południowej). Stąd średnia temperatura gleby (lub zimnej wody) T je st wyra
żona jako funkcja minim um Tm.n temperatury, maksymalna temperatura Tmax i numer
miesiąca n jak:

T s =

1mm ' Amax

Amax

Amin

h c o s ^ 2 T T ^ - ) [°C]

(4.22)

gdzie:

h - jest równa 1 na półkuli północnej oraz -1 na półkuli południowej.

4.3.5 Szacunkowe obliczanie obciążenia

Szacunki zużycia gorącej wody są przewidziane dla usług ciepłej wody. Po

chodzą one z tabel opublikowanych w ASHRAE Applications Handbook (ASH-

RAE, 1995); dla myjni samochodowej i pralni, szacunki przyjęto z Carpenter i Kok-
ko (1988). Brak szacunku zużycia ciepłej wody odbywa się w zakresie akwakultu-
ry przemysłowej lub "innej" aplikacji. Rzeczywiste obciążenie jest obliczane jako

6 6

4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)

energia potrzebna do podgrzania w ody wodociągowej do określonej temperatury

ciepłej wody. Jeśli V [ m 3/ s ] je st wymaganą ilość wody a 7^ je st wymaganą tem

peraturą cieplej wody, to obciążenie Qu (ciepło użyteczne) określone przez użytkow

nika można wyznaczyć ze wzoru:

Q u = cpPV (Tc - Tz) [W ]

(4.23)

gdzie:

cp - j e s t pojemnością cieplną wody [4 2 0 0 ( J / k g ) / ° C \ , gęstość p [1 k g / m 3]

oraz Tc jest temperaturą podgrzanej wody (wyjściowa) a Tz jest tem peraturą wody

zimnej (wejściowa). Qu jest proporcjonalne do liści dni wykorzystywania systemu

w ciągu tygodnia.

4.4. Kolektory słoneczne, obliczenia

Kolektory słoneczne są opisane przez równania ich efektywności. Trzy rodzaje

kolektorów są rozpatrywane w RETScreen model SOW (ang. SWH) projektu:

•

płaskie kolektory słoneczne bez osłony,

•

płaskie kolektory z osłoną przezroczystą,

•

próżniowe kolektory słoneczne.

Płaskie kolektory z osłoną przezroczystą i próżniowe kolektory łączą te same

podstawowe cechy np. niezależne od wiatru równania efektywności. Dla kolekto

rów nieoszklonych (matowych) należy posługiwać się równaniem uwzględniającym

wpływ wiatru. W pływ kąta padania, straty z powodu śniegu i brudu, straty ciepła
przez przewody i zbiornik magazynujące uwzględniane są przez odrębne czynniki.

4.4.1. Płaskie czy próżniowe kolektory słoneczne

Płaskie lub próżniowe kolektory są opisane przez następujące równanie (Duffie

i Beckman, 1991, eq 6.17.2.)

q p = F r (toc)G - Fr U l AT [ W / m 2]

(4.24)

gdzie
Óp - jest energią pobieraną z powierzchni kolektora w jednostce czasu, FR jest

dla kolektorów współczynnikiem odprowadzania ciepła, z to transmisyjność pokry

wy, a jest krótkofalową chłonnością absorbera, G jest gęstością strumienia całkowi
tego promieniowania słonecznego padającego na kolektor, UL to ogólny współczyn
nik strat ciepła z kolektora, a A T jest różnicą tem peratur pomiędzy płynem pracy na
wejściu do kolekcjonerów a wyjściem.

Wartości FR ( z a ) i FR UL są określone przez użytkownika lub dobrany

z RETScreen Online Product Database. D la płaskich i próżniowych kolektorów,
F

( j a ) i F

są niezależne od wiatru.

4.4. K olektory słoneczne, obliczenia

"Generalnie (ang. Generic)" wartości są rów nież przewidziane dla płaskie

go i próżniowego kolektora. Ogólnie dla oszklonych kolektorów wartości te w y
noszą F

(

a ) = 0 ,6 8 i F

= 4 ,9 0 [ ( W / m 2) /° C ] . Wartości te odpowia

dają wynikom badań dla TermoDynamics kolekcjonerów (Chandrashekar i Théve

nard, 1995). Ogólnie dla kolektorów rurowych są również zawarte w wartościach
F

(

a ) = 0 ,5 8 i F

= 0 ,7 [ ( W / m 2) /° C ] , Wartości te odpowiadają Four-

nelle kolektora rurowego (Philips technologii; Hosatte, 1998).

4.4.2. Płaskie kolektory słoneczne bez osłony

Kolektory bez osłony są opisane przez następujące równanie (Soltau, 1992):

q p = (F Ra ) [G + 0

L] - (F r Ul )A T [ W / m 2]

(4.25)

gdzie e je st emisyjnością promieniowania długofalowego z absorbera, a L jest

względnym natężeniem prom ieniowania rozproszonego długofalowego. L je st zde

finiowany jako:

L = Lnieba - a ( T a + 2 7 3 ,2 ) 4 [ W / m 2]

(4.26)

gdzie:

L n i e b a

- jest natężeniem prom ieniowania długofalowego rozproszonego (patrz

punkt 4.3.3) oraz Ta jest temperaturą otoczenia wyrażoną w [°C].

FRa i F RUL są funkcją prędkości w iatru V występującym na kolektorze. War

tości FRa i F RUL, a także ich zależności od wiatru, są określone przez użytkowni
ka lub dobrany z RETScreen Online Product Database bazy danych produktów on

line. Incydent prędkość w iatru na kolektor jest ustawiony na 20% wolnej prędkości
strumienia pow ietrza określonego przez użytkownika (lub kopiowane z bazy danych

pogodowych). W spółczynnik e/a je st ustawiony na 0,96.

Ze w zględu na brak pomiarów wydajności kolektorów bez osłony, ogólne rów

nanie jest zdefiniowane jako:

F Ra = 0 ,8 5 - 0 ,0 4 V [ m /s ]

(4.27)

Fr Ul = 1 1 ,5 6 - 4 ,3 7V [ m /s ]

(4.28)

Wartości te zostały uzyskane poprzez uśrednienie wyników z kilku kolektorów

(NRCan, 1998). Równoważność pomiędzy kolektorami płaskimi „oszklonymi a nie

oszklonymi” .

Jak widać z równań (24) i (25), wzory na wydajność dla płaskich oszklonych

i nieoszklonych kolektorów są różne. Problem pojawia się podczas korzystania
z metody f-Chart (patrz rozdział 2.6) lub metody użyteczności (patrz rozdział 2.7),
z których oba były opracowane dla przeszklonych kolektorów. Podejście przyjęte

6 8

4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)

w RETScreen było ponowne napisanie równania (25) w postaci (24), poprzez okre

ślenie promieniowanie na kolektorze Gproł jako:

Gpro = G + ~ L [ W / m 2]

(4.29)

gdzie

G (ang. global irradiance - promieniowanie całkowite) - jest to całkowita ilość

prom ieniowania padająca na jednostkę pola powierzchni poziomej i jest ona równa

sumie natężenia promieniowania bezpośredniego padającego na płaszczyznę i pro
mieniowania rozproszonego w płaszczyźnie poziomej [W /m2] , a jest krótkofalową
chłonnością absorbera, e je st emisyjność długofalowego z absorbera (e/a jest usta

w iony na 0,96 ja k wyżej), a i jest w zględnym promieniowanie długofalowym nieba.

W algorytmach RETScreen, skuteczne natężenie oświetlenia jest podstawione pro

mieniowania we wszystkich równań z udziałem kolektorów nieoszklonych (mato

wych). Czytelnik musi pamiętać o tym, kiedy skorzystać z algorytmów które znaj

dują się w rozdziałach 4.6 i 4.7.

4.4.3 Modyfikatory kąta padania

Część promieniowania słonecznego padającego na kolektor może się odbijać,

szczególnie gdy promienie słońca uderzają w powierzchnię kolektora z dużym ką

tem padania. N a wstępnym etapie nie je st konieczne szczegółowe zawarcie do m o

delu tego zjawiska. Zam iast tego przyjęto średnią wartość kąta padania na kolektor,
skutek tego założenia został oszacowany poprzez symulacje do około 5%. Dlatego
F

( r a ) jest mnożony przez stały współczynnik równy 0,95.

4.4.4 Straty w przewodach i zbiornikach

Obieg w ody w rurach i zbiorniku jest gorący, rury i zbiorniki posiadają dosko

nałą izolację, jednakże ciepło będzie przedostawać się do środowiska. Straty w ruro
ciągach oraz straty w zbiorników są brane pod uwagę, odmiennie w przypadku sys
temów magazynowania i systemów bez składowania (w tym basenów). W syste
mach bez magazynowania energii dostarczanej przez kolektor, Qz je st równa energii
zebrane Qstr minus straty rurociągów, wyrażone jako ułam ek / str energii zebranej
(/str jest wprowadzone przez użytkownika):

Qz = Q s tr ( l - fstr) [W ]

(4-30)

Dla systemów z magazynowaniem sytuacja je st nieco inna, ponieważ system

może być w stanie (w niektórych przypadkach) zrekompensować straty występują
ce w rurociągach i zbiornikach, w wyniku zbierania i przechowywania dodatkowej

4.5 Obliczenia i dobór kolektorów słonecznych w raz z instalacjami

energii. Dlatego obciążenie Qca}, stosowane w metodzie /- C h a r t (patrz rozdział 4.6)

uwzględnia owe straty:

Q cał = Q u ( l + f s t r ) [ W ]

(4-31)

4.4.5 Straty spowodowane śniegiem i brudem

Wpływ śnieg i brudu na poziom natężenia otrzymanego przez kolektor. Dlate

go też F

( j a ) jest mnożona przez (1 — f b ruci ) , gdzie ft>ru(i są to straty związane

z śniegiem i brudem, wyrażone się jako ułam ek energii zebranej (ten param etr jest

wprowadzony przez użytkownika).

4.5 Obliczenia i dobór kolektorów

słonecznych wraz z instalacjami

4.5.1 Podstawy doboru i obliczeń teoretycznych instalacji solarnych

D obór systemu solamego należy rozpocząć od wyboru rodzaju systemu, jaki

chcemy zainstalować rysunek 4.20. System może być zaprojektowany do pracy ca
łorocznej, dla potrzeb centralnego ogrzewania i przygotowania c.w.u, lub system se
zonowy, pracującym w sezonie wiosenno-letnim jako wspomaganie systemu c.w.u

ja k i też do podgrzewania wody w basenie. Przy wyborze rodzaju systemu należy

brać pod uwagę to, że udział energii prom ieniowania słonecznego w całkowitym za
potrzebowaniu na c.w.u. w gospodarstwie domowym może sięgać 70%, natomiast

do wspomagania c.o do 30%.

W celu optymalnego doboru instalacji solamej, konieczne jest uzyskanie infor

macji o wielkości zapotrzebowania na c.w.u. ja k i też przebieg dobowego rozkła

du gęstości strumienia poboru c.w.u. Jednoznaczne określenie zużycia ciepłej wody

użytkowej jest możliwe tylko w instalacjach z monitorowanym zużycie. W instala

cjach z brakiem monitorowania zużycia ciepłej wody użytkowej przeważnie insta
lacje w domach jednorodzinnych opiera się głównie na zaleceniach podanych w li
teraturze ja k i też na doświadczeniu projektanta. Zgodnie z literaturą dla budynków

jednorodzinnych przyjmuje się że dzienne zużycie c.w.u. na jedną osobę wynosi

w granicach 30 do 70 litrów, a przeważnie 50 litrów [5].

7 0

4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)

Tab. 4.4 Wynikowe zapotrzebowanie na ciepłą wodę [10].

Typ obiektu

Tem peratura

Zapotrzebow anie

Jednostka

w ody

dobow e na w odę

przeliczeniow a

Budynki mieszkalne, wymagania:
• podstawowe,
• podwyższone,
• najwyższe.

40-^60

60-rl00

100*150

osoba

Hotele, pensjonaty, pokój:

• z natryskiem,
• łazienką,
• natryskiem i łazienką.

70*130

85*170

170*260

osoba

Zakłady produkcyjne:

30
80

• umywalki,

osoba

• prysznice.

Posiadając informacje o „wielkości” promieniowania słonecznego można okre

ślić energię cieplną uzyskaną dla danego typu kolektora. W odniesieniu do zapotrze

bowania na ciepło umożliwia wstępny dobór ilości kolektorów.

Podczas projektowania należy także zebrać i wziąć pod uwagę następujące in

formacje:

• możliwość zaciemnienia kolektorów,

• istniejące źródła energii na potrzeby c.w.u. oraz c.o,
• powierzchnię mieszkalną.

Rys. 4.21 Schematyczny przebieg projektu instalacji solamej. [4]

4.5 Obliczenia i dobór kolektorów słonecznych w raz z instalacjami

4.5.2. Sposoby doboru systemu solarnego

Obecnie stosowanymi metodami doboru systemu solarnego są:

• Nomogram y - służą do przybliżonego i szybkiego doboru parametrów insta

lacji solamej. M etoda ta jest stosowana na etapie przed inwestycyjnym, m e

toda ta bazuje na dokumentacji technicznej dostarczonej przez producenta.

• Wytyczne - są podawane w postaci zakresów odpowiednich wartości, które

dzięki doświadczeniu projektanta czy też instalatora pozwalają a nieco do

kładniejszy i zindywidualizowany dobór parametrów instalacji.

• Obliczenia - bazują na wielkościach liczbowych wymaganej ilości zapotrze

bowania ciepła, dostępnej ilości promieniowania słonecznego oraz w ym aga
nej ilości energii pozyskanej ze słońca. Niewątpliwa zaleta tejże metody jest

możliwość właściwego dopasowania instalacji do indywidualnych potrzeb.

• Uproszczone narzędzia symulacyjne - bazują na zależnościach między

zmiennymi bezwymiarowymi charakteryzującymi dane urządzenie i w arun

ki jego eksploatacji. Są one opracowane na bazie wyników wielu szczegó
łowych obliczeń sym ulacyjnych i danych eksperymentalnych. Najbardziej

znane metody oceny pokrycia zapotrzebowania na ciepło są metody: f-chart

oraz metoda użyteczności.

Podręcznik RETScreen proponuje schemat algorytmu który jest przedstawiony

na rysunku 4.21, algorytm ten opiera się na uproszczonych narzędziach symulacyj
nych. Zachowanie systemów grzewczych jest dość skomplikowane, zmiany w cza

sie następują przede wszystkim w zależności od prom ieniowania słonecznego, inne
zmienne które mają wpływ na zachowanie się systemów grzewczych: temperatura
otoczenia, prędkość wiatru, wilgotność względna oraz obciążenie. RETScreen nie
zrobi szczegółowe symulacje działania systemu. Zamiast tego, stosuje uproszczo
ne modele, które pozwalają na wyliczenie średnich oszczędności energii w okre
sach miesięcznych. Istnieją trzy modele, które obejmują podstawowe metody uzna

ne przez RETScreen:

• Ogrzewania wody użytkowej z magazynowaniem, obliczone metodą f-Chart;

• Ogrzewania wody użytkowej, bez składowania, obliczane metodą użytecz

ności;

• Baseny, obliczone przez metodę ad-hoc. Istnieją dwa w arianty tegoż mode

lu, w ariant z basenem krytym i basenem odkrytym.

4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)

Obliczenie

dostarczanej energii

odnawialnej oraz

potrzeb na ciepło

pomocnicze

Inne oblicznie: sugerowana

powierzchnia kolektorów,

dobór pompy obiegowej itp.

Rys. 4.22 Schemat blokowy postępowania przy użyciu metod symulacyjnych.

4.6 Ciepła woda użytkowa (c.w.u.) metoda f-Chart

N a potrzeby energetyki słonecznej opracowano szereg metod korelacyjnych,

z których największe uznanie w świecie zyskała i najczęściej jest wykorzystywa
na, opracowana przez Kleina i Beckmana metoda o nazwie f-Chart. Metoda ta jest

szczegółowo opisane w rozdziale 20 Duffie and Beckman (1991) i krótko podsu

mowana tutaj. M etoda ta umożliwia obliczanie miesięcznych ilością energii dostar

czanych przez ciepła wodę z zbiorników/magazynów, biorąc pod uwagę miesięcz-

4.6 Ciepła w oda użytkowa (c.w.u.) m etoda f-Chart

ne wartości przypadków promieniowania słonecznego, temperaturę otoczenia i ob

ciążenia.

Dwa bezwymiarowe współczynniki X i Y są określone jako:

x = A cF ^U L(Tr e f - T a )A t

(4.32)

Y _ A

(

toc

) H t N

(4.33)

gdzie:
A c - jest powierzchnią kolektora, FR jest zmodyfikowanym czynnikiem usuwa

nia (odprowadzania) ciepła z kolektora, (/¿ je st dla kolektora ogólnym w spółczyn
nikiem strat, Tref empiryczna temperatura równa 1 0 0 °C , Ta jest średniomiesięcz
ną temperaturą otoczenia, i jest miesięczną sumą obciążenia grzewczego, ( j a ) jest
współczynnikiem transmisyjno-absorpcyjnym, H T je st średniomiesięczną codzien

nego promieniowania na powierzchnię kolektora, na jednostkę powierzchni, M jest

liczbą dni w miesiącu a A t je st całkowita ilością sekund w miesiącu.

FR - stanowi skuteczność magazynowania ciepła przez kolektor (patrz rysu

nek 4.22, na schemat systemu). W spółczynnik FR / FR jest funkcją skuteczności w y
miennika ciepła s (patrz Duffie i Beckman, 1991, rozdział 10.2):

= u +

a cf r u l

(m C p )c

)

:( m C p ) .

F/mir

[ - ]

(4.34)

gdzie:

m [ k g / s ] - je s t natężeniem przepływu a Cp [ ( k j / k g ) /°C ]jest ciepłem wła

ściwym. Dolne c i m i n stanąć po stronie kolektora i minimum po stronie kolekto

ra i zbiornika po stronie wymiennika ciepła.

Zawór mieszający

Rys. 4.23 Diagram domowego systemu podgrzewania wody.

4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)

Jeżeli nie ma wymiennika ciepła to FR jest równa FR. Jeśli jest wymiennik cie

pła to model zakłada że, prędkości przepływu po obu stronach wymiennika ciepła są
takie same. Ciepło właściwe wody wynosi 4,2 [ ( k j / k g ) / 0C], a glikolu jest przy

jęte na 3 ,8 5 [ ( k J /k g ') /° C \. Wreszcie model zakłada, że stosunek A c / m jest rów

ny 1 4 0 [ m 2s / k g ] ; wartość ta jest obliczana na podstawie danych Termo Dynamics
testu kolektora (powierzchnia 2 ,9 7 [m 2], przepływ w czasie testu 0 ,0 2 1 4 [ k g / s ] ’,

Chan-drashekar i Thevenard, 1995).

X musi być skorygowane w zależności od rozm iaru pamięci (zbiornika) i tem

peratury wody zimnej. M etoda /-C hart została opracowana przy użyciu standardo

wej pojemności 75 litrów przechowywanej w ody na metr kwadratowy powierzchni

kolektora. D la innych pojemności X musi być pomnożona przez współczynnik ko

rekcyjny X c/ X określony przez wzór:

/ aktualne \ ~ 0,25

(sta n d a rd o w e /

(4.35)

Równanie to jest ważne dla stosunków rzeczywistych standardowych pojem no

ści od 0,5 do 4. Wreszcie w celu uwzględnienia wahań zasilania (sieciowe) tem pe
ratura w ody Tm i minimalna dopuszczalna temperatura ciepłej wody Tw , z których

obie mają wpływ na wydajność systemu słonecznego ogrzewania wody, X musi być
pomnożona przez współczynnik X cc/ X określony przez wzór:

Xcc

1 1 ,6 + 1,18T W + 3 ,8 6 T m - 2 ,3 2 T a r n

------------ [ - ]

(4.36)

1 0 0 - Ta

gdzie Ta jest średnią miesięczna temperaturą otoczenia.
F jest częścią miesięcznego obciążenia całości dostarczonych przez system

ogrzewania słonecznego wody jako funkcji X i Y, jak:

/ = 1 ,0 2 9 Y - 0 ,065X + 0 ,2 4 5 Y 2 + 0 ,0 0 1 8 X 2 + 0 ,0 2 1 5 Y 3 [ - ]

(4.37)

Istnieją ścisłe ograniczenia na zakres, dla którego ten wzór jest ważny. Jed

nak ja k pokazano na rysunku 4.23, powierzchnia opisana przez funkcję korelacyjną
(4.37), więc ekstrapolacja nie powinna być problemem. Jeżeli formuła przewiduje
w artość/ m niejszą niż 0 to przyjmowana jest wartość 0; je ś li /j e s t większa niż 1 to
przyjmowana jest wartość 1.

4.6 Ciepła w oda użytkowa (c.w.u.) m etoda f-Chart

1.5

0.5

•

0.5

•1

■ -

0.5

Rys. 4.24 Korelacja f-Chart [8].

Przykład 2:

Słoneczna pompowa instalacja przygotowania C.W.U. złożona jest z trzech

kolektorów Hewalex KS 2000 S/P o powierzchni absorbera 1,83 m 2 każdy, skie
rowanych na południe i pochylonych pod kątem 45° oraz zbiornika magazynują
cego o pojemności 300 litrów. Kolektory słoneczne mają średnie iloczyny w spół
czynników F

(

tcc

) =0,66 oraz F

=4,03 [(W/m2)/°C]. Przyjęto, że temperatura

wody zasilającej jest stała i równa 10°C, zaś średnie dobowe zużycie ciepłej wody
o temperaturze 45°C wynosi 200 litrów, temperatura wody w sieci waha się od

Tm = 10°C do Tw = 45°C a T a = 19°C .

- Obliczenie bezwymiarowych współczynników X i Y:

4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)

Ta = 19°C

F^U

= 4,03 [( W /m 2) / 0C

31 ■ 8 6 4 0 0 • 2 ■

1,83 ■ 4,03 ■

(1 0 0 - 19)

X =

— ... —

------------------- = 3,52

Y =

200 ■

4 1 9 0 ■ (45 - 10) • 31

AcF r(tc Q H t N

F ^ r a ) = 0,66

2 • 1,83 ■

0,66 ■

16654759,53 ■

Y = — - ....................... -— —

= 1,37

2 0 0 - 4 1 9 0 '( 4 5 - 1 0 ) - 3 1

( r flC p ) c

| ]

, ( ™ C p ) c

[- ]

(4.39)

(4.40)

- Uwzględnienie poprawek:

/ aktualne

Tm = 10°C
Tw = 45°C

V standardowe/

0,25

[ - ]

(4.41)

/3 0 0 /2 ■

1 ,8 3 \-0'25

T ~ {

)

Xc = 3,52 • 0,98 = 3,45

0,98

Xcc _ 11,6 + 1,18TW + 3,86Tm - 2,32Ta

T “

100 - Ta

Xcc

11,6 + 1,18 • 45 + 3,86 ■

10 - 2,32 ■

~ Y ~

100 - 19

Xcc = Xc • 0,73

Xcc = 3,45 • 0,73 = 2,52

= 0,73

(4.42)

- O bliczenie formuły / :

/ = 1,029Y - 0,065X + 0,245Y2 + 0,0018X2 + 0,0215Y3 [ - ]

(4.43)

/ = 1,029 ■

1,37 - 0,065 • 2,52 + 0,245 ■ 1,372 + 0,0018 ■

2,522 + 0,0215 ■

1,373

= 1,77

/ = 1 ,7 7 > ! - » / = !

4.7 Metoda użyteczności (ang. utilizability)

4.7 Metoda użyteczności (ang. utilizability)

Wydajność ogrzewania wody użytkowej bez magazynowania jest szacowana

metodą użyteczności. Ta sam a metoda je st także stosowana do obliczania energii

zgromadzonej przez basen dzięki kolektorom słonecznym. M etoda użyteczności jest
szczegółowo opisana w rozdziałach 2 i 21 Duffie and Beckman (1991), przedsta

w iona została w skondensowanej formie w tym rozdziale. Ta metoda umożliwia ob

liczanie miesięcznych ilości energii dostarczanej przez kolektory bez magazynowa

nia, biorąc pod uwagę miesięczne wartości promieniowania słonecznego, tem pera

tury otoczenia i obciążenie.

4.7.1. Zasada metody użyteczności

Kolektor słoneczny je st w stanie zebrać energię tylko wtedy, gdy istnie wy

starczające promieniowanie do pokonania strat ciepła wyprowadzone do otoczenia.

Zgodnie z równaniem (4.24), dla kolektorów przekłada się to na:

(

toc

)

(4.38)

gdzie Ti jest temperaturą płynu roboczego na wejściu do kolektora i wszystkie

inne zmienne mają takie same znaczenie ja k w równaniu (4.24). Pozwala to zdefi

niować krytyczne poziom promieniowania Gc, który musi zostać przekroczony aby
pochłanianie energii nastąpiło. Ponieważ w modelu tym mamy do czynienia z m ie

sięcznym uśrednieniem wartości Gc, dlatego też jest zdefiniowana średniomiesięcz
na przepuszczalność- absorpcja (udział prom ieniowania niepochłoniętego w całko

witym padającym na próbkę, równa się różnicy jedności i transmitancji) ( r a ) i śred
nia miesięczna temperatura w ciągu dnia Ta (zakłada się że je st rów na średniej tem
peraturze plus 5°C) poprzez:

i « 9»

Połączenie tej definicji z równaniem (4.24) prowadzi do następującego wyraże

nia, na średnią dzienną energię Q zebraną w danym miesiącu:

< ? = ^ X Z

°F

m ( G ~ Gc)+ [w]

dni godzin

(4.40)

gdzie N je st liczbą dni w miesiącu, G jest godzinnym promieniowaniem

w płaszczyźnie kolektora, znak + w indeksie górnym oznacza że tylko wartości do

datnie w nawiasach będą brane pod uwagę.

Średniomiesięczna dzienna użyteczność kolektora 0 (ang. utilizability), jest

zdefiniowana jako miesięczna suma przez wszystkie dni i godziny, z prom ieniowa

nia od kolektora, który znajduje się powyżej poziomu krytycznego, dzieli się przez

miesięcznik promieniowania:

t _ % dni2igodzin(.G ~ Gc) + . ,

(P ~

H t N

L J

(4.41)

gdzie H

jest średniomiesięczną codziennego prom ieniowania w płaszczyźnie

kolektora. Podstawiając tę definicję do równania (4.40) prowadzi do prostego w zo
ru na comiesięczny uzysk energii użytecznej:

Q = A

(

tcl

) H t $ [W ]

(4.42)

Celem metody użyteczności jest obliczenie <p od orientacji kolektora oraz da

nych miesięcznych promieniowania, wprowadzone przez użytkownika (lub kopio
wane z RETScreen Online Weather Database). Sposób korelaty (p do średniej_mie-

sięcznej Kr wskaźnika czystości i dwóch zmiennych: geometryczny czynnik R / R n
i bezwymiarowy krytyczny poziom promieniowania X c, ja k opisano poniżej.

4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)

4.7.2 W spółczynnik geometryczny R / R n

R jest miesięcznym wskaźnikiem promieniowania w płaszczyźnie kolektora H

a H na powierzchni poziomej:

R = - Z [ - ]

(4.43)

gdzie //j-je s t obliczone w sposób przedstawiony w punkcie 4.3.2. R n jest to sto

sunek godzinnego promieniowania koncentrującego się w południe na pochyłej po

w ierzchni do powierzchni poziomej dla przeciętnego dnia miesiąca. Wyraża się to
poprzez następujące równanie:

(4.44)

Gdzie rr n ,je s t to stosunek godzinowych całości do całkowitego promieniowa

nia na dzień, na godzinę słonecznego południa. rr n , je st to stosunek godzinnego pro
mieniowania rozproszonego do codziennego promieniowania rozproszonego, rów
nież na godzinę wokół słonecznego południa. Ta formuła jest obliczana na "śred
nią dzienną w przeciągu miesiąca", czyli dziennego promieniowania globalnego
H równą miesięcznej średniej dziennej globalnego promieniowania H, //¿ je s t śred
nią dzienną w przeciągu m iesiąca promieniowania rozproszonego "dzień średni"
(obliczone przez równanie 14),/ j e s t nachyleniem kolektora, a p g jest średnią albe
do ziemi (patrz punkt 2.1.2).

N atom iast r r,n je st obliczane przez Collares-Pereira and Rabl równania (Duffie

i Beckman, 1991, rozdział 2.13), napisane dla południa słonecznego:

COS CO — C O S COs

r t,„ = — ( a + b c o s co) -

[ - ]

sin

ù)s

"J8Ü

^ 5

(4-45)

a — 0 ,4 0 9 + 0 ,5 0 1 6

sin(ćos

— 6 0 ° ) [—]

(4.46)

b = 0 ,6 6 0 9 — 0 ,4 7 6 7

sin(ois

— 6 0 ° ) [—]

(4.47)

gdzie

je st kątem godziny słonecznej (patrz równanie 4.2), wyrażony w stop

niach, a O) jest kątem górowania słońca również wyrażony w stopniach. i"d,n jest ob
liczane przez Liu i Jordan, napisanych dla słonecznego południa:

cos

— cos

cos

r d,n — n T —

]

^ sin

cos -

cos

cos

cos

(4 48)

4.7.3 Bezwymiarowy krytyczny poziom prom ieniowania X c

X c jest zdefiniowany jako stosunek krytycznego poziomu prom ieniowania do

poziom u promieniowania w południe w typowy dzień miesiąca:

X c =

- £ - = [ - ]

r t,n R n H

(4.49)

gdzie:

rr,n dane je st przez (4.45) a R n przez (4.44).

4.7.4 Średnia m iesięczna na dzień $

Wreszcie, korelacja daje średnią miesięczną (codzienną)

(

utilizability, jako

funkcja dwóch czynników R / R n i Xc obliczonych wcześniej, jest:

4.7 M etoda użyteczności (ang. utilizability)

4> = e x p ( [ a + b y ] [X

+ c X 2]} [ - ]

(4.50)

gdzie:

a = 2 ,9 4 3 - 9 ,2 7 1 K T + 4 , 0 3 1 / ^ [ - ]

(4 .5 la)

b = - 4 , 3 4 5 + 8 ,8 5 3 K T - 3 ,6 0 2 K $ [ - ]

(4.5 lb)

c = - 0 , 1 7 0 - 0 ,3 0 6 tf r + 2 ,9 3 6 K% [ - ]

(4.5lc)

Dzięki tem u ilość energii zaabsorbowanej, m ożna obliczyć ja k pokazano wcze

śniej w równaniu (4.42).

4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)

4.8 Model systemu grzewczego basenu

Zapotrzebowanie energetyczne basenu zostało określone przy założeniu, że

temperatura w basenie jest utrzymywana na stałym poziomie. Dlatego też model ten
nie zawiera obliczeń pojemności cieplnej basenu, ani też nie uwzględnia możliwo

ści zmian temperatury powyżej ustalonej wartości (oba wymagają obliczeń iteracyj-

nych z poza podanego zakresu).

Zapotrzebowanie energetyczne basenu oblicza się poprzez porównanie energii

dostarczanej i oddawanej z basenu (patrz rysunek 16). Straty te w ynikają z parow a
nia, konwekcji, przewodzenia, promieniowania, a także wymiany wody. Zyski sta

nowią pasywne i aktywne zyski energii słonecznej oraz zyski z ogrzewania pomoc

niczego. W kolejnych punktach, te zyski i straty są wyrażone w postaci stawek lub
mocy, tj. na jednostkę czasu. Przeliczanie z m ocy Q do odpowiednich miesięcznych

energii Q odbywa się za pomocą prostego wzoru:

Q = 8 6 4 0 0 Ndni Q [J]

(4.58)

gdzie N dni je st liczbą dni w m iesiącu i 86400 to liczba sekund na dzień.

Rysunek 16. Bilans zysków i strat energii w basenie.

4.8 M odel systemu grzewczego basenu

4.8.1 Basen a warunki klimatyczne

W pływ warunków klimatycznych na basen zależy przede wszystkim od tego,

czy mamy do czynienia z basenem znajdującym się wewnątrz czy na zewnątrz bu
dynku. W przypadku krytych basenów, zakłada się następujące warunki:

• Temperatura termometru suchego: maksymalnie 27 °C

(ASHRAE, 1995, s. 4.6) i temperatura otoczenia;

• W ilgotność względna: 60% (ASHRAE, 1995, s. 4,6);

• Prędkość wiatru: 0,1 [m/s]. Jest to zgodne z założeniem, że wykonuje się od

6 do 8 wymian powietrza na godzinę, tj. powietrze przepływa przez charak
terystyczny wymiar basenu w czasie 450 [s]; więc jeśli długość basenu w y
nosi 25 [m], a szerokość obszaru wokół basenu 5 [w], uzyskuje się prędkość
35/450 = 0,08 [m/s];

• „Temperatura nieba” : liczona względem temperatury otoczenia basenu.

W przypadku basenów odkrytych lokalne warunki klimatyczne są wprowa

dzane przez użytkownika (lub kopiowane z RETScreen Online Weather Database),

z wyjątkiem prędkości wiatru i wilgotności względnej, na co należy zwrócić szcze

gólną uwagę, ja k wyjaśniono poniżej.

• Prędkość wiatru

Symulacje pokazują, że jeśli osłona (tzw. przykrywa na basen) jest używana tyl

ko przez część dnia, a do obliczeń jest brana średnia miesięczna prędkość w iatru to

straty parowania są niedoszacowane. M oże być to związane z faktem, że prędkość

w iatru jest zazwyczaj o wiele wyższa w ciągu dnia (kiedy przykrycie nie jest stoso
w ane) niż w nocy. Obserwacje poczynione w Toronto, ON, Montreal, QC, Phoenix,
AZ; oraz Miami, FL pokazują, że maksymalna prędkość wiatru w godzinach popołu

dniowych jest dwa razy wyższa niż minim alna prędkość wiatru w nocy. W związku
z tym w ahania prędkości w iatru w ciągu dnia są wzorowane na modelu RETScreen
SWH (SOW) Project M odel przez następującą funkcję sinusoidalną:

v h = v + ^ cos ( 27r(/l24 fto)) [m /s]

(4 59)

gdzie

v h

jest prędkość wiatru w danej godzinie

h , V

jest średnią wahania pręd

kości wiatru, a

h 0

reprezentuje przesunięcie czasowe. M odel zakłada, że maksymal

na prędkość wiatru występuje wtedy, gdy pokrywa je st nieużywana; średnio w ca

łym okresie pokrycia prowadzi do następujących wartości średnich:

- , -

. z' 2 4 — N os^

V" X = ’ + % ( 2 4 - i W sln

— 53— J lm /s ]

<«o>

4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)

gdzie N os{ je st liczbą godzin na dzień basenu przykrytego. Podobnie średnia

prędkość wiatru, gdy basen jest przykryty to:

* f ) [m/s]

(4.61)

Wreszcie, prędkość wiatru jest mnożona przez czynnik wprowadzony przez

użytkownika spowodowany zasłonięciem basenu. N ależy wziąć pod uwagę zmniej

szenie prędkości wiatru z powodu naturalnych przeszkód wokół basenu.

• W ilgotność względna
Parowanie z powierzchni basenu zależy od wilgotności powietrza wokół.

W RETScreen, obliczenia współczynników parow ania odbywają się za pomocą

wskaźnika wilgotności powietrza, a nie wilgotności względnej. Związane jest to
z tym, iż wskaźnik wilgotności (wyrażony w kg wody na kg suchego powietrza) jest

zwykle znacznie mniej zm ienia swoją wartość w ciągu dnia niż wilgotność względ
na, która zmienia się nie tylko w funkcji zawartości wilgoci, ale także temperatury

otoczenia. Obliczanie wskaźnika wilgotności przyjmuje się według wzorów z ASH-

RAE Fundamentals (ASHRAE, 1997).

4.8.2. Bierne zyski słoneczne

Bierne zyski słoneczne są zależne od tego, czy pokrywa jest założona na basenie.

• Pasywne ogrzewanie solarne bez przykrycia

W przypadku braku przykrycia, pasywne nasłonecznienie może być wyrażo

ne, jako:

Qvas = APK 1 - rb) ( 1 - s)H b + (1 - rd)Hd] [/]

(4 62)

gdzie A p je st powierzchnią basenu, r b to średni współczynnik odbicia woda /

promieniowanie bezpośrednie, natom iast r d jest średnim współczynnikiem odbicia
woda /prom ieniow ane rozproszone. Tak jak poprzednio, H b i H d są uśrednionymi
miesięcznymi wartościami średniego i rozproszonego promieniowania (patrz rów
nania 6 do 8). Podany przez użytkownika współczynnik zacienienia

stosuje się tyl

ko do części promieniowania bezpośredniego

Poniżej przedstawiono krótki matematyczny wywód wyjaśniający ja k są obli

czane współczynniki r b 1 r d -Promień światła padający na powierzchnię wody pod
kątem padania

zgodnie z prawem Snella ulega załamaniu pod kątem @w Snella

(Duffie i Beckman, 1991, eq 5.1.4.; patrz rysunek 17):

ftpowietrza.Sift(.@z^ ~ Tlwody Sin(0W) [ ]

(4.63)

4.8 Model system u grzewczego basenu

gdzie n powletrza oraz n wody są współczynnikami załamania światła w pow ie

trzu i w wodzie:

^powietrza

1 [ ]

n Wody = 1-332 [ - ]

Rysunek 17. Prawo Snella.

(4.64)

(4.65)

W spółczynnik r b m ożna obliczyć za pom ocą praw a Fresnela dla równoległych

i prostopadłych składowych promieniowania odbitego (Duffie i Beckman, 1991,

równań 5.1.1 do 5.1.3.)

sin2(flw - flz)

sin2(0w +

ta n 2(flw - flz)

ta n 2(0w +

Qz)

rb =

(r-L + r») H

r± =

r» =

[ - ]

(4.66)

(4.67)

(4.68)

Po dokonaniu obliczeń można zauważyć, iż r b je st funkcją jedynie kąta

Wykres na Rys. 18 pokazuje, że r b m ożna bezpiecznie przybliżyć przez następują
ce równanie:

rb = 0,0203 + 0,9797(1 - cos 02) 5 [ - ]

(4.69)

4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)

Dokładny wzór

— Aproksymacja

Cosin u s kąta

R ysunek 18. Odbicie od wody w funkcji cosinusa kąta zenitu.

A by uwzględnić fakt, że podczas okresu zimowego słońce znajduje się niżej na

horyzoncie, r

jest obliczany dla każdego miesiąca z osobna. Powyższe równanie

jest używane z 8 Z obliczonym 2,5 godziny po południu słonecznym (wartość 2,5 h

pochodzi z Duffie i Beckman, 1991, s. 244).

W spółczynnik odbicia dla prom ieniowania rozproszonego jest niezależny od

pozycji słońca i jest w zasadzie równy współczynnikowi obliczonemu dla kąta pa
dania równego 60° (Duffie i Beckman, 1991, s. 227). Korzystając z równania otrzy
muje się dokładną wartość r ¿ = 0,060.

• Pasywne ogrzewanie solarne z pokrywą
W przypadku basenu z przykrywą pasywne zyski energii słonecznej są w yra

żone jako:

Qpas osi ~ A p a cH [/]

(4.70)

gdzie CCc jest zdolnością absorpcyjną przykrywy, ustaloną na 0,4 a H jest, jak

poprzednio podano jest średniomiesięczną globalnego promieniowania na płaszczy

znę poziomą.

• Całkowita wartość biernych zysków słonecznych
Pasywne nasłonecznienie jest zestawieniem zysków z pokrywą ja k i bez pokry

wy. Model zakłada, że pokrywa jest założona głównie w nocy. Jeśli pokrywa jest za
łożona na N osi godzin dziennie, a przeciętna długość dnia w ciągu miesiąca wyno-

si N czas, to liczba godzin gdy pokrywa nie jest stosowana w ciągu dnia N nie osj

wynosi:

Mnie osi = r n i n ( 2 4 - N osi, N czas) [Ji]

(4.71)

przyjęto, że bierne nasłonecznienie jest równe sumie pasywnego nasłonecznie

nia bez pokrycia proporcjonalna do liczby godzin, kiedy pokrywa nie jest stosowa

na w ciągu dnia:

4.8 M odel system u grzewczego basenu

_ Ijn ie o s i _ n

( 1

N nie

o sA „

r n

V pas — m

V p as ' I

V p a s

\ Ul

i ' c z a s

L 'c z a s '

(4.72)

W przeliczeniu na jednostkę czasu, pasywny uzysk słoneczny jest obliczany

zgodnie z równaniem (52):

Qpas

Qpas — 8 6 4 0 0 N £in; L

(4.73)

4.8.3. Straty parowania

Istnieje kilka m etod w literaturze do obliczenia strat parowania, w tym ASH-

RAE (ASHRAE, 1995) zmienione przez Smith et al. (1994) oraz metody w ymie
nione w Hahne i Kiibler (1994). M odel matematyczny w pakiecie RETScreen SWH

(SOW) używa równania ISO TC 180 (Hahne i Kiibler, 1994):

Qmoc ~ A p h e (PVinas ~ Pv,oto) [W ]

(4.74)

gdzie

Q m o c

jest mocą (wyrażoną w watach) rozpraszania w wyniku odparowy

wania wody z basenu,

h e

jest współczynnikiem przenikania masy,

P Vtnas>

P y .o to i

to ciśnienie cząstkowe pary wodnej w stanie nasyconym i dla warunków otoczenia.
Współczynnik przenikania masy

h e

\ W / m 2) / P a \ )

jest wyrażony jako:

h e = 0 ,0 5 0 5 8 + 0 ,0 6 6 9 t;

[ W / m 2) / P a ]

(4.75)

gdzie v jest prędkością wiatru na powierzchni basenu, wyrażoną w [ m / s ] . Ci

śnienie cząstkowe pary wodnej w nasyconej P v n a s oblicza się z wzorów z ASH

RAE (1997). Ciśnienie cząstkowe pary wodnej w warunkach otoczenia P v,oto obli

cza się jako stosunek wilgotności za pomocą równań z ASHRAE (1997).

Szybkość parowania wody z basenu m par wyrażona w [ k g / s ] jest związana

z Q Pa r [ k W ]:

Qpar

[ k g / s ]

p a r

c er /

(4 76 )

gdzie X jest ustalonym ciepłem parowania wody [2 4 5 4 k j / k g ]

4. Podstawy teoretyczne (KK I Screen' International)

Kiedy pokrywa na basen jest założona, to przyjmuje się że wielkość pokrycia

powierzchni basenu wynosi 90% a nie 100% zatem parowanie jest zredukowane

o 90%. Kiedy pokrywa jest nieużywana, straty są mnożone razy dwa w celu uw zględ
nienia aktywności w basenie (Hahne i Kubler, 1994).

4.8.4. Straty konwekcyjne

Konwekcyjne straty zostały oszacowane za pom ocą równania w pracy (Hahne

i K ubler (1994)):

Qkon = A p h kon{Tp ~ Ta) [ ^ ]

(4.74)

gdzie Qkon je st wielkością utraty ciepła na skutek zjawiska konwekcji (wyrażo

ne w W), T p jest temperaturą basenu, T a jest tem peratura otoczenia, konwekcyjny
w spółczynnik przejmowania ciepła h kon jest wyrażony jako:

h kon = 3,1 + 4 ,l v [ W / m 2°C\

(4.78)

gdzie prędkości wiatru u jest wyrażona w [ m / s ] ,

4.8.5. Straty promieniowania

Straty prom ieniowania do otaczającego środowiska w przypadku braku pokry

wy basenu (wyrażone w watach) są wyrażone jako:

Qpar,nie osi = A p £w < j(j$ - T*ieba) [W ]

(4.79)

gdzie Ew jest emisyjnością wody w podczerwieni (0,96), a je st stałą Stefana-

Boltzmanna (5 ,6 6 9 * 1 0 -8 ( W / m 2) / K 4), T p jest temperatura basenu i T nieba

jest temperaturą nieba (patrz punkt 2.1.3). W obecności pokrywy, przy założeniu po

krycia wynoszącym 90%, straty radiacyjne są:

Qpar = A p ( 0 ,l s w + 0 ,9 £ c)a(^Tp — Tnieba) [W ]

(4.80)

gdzie £ c je st emisyjność pokrywy basenu. W zależności od materiału pokrycia

emisyjności może wynosić od 0,3 do 0,9 (NRCan, 1998), zazwyczaj przyjmuje się
wartość 0,4. Łącząc dwa ostatnie równania z czasem przykrycia, £ w i £ c otrzymu

jemy:

Qpar = A p [0 ,9 6 N osł + 0 ,4 5 6 ( 2 4 - N osi) \ a ( T j - T 4ieba) [W \

(4.81)

4.8.6 Straty w wodzie zmagazynowanej

Świeża woda jest dodawana do basenu, aby zrekompensować: straty parowania,

straty wody wylewanej podczas użytkowania basenu oraz czasowe zmiany wody.

Jeśli /s ftłje s t stosunkiem wody uzupełniającej wprowadzonej przez użytkownika do

w ody zawartej już w basenie (która nie obejmuje rekompensaty za straty parowania)

wyrażony jako ułamek wielkości basenu odnawianej co tydzień, to strumień wody

(w kg/s) może być wyrażona jak:

pvp

rhmski = m eva + f ski 7 . 8 6 4 0 0 [ k g / s ]

{Ą g2)

gdzie P je s t gęstością wody (1 0 0 0 k g / m 3) a V p jest objętością basenu. Obję

tość basenu jest obliczana przy założenia średniej głębokości 1,5 [m ]:

1 ,5

A v

[ m 3 ]

(4.83)

W ielkość zapotrzebowania na energię odpowiadającą składowanej wodzie

Q skb wynosi:

Oski = ™skiCp(Tp - Tc) [W ]

(4.84)

gdzie T J e s t tem peraturą zimnej w ody sieciowej (patrz punkt 2.1.4) a Cp jest

pojem nością cieplną wody [4 2 0 0 ( J / k g ) /°C ],

4.8 M odel system u grzewczego basenu

4.8.7 Straty przewodzenia

Straty przewodzenia stanowią zazwyczaj jedynie niewielki ułam ek pozosta

łych strat. RETScreen SWH Project Model (projekt solamego systemu ogrzewania

wody) zakłada, że straty przewodzenia

Qprze stanowią 5% pozostałych:

Oprze = 0<05(Qmoc 4" Okon 4" Opar 4" Oski) [W ]

(4.85)

4.8.8 Suma nasłonecznienia

M aksymalne możliwe aktywne solame zyski Q str są określone metodą uży

teczności (patrz punkt 2.4), przy założeniu że tem peratura basenu je st równa żąda

nej wartości.

8 8

4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)

4.8.9 Bilans energetyczny systemu

Wielkość energii

Q req

niezbędnej do utrzymania ciepła basenu o pożądanej

temperaturze je st wyrażona, jako suma w szystkich strat minus pasywne zyski ener
gii słonecznej:

Qreq ~

TIXCLX

(Q nioc + Qkon 4" Opar 4" Oski 4" Oprze ~ Qpas< il) [ Ił7 ]

(4.86)

Energia ta powinna pochodzić ze wspomagającego źródła ciepła, lub z kolekto

rów słonecznych. Wielkość energii faktycznie dostarczonej przez system energii od
nawialnej, Qz stanowi minimum wymaganej energii i energii dostarczanej przez ko

lektory:

Omin ~ m in (Q re q ’ O act) [W ]

(4-87)

Jeśli dostarczona energia słoneczna je st wyższa niż energia w ymagana przez ba

sen, w tedy temperatura basenu będzie większa od wymaganej temperatury. To może

przełożyć się na niższe zapotrzebowanie na energię w przyszłyrp miesiącu, jednak
nie jest to brane pod uwagę przez model. Dodatkowe zasilanie

Q dod

niezbędne do

utrzymania pożądanej temperatury w basenie jest różnicą pomiędzy wymaganiami
mocy i energii elektrycznej wytwarzanej przez odnawialny system energetyczny:

Qdod ~ Qreq ~ Qmin W

(4.88)

4.9 Pozostałe obliczenia

4.9.1 Sugerowana powierzchnia kolektorów słonecznych

Sugerowana powierzchnia kolektora słonecznego zależy od obciążenia, rodza

ju systemu, i kolektora.

• Dla ciepłej wody użytkowej z magazynowaniem, wielkość obciążenia dla

każdego miesiąca, jest miesięcznym obciążeniem w tym zbiorniku i strat

w rurociągach.

• Do ciepłej wody bez magazynowania, wielkości obciążenia dla każdego mie

siąca stanowi do 14% miesięcznego obciążenia pomnożonego przez (1 + / foj),

do uwzględnienia strat rurociągów. Wartość 14% jest tak dobrana, że dostar
czona energia nie przekracza zalecanej wartości 15% obciążenia.

• Dla basenów obciążenie wielkości je st równe wymaganej energii pomnożo

nej przez (1 + f hs), w celu uwzględnienia strat rurociągów.

Sugerowana powierzchnia kolektorów słonecznych, je st oparta o metodę uży

teczności. Optymalnie dla każdego miesiąca, energia użytkowa, powinna być równa
wielkości obciążenia. W ykorzystując równanie (42):

4.9 Pozostałe obliczenia

Qu = A cFR(T a ) H T<p [W ]

(4.89)

które następnie j est w y liczone dla danej po wierzchni kolektora A c . Daj e to 12 mie

sięcznych wartości proponowanych powierzchni kolektora słonecznego, następnie:

• Dla ciepłej wody użytkowej, model przyjmuje najmniejsze z wartości m ie

sięcznych. W przypadku systemu bez magazynowania, nawet dla najbardziej

słonecznych miesięcy odnawialne źródeł energii dostarczają do 15% obcią
żenia. W przypadku systemu z magazynowaniem, 100% obciążenia które

zapewni w najbardziej słoneczne miesiące, gdy system może wykorzystać
całą dostępną energię. Jednak ze względu na to, że systemy z magazyno

waniem są mniej wydajne (pracują w wyższej temperaturze), metoda ta za
zwyczaj prowadzi do mniejszych frakcji słonecznych, zwykle około 70% dla

najbardziej słonecznych miesięcy.

• Sposób podany wyżej nie działa gdy obciążenie osiąga wartość zerową pod

czas słonecznych miesięcy. Dlatego model przyjmuje średnią miesięczną po

wierzchnię kolektora słonecznego w całym sezonie użytkowania.

Liczba kolektorów słonecznych jest obliczana jako, sugerowana powierzchnia

kolektora podzielona przez powierzchnię poszczególnych kolektorów, zaokrąglona

w górę do najbliższej liczby całkowitej.

4.9.2 „Pom powanie” energii

Pompowanie energii je st obliczane jako:

O pom p = N p ra P p o m p A c [W7]

( 4 .9 0 )

gdzie Ppomp jest mocą pompowania na jednostkę powierzchni kolektora, a N p

je st liczbą godzin rocznej pracy kolektora. Oszacowanie N pra uzyskuje się poprzez

następujące metody: jeśli kolektor został uruchomiony bez strat, gdy nie m a słońca
pobiera A cF R ( r a ) H T. To rzeczywiście pobiera Qz ( 1 + f i „ s ) gdzie Qz jest ener

gią dostarczaną do systemu i f i os je st ułamkiem energii słonecznej ciepła uchodzą
cej do otoczenia poprzez rurociągów i zbiorników. N p j est po prostu szacowane j ako
stosunek tych dwóch wielkości, razy liczby godzin w czasie dnia w miesiącu, N czas:

Q z ( l 4“ flo s)

v ~ A c FR{ x a ) H T cza s[ ]

(4.91)

4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)

Porównanie wyników z symulacją, ukazuje tendencję do przeceniania liczby

godzin pracy kolektora. Czynnik korygujący 0,75 je st stosowany do skompensowa
nia przeszacowań.

4.9.3. Rzeczywista wydajność, efektywność systemu

oraz energia słoneczna

Szczegółowa wydajność stanowi energię dostarczoną podzieloną przez po

wierzchnię kolektora. Wydajność układu energii dostarczanej podzielona przez pa

dające promieniowanie. Solam y stosunek energii dostarczanej przez zapotrzebowa
nie na energię.

4.10. Weryfikacja obliczeń

Wielu ekspertów przyczyniło się do rozwoju, testowania i walidacji RETScre

en Solar W eather Heating Project Model. Są to eksperci od modelowania słoneczne
go ogrzewania wody, specjaliści inżynierii kosztów i emisji, specjalistów modelo

w ania gazu, profesjonalistów analizy finansowych i stacji naziemnych oraz naukow

ców pogody satelitarnej oraz bazy danych.

4.10.1. Weryfikacja domowego układu podgrzewania wody

- w stosunku do modelu godzinowego oraz danych

pomiarowych

W tej części przedstawiono dwa przykłady weryfikacji, zakończone zastosowa

niach domowych ogrzewania wody. Po pierwsze, prognozy modelu solamego pod
grzewania wody RETScreen są porównywane z wynikami symulacji godzinowej

z wykorzystaniem programu WATSUN. Następnie prognozy modelu porównano
z danymi pomiarowych na 10 prawdziwych budowach wykorzystujących słonecz
ne ogrzewanie wody.

• Porównanie z modelem godzinowym

WATSUN (University o f Waterloo, 1994) je st programem komputerowym, słu

żącym do symulacji aktywnych systemów energii słonecznej. Wykonuje on symu
lacje systemu, godzina po godzinie z parametrów zdefiniowanych przez użytkow
nika systemu, np. Typical M eteorological Year (TMY) danych pogodowych. N a
stępnie zapewnia miesięczne podsumowanie przepływu energii w systemie. Chociaż
RETScreen nie został zaprojektowany jako narzędzie do symulacji miesięcznych, to

użytkownik może określić poszczególne miesiące dla których chce przeprowadzić

4.10 W eryfikacja obliczeń

analizę. W tym rozdziale miesięczne prognozy z RETScreen są w porównywane
z wynikami z programu WATSUN dla typowego systemu podgrzewania wody, pa
ram etry są zebrane w tabeli 2. Przewidywane roczne wartości (tabela 3) wskazują,
że występuje doskonała zgodność wyników między tymi dwoma programami. Ry

sunek 19a i rysunek 19d umożliwiają porównanie prognoz na podstawie obliczeń

RETScreen do WATSUN miesiąc po miesiącu. Stwierdzono dobrą zgodność pro
mieniowania słonecznego w płaszczyźnie kolektora (rysunek 19a), obciążenia (ry

sunek 19b) i energii dostarczanej (rysunek 19c). D la czasu pracy pompy (rysunek

19d) podobieństwo jest do przyjęcia, chociaż model, stosowany obecnie w RET
Screen sprawia, że jest tylko przybliżoną wartością tej zmiennej.

Tabela 2: Domowe parametry podgrzewania wody.

Parametr

Opis

Kolektor

Oszklony,

Nachylenie

od południa

Przechowywanie

Dobrze wymieszany,

W ymiennik ciepła

70% efektywności

Lokalizacja

Toronto, ON, Kanada

Tabela 3: Porównanie przewidywanych rocznych wartości

domowego systemu ogrzewania wody.

Przewidywana roczna wartość

RETScreen

WATSUN

Różnica

(GJ)

24,34

24,79

-1,8%

(GJ)

19,64

19,73

-0,5%

(GJ)

8,02

8,01

0,1%

(h)

1,874

1,800

4,1%

4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)

Styczeń

Marzec

Maj

Lipiec

Wrzesień

Listopad

Luty

Kwiecień

Czerwiec

Sierpień

Październik

Grudzień

Miesiąc

2.0

1.8

1.6

1.4

3 1.2

.22

g 1.0

u 0.8

0.6

0.4

0.2 -

0 .0 -

Styczeń

Marzec

Maj

Lipiec

Wrzesień

Listopad

Luty

Kwiecień

Czerwiec

Sierpień

Październik

Grudzień

M iesiąc

Rys. 19a i 19b: Porównanie przewidywanych miesięcznych wartości domowego

systemu ogrzewania wody.

)

Ener

sta

4.10 Weryfikacja obliczeń

1.2

Styczeń

Marzec

Maj

Lipiec

Wrzesień

Listopad

Luty

Kwiecień

Czerwiec

Sierpień

Październik

Grudzień

M iesiąc

250

Styczeń

Marzec

Maj

Lipiec

Wrzesień

Listopad

Luty

Kwiecień

Czerwiec

Sierpień

Październik

Grudzień

M iesiąc

Rys. 19c i 19d: Porównanie przewidywanych miesięcznych wartości domowego

systemu ogrzewania wody.

4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)

• Porównanie z otrzymanymi danymi

W celu dalszego sprawdzenia modelu solamego ogrzewania w ody RETScre

en dla zastosowań domowego ciepłownictwa, prognozy modelu zostały porówna
ne do monitorowanych danych zebranych w 10 systemów w ramach projektu S2000
w Guelph, Ontario, Kanada (Enermodal, 1999). Układy te charakteryzują się, po
wierzchnią 5,9 m2 kolektora słonecznego, zbiornikiem 270 litrów, wymiennikiem

ciepła (w RETScreen zakłada się 60% sprawność) i zmienne obciążenia średnio od

90 / / dzień do 380 l / dzień. Wyniki przedstawiono na rysunku 20. Jak wynika

z rysunku, że RETScreen je st nieco zbyt optymistyczne w przewidywaniu energii,

zw łaszcza dla systemów przy małym obciążeniu (systemy w lewej części rysunku).

Zgodność jest lepsza dla systemów o w ysokim obciążeniu (prawa część rysunku).
Do 10 systemów pod uwagę, średnie przeszacowanie 29%, które je st dobre w zakre

sie niezbędnym do przed-wykonalności i analiz wykonalności; przeszacowanie spa

da do 15% jeżeli tylko trzy systemy z najwyższym obciążeniem są brane pod uwagę.

-o

Dostarczona roczna energia słoneczna (k W h )

Rysunek. 20 Porównanie wartości przewidywanych przez RETScreen z otrzymanymi

dla Guelph, Ontario, Kanada.

4.10.2 W eryfikacja układu podgrzewania wody basenowej

- w stosunku do modelu godzinowego oraz danych pomiarowych

W tej części przedstawiono dwa przykłady rozwiązań zakończonych ogrzewa

nia basenu. Po pierwsze, prognozy RETScreen solamego podgrzewania wody są

porównywane z wynikami modelu godzinowego ENERPOOL. Prognozy modelu

4.10 Weryfikacja obliczeń

w porównaniu do danych pomiarowych słonecznego ogrzewania basenu są dostęp

ne na stronie internetowej projektu.

• Porównanie z modelem godzinowym

Model godzinowy ENERPOOL (NRCan, 1998) jest bardzo podobny do koncep

cji WATSUN, ale symulacja jest przeznaczona zarówno dla krytych i odkrytych ba

senu. Zapewnia ona dane o miesięcznym zapotrzebowaniu na energię i odpowied

nią część promieniowania słonecznego na basen, który można porównać do progno

zy RETScreen.

Podstawowe param etry w basenie odkrytym (założone) są zawarte w tabeli 4.

Straty występujące w basenie, pasywne zyski energii słonecznej (straty minus pa

sywne zyski energii słonecznej), a energii słonecznej są zestawione od rysunku 21a
do rysunku 21d. Nie występuje pełna zgodność przewidywanych strat w basenie oraz

pasywnymi zyskami energii słonecznej (+2,5% i +5,7% w porównaniu do całego se
zonu pływackiego), zatem występuje różnica energii (-2,0%). Rysunek 21d jest cieka

w y i wymaga komentarzy. W porównaniu do ENERPOOL, nasłonecznienie wyliczo

ne przez RETScreen, jest niedoszacowane, zwłaszcza w lipcu gdy zapotrzebowanie na

energię w basenie jest minimalne. M a to związek z wybraną metodą do oszacowania

nasłonecznienia w RETScreen i ENERPOOL. RETScreen oblicza ilość energii sło
necznej niezbędnej do utrzymania basenu w minimalnej temperaturze pożądanej, na
tomiast ENERPOOL pozwala na wahania się temperatury między minimalną (27°C) a

maksymalną (30°C). Dlatego nawet jeśli nie ma aktywnego ciepła słonecznego, które

jest niezbędne do utrzymania basenu w minimalnej temperaturze, ENERPOOL nadal

umożliwia akumulację ciepła. Jak pokazano w tym przykładzie RETScreen przewidu

je jedynie minimalny zysk ciepła, który może być realizowany z dodatkiem kolektora

słonecznego, czyli ogrzewanie uzyskuje się z nieodnawialnych źródeł, które mogą być

po prostu zastąpione przez energię słoneczną. N a przykład w lipcu, energia ze słońca
pochłonięta przez basen jedynie zaspokaja zapotrzebowanie na energię w tym miesią

cu (4,5 GJ), pomimo faktu że więcej energii może być pobrane.

Tabela 4. Parametry systemu do ogrzewania wody w basenie.

Parametr

Opis

Powierzchnia basenu

Godziny pracy

Minimalna temperatura w basenie

Powierzchnia kolektorów

Otwarcie sezonu

1 maja

Zakończenie sezonu

30 września

Lokalizacja

Montreal, QC, Kanada

Łą

4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)

Lipiec

Sierpień

Miesiąc

Wrzesień

.........if----- —------- -~s.

■

■ ENERPOOL

■ RETScreen

Czerwiec

Lipiec

Sierpień

M iesiąc

Rys. 2 la i 21b: Porównanie przewidywanych wartości miesięcznych

- basen z podgrzewana wodą.

sł

łk

4.10 Weryfikacja obliczeń

Czerwiec

Lipiec

Sierpień

Miesiąc

Wrzesień

Maj

Lipiec

Sierpień

Miesiąc

Wrzesień

Rys. 21a i 21b: Porównanie przewidywanych wartości miesięcznych

- basen z podgrzewana wodą.

4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)

• Porównanie z danymi monitorowanymi (otrzymanymi/zmierzonymi)

W celu dalszego sprawdzenia solamego systemu ogrzewania basenu RETScre

en dla, obliczenia zostały porównane z danych zebranymi z basenu znajdującego się
w Möhringen, Niemcy, w oparciu o wyniki przedstawione w Hahne i Kiibler (1994).

Główne param etry dla grupy przedstawiono w tabeli 5.

Tabela 5: Parametry basenu z ogrzewaną wodą, Niemcy (* = szacowane).

Parametr

Opis

Powierzchnia basenu

1,200

Godziny użytkowania

Minimalna temperatura w basenie

Powierzchnia kolektorów

650

Otwarcie sezonu

5 maja

Zakończenie sezonu

6 września

Wymagania energetyczne basenu w sezonie pływackim są mierzone na pozio

mie 546 [MWh] a szacunek RETScreen (-3%) jest na poziomie 528 [MWh], Energia
z kolektorów słonecznych jest mierzona w 152 [MWh] z wydajnością systemu około
38%; RETScreen przewiduje 173 [MWh] (+14%) i odpowiednio 44% wydajności,.
Co do ciepłej wody grzewczej błędy w szacunkach RETScreen mieszczą się w za
kresie wymaganym dla wstępnej wykonalności i analizy wykonalności.

4.11 Podsumowanie

W tym rozdziale zostały przedstawione szczegółowo algorytmy wykorzystywa

ne przez RETScreen Solar W eather Heating Project Model. Algorytm obliczania na

tężenia oświetlenia, obliczenia zmiennych środowiskowych takich ja k temperatura
nieba oraz model kolektora są wspólne dla wszystkich zastosowań. Energia dostar

czona przez ciepłą wodę z układu z magazynowaniem oceniana jest m etodą/-Chart.
W układach bez magazynowania, używana jest metoda użyteczności. Ta sama me
toda je st również stosowana do oszacowania ilości energii aktywnie zbieranej przez
systemy basenu. Straty i bierne zyski słoneczne w basenie są szacowane przez od
dzielny algorytm. Przez porównanie przewidywań modelu RETScreen z wynikami

programów symulacyjnych i monitorowanymi danymi wynika, że dokładność RET

Screen Solar Wather Heating Project Model jest doskonałym modelem pomocny w

obliczeniach dla studium wykonalności projektu. W szczególności należy wziąć pod
uwagę fakt że RETScreen w ymaga jedynie 12 punktów danych w porównaniu do

8760 punktów danych godzinowych dla większości modeli symulacyjnych.

4.12 Przykład wym iarowania instalacji przez Systemy Solam e z Krakowa

4.12 Przykład wymiarowania instalacji

przez Systemy Solarne z Krakowa
(www. kolektory.krakow.pl)

4.12.1 W ymiarowanie powierzchni kolektorów

Ogólne wskazówki doboru dla kolektorów słonecznych, jakie m ożna wykorzy

stywać w rachunku inżynierskim zakładają maksymalny dzienny uzysk ciepła, jako

3,5[kWh/m2] dla kolektora płaskiego. Odpowiada to ilości ciepła niezbędnego do

podgrzania 50 litrów wody od temperatury 10 dO 60°C. Tak więc znając ilości po
boru dziennego c.w.u., można w ten sposób dobrać wstępnie wymaganą pow ierzch
nię kolektora słonecznego.

Tabela 6: Zależności powierzchni od zapotrzebowania

1 m2 kolektora płaskiego

3,5 [kWh]

50 dm3 wody AT = 50°C

(podgrzanie od 10°C do 60°C)

3,5 [kWh]

4.12.2 W ymiarowanie dla instalacji c.w.u. (ciepłej wody użytkowej)

Przedstawione na wykresie liniowe wymiarowanie przeznaczone jest dla ma

łych oraz średniej wielkości systemów. M a ono na celu pomóc w takim zaprojekto
w aniu systemu, by w okresie gdy nie jest używane centralne ogrzewanie, zapotrze
bowanie na c.w.u. Pokryte zostanie w 95%.

1 m

2 kolektora płaskiego podgrzewa około 50 1 wody do temperatury 60°C na

dzień. Zbiornik musi być tak dobrany, by mógł bez problemu przekazywać nagrza
ną wodę do użytku przez 2-3 pochmurne dni. Zasobniki solarne posiadają doskona
łą izolację, by ograniczyć straty do minimum.

Izolacja orurowania powinna posiadać najbardziej odpowiadającą rurze średni

cę. Wymagany jest do tego materiał o odporności 140°C. Do w ykonania izolacji we
wnętrznej polecana jest wełna mineralna lub izolacja kauczukowa, natomiast na ze
wnątrz izolacja odporna na UV.

Wytyczne projektowe:
• kolektor płaski: na osobę około 1,5 - 2,0 m

• wielkość zbiornika: na osobę 50 - 100 1
• nachylenie kolektorów: 30° - 60°

1 0 0

4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)

N o m o g r a m d o b o r u k o l e k t o r ó w p ł a s k i c h

zbiornika''

Powierzchnia kolektora

Ilość osób

Nomogram 1: Nomogram doboru kolektorów płaskich.

Przykład obliczeniowy:

• Dane:

6 osób
501 na osobę na dzień

od kwietnia do września

• Wynik:

zbiornik 6001
kolektory

12 m2

4.12.3 W ymiarowanie dla instalacji wody basenowej

D obór pola kolektorów dla potrzeb wspomagania instalacji technologii pod-

grzewu wody basenowej zależy w głównym stopniu od rodzaju basenu. Największe
straty ciepła generuje lustro wody, dlatego też zabudowa basenu m a w tym przypad
ku decydujące znaczenie

N a potrzeby doboru powierzchni kolektorów baseny dzieli się na: kryte, odkry

te z izolacja lustra, odkryte bez izolacji lustra.

W celu przeprowadzenia szacunkowego doboru można użyć diagramy określa

jącego powierzchnię czynną kolektorów w zależności od:

• powierzchni lustra wody [m2]
• temperatura wody basenowej [°C]

4.12 Przykład wymiarowania instalacji przez Systemy Solame z Krakowa

101

• ukierunkowania kolektorów
• typu basenu

N omogram zakłada średnią głębokość basenu

1,5

Orientacja

Temperatura

Minimalna powierzchnia czynna kolektora [m2]

term iczną

lustra

(0,6°)

Odkryty

bez izolacji

termicznej

lustra

(0,61

Typ basenu

Nomogram 2: Nomogram dla basenu.

Inny producent kolektorów podaje, że powierzchnia kolektorów, które mają

ogrzewać wodę (lecz nie podaje temperatury, jaka będzie utrzymywana w basenie):

basen kryty - ok. 40% powierzchni jego lustra wody,
basen otwarty - ok. 70% tej powierzchni.

102

4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)

4.12.4 W ym iarowanie dla systemów c.o. (centralne ogrzewanie)

W spomaganie c.o. można zastosować jedynie do ogrzewania podłogowego. Nie

mniej jednak w warunkach Polskich nie jest to ekonomicznie uzasadnione. Zbyt w y

sokie koszty inwestycyjne przy bardzo długim okresie zwrotu.

Szacunkowe wytyczne projektowe zakładają przy ogrzewaniu podłogowym

zastosowanie 1 [m2] powierzchni kolektora płaskiego na każde 5 [m2] powierzchni

mieszkalnej.

4.12.5 Efektywność pracy kolektorów

Efektywność pracy kolektora słonecznego i całej instalacji, zależy od zakłada

nego pokrycia potrzeb ciepła. Jeżeli dla tego samego obiektu dla tych samych po
trzeb ciepła, będziemy zwiększać przy doborze powierzchnię kolektorów słonecz

nych, to oczywiście będzie się zwiększał stopień pokrycia ciepła ( %/rok), ale jedno
cześnie - zmniejszała efektywność jego pracy (wyrażona jako sprawność lub jako
uzysk ciepła w [kWh/m2 rok])

Powierzchnia kolektorów [m 2]

— Stopień pokrycia potrzeb

----- Sprawność ukiadu solarnego

Wykres 22: Efektywność pracy kolektorów.

M ałe instalacje z kolektorami słonecznymi wykazują wysoką oszczędność rocz

ną na kosztach przede wszystkim podgrzewu c.w.u., ale są wyraźnie mniej efektyw
ne (uzyskują mniej ciepła z powierzchni, [kWh/m2 rok]) niż instalacje duże, gdzie
w skutek niezbędnego ich niedowymiarowania (ograniczenie powierzchni zabudo
wy, ograniczenie kosztów inwestycyjnych) pokrycie potrzeb ciepła jest znacznie
niższe, a uzyski ciepła znacznie wyższe.

Specyfika pracy instalacji małej ("M l") oraz dużej ("DI") z kolektorami sło

necznymi:

4.12 Przykład wym iarowania instalacji przez Systemy Solam e z Krakowa

10 3

Wykres 23: Stopień pokrycia potrzeb ciepła od uzysku ciepła kolektora słonecznego.

4.12.6 Natężenie przepływu czynnika grzewczego

w instalacjach solarnych

Rozróżniamy dwa zakresy prędkości przepływu płynu solarnego w instalacjach

solarnych:

High-Flow - dla małych instalacji (domy jednorodzinne) - zależny od budowy

kolektora, waha się od 35 do 80 [dm3/h-m2] powierzchni kolektora.

Low-Flow - dla dużych instalacji solarnych - dobierany indywidualnie do kon

kretnej instalacji w zakresie od 25 do 40 [dm3/h-m2] powierzchni kolektora.

Tabela 7: Natężenie przepływu czynnika grzewczego

Rodzaj przepływu

Wydatek przepływu

d m 3/ h - m 2 k o le k to r a

Zastosowanie

HIGH-FLOW

3 5 - 5 0

małe instalacje, domki

jednorodzinne

LOW-FLOW

2 5 - 4 0

duże instalacje

Natężenie przepływu High-Flow sprawdza się ju ż w instalacjach średnich,

a w instalacjach dużych możliwe jest jeszcze dalsze zmniejszenie wskaźnika natę
żenia przepływu nawet do 15 [dm3/h-m2] powierzchni kolektora. Optymalny dobór
natężenia przepływu możliwy jest jedynie z wykorzystaniem programów kompute
rowych.

104

4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)

Natężenie przepływu Low-Flow w dużej instalacji zapewnia w ysoką efektyw

ność pracy przy jednoczesnym zmniejszeniu kosztów inwestycji (średnice prze
wodów, pompa obiegowa, ilość czynnika grzewczego) oraz eksploatacji (mniejsza
pompa obiegowa).

W małej instalacji natężenie przepływu wpływa znacząco na efektywność pra

cy kolektorów słonecznych i dopiero od natężenia 40 [dm3/h-m2\ osiągana jest w y

soka wartość efektywności.

W dużej instalacji, widoczne jest natom iast to, że ju ż niskie natężenie przepły

wu 15-20 \dm3/h-mr] pozw ala na uzyskanie wysokiej efektywności pracy, a dalsze

jej zwiększanie nie zwiększy uzysków ciepła z kolektorów słonecznych, a jedynie

podwyższa koszty inwestycji i eksploatacji.

N atężen ie p rz ep ływ u [d m

/ m

xh]

Wykres

24: Uzysk ciepła od natężenia przepływu.

4.12.7. Kolektory słoneczne w odniesieniu do dużych instalacji

W przypadku instalacji dużych lub nawet małych, gdy w jednej baterii praco

wać musi kilka kolektorów słonecznych, cechy budowy kolektora odgrywają decy
dującą rolę dla zapewnienia korzystnego efektu pracy. Zaletą kolektorów płaskich
z wężownicowym układem przewodów czynnika grzewczego jest wysoce stabilna

praca pod względem hydraulicznym. Opory przepływu wężownicy są na tyle w y

sokie, że w porównaniu do niej opory przewodów łączących kolektory słoneczne
(w baterii) są pomijalne. Oznacza to, że dla każdego kolektora w baterii, niezależnie
od miejsca jakie on zajmuje, zagwarantowane je st praktycznie identyczne natężenie
przepływu czynnika grzewczego.

4.12 Przykład w ym iarow ania instalacji przez Systemy Solam e z Krakowa

105

W przypadku kolektorów o przepływie harfowym, pracujących w baterii, sytu

acja nie jest ju ż tak korzystna. Opory przepływu przez kolektory są niewielkie i po

równywalne do oporów przepływu czynnika grzewczego przez przewody zbiorcze
poziome (łączące kolektory w baterii). Im dalej więc znajduje się w baterii tego typu

kolektor, tym bardziej narażony jest na mniejszy przepływ czynnika grzewczego

i zbyt niski odbiór ciepła.

Ponadto kolektory harfowe wykonane są najczęściej z aluminium lub stali. M a

teriały te charakteryzują się dużo mniejszą przewodnością cieplna niż absorbery w y

konane z miedzi w kolektorach płaskich. W przypadku aluminium wartości przewod

ności cieplnej są dwukrotnie, natom iast stali siedmiokrotnie mniejsze niż miedzi.

€

A = 3 7 6

W/mK

A = 5 0

W/mK

KOLEKTOR PŁASKI

WSPÓŁCZYNNIK PRZEWODZENIA
CIEPŁA - ABSORBER MIEDZIANY

KOLEKTOR HARFOWY

WSPÓŁCZYNNIK PRZEWODZENIA

CIEPŁA - ABSORBER STALOWY

oooocooooooo

5. BADANIA KOLEKTORÓW

SŁONECZNYCH ZGODNIE Z EN i PN

5.1. Normy europejskie i polskie dotyczące

kolektorów słonecznych oraz instalacji

z nimi związanych

Każde urządzenie wprowadzane do użytku musi posiadać stosowne dopuszcze

nia i być zgodne z określonymi normami. Dotyczy to również kolektorów słonecz
nych oraz kompletnych słonecznych systemów grzewczych. Producenci oraz firmy

dystrybuujące kolektory słoneczne i ich poszczególne komponenty systemu, zleca

ją uprawnionym instytucją certyfikującym wykonanie badań zgodnie z obowiązują

cymi normami.

W Unii Europejskiej i w Polsce wykorzystywane są następujące normy, doty

czące kolektorów słonecznych oraz instalacji solamych:

• PN-EN ISO 9488:2002. Energia słoneczna - Terminologia.

• PN-EN 12975-1:2007. Cieplne instalacje słoneczne i ich elementy - Kolek

tory słoneczne - Część 1. Wymagania ogólne.

• PN-EN 12975-2:2007. Cieplne instalacje słoneczne i ich elementy - Kolek

tory słoneczne - Część 2. Metody badań.

• PN-EN 12976-1:2007. Cieplne instalacje słoneczne i ich elementy - Urzą

dzenia wykonywane fabrycznie - Część 1. Wymagania ogólne.

• PN-EN 12976-2: 2007. Cieplne instalacje słoneczne i ich elementy - Urzą

dzenia wykonywane fabrycznie - Część 2. Metody badań.

• PN-EN 12977-1:2007 Słoneczne systemy grzewcze i ich elementy - Urzą

dzenia wykonywane na zamówienie - Część 1: Wymagania ogólne.

• PN-EN 12977-2:2007 Słoneczne systemy grzewcze i ich elementy - Urzą

dzenia wykonywane na zamówienie - Część 2: Badania.

• PN-EN 12977-2:2007 Słoneczne systemy grzewcze i ich elementy - Urzą

dzenia wykonywane na zamówienie - Część 2: Metody badań eksploatacyj

nych zasobników słonecznych podgrzewaczy wody.

W normie PN-EN ISO 9488:2002 zdefiniowano podstawowe terminy dotyczą

ce energii słonecznej.

Zdecydowana większość wszystkich badań kolektorów słonecznych, wyko

nywanych przez laboratoria badawcze, dotyczy tylko badań wydajności cieplnej,
głównie przebiegów ich sprawności cieplnej.

106

5.1. Norm y europejskie i polskie dotyczące kolektorów słonecznych

107

Certyfikatem potwierdzającym wysoką jakość kolektorów słonecznych jest cer

tyfikat Solar Keymark. Znak Solar Keymark został wprowadzony przez Europejską
Federację Przem ysłu Solam ego Ciepłego (European Solar Thermal Industry Fede-

ration - ESTIF) we współpracy z Europejskim K omitetem Standaryzacji (European

Comittee for Standardization), którego członkiem jest także Polska. Certyfikat Solar
Keymark świadczy o zgodności produktu z europejskimi normami EN 129775 i EN

12976, a także z normą zarządzania jakością ISO 9000.

5.1.1. Norma PN-EN 12975-1:2007 oraz PN-EN 12975-2:2007

Normy PN-EN 12975-1:2007 oraz PN-EN 12975-2:2007 określają wymaga

nia oraz określają metody badań w celu stwierdzenia trwałości, a także wyznaczanie

trzech m etod badań charakterystyk cieplnych cieczowych kolektorów słonecznych.

Normy przyjmują się w ustalonych lub ąuasi-dynam icznych warunkach cieplnych,

a ponadto opisane są sposoby oraz urządzenia do badań ich trwałości, niezawodno

ści i bezpieczeństwa użytkowania. Badanie kolektorów można przeprowadzać „na
zewnątrz” - wykorzystując naturalne promieniowanie słoneczne lub też „wewnątrz”

- przy pomocy symulatora promieniowania słonecznego.

Normy nie dotyczą kolektorów, które posiadają jednostkę magazynującą jako

integralną ich część wtedy gdy nie można oddzielić proces pozyskiwania ciepła od

procesu magazynowania.

5.1.2. Norm a PN-EN 12976-1:2007 oraz PN-EN 12976-2: 2007

Normy PN-EN 12976-1:2007, PN-EN 12976-2: 2007 opisują wymagania i spo

soby badań kompletnych instalacji grzewczych wyposażonych w kolektory słonecz

ne oraz metodę oszacowania rocznej wydajności cieplnej instalacji. W niniejszych
normach zamieszczono również dwie metody wyznaczania charakterystyk ciepl

nych poprzez badanie całego układu.

Wymagania norm stosuje się do fabrycznych systemów grzewczych ja k do po

jedynczego produktu. Nie omówiono instalacji tych systemów, ale podano wyma

gania dotyczące dokumentacji montażu i użytkowania, dostarczonych wraz z solar-

nym systemem.

Ze względu na raczej niekorzystne warunki nasłonecznienia są raczej rzadko

stosowane w naszych szerokościach geograficznych, natom iast są bardzo popularne

w krajach Europy Południowej.

5.1.3 PN-EN 12977-1:2007, PN-EN 12977-2:2007

oraz PN-EN 12977-3:2007

N orm y te dotyczą wymagań i badań instalacji wykonanych na zamówienie czyli

zestawów solarnych nie mających przeprowadzonych badań jako całości.

Kolektory słoneczne muszą być wyprodukowane z odpowiednich materiałów

i być wykonane w taki sposób aby posiadały odporność na wszystkie oddziaływania,

108

5. Badania kolektorów słonecznych zgodnie z EN i PN

jakie mogą wystąpić w trakcie ich eksploatacji a jednocześnie winny po wystąpieniu

takiego oddziaływania zachować zdolność do dalszego działania.

N orm a PN-EN 12977-3 ma zastosowanie do zasobników o nominalnej pojem

ności w zakresie 501 a 30001, jednakże norm a ta nie m a zastosowania w przypad
ku zasobników dwufunkcyjnych. Badania wydajności zasobników dwufunkcyjnych

są określone w prCEN/TS 12977-4. Norma ta powołuje dokumenty: EN 12828, EN

12897, EN ISO 9488:1999 oraz ISO 9459-5.

5.2 Kolektory słoneczne jako obiekt badań

5.2.1. Schemat blokowy obiektu badań

Przed badaniem kolektorów słonecznych, należy najpierw zebrać odpowiednie

dane dotyczące kolektorów jak i też warunki eksploatacyjne.

KOLEKTOR

SŁONECZNY

Rys. 5.1

Schemat blokowy określający własności kolektora słonecznego.

Parametry X n (parametry wejściowe), badane, zmienne:

• temperatura otoczenia t 0 [°C],

• temperatura płynu na w locie do kolektora t;n [°C],
• natężenie promieniowania słonecznego G [k K /m 2],
• masowe natężenie przepływu czynnika m [ k g / s ] ,

• kąt padania składowej bezpośredniej promieniowania słonecznego 9 [°],
• prędkość powietrza przepływającego równolegle do płaszczyzny osłony ko

lektora v [ m /s \ .

Parametry Yk (parametry wyjściowe: cieplne, energetyczne, przepływowe),

optym alizowane:

• sprawność V [—],

• sprawność optyczna t

)0 [—],

• liniowy współczynnik strat ciepła

[ W / m 2K \ p rzy ( t m — t a ) =

• nieliniowy współczynnik zależności strat ciepła

od temperatury a

2 [ W / m 2K],

• strumień energii użytecznej Qs [W ],

• strumień strat ciepła Qstr [W ],
• temperatura czynnika na wylocie z kolektora t e [°C].

Parametry stałe Z m (Z m = c o n s t ):

• powierzchnia absorbera kolektora A

[m ],

• powierzchnia brutto kolektora A c [ m 2],
• powierzchnia czynna (apertury) A a [m 2],

• ciepło właściwe cieczy roboczej cw \J/ k g K \ ,
• współczynniki absorpcji i emisji prom ieniowania dla absorbera a,s,

• transmisyjność osłony r [ W / m 2K],

Szumy S; - czynniki wpływające w m ałym stopniu na wiarygodność modelu

(np. obliczeń), trudne do zidentyfikowania.

5.2.2. Model m atematyczny obiektu badań

Model matematyczny obiektu badań:

7 1 7 ^

S Z U m y

Yk = f ( X v X 2

X n _ 1, X n )

M odel matematyczny 1° (liniowy) - badania rozpoznawcze:

_ n

= b 0 + ^

b f l i + ^

bi]X iX j

i=i

i= i

7 = 1

M odel matematyczny 11° (nieliniowy) - badania optymalizacyjne

7 i

Yk = b 0 + ^

b iX i + ^

b ijX iX j + ^

b u X f

1= 1

= 1

i= l

7=1

5.2 Kolektory słoneczne jak o obiekt badań

1 0 9

(5.1)

(5.2)

(5.3)

(5.4)

110

5. Badania kolektorów słonecznych zgodnie z EN i PN

5.3 Badania eksploatacyjne

kolektorów cieczowych

N orm a podaje trzy warianty badania charakterystyki kolektorów słonecznych,

dla kolektorów słonecznych z osłoną stosuje się wariant pierwszy i trzeci:

• Kolektory słoneczne z osłoną w warunkach stanu ustalonego

(z uwzględnieniem spadku ciśnienia).

• Kolektory słoneczne bez osłony w warunkach stanu ustalonego

(z uwzględnieniem spadku ciśnienia).

• Kolektory z osłoną i bez osłony w warunkach ąuasi-dynamicznych.

Badanie ma na celu wyznaczenie krzywej sprawności oraz związanej z nią krzy

wej opisującej moc kolektora przy określonym promieniowaniu słonecznym.

N a wykresie charakterystyki przedstawiono przebieg sprawności przetwarza

nia promieniowania słonecznego na ciepło w zależności od tzw. temperatury zredu
kowanej kolektora słonecznego 7 ^ , czyli różnicy średniej temperatury w kolekto
rze i temperatury otoczenia, uwzględniając natężenie prom ieniowania słonecznego.
Wykres ten stanowi podstawę do oszacowania wydajności cieplnej badanego kolek
tora słonecznego. Problematyczne jest, to że norm a PN-EN 12975-1 „W ymagania”,
stwierdza, że kolektor powinien posiadać taką charakterystykę, natom iast nie okre

śla jej minimalnych parametrów.

Daje to pole do dowolności w porównywaniu kolektorów pomiędzy sobą,

zwłaszcza w organizowanych przetargach. Większość producentów porównuje m ię

dzy sobą sprawność optyczną, czyli sprawność w chwili, kiedy tem peratura zredu
kow ana jest równa temperaturze otoczenia i straty ciepła są ograniczone do m ini
mum (przecięcie krzywej z osią rzędnej). Wartość ta niestety ale nie decyduje o rze
czywistej wydajności cieplnej kolektora słonecznego (tzn. parametru najbardziej in
teresującego potencjalnego użytkownika).

Obecnie rozwiązaniem tego problemu je st podany na stronie internetowej ES-

TIF-u przykładowy zestaw przebiegów sprawności typowych kolektorów (otrzyma
nych jako średnia z licznych badań przeprowadzanych przez laboratoria badawcze

- http://www.estif.org/solarkeymark/theory/eff-en.xls) i możliwość po wstawieniu

danych otrzymanych z badań charakterystyki posiadanego kolektora (zielone pola
i zielona krzywa) oraz porównania jego charakterystyki z podanymi. I tak: czerwona
krzywa określa przebieg sprawności dla typowego kolektora próżniowego - czarna
płaskiego, zaś niebieska dla kolektora słonecznego bez osłony. Zaleca się, aby uzy
skana krzywa badanego kolektora znajdowała się powyżej krzywej charakterystyki
odniesienia danego typu kolektora (rysunek 5.2).

S p ra w n o ść kolektora

5.3 Badania eksploatacyjne kolektorów cieczowych

111

Wprowadzić dane w zielonych polach

Sprawność optyczna, nO:

I H M J -

Współczynnik strat ciepła przy (Tm - Ta) = 0, a1:

E JW / (m 2*K)

Współczynnik zależności strat ciepła od temperatury, a2:

IÆ!£üJw/(m2*K2)

Różnica temperatur pomiędzy cieczą w kolektorze, a otoczeniem, Tm - Ta:

50,0

Natężenie promieniowania słonecznego na powierzchnię kolektora, G:

K m il w / m 2

Sprawność kolektora, n:

0,519|-

Typowe sprawności kolektorów

Tm-Ta [K]

P r ó ż n io w y

Plaski — ■ B ez osłony

W g wprowadzonych danych

Jan Erik Nielsen, ESTIF, 2006

Rys. 5.2 Sprawność kolektorów [38],

Problem ten ma być w pewien sposób rozwiązany poprzez wprowadzenie nor

m y prEN 15316-4.3:2006 - Heating Systems in buildings - Method for calcula-
tion o f system energy requirem ents and system efficiencies. Przedstawiona zostanie
w jednoznaczny sposób metoda i założenia do program u symulacyjnego do oblicza

nia wydajności cieplnej kolektorów słonecznych dla konkretnych, wybranych loka
lizacji i w oparciu o otrzymane z badań parametry cieplne kolektora słonecznego

oraz referencyjną instalację.

5.3.1. S chem at i opis stanow iska pom iarow ego

Stanowisko pomiarowe (rysunek 5.3) powinno być tak zbudowane aby umożli

w ić w yznaczania charakterystyk cieplnych, dzięki pomiarze oraz rejestracji wym a

ganych do tego danych. Odczytanie prom ieniowania słonecznego odbywa się na pi-
ranometrze (19). Kąt padania bezpośredniego prom ieni słonecznych na powierzch

112

5. Badania kolektorów słonecznych zgodnie z EN i PN

nię kolektora wyznaczana się za pomocą urządzenia (24). W celu wyznaczenia pro

mieniowania cieplnego na aperturze stosuje się pyrgeom etr (20). Czujniki tem pera
tury odczytujące temperaturę czynnika grzewczego z w yjścia jak i tez z wejścia po

w inny być zlokalizowane nie dalej niż 200 m m od kolektora. Czujniki te powinny

być także zanurzone w czynniku roboczym oraz dobrze zaizolowane, zaleca się mie
szanie czynnika.

Rys. 5.3

Schemat stanowiska pomiarowego do badania charakterystyk cieplnych kolek

torów słonecznych. 1 - Czujnik temperatury powietrza otaczającego

(ta),

2 - Czujnik temperatury (le),

- Odpowietrzenie,

- Rura zaizolowana, 5 -

Kolektor słoneczny,

- Podgrzewacz/oziębiacz do podstawowej kontroli

temperatury, 7 - Manometr, 8 - Zawór bezpieczeństwa, 9 - Naczynie zbior
cze, 10 - Pompa, 11 - Zwór obejściowy, 12 - Zwór regulacji przepływu,

1 3 - Filtr (200pm), 1 4 -W ziernik, 1 5 -Przepływ om ierz,

1 6

-W tó rn y regulator

temperatury, 17 - Generator sztucznego wiatru, 18 - Czujnik temperatury

19 - Pyrgeometr, 20 - Pyranometr, 21 - Anemometr.

5.3 B adania eksploatacyjne kolektorów cieczowych

113

5.3.2 W ym agane w a ru n k i b a d a n ia

N orm a podaje warunki w jakich powinno się przeprowadzać miarodajne wyniki,

• niebo powinno być przejrzyste,
• natężenie promieniowania słonecznego powinno wynosić

minimalnie 700 [W/m2],

• promieniowania rozproszonego jeśli jest w iększy niż 30% to należy zanie

chać badanie, przy udziale mniejszym niż 30% promieniowanie rozproszo
ne m ożna pominąć,

• dla kolektorów płaskich kąt padania nie powinien przekraczał

20°,

• strumień czynnik a roboczego powinien wynosić ok.

0,02 [kg/s] na metr

kwadratowy powierzchni aparatury kolektora,

• odchylenia wartości przepływu powinny nie przekraczać ±

1 %,

• średnia prędkość w iatru powinna wynosić 2-4 [m/s].

Pomiary m ożna przeprowadzać wówczas gdy nastąpi ustalenie się wszystkich

parametrów. Czas minim alny rozpoczęcia pomiarów jest równy co najmniej cztero

krotnej wartości stałej czasowej gdy stała nie jest znana pomiary można przeprowa
dzać po 15 minutach. Pomiary powinny trwać także wartości czterokrotnej stałej cza
sowej lub minim um 10 minut. Za stan ustalony uznaje się stan układu gdy określone

parametry w czasie pomiarów m ieszczą się dopuszczalnych odchyleniach, w tabeli

5.1 zawarto dopuszczalne odchylenia jakie przewiduje norma dla stanu ustalonego.

Tab. 5.1 Dopuszczalne odchylenia mierzonych wartości parametrów

ze względu na stan ustalony [15].

Parametr

Dozwolone odchylenie od wartości średniej

Natężenie promieniowania słonecznego

± 5 0

W / m 2

Temperatura powietrza otaczającego

(w pomieszczeniu)

ta = ± l K

Temperatura po otaczającego

(na zewnątrz)

± 1,5

Strumień masy płynu

± 1 %

Temperatura płynu na wlocie

do kolektora

t;„

± 1

5.3.3 Przebieg b a d a n ia

A by wyznaczyć charakterystykę cieplną kolektora należy badać kolektor w za

kresie jego temperatury pracy w warunkach czystego nieba. Punkty pomiarowe, na

114

5. Badania kolektorów słonecznych zgodnie z EN i PN

leży wyznaczyć co najmniej dla czterech wartości temperatur na wlocie do kolekto

ra w równych odstępach między ich wartościami. Dla pierwszego punktu pomiaro

wego tem peratura na w locie t;n , temperatura powinna być jak najbliższa tem pera
turze otoczenia t a (dopuszczalna jest różnica ± 3 [°C]). Punkt ten służy do wyzna

czenia sprawności optycznej kolektora r)0 . Ostatni punkt pomiarowy powinien być
tak przeprowadzony aby zredukowana różnica temperatury T ^ była rów na nie mniej

niż 0,09. Dla każdej temperatury na wlocie należy dobrać nie mniej niż cztery punk

ty pomiarowe. W efekcie otrzyma się 16 punktów pomiarowych, na podstawie któ

rych będzie można wyznaczyć charakterystyki cieplne kolektora. D la kolektorów

o stałym zamocowaniu wskazane jest przeprowadzenie tak pomiarów aby tyle samo

punktów pomiarowych wykonać przed południem co po południu danego dnia.

Każdy punkt pomiarowy powinien się składać z następujących wartości zmie

rzonych:

• temperatura otoczenia t a [°C],

• temperatura czynnika roboczego na wlocie do kolektora tin [°C],
• temperatura czynnika roboczego na wylocie z kolektora t e [°C],
• strumień masy czynnika roboczego m [ k g / s ] ,

• kąt padania składowej bezpośredniej promieniowania słonecznego 9 [°] (kąt

ten m ożna również wyznaczyć z obliczeń),

• natężenie promieniowania całkowitego

na powierzchnię kolektora G [ W / m 2],

• prędkość powietrza przepływającego równolegle do płaszczyzny osłony ko

lektora v [ m /s ] ,

5.3.4. W yznaczenie charakterystyk cieplnych kolektora słonecznego

Moc użyteczna jest określona wzorem:

Q = rhC fA T [W ]

(5.5)

gdzie:

m [ k g / s ] - przepływ masowy cieczy roboczej,

_ c’eP^° właściwe cieczy roboczej (odczytać z tablic),

AT = t e — t in [/ć] — różnica temperatur cieczy pomiędzy w ylotem a wlotem

z kolektora,

t m = tjn + — [°C] — średnia temperatura płynu w kolektorze.

Energia promieniowania słonecznego Q na powierzchni kolektora jest wyrażo

na wzorem:

Qs = AG [W ]

(5.6)

N atom iast energia słoneczna przechwycona przez kolektor:

Q = A G g

[W ]

(5.7)

gdzie:
AG - pozyskana energia słoneczna, gdzie powierzchnia jest: powierzchnia ab

sorbera A

(jeśli odnosi się do powierzchni absorbera) i powierzchnia aparatury A a

(jeśli dotyczy pola aparatury),

T] — sprawność chwilowa kolektora.
Zestawiając powyższe wzory otrzymuje się w zór na chwilową sprawność ko

lektora, która jest zdefiniowana jako iloraz mocy użytecznej kolektora do mocy pro

m ieniowania słonecznego w danej chwili:

m C fA T

77=^ = - ^

(58)

Do wyznaczenia charakterystyki wykorzystywana jest tzw. zredukowana różni

ca tem peratur 7 ^ płynu przenoszącego ciepło w kolektorze, temperatura ta uw zględ

nia natężenie promieniowania słonecznego oraz temperaturę otoczenia:

K =

(5 9 )

Podstawową funkcją przedstawiającą sprawność kolektora, w zależności od

temperatury zredukowanej, je st krzywa wyrażona równaniem:

9 = g 0 - a 1T ^ - a 2G ( T ^ ) 2 [ - ]

(5.10)

gdzie:
r)0 — sprawność kolektora słonecznego przy zerowych stratach do otoczenia,

określana jako „sprawność optyczna”, szczytowa wartość sprawności całego kolek

tora wynikająca z sprawności absorbera i szklanej osłony,

a-i [ ~ i ] — liniowy współczynnik start ciepła przy ( t m — t a ) =

a 2

— nieliniowy współczynnik zależności strat ciepła od temperatury.

Charakterystykę opisana powyżej m ożna także odnieść do różnych powierzch

ni, stosując elementarne przekształcenia:

r i

ViA ~ Via T "

(5.11)

n A

i =

0,1 ,2 .

( n —

1 )

5.3 Badania eksploatacyjne kolektorów cieczowych

115

n — ilość punktów pomiarowych

116

5. Badania kolektorów słonecznych zgodnie z EN i PN

Wyznaczenie charakterystyki cieplnej kolektora słonecznego opiera się na po

miarze temperatury czynnika w kolektorze t e oraz temperatury otoczenia t a. Cha
rakterystykę cieplną wykreśla się za pom ocą równania, otrzymanego z równań w y
żej przedstawionych:

Q = AG J?0 “ « i-

- a 2 -

O-m

^ a )

[W ]

(5.12)

5.4 Parametry opisujące stan nieustalony

kolektora słonecznego

N orm a PN-EN 12975-2:2007 poza charakterystyką sprawnościową opisuje tak

że inne parametry cieplne kolektora słonecznego oraz sposoby ich wyznaczania: sta

ła czasowa, pojemność cieplna oraz współczynnik kąta padania.

• Stała czasowa (

sc) - jest to czas reakcji warunków cieplnych kolektora sło

necznego na zmiany natężenia prom ieniowania słonecznego spowodowa

ne np. zachmurzeniem. W yznaczenie stałej czasowej polega na wystawie
niu kolektora na działanie promieniowania słonecznego lecz z przykryciem

go odpowiednim ekranem, który m a za zadanie nie przepuszczenie promieni

na kolektor. W czasie gdy kolektor uzyska stabilne warunki cieple ekran jest
zdejmowany. Stała czasowa, je st to okres czasu od momentu zdjęcia ekranu

do momentu osiągnięcia określonej przez normę temperaturę.

• Pojemność cieplna (C ) - kolektora jest wyrażona w postaci sumy iloczynów

masy elementów kolektora wraz z przepływającym przez niego czynnikiem

grzewczym oraz ich ciepła właściwego.

• W spółczynnik kąta padania - współczynniki poprawkowy, współczynnik

ten uwzględnia kąt padania promieni słonecznych na powierzchnie kolekto
ra słonecznego przy wyznaczaniu jego sprawności cieplnej. Kolektory pła
skie są badane przy kącie padania 50°, natomiast kolektory próżniowo-ru-
rowe wykonuje się kilka pomiarów sprawności przy kątach różnych od zera
(np. 30°, 45°, 60°) wzdłużnego i poprzecznego (w stosunku do rur próżnio
wych) padania promieni.

Wyżej wymieniowe param etry pozw alają ocenić czy dany kolektor słoneczny

pracuje prawidłowo.

5.5 Badanie niezawodności cieczowych kolektorów grzewczych

117

5.5 Badania niezawodności cieczowych

kolektorów grzewczych

Norma PN-EN 12975-2:2007 określa poniższe badania:
• Badania odporności absorberów na ciśnienie wewnętrzne
Celem badania jest, określenie zakresu ciśnienia w jakim może pracować absor

ber kolektora słonecznego. Badanie to polega na napełnieniu orurowania absorbe
ra wodą, której tem peratura jest w zakresie 5-30°C oraz do podniesienia ciśnienia do

wartości 1,5 razy wyższej od wartości maksymalnej pracy kolektora. Czas trwania
badania to 15 minut, w tym czasie należy kontrolować absorber, w celu oceny ewen

tualnych uszkodzeń czy pęknięć i przecieków.

• Badanie odporności na wysoką temperaturę
Odporności kolektora na przyspieszony proces starzenia się (badania ekspozy

cyjne); badania prowadzone są przez minimum 30 słonecznych dni o nasłonecznie
niu wynoszącym każdego dnia minimum 14 MJ/m2\ badanie je st przeprowadzane
w okresie 2-5 miesięcy; kolektor nie może ulec jakim kolw iek uszkodzeniom lub wy

kazywać się nieszczelnością;

• Badanie ekspozycyjności

Odporności kolektora na wysoką temperaturę spowodowaną wysokim natęże

niem promieniowania słonecznego i brakiem odbioru ciepła; badanie jest prze-pro-

wadzane przynajmniej przez 1 godzinę przy temperaturze otoczenia minimum 20°C

i natężeniu promieniowania (słonecznego lub pod symulatorem promieniowania)

minimum 950 W /m2. Dodatkowo badanie pozwala na określenie maksymalnej uzy

skiwanej w kolektorze temperatury stagnacji; elementy kolektora nie mogą ulec ja

kim kolwiek uszkodzeniom;

• Badanie zewnętrznego szoku termicznego
Odporności kolektora na nagłe zmiany temperatury wywołane czynnikami ze

wnętrznymi (nagły opad deszczu przy wysokim nasłonecznieniu); kolektor jest do
prowadzany do temperatury zbliżonej do temperatury stagnacji, a następnie gwał
townie schładzany przez spłukiwanie zim ną wodą (symulacja deszczu) wywołuje to
naprężenia obudowy i jej przykrycia, ja k również powstają naprężenia w samym ab

sorberze; w wyniku badań nie mogą wystąpić pęknięcia czy deformacje elementów

kolektora;

• Badanie wewnętrznego szoku termicznego
Odporności kolektora na nagłe zmiany temperatury wywołane nagłym przepły

wem zimnej cieczy podczas gorącego słonecznego dnia; kolektor również jest do
prowadzany do temperatury zbliżonej do temperatury stagnacji, a następnie zim-

118

5. Badania kolektorów słonecznych zgodnie z EN i PN

na woda jest przepuszczana przez kolektor (symulacja załączenia pompy obiego

wej po okresie stagnacji); w wyniku badań nie mogą wystąpić pęknięcia, deforma

cje lub nieszczelności;

• Badanie przeciekania wody deszczowej

Odporności kolektora na przeciekanie wody do wnętrza (np. w skutek inten

sywnego opadu atmosferycznego); symulacja silnego deszczu odbywa się w okresie

4 godzin; przez kolektor przepływa ciepła woda; obudowa kolektora nie może umoż
liwić wnikania wody do wnętrza, ja k również nie powinno wystąpić zaparowanie

powierzchni wewnętrznej przykrycia kolektora; odporności kolektora na niskie tem

peratury (przeprowadzenie kilku cykli zamrażanie - odmrażanie), aż do tem peratu
ry -19°C; jest przeznaczone dla kolektorów, które m ają być stosowane tylko z pły

nem niezamarzającym, a zwłaszcza wyposażonych w systemy z zabezpieczeniem

w postaci opróżniania absorbera;

• Badanie odporności na zamarzanie

Badanie to należy przeprowadzać w komorze zimna, badanie polega na cyklicz

nej zmianie temperatury powietrza w komorze i na końcu każdego cyklu kolektor
powinien być ponownie napełniany wodą pod ciśnieniem roboczym. K olektor po

winien być poprawnie zamontowany oraz nachylony do powierzchni poziomej pod
najm niejszym kątem przewidzianym przez producenta. Jeżeli producent nie określił
takowego kąta kolektor należy ustawić pod kątem 30°;

• Badanie wytrzymałościowe
Obciążenia mechanicznego, którego zadaniem jest symulacje nacisków - do

datniego lub ujemnego (podrywanie) na kolektor słoneczny i jego zamocowanie mo
gące występować w wyniku działania silnego wiatru i zalegania śniegu; zarówno po
krycie kolektora, ja k i jego konstrukcja mocująca nie mogą wykazywać żadnego ro

dzaju deformacji i uszkodzeń.

• Odporność na uderzenie
Odporność powłoki przezroczystej na uderzenia; badanie wykonywane jest

przy pomocy metalowej kulki, o określonej masie, umocowanej na cięgnie, uderza

jącej z pozycji odchylonego do poziomu wahadła, w różne miejsca przykrycia i za

mocowań obudowy kolektora;

6. BADANIA KOLEKTORÓW SŁONECZNYCH,

PRZYKŁADY ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

6.1. Dydaktyczne Laboratorium Fizyczne

Uniwersytetu Gdańskiego

Wyznaczanie współczynnika sprawności kolektora słonecznego w różnych wa

runkach eksploatacji

6.1.1. Zagadnienia do opracowania.

1. Procesy przenoszenia ciepła:

a) przewodzenie ciepła:

• strumień energii,

• gęstość strumienia energii,

• współczynnik przewodnictwa cieplnego;

b) promieniowanie temperaturowe:

• prawo Kirchhoffa,

• wzór Stefana - Boltzmanna,

• prawo przesunięć Wiena,
• teoria Rayleigha - Jeans'a,

• kwantowa teoria Plancka;

c) dyfuzja:

• konwekcja,
• prawo Ficka.

2. Promieniowanie elektromagnetyczne Słońca.

3. Efekt cieplarniany.

4. Kolektor słoneczny:
a) rodzaje kolektorów;
b) budowa i zasada działania kolektorów słonecznych;
c) sprawność kolektora.

5. Budowa stanowiska pomiarowego oraz przebieg doświadczenia.

6.1.2. Zadania doświadczalne

Zapoznać się z układem pomiarowym przestawionym na rysunek 6.1 oraz

z opisem procedur pomiarowych zamieszczonych w Dodatku.

119

120

6. Badania kolektorów słonecznych, przykłady ćwiczeń Laboratoryjnych

Rys. 5.1. Stanowisko pomiarowe do badania własności kolektora słonecznego: 1 - lampa
halogenowa o mocy 1 kW,

- suszarka,

- kolektor słoneczny,

- sonda termoelektryczna,

5 - pompa wodna z miernikiem przepływu, 6 - zasilacz pompy wodnej, 7 - cyfrowy miernik
temperatury, 8 - rezerwuar z wymiennikiem ciepła

[34].

2. Ustawić kolektor prostopadle do wiązki światła lampy (kąt 00 na skali mocowa

nia kolektora).

3. Dokonać odczytu temperatury t 0 w pomieszczeniu.

4. Wyznaczyć współczynnik sprawności kolektora pracującego w różnych w arun

kach otoczenia, symulujących zjawiska występujące w środowisku, w tym wpływ
temperatury wody w rezerwuarze, obudowy zewnętrznej kolektora, oświetlenia

oraz wiatru (nawiewu zimnego powietrza). W tym celu przeprowadzić serie po
miarów temperatury £)„ na wejściu i t e na wyjściu kolektora oraz temperatury t r
w rezetwuarze dla warunków podanych w tabeli

6.1 i dla dwóch różnych pręd

kości przepływu wody m postępując zgodnie ze szczegółowym opisem pomia
rów w Dodatku.

Tab. 6.1. Symulowane warunki środowiska przy pomiarach [34].

izolacja

szyba

wiatr

oświetlenie

tin

[°C]

m [cm3 /min]

«10

100

«10

100

«20

100

«20

100

«40

200

«40

200

«40

200

«40

200

6.1. Dydaktyczne Laboratorium Fizyczne U niwersytetu Gdańskiego

121

5. N a podstawie otrzymanych wyników we wspólnym układzie współrzędnych

sporządzić wykresy zależności temperatur tin , t e oraz t r w funkcji czasu.

6. Obliczyć różnice temperatur na wejściu i wyjściu kolektora.
7. Obliczyć wartość współczynnika sprawności kolektora z pomiarów bez

oświetlenia ze wzoru:

to _ t r

ri =

(

6. 1)

gdzie:

t 0 - tem peratura otoczenia,

8. Obliczyć wartość współczynnika sprawności kolektora dla pomiarów

z oświetleniem korzystając ze wzoru:

Cw7Tl(te

t i n )

V =

------- ^ -------

(6.2)

gdzie:

t e

- tem peratura wody na wyjściu kolektora,

tin - temperatura wody na wejściu kolektora,
cw - ciepło właściwe wody, cw = 4 1 8 6 J / k g K ,

rń -p rę d k o ść przepływu wody; m = 1 0 0 c m 3/ m i n , m 2 = 2 0 0 c m 3/ m i n ,
A - powierzchnia czynna kolektora, A = 0 ,1 2 m 2,
G - natężenie padającego światła w odległości

70 cm od kolektora,

G = 1 k W / m 2

9. Obliczyć błędy współczynników sprawnościkolektorawyznaczonychzrównań

(1) i (2).

10. Otrzymane wartości sprawności kolektora przedstawić w postaci tabeli.

Przeprowadzić analizę wyników, określając wszystkie czynniki, jakie mogą

mieć wpływ na sprawność urządzenia.

6.1.3 Zestaw przyrządów

1. K olektor słoneczny.

2. Lampa halogenowa o mocy 1 kW.
3. W ymiennik ciepła.
4. Rezerwuar wymiennika.

5. Cyfrowy miernik temperatury.
6. Trzy sondy termoelektryczne.
7. Pompa wodna z zasilaczem.
8. Suszarka.
9. Grzałka.

10. Przymiar metrowy.
11. Stoper.

6.2. Wydział Energetyki i Paliw Akademii

Górniczo-Hutniczej w Krakowie

6.2.1. W ykonanie ćw iczenia

Zapoznaj się z e stanowiskiem pomiarowym, zidentyfikuj najistotniejsze ele

menty układu.

1 2 2

6. B ad an ia kolektorów słonecznych, p rz y k ła d y ćwiczeń L ab o ra to ry jn y ch

6.2. W ydział Energetyki i Paliw A kademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie

123

•

skrzynka rozdzielcza z zaworami;

•

pompy obiegowe -

2 szt.

•

przepływomierze -

2 szt.

•

manometry -

2 szt.

•

elektroniczne sterowniki -

2 szt.

•

ciepłomierz;

•

zaw ory poza skrzynką rozdzielczą;

•

zasobniki na ciepłą wodę.

2. Otwórz skrzynkę rozdzielczą i zapoznaj się z układem połączeń rurowych

i zaworów, zidentyfikuj wodomierz oraz czujniki temperatury zasilania i powrotu.

3. Zapoznaj się z ciepłomierzem i sposobem odczytu jego wskazań
U w aga: ciepłomierz ten je st przeznaczony do pracy w wodnych systemach

grzewczych, w przypadku pracy w systemach używających innego medium nale
ży przeskalować jego wskazania! O sposób przeskalowania zapytaj prowadzącego.

4. Odczytaj wskazania początkowe przyrządów pomiarowych znajdujących się

w instalacji.

• wielkości wskazywane przez ciepłomierz
• wskazanie wodomierza
• FT (fuel temperaturę) temperatura “paliwa“ (medium w kolektorze)

• RT (resem iar temerature) tem peratura w zbiorniku
• przepływy na przepływomierzach
• ciśnienia
• sprawdź czy pracuj ą pompy obiegowe
5. Zapoznanie się z elektronicznym sterownikiem instalacji kolektorowej

• zapoznaj się z instrukcją obsługi sterownika
• przełącz sterownik w tryb manualny:
otwieramy klapkę, naciskamy jednocześnie mode i strzałeczkę (enter) - przy

trzymujemy przez 3 sekundy, włączy się ekran z napisem o ff co oznacza, że pompa
obiegowa jest wyłączona, klawiszem enter zmieniamy stan na on - pompa pracuje.

• ustaw pompę na prace ciągłą.
6. Obsługa skrzynki rozdzielczej z zaworami
• narysuj schemat przepływu cieczy z kolektora płaskiego przez ciepło

mierz do zasobnika - w szczególności zwróć uwagę na ustawienie zaworów
w skrzynce rozdzielczej.

• ustal jakie ma być położenie zaworów, aby przez ciepłomierz przepływała

ciecz z kolektora próżniowego

• pod kontrolą prowadzącego dokonaj przełączenia zaworów
• sprawdź poprawność połączenia
• powróć do połączenia z punktu a)

7. Wypróbuj dławienie pompy

• załącz pompę obiegową na pracę ciągła

124

6. Badania kolektorów słonecznych, przykłady ćwiczeń Laboratoryjnych

• delikatnie zmieniaj położenie zaw oru przy pompie i jednocześnie obserwuj

w skazania odpowiedniego przepływomierza

• zmieniaj ustawienia zaworu od całkowitego zdławienia pompy do m aksy

malnego otwarcia

• ustaw przepływ na 1,5 l/min.
8. Praca instalacji przy zmiennym przepływie medium grzewczego
• wyniki pomiarów wykonanych w tym punkcie zapisuj do tabeli

6.2

• ustaw przepływ przez ciepłomierz z kolektora płaskiego

• przełącz sterownik na pracę ręczna, pom pa włączona

• sprawdź wartość przepływu, jeśli różna to ustaw na 1,5 l/min

• odczytaj odpowiednie wskazania i zapisz wyniki do tabeli

6.2

• po 5-ciu minutach zmień wartość przepływu na kolejną wartość, odczekaj

następne 5 minut, uzupełnij tabelę 1 i postępuj tak aż do wypełnienia całej
tabeli

• uwaga: pod tabelą zawarte są wskazówki odnośnie wpisywania odczytów

pomiarowych.

• uzyskaj od prowadzące informację odnośnie odczytów natężenia prom ienio

w ania słonecznego

9. Pomiary dla kolektora próżniowego
• ten punkt polega na wykonaniu analogicznych pomiarów j .w. - dla kolekto

ra próżniowego

• wróć do przepływu 1,5 l/m
• ustaw sterownik kolektora płaskiego na prace automatyczną
• przestaw przepływ przez ciepłomierz z kolektora próżniowego

• odczekaj

10 minut

• wykonaj analogiczne pomiary ja k w punkcie

8, z tym, że pracuj na tej części

instalacji, która obsługuje kolektor próżniowy

10. Zakończenie pomiarów

• Wróć do przepływu 1,5 l/m
• przestaw sterownik kolektora próżniowego na tryb automatyczny
• przestaw przepływ przez ciepłomierz z kolektora płaskiego

11. Sprawdź poprawność pracy instalacji po zakończeniu ćwiczenia, przed

opuszczeniem stanowiska!

• sterowniki obu kolektorów muszą pracować w trybie automatycznym,
• przepływy dla obydwu kolektorów powinny wynosić 1,5 l/m (uwaga: to

może nie być możliwe do sprawdzenia jeżeli w danej chwili pompa obiego
w a nie pracuje, wtedy należy się upewnić czy zawory dławiące pomp nie są

całkowicie zamknięte)

• sprawdź w skrzynce rozdzielczej czy układ zaworów umożliwia odbiór cie

pła z obydwu kolektorów

6.2. W ydział Energetyki i Paliw Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie

125

i? 00

OJ -E $ Q) zr

5 o 5 E

2 TO E

23 3

5 5 ' E

tu > o o

O "o-

a o j

3 ra tu

s i l ?

O-

o “

O. T3 a> '—*
E p

m c - *

r j

-c
£

-C" O o o

O- § a. -*

—

C c tu i F

co ' F r >

a. m L c

tu ro o £

ł "5. TO

aj n

■£* ra o .E

Q- M C c

mejuiod

j n

* 3

-o

* 3

O bC

cd bC.U

3 ¿ 4

¿4

- 3 v3

O O

C l. ¿ 4

(U £

M D

O h

I ©

O °

O N

¿4

3
§

£ o

-8

U £

tU 3

8 Oh

- - 3

O tu

s |

cd §

6 1

o, (D tu

C -N

O h 1

cd C/D

^ I -

? N

O-

« O °

N £

ca ;

§ •

- E
* -M

.2 a- s

5 y &

• - R 3

o ca S

XI N

'<3- 'W

"o S ‘3

-C/D

tu 3

'£ s

”3

tu ^

2 «

- 3

0£

w cd

fa o £

2 I

& £

1 2 6

6. Badania kolektorów słonecznych, przykłady ćwiczeń Laboratoryjnych

6.2.2. Opracowanie wyników pomiaru

a) Porównaj wartości przepływu medium grzewczego wyznaczone trzema sposo

bami, przeprowadź dyskusję ewentualnych rozbieżności biorąc pod uwagę, kon
strukcję wodomierza, przepływomierza oraz uwzględniając fakt, że wskazania

przepływu na ciepłomierzu obliczane są wg w skazań wodomierza, który wysyła

do ciepłomierza jeden impuls po przepływie jednego litra medium. Który rodzaj

pomiaru je st Twoim zdaniem najdokładniejszy i dlaczego?

b) Porównaj moc wskazywaną przez ciepłomierz z mocą obliczoną. Jaka je st do

kładność obu tych wartości, tzn., która wartość je st dokładniejsza i dlaczego.

c) Jeżeli w trakcie pomiaru zmieniła się tem peratura wody w zasobniku, wyznacz

przyrost temperatury i oblicz przyrost zgromadzonego ciepła w zasobniku (uwa

ga: jeżeli w trakcie pojedynczego pomiaru tem peratura się nie zmieniła to należy
sprawdzić czy zmiana nastąpiła w trakcie wszystkich punktów pomiarowych).

d) Sprawdź czy zgada się ilość ciepła obliczona z punktu c) i obliczona na podsta

wie mocy z punktu b) pomnożona przez czas pomiaru. W przypadku rozbieżno
ści przeprowadź odpowiednią dyskusję.

6.3 Instytut Podstawowych Problemów

Techniki Polskiej Akademii Nauk w Warszawie

6.3.1 Sporządzenie charakterystyk przepływowych i termicznych

We wszystkich pomiarach kolektor ustawiony był pod kątem 50° względem po

ziomu. Wydatek wody zasilającej kolektor w trakcie pomiarów charakterystyk ciepl
nych w funkcji temperatury wody podawanej do kolektora ustalony był na pozio
mie 0,0339 ± 0,0005 litra na sekundę, co odpowiada zalecanej w normach wartości
0,02 kg/s na każdy m etr kwadratowy powierzchni absorbera kolektora. Woda prze
pływająca przez kolektor krążyła w obiegu zamkniętym z ultratermostatem, w któ
rym stabilizowano temperaturę wody podawanej do kolektora. W szystkich pomia
rów dokonano dla średniej gęstości strumienia promieniowania G = 700 ± 10 W /m

mierzonej w płaszczyźnie zewnętrznej powierzchni pokrycia frontowego kolektora.
Temperatura powietrza w pomieszczeniu laboratoryjnym była zmienna w trakcie po
szczególnych pomiarów w zakresie 25

28 °C w zależności od aktualnych w arun

ków meteorologicznych. We wszystkich pomiarach wentylatory ustawione obok ko

lektora wymuszały ruch powietrza wzdłuż powierzchni napromieniowanej kolekto
ra ze średnią prędkością

1 m/s.

Dla znalezienia zależności sprawności kolektora od wydatku masowego wody

przepływającej kanałami kolektora wykonano pomiary zasilając kolektor wodą sie

6.3 Instytut Podstawowych Problem ów Techniki Polskiej A kadem ii N auk w Warszawie

12 7

ciową bez podgrzewania. Wydatek masowy w trakcie badań był zmieniany w za
kresie od 0,00623 do 0,0432 kg/s (od 22,4 kg/h do 155,4 kg/h, zaś w przeliczeniu
na jednostkę powierzchni absorbera 12,86 do 89,2 kg/hm2). Temperatura wody za

silającej kolektor ulegała wahaniom zależnie od wydatku i aktualnej temperatury

wody wodociągowej w granicach od 20,5 do 22,3°C. Zanotowane w trakcie pom ia
rów przyrosty temperatury wody w kolektorze zmieniały się od ok. 28 do 5°C, pod

czas gdy tem peratura otoczenia oscylowała pomiędzy wartościami 25 a 26°C. M oż

na więc przyjąć, że średnia tem peratura w ody w kolektorze w trakcie zdejmowania

charakterystyki w funkcji wydatku masowego była zbliżona do temperatury otocze

nia, czyli wyliczone wartości sprawności kolektora są sprawnościami maksymalny

mi dla danych wydatków.

Zarówno przy pomiarach w funkcji wydatku, ja k i temperatury wody na wlo

cie, po każdej zmianie warunków pracy kolektora, odczekiwano do osiągnięcia sta

nu ustalonego układu (brak zmian temperatury wody opuszczającej kolektor). N a
stępnie rejestrowano w odstępach jednom inutowych wskazania przyrządów przez

okres przynajmniej

20 minut.

O ile we właściwym okresie pomiarowym nie nastąpiło istotne zachwianie sta

nu równowagi termicznej układu, pomiar taki uznawano za prawidłowy, a do dalsze

go opracowania przyjmowano wartości średnie z okresu pomiarowego. W przypad
kach przeciwnych procedura osiągania stanu równowagi termicznej była powtarzana.

W sumie uzyskano 14

(6 dla charakterystyk w funkcji wydatku i 8 dla charakte

rystyk w funkcji temperatury) punktów pomiarowych w 5 wykonanych seriach po
miarowych. Zbiorcze wyniki pomiarów i obliczeń przedstawiono w tabelach 6.3 i 6.4.

6.3.2. Charakterystyki w funkcji tem peratury wody

Tab. 6.3. Zbiorcze (uśrednione) wyniki pomiarów i obliczeń

charakterystyki cieplnej kolektora [35]

tin

Quż

r-t

O (tm - t 0) / G

■

° c

W / m 2

m 2K / W

20,92

27,75

25,63

698,9

970,3

0,797

-1,29

-0,00184

25,20

31,90

26,15

699,3

951,6

0,781

2,40

0,00343

26,49

33,17

26,45

695,0

948,9

0,784

3,38

0,00487

51,88

57,63

25,78

709,1

817,0

0,661

28,97

0,04086

58,59

63,95

27,02

707,9

760,7

0,617

34,26

0,04839

72,23

76,80

27,30

689,5

648,6

0,540

47,21

0,06846

87,39

91,31

28,12

696,5

558,0

0,460

61,23

0,08791

91,30

95,17

28,20

703,6

549,9

0,449

65,04

0,09244

128

6. Badania kolektorów słonecznych, przykłady ćwiczeń Laboratoryjnych

gdzie:

t in - temperatura wody podawanej do kolektora [°C]
t e - temperatura wody opuszczającej kolektor [°C]

t 0 - temperatura otoczenia [°C]
t m - średnia temperatura czynnika w kolektorze [°C]

Wartości ciepła dostarczonego, użytecznego i sprawności w powyższej tabeli

zostały wyliczone zgodnie z podanymi poniżej zależnościami (przy przyjęciu ozna

czeń identycznych ze stosowanymi w [

1]):

Ciepło dostarczone do zewnętrznej powierzchni kolektora Qs-

Qs = AG

(6.3)

gdzie:

A = 1,742 m

2 - powierzchnia absorbera kolektora.

Ciepło użyteczne odebrane przez przepływającą przez kolektor wodę Q:

Q = m c w ( t e - t in)

(6.4)

gdzie:

cw = 4 1 8 7 [ / / k g K ) — ciepło właściwe wody

m [ k g / s ] - wydatek masowy wody

Sprawność cieplna kolektora rj:

= Q_

(6.5)

Ostatnia kolumna tabeli 1 zawiera wartości zredukowanej różnicy temperatury

zdefiniowanej jako:

T * _ t m ~ ta

l m ~

(

6-6)

Wielkości wynikowe z powyższej tabeli zostały przedstawione graficznie na ry

sunku.

6.3 Instytut Podstawowych Problem ów Techniki Polskiej Akademii Nauk w W arszawie

129

Rys. 6.3 Zależność sprawności kolektora w funkcji temperatury zredukowanej [35],

Rysunek 6.3 przedstawia zależność sprawności kolektora od zdefiniowanej po

wyżej zredukowanej różnicy temperatury. Standardowo przyjęto w literaturze opi

sywać taką zależność linią prostą wynikająca z równania Hottela - Whilliera - Blis-
sa [3] dla stanu ustalonego kolektora:

r] = F '{ T a ) e - F ' U L t^

(6.7)

gdzie:

F ' - współczynnik efektywności absorbera będący m iarą doskonałości kon

strukcji absorbera jako w ym iennika ciepła;

( t a ) e - efektywny współczynnik transmisyjno-absorpcyjny, będący w przybli

żeniu iloczynem transmisyjności osłony przezroczystej i absorpcyjności powierzch

ni absorbera dla promieniowania długofalowego;

UL - średni w zakresie temperatury pracy kolektora łączny współczynnik strat

cieplnych kolektora odniesiony do jednostki powierzchni absorbera.

Linia prosta na rys. 2 jest linią regresji liniowej punktów pomiarowych na po

ziomie ufności 90% i opisuje ją równanie:

77 = 0 ,7 9 8 — 3 ,7 6 1*

(

6.8)

ze współczynnikiem korelacji

= 0,998.

Przybliżenie funkcji sprawności cieplnej krzywą drugiego stopnia daje wynik

77 = 0 ,7 9 5 - 3 ,2 8 1 t* - 5 ,4 0 4 (t* )2

(

6.9)

ze współczynnikiem korelacji R = 0,998.

130

6. Badania kolektorów słonecznych, przykłady ćwiczeń Laboratoryjnych

Podane powyżej wzory definiuj ą sprawność kolektora odniesioną do po

wierzchni absorbera (sprawność netto), nie zaś do powierzchni zajmowanej przez

obrys zewnętrzny kolektora. Chcąc określić sprawność brutto (stosunek ciepła uży

tecznego do energii promieniowania docierającego do całej powierzchni kolekto
ra), należy sprawność netto przemnożyć przez współczynnik będący stosunkiem po
w ierzchni absorbera do powierzchni zajmowanej przez obrys zewnętrzny kolektora.

W przypadku badanego kolektora współczynnik ten wynosi 0,82.

Z podanych powyżej równań charakterystyk cieplnych kolektora m ożna w nio

skować, że maksymalna sprawność netto badanego kolektora wynosi blisko 80%

przy średniej temperaturze czynnika w kolektorze równej temperaturze otoczenia

i przy tylko składowej bezpośredniej prom ieniowania pochłanianego przez kolektor.

Wartość iloczynu współczynnika efektywności absorbera F ' przez zastępczy

współczynnik strat UL (mylnie powszechnie utożsamiana z samym tylko współczyn

nikiem strat UL) uśredniona dla zakresu tem peratur eksploatacji

20°C < t f < 90°C

(6.10)

wynosi dla badanego kolektora (współczynnik

w aproksymacji liniowej w y

ników pomiarów)

F 'U

= 3 ,7 6 [ W / m 2K \

(6.11)

Różny od zera (ujemny) współczynnik przebiegu krzywej sprawności (aprok

symacja paraboliczna)

c2 = - 5 , 4 0 4 [ W / m 2K]

(6.12)

wskazuje, że zastępczy współczynnik strat ciepła uL jest słabą funkcją różni

cy temperatury kolektora i otoczenia (rośnie wraz ze wzrostem różnicy temperatu
ry). Fakt ten należy uwzględniać przy szacowaniu zysków energetycznych kolekto
ra przy jego eksploatacji w zakresie wyższych temperatur pracy przy równocześnie
niewielkich wartościach strumienia promieniowania, co wynika bezpośrednio z za

leżności:

F 'U

= 3 ,2 8 1 + 5 ,4 0 4 t* = 3 ,2 8 1 + 5 , 4 0 4 ^ — ^ [ W / m 2K \ (6.13)

Wyznaczona z równania parabolicznego maksymalna możliwa do osiągnięcia

w kolektorze nadwyżka zredukowanej różnicy temperatury roboczej ponad tem pera
turę otoczenia (w momencie, gdy sprawność kolektora spada do zera) wynosi:

t* = 0 ,1 8 6 [W m 2K ]

(6.14)

co przy średniej gęstości strumienia promieniowania w pomiarach równej oko

ło 700 W /m

2 odpowiada maksymalnej możliwej do osiągnięcia temperaturze płynu

w kolektorze przewyższającej o 130,2°C temperaturę otoczenia.

6.3.3. Charakterystyki w funkcji wydatku

W tabeli 6.4 zestawiono uśrednione wyniki pomiarów i wyliczone wartości (cie

pło użyteczne, sprawność) serii pomiarowych mających na celu sporządzenia charak

terystyk cieplnych kolektora w funkcji wydatku wody. Ciepło dostarczone, użyteczne

i sprawność kolektora były wyliczane w sposób analogiczny, jak opisano uprzednio.

6.3 Instytut Podstawowych Problem ów Techniki Polskiej Akadem ii N auk w W arszawie

131

Tab. 6.4 Zbiorcze (uśrednione) wyniki pomiarów i obliczeń charakterystyki

kolektora w funkcji [35].

tin

t e

t 0

Quż

° c

W / m 2

k g / s

22,24

50,31

25,59

687,1

0,006227

731,9

0,611

28,07

22,09

41,24

25,79

682,6

0,010843

869,7

0,731

19,16

21,98

36,06

26,03

690,8

0,015459

911

0,757

14,08

21,23

30,62

25,75

699,1

0,024691

971

0,797

9,39

20,92

27,75

25,63

698,9

0,033923

970,3

0,797

6,83

20,6

25,93

25,69

705,7

0,043155

962,2

0,783

5,33

° '

8.00

0.01

0.02

0.03

0.04

O.oŁ

Wydatek masowy [kg s'1]

Rys. 6.4 Zmiana sprawności i przyrostu temperatury wody w kolektorze w funkcj i wydatku [35].

Maksymalna kolektora rośnie dosyć szybko w zakresie wzrostu małych wydat

ków czynnika przepływającego kolektorem aż do wartości ok. 0,0025 kg/s i praktycz
nie pozostaje niezmienna powyżej tej wartości. Fakt ten można tłumaczyć tym, że prze

pływ przez kolektor odbywa się tylko jedną rurką o kształcie zwiniętej serpentyny

i każdy nawrót kanału przepływowego turbulizuje przepływ, przez co wpływ wydat
ku masowego na współczynniki przejmowania ciepła od ścianek kanału jest niewielki.

132

6. Badania kolektorów słonecznych, przykłady ćwiczeń Laboratoryjnych

6.4 Badania instalacji solarnych w Laboratorium

Odnawialnych Źródeł Energii w Zespole Szkół
Elektrycznych nr 1 w Krakowie

W laboratorium OZE w ZSE nr 1 dokonuje się analizy pracy kolektorów sło

necznych poprzez rejestrację m.in.: temperatur, energii dostarczanej przez instala

cje solam e z kolektorów (rurowych próżniowych, płaskich próżniowych, płaskich).

Wyniki pomiarów zapisywane są w serwerze. Na tej podstawie dokonuje się analizy

pracy systemów solarnych do celów dydaktycznych. N a podstawie wyników badań

m ożna stwierdzić w przybliżeniu ile energii cieplnej dostarczają różne typy kolekto
rów w określonym czasie w warunkach Małopolski.

Pięć instalacji solarnych pracujących indywidualnie, dostarcza ciepło do pięciu

wymienników każdy o pojemności 300 litrów. Efekt pracy tej instalacji to 1500 li

trów ciepłej wody użytkowej, która zasila łazienki szkoły.

6.4.1. Analiza wybranych wyników badań

, miernik mocy promieniowania słonecznego

temperatura
cieczy w kolektorze

miernik energii

wraz

z oprogramowaniem

serwer

współpracujący

z systemem

komputerowym

przesył danych

temperatura

wody

w zasobniku

zimna woda

Rys 6.5 Instalacja solama, wizualizacja pracy kolektora słonecznego rurowego

w ZSE nr 1 w Krakowie [2]

6.4 Badania instalacji solarnych w Laboratorium Odnawialnych Źródeł Energii

133

Przedmiotem badań je st instalacja solama zasilana przez kolektor rurowy próż

niowy. Posiada on 30 rur z heat-pipe’em o średnicy 58 mm i długości 1800 mm. Wy

miary kolektora to 1990 mm wysokości oraz 2456 mm szerokości, powierzchnia cał
kowita 4,89 m2, czynna powierzchnia absorpcyjna 4,14 m 2.

K olektor je st połączony za pomocą izolowanych miedzianych rurek o przekro

ju 18 mm z wymiennikiem ciepła o pojemności 300 litrów. W skład układu wcho

dzi również pompa solama, naczynie zbiorcze zabezpieczające układ przez prze
grzaniem, zaw ór bezpieczeństwa, miernik energii, sterownik elektroniczny, czujniki

temperatury. Kolektory umieszczone są na dachu w kierunku południowym pod ką
tem 45°. Pomiar parametrów pracy kolektorów rejestrowany jest przez miernik ener

gii cieplnej firmy APATOR-KFAP połączony z serwerem i komputerem. Układem

steruje sterownik firmy Frisko. Pomiaru mocy promieniowania słonecznego doko

nuje się za pom ocą m iernika LB-900, a wyniki zapisywane są na dysku twardym.

Dzięki przeprowadzonym badaniom instalacji solamej otrzymujemy m.in. dane:

uzysk energii (MJ); moc (kW); temperaturę płynu oddającego ciepło (°C), wielkość

przepływu (l/h), temperaturę wody w zasobniku (°C), które rejestrowane są w ser

werze. Wybrane wyniki badań

Rys.

6.6 Średnia moc promieniowania w okresie od 16 do 24 lipca 2009 roku [2]

W czasie pomiarów przeprowadzonych w laboratorium ZSE w Krakowie

w okresie od

8 maja do 15 czerwca, od 10 lipca do 27 lipca, od 19 do 27 listopada

bieżącego roku, maksymalna moc prom ieniowania słonecznego odnotowana została

12 czerwca o godzinie 12:33 i wyniosła 1196,5 W /m2. Zazwyczaj w słoneczny dzień

osiąga średnią wartość z przedziału 700-5-900 W /m2. Moc 19 lipca była znacząco niż
sza (max. ok. 200 W /m2) od pozostałych dni, było to spowodowane znacznym za
chmurzeniem nieba w ciągu dnia.

134

6. Badania kolektorów słonecznych, przykłady ćwiczeń Laboratoryjnych

Moc

promieniowania

[W/m 2]

Czas [h]

—»-17.07.2009 -«-10.07.2009 !

Rys. 6.7 Średnia moc promieniowania w poszczególnych godzinach 10 oraz 17 lipca [2]

Wykres (rysunek

6.8) przedstawia moc promieniowania zmierzoną 10 lipca,

kiedy przed godziną

11 niebo się zachmurzyło, co spowodowało zmniejszenie ilości

promieni słonecznych docierających na powierzchnię ziemi oraz pomiar z 17 lipca,

kiedy to po pochmurnym poranku, ok. godziny

10 niebo rozjaśniło się.

Rys.

6.8 Temperatura cieczy w kolektorze (kolor czerwony) oraz w zasobniku

(kolor niebieski) w dniu 16.07.2009 [2]

6.4 Badania instalacji solam ych w Laboratorium O dnawialnych Źródeł Energii

135

Temperatura |°CJ

Czas [h]

c.w.u.

—

płynsolam y

Rys. 6.9 Temperatura cieczy w kolektorze (kolor czerwony) oraz w zasobniku

(kolor niebieski) w dniu 17.07.2009 [2]

W godzinach 10:0CH-18:00 promienie słoneczne dostarczyły energię równą 3,63

kWh (16 lipca) oraz 4,5 kW h (17 lipca) na m2. Uwzględniając czynną pow ierzch

nię absorpcyjną odpowiadającą 4,14 m 2, kolektor otrzymał odpowiednio 15,03 kW h
oraz 18,63 kWh energii. Natomiast instalacja dostarczyła energię 8,56 kW h oraz

10,26 kWh co oznacza, iż dzienna efektywność instalacji 16 lipca wynosiła 56,9%,

a 17 lipca 55,1%.

Bezpośrednią konsekwencją większej mocy układu solamego jest wyższa tem

peratura zarówno cieczy solamej przepływającej przez kolektor, ja k również na
grzewanej wody. Różnice te widać na wykresie obrazującym temperaturę w ukła
dzie cieczy solamej oraz wody użytkowej w zasobniku w dniu 16 i 17 lipca. Pomia
ry zostały poprzedzone częściowym opróżnieniem 300 litrowego zbiornika z na
grzaną wodą oraz napełnieniem zimną w odą z sieci wodociągowej. Pomiary tempe
ratur wykazały, że w dniu 16 lipca w godzinach 9:45-^18:15 woda w zbiorniku zo

stała nagrzana 24,60O 4 3 ,8 °C podczas, gdy 17 lipca w godzinach 9:50^-18:00 woda

nagrzała się 23,4°O -50,l°C. Zatem dodatkowe 1,7 kW h pozwoliło uzyskać tem pe
raturę w zbiorniku wyższą o 6,3°C. Podobnie przedstawia się porównanie tem pera
tur płynu solamego w kolektorze. 16 lipca o godzinie 9:45 miał 45,1°C nagrzewał się

do maksymalnej temperatury 72,6°C utrzymującej się między 14:45-15:15 po czym
od 15:45, ochłodził się do 62,6°C i do 18:15 utrzymywał temperaturę w granicach
60°C. N atom iast 17 lipca ciecz solama nagrzewała się od godziny 9:50 od tem pera
tury 59,7°C do godziny 10:20 do temperatury 79°C, osiągając o godzinie 18:00 tem

peraturę 95,5°C.

136

6. Badania kolektorów słonecznych, przykłady ćwiczeń Laboratoryjnych

Moc jkW]

Czas [k]

- « — 16.07

17.07

Rys. 6.10

Średnia moc kolektora w dniach 16 i 17 lipca 2009 [2]

Energia [MJ]

Czas [h]

—♦—16.07

- » - 1 7 .0 7

Rys. 6.11

Energia w MJ uzyskana z instalacji solamej w dniach 16 i 17 lipiec

bieżącego roku [2]

N a podstawie wyników pomiarów przedstawionych na wykresie rys. 6.11 ob

liczono, że w dniu 16 lipca uzyskano 34 M J energii, a 17 lipca 41 MJ. Z wykresu

wynika, że maksymalna energia 16.07 wynosiła 5 MJ w 12, 14 i 15 godzinie doby,
a 17.07 kolektor dostarczył największą ilość energii w 12 godzinie doby i wyniosła

ona 7 MJ.

6.4 Badania instalacji solam ych w Laboratorium O dnawialnych Źródeł Energii

137

W dniach 19+27 listopada niebo było zachmurzone z okresami przejaśnień,

średnia moc prom ieniowania słonecznego w tych dniach wahała się od 152 W /m

2 do

ok. 342 W /m2. Woda w ciągu 9 dni w godzinach południowych ogrzała się do temp.

23,3°C w dniu 20.11 do 35,3°C w dniu 23.11, rys. 100. Temperatura powietrza w ba

danym okresie czasu wahała się od -3°C w nocy do +

8°C w dzień.

Omówione wyniki pomiarów wymagają krótkiego komentarza. Należy stwier

dzić, że kolektor słoneczny 16 lipca dostarczył wystarczającą ilość energii ciepl
nej do nagrzania 300 litrów wody w zasobniku do temperatury 43,8°C. Wartość ta

uznawana je st za wystarczającą do pełnego korzystania z ciepłej wody użytkowej w

domu lub mieszkaniu. W celu w ykonania pełniejszej analizy pracy kolektora ciepłą

wodę użytkową spożytkowano do celów socjalnych. Po napełnieniu zbiornika zim
ną wodą uzyskano średnią temperaturę w wymienniku ok. 21,2°C. W kolejnym dniu
rozpoczęto analizę wyników pomiarów. Uzyskano temperaturę wody w wym ienni
ku w ynoszącą 50,1°C. Analiza wyników wskazuje na wysoką efektywność instalacji

solamej, energia słoneczna zamieniona w energię cieplną w pełni zaspokaja potrze

bę nagrzania 300 litrów wody do temperatury ok. 45°C.

Wyniki badań zamieszczone na rysunku 6.12 wskazują, że w końcu listopada

w pogodny dzień instalacja solam a ogrzała wodę w zasobniku do temp. 35°C. Jest
to odpowiedź na często zadawane pytanie. Czy instalacja dostarcza energię cieplną

w miesiącach listopad - luty? Instalacja solam a może pracować przez wszystkie dni
w roku. Ilość energii cieplnej, jaką dostarczy do zasobnika zależy od natężenia pro

mieniowania słonecznego.

_ 2 0

temp.

w zasobniku

m temp. płynu solamego

Rys. 6.12

Temperatura cieczy w kolektorze i wody w zbiorniku w dniach 19-27.11.2009 [2]

138

6. Badania kolektorów słonecznych, przykłady ćwiczeń Laboratoryjnych

Należy zaznaczyć, że podobne param etry energetyczne uzyskano również z pra

cy: kolektorów płaskich, próżniowo-rurowych z „ U -rurką” w przeliczeniu na po

wierzchnię czynną kolektora. Świadczy to, że kolektory słoneczne produkowane
w Polsce i importowane z zagranicy posiadają wysoką sprawność energetyczną.

Średni stopień pokrycia zapotrzebowania na energię do ogrzania 3001 c.w.u. z insta

lacji solamej wynosi ok. 55%.

Analizę pracy instalacji solamych wykonali również naukowcy z Zachodnio

pomorskiego Uniwersytetu Technologicznego w Szczecinie. Wyniki przedstawili
w książce „Zastosowania odnawialnych źródeł energii” .

Analizując wyniki pomiarów opracowane w Szczecinie można stwierdzić:

• ilość energii uzyskanej w kolektorze słonecznym płaskim firmy Wagner

o powierzchni absorbera 7,6 m

2 w latach 200CM-2001 wyniosła odpowiednio

2247 kW h/rok i 1982kW h/rok;

• średnia ilość energii uzyskiwanej z powierzchni

1 m2 kolektora płaskiego

kształtowała się w badanym okresie na poziomie ok. 278 kWh/rok;

• w maju 2001 uzyskano 476,48 kW h energii.

Ilość energii uzyskanej w kolektorach próżniowych (40 rur) w miesiącu lipcu

2006 r. wyniosła:

• przepływowym (U-rurka,Vitasol-200) 375,5 kWh;
• typu „ heat-pipe” (Vitasol-300) 392,5 kWh.

Zakładając że pomiary wykonane zostały przy podobnym nasłonecznieniu, w y

niki uzyskane w Krakowie i Szczecinie w przeliczeniu na jednostkę powierzchni są
podobne.

Z dotychczas przeprowadzonych analiz, m ożna wysnuć wniosek, że wszystkie

typy kolektorów zainstalowanych w laboratorium (próżniowo-rurowe, próżniowo-
płaskie, płaskie) posiadają podobne parametry pracy w odniesieniu do wielkości po
wierzchni kolektora. Wyniki te potwierdzają również fakt, że kolektory te posiadają
param etry pracy, w warunkach krakowskich podobne do tych, jakie zamieszczone są
w świadectwach certyfikacyjnych tych kolektorów. Różnice tem peratur c.w.u w 300
litrowych wymiennikach wahają się w granicach 3-^5°C. Wyniki badań są również
odpowiedzią na często zadawane pytanie. Jaki typ kolektorów zamontować w swo

jej instalacji solamej? Odpowiedz jest złożona. Dobór urządzeń instalacji solar-

nej powinien wykonać inżynier reprezentujący firmę instalacyjną, który w eź
mie pełną odpowiedzialność za efektywność pracy w/w instalacji.

Wyniki tych badań mają posłużyć do celów edukacyjnych, a poprzez ich publi

kację do tego, aby przekonać potencjalnych użytkowników instalacji, że jest to in

westycja opłacalna, pro-ekologiczna, a decydentów powinny skłonić do przemyśleń

w zakresie dofinansowania tych instalacji.

Należy zaznaczyć, że firmy: produkujące, importujące, instalujące kolekto

ry słoneczne prowadzą analizy pracy instalacji solam ych do celów komercyjnych
w warunkach rzeczywistych, a wyniki udostępniają na swych stronach intemeto-

6.4 Badania instalacji solam ych w Laboratorium Odnawialnych Źródeł Energii

139

wych oraz w katalogach. Wyniki badań uzyskane przez te firmy są zbliżone do w y

ników uzyskanych w laboratorium w ZSE n r 1 w Krakowie.

6.4.2. Symulacyjne programy komputerowe

Polskie firmy produkujące kolektory słoneczne, firmy montujące instalacje so-

lam e posiadają własne programy komputerowe, które optymalizują dobór urządzeń
do instalacji solamych dla konkretnego obiektu. Przykładem może być program Ko-

lektorek.

Kolektorek to program łatwy w obsłudze a zarazem posiadający duże możli

wości. Pozwala szybko i prawidłowo dobrać kolektory słoneczne oraz całą instala

cję solamą. Daje również możliwość oszacowania czasu zwrotu inwestycji solamej.

Kolektorek 2.0 posiada możliwości w zakresie:

• dobom poszczególnych elementów instalacji solamej,
• porównywania kolektorów słonecznych i innych elementów instalacji sło

necznej,

• wyboru trybu pracy instalacji solamej c.w.u.+ c.o. a także basenów,
• typu, lokalizacji, zapotrzebowania na c.w.u. i wielu innych parametrów,
• szacowania strat energii z instalacji solamej i ich optymalizacji,

• szacowania okresu zwrotu inwestycji i rocznych oszczędności,
• kalkulacji zysku energetycznego z instalacji w zależności od ustawiania ko

lektorów.

Kolektorek 2.0, to informatyczne narzędzie dla instalatorów, projektantów,

a w szczególności producentów, dla których może zostać dodatkowo dostosowany
według indywidualnych potrzeb. Program posiada internetowe bazy danych, dzięki
którym instalatorzy posiadają zawsze aktualną ofertę danego producenta. Firmy zaj
mujące się produkcją oraz dystrybucją sprzętu solamego mogą aktualizować na bie
żąco swoją ofertę dzięki panelowi producenta. Program rozwijany jest pod patrona
tem i przy współpracy Instytutu Energetyki Odnawialnej.

140

6. Badania kolektorów słonecznych, przykłady ćwiczeń Laboratoryjnych

6.4.3. Bilans energetyczny instalacji solarnej według badań firmy

Sonnenkraft (Technika Grzewcza J. Szymczyk, Gliwice)

Firma Sonnenkraft wykonała symulację pomiarów parametrów cieplnych insta

lacji solarnej zamontowanej w domu jednorodzinnym w Krakowie. Poniżej przed
stawiono wybrane wyniki badań.

Rys. 6.13 Schemat instalacji solarnej wg firmy Sonnenkraft [2]

Tab. 6.5 Dane projektu [2]

Projekt:

2 kolektory Sonnenkraft SK 500

współpracujące z instalacją solarną

lokalizacja:

Kraków;

pow. kolektora:

5,14 m2;

pochyłość:

45,0°;

azymut:

0,0°;

współ, korelacji:

k = 1;

nasłonecznienie:

877 kWh/(m2 • rok);

typ instalacji:

ciepła woda użytkowa, zasobnik solarny 300 1;

zapotrzebowanie ciepła:

energia konwencjonalna:

gaz ziemny;

9,1 kWh/dzień = 250 l/dzień z 12°C do 45°C;

wydajność kolektorów:

lato -9 2 % ; wiosna, jesień - 80%; zim a -6 0 % .

ań

sta

sola

]

6.4 Badania instalacji solam ych w Laboratorium O dnawialnych Źródeł Energii

141

142

6. B ad an ia kolektorów słonecznych, p rz y k ła d y ćwiczeń L ab o ra to ry jn y ch

| zysk solarny

oszczędność energii

100 %

8 0 %

6 0 %

4 0 %

20%

| sprawność

I stopień pokrycia

— 1

c.w.u.

III

VII VIII

XII

średnia

Rys. 6.14 Wykresy zysku energii i zapotrzebowania na ciepło z instalacji solamej
wg firmy Sonnenkraft [2]

Tab. 6.7 W yniki [2]

Wyniki uzyskane na podstawie symulacji:

zapotrzebowanie, ciepła c.w.u. ze stratami zasobnika

3750 kWh/rok;

stopień pokrycia c.w.u.

45,3%;

sprawność układu solarnego

36,6%;

przeciętny roczny zysk kolektora

331 kW h/m2;

zysk solarny c.w.u.

1700 kWh/rok;

oszczędność energii

1889 kWh/rok;

zmniejszenie emisji

C O j-1 5 1 1 kg/rok;

143

7. INSTRUKCJA ĆWICZEŃ

BADAŃ KOLEKTORÓW SŁONECZNYCH

NA STANOWISKU WYDZIAŁU INŻYNIERII
MECHANICZNEJ I ROBOTYKI AKADEMII

GÓRNICZO-HUTNICZEJ

A k a d e m ia G ó rn iczo H u tn icza im . Sta n isła w a Staszica w Krako w ie

Katedra Sy ste m ó w E n e rge tyczn ych i U rząd ze ń O ch ro n y Śro d o w iska

Numer

ćwiczenia:

Tytuł ćwiczenia:

Data wykonania

ćwiczenia:

Nazwisko i imię:

Data oddania

sprawozdania:

Numer grupy

laboratoryjnej:

7.1 Cel ćwiczenia

Celem przeprowadzanego ćwiczenia jest zapoznanie się z podstawową wiedzą do

tyczącą badań kolektorów słonecznych, wyznaczaniu podstawowych parametrów prze
pływowych oraz energetycznych pracy kolektorów słonecznych zgodnie z EN i PN.

7.2 Zakres wymaganych wiadomości

• rodzaje, budowa kolektorów słonecznych, zasada działania,
• rozwiązania technologiczne stosowne w systemach solarnych,
• podstawy teoretyczne konwersji energii słonecznej na cieplną w kolektorach

słonecznych,

• budowa stanowiska pomiarowego oraz przebieg ćwiczenia,
• rodzaje strat cieplnych występujących w kolektorze.

144

7. In s tru k c ja ćwiczeń b a d ań kolektorów słonecznych

7.3 Schemat stanowiska

Instalacja (rysunek 7.1) została opomiarowana 24 czujnikami temperatury (nie

które czujniki temperatury są zdublowane). Zainstalowano chłodnie wentylatoro

w ą w celu zrzutu nadmiarowego ciepła. Zastosowano 5 pomp obiegowych, z cze

2 ze zmienną wydajnością sterowaną sygnałem analogowym oraz przepływo

mierze z wyjściem napięciowym oraz impulsowym. U kład składa się z trzech kolek

torów płaski KS 2000 TLP oraz trzech próżniowo-rurowych KSR 10 firmy Hewa-

lex, dwóch zasobników na ciepłą wodę HEWALEX VF300-2S o pojemności 300 li
trów. Cały system optymalizowany jest za pomocą przygotowanej na ten cel aplika
cji komputerowej.

Czynnik roboczy w obiegu zasadniczym kolektorów słonecznych to roztwór

glikolu propylenowego o stężeniu 30%, natomiast w obiegu odbierającym ciepło

z zasobniku krąży glikol o stężeniu 50%. Wydajność wentylatora chłodzącego w y
nosi 15 kW, wymiennik ciepła w obiegu zasadniczym kolektorów próżniowych to

wymiennik typu płaszczowo-rurowego [14].

Rys. 7.1 Schemat stanowiska.

7.3 Schemat stanowiska

145

Rys. 7.2 Interfejs programu pomiarowego.

Tab. 7.1 Parametry kolektorów

KS2000TLP

KSR10

Parametry

Dtugość:

2018 mm

2130 mm

Szerokość:

1037 mm

856 mm

Wysokość:

89 mm

116 mm

Powierzchnia brutto kolektora:

2.09 m2

1.823 m2

Powierzchnia czynna (apertury):

1.82 m2

1.014 m2

Pojemność cieczowa:

1.11

1.81

Waga:

39 kg

30 kg

Sprawność optyczna:

80.2%

7 8 %

W spółczynnik strat A l:

3.8 W/(m2K)

1.27 W/(m2K)

Współczynnik strat zależny
od temperatury A2:

0.0067 W /(m2K)

0.0012 W/(m2K)

Gwarancja:

10 lat

S ia t

146

7. Instrukcja ćwiczeń badań kolektorów słonecznych

Tab. 7.2 Przyrządy i oznaczenia pomiarowe

Wielkość mierzona

Rodzaj i typ przyrządu

Oznaczenie

Natężenie

promieniowania
słonecznego

pyranometr CM3

Temperatura na wejściu

i wyjściu kolektora
słonecznego

czujnik temperatury PT 100

T 1 5 ( 7 1 7 ) , r i

6 (r L 9 ) ;

T 1 8 , T 2 0

Temperatura otoczenia

czujnik temperatury PT 100

T 2 S

Temperatura wody
w zbiorniku

czujnik temperatury PT 100

T 2 .T 1 4

( 7 1 , 7 1 3 )

Natężenie strumienia
cieczy roboczej

przepływomierz

Vv V2, V3; P 3 ,P 4

Prędkość powietrza
otaczającego kolektor

anemometr

v l

Tab. 7.3 W łaściwości płynu solarnego

T E R M S O L EKO

Stężenie koncentratu

Ciężar właściwy (20°C)

Ciepło właściwe (kJ/kgK) (20°C)

30%

1,041 g/cm3

3,9

50%

1,026 g/cm3

3,6

7.4 Wyznaczenie sprawności teoretycznej kolektorów słonecznych

147

7.4 Wyznaczenie sprawności teoretycznej

kolektorów słonecznych

7.4.1 Wstęp

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie sprawności wodnego kolektora słoneczne

go z obiegiem wymuszonym pompą cyrkulacyjną dla kilku wybranych warunków

pracy.

K olektor słoneczny je st urządzeniem do ogrzewania wody wykorzystując ener

gię słoneczną (Ć s ) . Ażeby określić jego sprawność należy znać jego konstrukcję,

warunki pogodowe, kąt jego nachylenia względem słońca oraz temperaturę absor

bera (przyjęto t m).

Ogólny schem at zasady działania kolektora przedstawiono poniżej:

Warunkiem prawidłowego przeprowadzenia pomiarów jest utrzymanie w trak

cie badania możliwie stałej temperatury wody na wejściu kolektora (±3°C) oraz
sprawdzenie zależności promieniowania dyfuzyjnego do promieniowania bezpo

średniego.

W czasie pomiarów może być koniczne krótkotrwałe podgrzanie wody w zbior

niku przy pomocy grzałki.

148

7. Instrukcja ćwiczeń badań kolektorów słonecznych

7.4.2 Przebieg ćwiczenia

1. Zapoznać się z stanowiskiem laboratoryjnym (rysunek 7.1), zidentyfikować

najistotniejsze elementy układu:

• pompy obiegowa ze zmienną wydajnością

(2 szt.),

• przepływomierze,
• manometry,

• elektroniczne sterowniki,
• ciepłomierze,

• zasobniki na ciepła wodę,
• armatura.

2. Uruchomić stanowisko pomiarowe (prowadzący ćwiczenia), włączyć kom

puter oraz program pomiarowy (rysunek 7.2).

3. Zapoznać się z programem do pomiarów param etrów pracy sytemu solame-

go, określić poszczególne wskaźniki temperatur.

4. Dokonać odczytania parametrów stałych wymaganych do obliczeń:

• odczytać temperaturę otoczenia kolektora /

[°C],

• odczytać z danych katalogowych pole powierzchni brutto A c, pole

powierzchni absorbera Aa, pole powierzchni apertury A a,

• odczytać ciepło właściwe czynnika roboczego oraz gęstość, tabela 7.3.

5. Za pomocą grzałki elektrycznej bądź wentylatora zrzucającego ciepło z za

sobników, ustawić temperaturę w zasobniku tak aby wynosiła ok. 20°C.

a) Temperaturę w ody dopływającej do kolektora należy tak regulować aby w y

nosiła ona odpowiednio dla kolejnych punktów pomiarowych ( t;n ):

• temperatury (otoczenia) / =

20°C,

• tem peratury

t.n

40PC,

• temperatury

t.n

60°C,

• temperatury

t.m= 80°C.

W celu wyznaczenia sprawności kolektora od w ydatku masowego czynnika

przepływającego kanałami kolektora wykonać pomiary wody zasilającej o tem pe
raturze zbliżonej temperaturze otoczenia kolektora (temperatury t in « t a), wyda
tek objętościowy ustawić:

Wykonać pomiary parametrów dla następujących przepływów:

•

V =

4,5

l/min

•

l/min

•

V =

l/min

•

= 15

l/min

6. Przeprowadzić pomiar następujących wielkości:
a)

charakterystyka sprawności od temperatury

• strumień objętości czynnika roboczego

V [l/miri\,

• temperaturę czynnika roboczego na wylocie z kolektora t e [°C],
• natężenie promieniowania półsferycznego na aperturę kolektora

G [W/m2].

7.4 W yznaczenie sprawności teoretycznej kolektorów słonecznych

149

Charakterystyka w funkcji wydatku

• strumień objętości czynnika roboczego V [ l /m in ] ,
• temperaturę czynnika roboczego na wylocie z kolektora t e [°C],

• temperaturę czynnika roboczego na wlocie do kolektora t in [°C],

• natężenie prom ieniowania półsferycznego na aperturę kolektora G [ W / m 2].

Pierwszy pomiar temperatur oraz natężenia światła dokonać po 15 minutach od

uzyskania temperatury na wlocie do kolektora ( tin ) bliskiej temperaturze otoczenia

(z reguły około 20°C).

Odczyty param etrów dla kolejnych wartości tem peratur na wlocie do kolektora

( tin ) przeprowadzać co

10 minut.

7. Wyniki pomiarów zapisać w tabeli 7.4, 7.5.

8. Dokonać obliczeń oraz wykreślić charakterystykę sprawności kolektora.

9. Wyciągnąć oraz zapisać wnioski.

7.4.3 Obliczenia

1. Obliczenie ciepła dostarczonego do zewnętrznej powierzchni kolektora Qs :

Qs — AG [W ]

(7.1)

2. Obliczenie ciepła użytecznego odebranego przez przepływającą ciecz robo

czą Q, wzór 6.2:

Q = r h c f ( t e - t in) [ W ]

(7.2)

bądź:

Q = V p c f ( t e - t in) [W ]

(7.3)

3. Obliczenie sprawności cieplnej kolektora rp.

m C fh T

?7 = -T- = — f — [ - ]

(7.4)

5. N a podstawie wyników badań oraz obliczeń początkowych wyznaczyć zgod

nie z poniższym równaniem, wartość współczynników a-^ oraz a 2 dla krzywej dru

giego stopnia (korzystając z programu EXCEL):

V = Vo - « iT ’m -

2G (T

£ ) 2 [ - ]

(7.5)

Gdy tem peratura absorbera zdąża do temperatury otoczenia, tzn. różnica t m — t a

zbliża się do zera, wówczas sprawność chwilowa staje się sprawnością optyczną T]0 .

Do wyznaczenie charakterystyki wykorzystywana je st temperatura T^ płynu

przenoszącego ciepło w kolektorze:

<7.6)

7.4.4 W yniki pomiarów

Wyniki pomiarów przeprowadzonych podczas laboratorium należy zapisać

w tabeli 7.4, brakujące kolumny należy wypełnić zgodnie z obliczeniami.

150

7. Instrukcja ćwiczeń badań kolektorów słonecznych

Tab. 7.4 Wyniki pomiarów

Lp.

[°C]

[kg/s]

[W/m 2]

[m ^K /W ]

20°C

40°C

60°C

80°C

Tab. 7.5 Zbiorcze (uśrednione) wyniki pomiarów i obliczeń charakterystyki

kolektora w funkcji wydatku masowego.

L-P.

ttn

uż

At — te

tin

[°C]

[W/m 2]

[l/m in]

[W]

[-]

[K]

2
3

5
6

7.4 Wyznaczenie sprawności teoretycznej kolektorów słonecznych

151

Sporządzić wykres sprawności kolektora słonecznego (z zależności 7.4) w na

leżności od temperatury zredukowanej 7 ^ , rysunek 7.4. Sporządzić wykres przyro
stu temperatury czynnika roboczego w kolektorze w funkcji wydatku objętościowe

go, rysunek 7.5:

1 ......... Mul

l i n II TT^rTTT-rpTTTl-rT-m

0 , 9

F- — t — F-—

----- —

—

--------------

0,8 - — ~t---- : ----L~— ------

-- ‘—T T 7--- 1

—

0,7 - —

—---------- — L— — ------------------- —

2 o,6 r — —

— x ----- F

: ’ " T

-o

: : : ... : -- - - - - ■

......................... ........................

'g 0,5 -I— :=i±j------------

J------- r — --T-" ”

cfl

rT" '— )

0,3 4— -7---- ----- ----------------------------- ------

0,2 - — — — —

- —

0,1 4—4—— —----- —t—-—^—r --i— ~ ——

- -----

0 1 1

4-' v. j:.:.:-- 4-

.....

0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1

T*m [m2K/W]

Rys. 7.4 Wykres sprawności w zależności od temperatury zredukowanej.

"I IM II T Tl— II 11 IT P T Tl I II II ITTTfl

ITT

o — -4— —H---!—

---

--- ----—

4,5

5,5

6,5

7,5

8,5

9,5 10,5 11,5 12,5 13,5 14,5

[l/min]

Rys. 7.5 Przyrost temperatury czynnika roboczego w kolektorze w funkcji wydatku.

7.4.5. Wnioski

Przeprowadzić analizę wyników, określając wszystkie czynniki, jakie mogą

mieć wpływ na sprawność kolektora.

1 5 2

7. Instrukcja ćwiczeń badań kolektorów słonecznych

7.5 Bilans energetyczny kolektora słonecznego

7.5.1 Wstęp

Celem pracy będzie przeprowadzenie badań płaskiego kolektora słonecznego,

które pozwolą na wyznaczenie wielkości ja k i określenie zmienności strumienia tra

conej energii, Otrzymane wyniki badań posłużą do opracowania charakterystyk opi

sujących zależność strumienia traconej energii (Q s tr ) w kolektorze słonecznym, ry
sunek 7.6.

7.5 Bilans energetyczny kolektora słonecznego

153

Określenie strat cieplnych występujących w kolektorze słonecznym do otocze

nia w zależności od:

• zależność strumienia traconej energii w kolektorze słonecznym od różnicy

temperatur między czynnikiem roboczym na wejściu do kolektora a otocze

niem,

• zależność strumienia traconej energii w kolektorze słonecznym od natęże

nia przepływu.

7.5.2 Przebieg ćwiczenia

1. Zapoznać się z stanowiskiem laboratoryjnym (rysunek 7.1), zidentyfikować

najistotniejsze elementy układu:

• pompy obiegowa ze zmienną wydajnością

(2 szt.),

• przepływomierze,
• manometry,
• elektroniczne sterowniki,

• ciepłomierze,
• zasobniki na ciepła wodę,
• armatura.
2. Uruchomić stanowisko pomiarowe (prowadzący ćwiczenia), włączyć kom

puter oraz program pomiarowy (rysunek 7.2).

3. Zapoznać się z programem do pomiarów parametrów pracy sytemu solame-

go, określić poszczególne wskaźniki temperatur.

4. Dokonać odczytania parametrów stałych wymaganych do obliczeń:

• odczytać temperaturę otoczenia kolektora t a [°C],
• odczytać z danych katalogowych pole powierzchni brutto A a> pole po

wierzchni absorbera A a, pole powierzchni apertury A a,

• odczytać ciepło właściwe czynnika roboczego oraz gęstość, tabela 7.3.

5. Przeprowadzić pomiar następujących wielkości:

• natężenie promieniowania półsferycznego na aperturę kolektora G [ W / m 2] .
• strumień objętości czynnika roboczego V [ l /m in ] ,
• temperaturę czynnika roboczego na wylocie z kolektora t e [°C],
6. Za pomocą grzałki elektrycznej bądź wentylatora zrzucającego ciepło z za

sobników, ustawić temperaturę w zasobniku tak aby wynosiła ok. 20°C.

Odczyt dla wyznaczenia strat związanych z różnicą temperatury.

Temperaturę wody dopływającej do kolektora należy tak regulować aby wyno

siła ona odpowiednio dla kolejnych punktów pomiarowych ( t £?l) :

•

temperatury (otoczenia) t in = 2 0°C,

•

temperatury t in = 40°C,

•

temperatury t in = 60°C,

•

temperatury t in = 80°C.

Odczyt dla wyznaczenia strat związanych z zmiennym przepływem czynni

ka roboczego w kolektorze słonecznym.

Temperatura wody dopływającej powinna być stała w czasie trwania badania,

temperatura wody dopływającej powinna wynosić:

• temperatury (otoczenia) tjn = 2 0°C,

Wykonać pomiary parametrów dla następujących przepływów:

•

V =

4 ,5

l/min

•

V =

l/min

•

V = 12 l/min

• V

= 15

l/min

7. Wyniki pomiarów zapisać w tabeli 7.5, 7.6.
8. Dokonać obliczeń oraz wykreślić charakterystykę sprawności kolektora.
9. Wyciągnąć oraz zapisać wnioski.

1 5 4

7. Instrukcja ćwiczeń badań kolektorów słonecznych

7.5.3 Obliczenia

1 . Obliczyć ciepło dostarczone do zewnętrznej powierzchni kolektora Qs '■

Qs =

a g

[IV]

(7.7)

Obliczyć ciepło użyteczne odebrane przez przepływającą przez kolektor

ciecz roboczą Q, wzór 7.8:

bądź:

Q = m c f ( t e - t in) [W ]

Q = V p c f ( t e - t in) [W ]

Z drugiej strony moc kolektora jest równa:

Q = AGr] [IV]

(7.8)

(7.9)

(7.10)

3. Bilans energii kolektora:
Charakterystykę mocy użytecznej wykreśla się wykorzystując równie, w zależ

ności od różnicy średniej tem peratury czynnika roboczego t m w kolektorze i tem pe
ratury otoczenia t a :

AG Vo - « i -

— a 2 -

(tm - ta ) 2

[W ]

(7.11)

ę s = <3 + Qstr - > Q Str = Q s - Q [ W ]

(7.12)

Qs t r = A G - V p c f ( t e - t in)[ W ]

(7.13)

Qstr = M ( t m - t a) + a 2A ( t m - t a) 2 [W ]

(7.14)

Q stn = <h.A(tm - t a) [ w ]

(7.15)

Qstr0 = a 2A ( t m - t a) 2 [W ]

(7.16)

7.5 Bilans energetyczny kolektora słonecznego

155

U w aga: Jeżeli nie przeprowadzono ćwiczenia 1.4 to należy przyjąć rj0, a 1, a 2

z katalogu (tabela 7.1).

gdzie:

t-m = tin +

- średnia temperatura płynu roboczego w kolektorze, [°C]

7.5.4. W yniki pomiarów

Wyniki pomiarów przeprowadzonych podczas laboratorium dla wariantu

a) należy zapisać w tabeli 7.6, natom iast dla wariantu b) w tabeli 7.7, brakujące ko

lumny należy wypełnić zgodnie z obliczeniami.

Tab. 7.6 W yniki pomiarów

Lp.

tin

Qstr

[°C]

t°c]

[°c]

[i/min]

[W
/n r

-1

[W]

[W]

[°C]

20°C

40°C

60°C

80°C

Tab. 7.7 Tabela pomiarowa

L.p

t,n

t e

\ U : 1 -

¡l/m in ]

i°ci

[°q

\W / m 2

m .

J W J

[°C]

PCI

4,5

2. Sporządzić wykres charakterystyki mocy chwilowej kolektora słonecznego

do różnicy temperatur AT = t m — t a , rysunek 7.7:

3. Sporządzić wykres zależności traconej energii od różnicy temperatur

A T = t m — t a , rysunek 7.8:

4. Sporządzić wykres zależności traconej energii od natężenia przepływu czyn

nika roboczego przez kolektor, rysunek 7.9:

1200

156

7. Instrukcja ćwiczeń badań kolektorów słonecznych

1000

800

600

400

200

100

tm - t a [K]

Rys. 7.7

Wykres charakterystyki mocy chwilowej kolektora słonecznego

do różnicy temperatur tm — ta.

“T

7.5 Bilans energetyczny kolektora słonecznego

800

700

600

500

ÿ 400

300

200

100

t t t

M l 1 i i i

i TT““Ti~4~r:

XlljïÈ

ïtÎiEÈ

4 r f t ~

1 ^

1 1

-H-H—=ji4-4

1 hi

—

j_j_L._J_

—

1—

p •

4 4 1 4 :

. . • i i :

'“ ï 't T"

. . , :. .

" i I |

T(~pr
~ 1 !—

ITT-T-I-I-..

4 4 4 4 - W

—

1—

1 II i ■■■■■■■ -j-H

....

:ÈÉE:

' 7T 1117

Ii ;1 i

tm -t.[K ]

Rys. 7.8

Wykres zależności traconej energii od różnicy temperatur między

czynnikiem roboczym na wejściu do kolektora a otoczeniem.

800

700

600

500

£ 400

300

200

100

! ! 11

■

; :■

1 1 i

■

* | i i

titt

ffij

TrH"

4h[

1'7

■

' J_j.il]::]■{ÎL:

44}];

4,5

5,5

6,5

7,5

8,5

9,5 10,5 11,5 12,5 13,5 14,5

V [l/m in]

Rys. 7.9

Wykres zależności traconej energii od natężenia przepływu

czynnika roboczego przez kolektora.

7.5.5. W nioski

Przeprowadzić analizę wyników, określając wszystkie czynniki, jakie mogą

mieć wpływ na sprawność kolektora.

1 5 8

7. Instrukcja ćwiczeń badan kolektorów słonecznych

7.6 Literatura

[1] Zimny J.: Odnawialne źródła energii w budownictwie niskoenergetycznym.

Kraków, PGA, AGH, WNT 2010

[2] Wiśniewski G. i inni.: K olektory słoneczne. Warszawa, M EDIUM 2008

[3] Tytko R.: Odnawialne źródła energii. Warszawa, wydawnictwo PWG 2010

[4] Klugmann-Radziemska E .: Odnawialne źródła energii przykłady obliczenio

we. Gdańsk, PG 2009

15 9

8. WNIOSKI

8.1 Wnioski poznawcze

Odnawialne źródła energii stanowią dobrą alternatywę dla tradycyjnych pier

w otnych nieodnawialnych nośników energii. Ich zasoby uzupełniają się w natural

nych procesach, co praktycznie pozwala traktować je jako niewyczerpalne. Ponad
to pozyskiwanie energii z tych źródeł jest, w porównaniu do źródeł tradycyjnych

(kopalnych), bardziej przyjazne środowisku naturalnemu. W ykorzystywanie OŹE

w znacznym stopniu zmniejsza szkodliwe oddziaływanie energetyki na środowisko
naturalne, głównie poprzez ograniczenie emisji szkodliwych substancji, zwłaszcza

gazów cieplarnianych.

Rynek kolektorów słonecznych w świecie jest bardzo dynamicznie rozwijają

cym się rynkiem, w roku 2008 moc zainstalowana kolektorów słonecznych wyno
siła 130 GW, w roku 2009 wynosiła 160 GW a w roku 2010 już 185 GW zgodnie z

raportem REN21 [31]. Państwami dominującymi na tym że rynku są: Chiny, N iem

cy, Turcja, Indie, Australia, USA.

W ubiegłym roku dynamika rynku solamego termalnego w Europie zanotowała,

podobnie ja k w roku 2009, znaczący spadek. W roku ubiegłym liczba nowych insta

lacji solamych na Starym Kontynencie spadła w porównaniu do 2009 r. o 13%. N a

w ynik ten złożyły się przede wszystkim w ynik osiągnięte na kluczowych rynkach

- w Niemczech, Austrii, Francji i Hiszpanii. N a tle wspomnianych krajów dosyć do

brze wypadły natom iast Włochy, które podtrzymały dynamikę wzrostu z 2009 roku
na poziom ie ok. 500 tys. m

2 nowych instalacji i są już drugim największym europej

skim rynkiem kolektorów. Mimo problemów finansowych, w ubiegłym roku dyna
mikę wzrostu rynku solamego termalnego na poziomie 3% (rok do roku) podtrzy
mała także Grecja. W śród europejskich liderów w branży solarnej największy spa
dek nowych instalacji odnotowano w ubiegłym roku w Niemczech (29%) i w Au

strii (

2 1%).

Polska obecnie jest rynkiem bardzo szybko rozwijającym się na tle innych kra

jów środkowo-wschodniej Unii Europejskiej. Ilość obecnie działających oraz plano

wanych inwestycji potwierdza, że stale rośnie świadomość opłacalności pozyskiwa
nia energii z OŹE. Prognozy wskazują, że do roku 2020 Polska m a szansę zostać pią
tym pod w zględem wielkości rynkiem energetyki słonecznej w Unii Europejskiej,
z liczbą ok. 20 m in m

2 powierzchni kolektorów słonecznych. Konieczne jednak są

programy rządowe umożliwiające uzyskanie dotacji na instalacje solame.

1 6 0

8. W nioski

8.2 Wnioski praktyczne

Użytkownik dokonywujący zakup instalacji solamej ponosi duże koszty inwe

stycyjne, dlatego niezmiernie ważne jest potwierdzenie niezawodności wybranych

kolektorów oraz ich efektywności energetycznej przez niezależne jednostki certyfi

kujące. Najpopularniejszym obecnie znakiem jakości kolektorów słonecznych jest
„Solar Keymark”, wprowadzonym i zastrzeżonym przez ESTIF (European Solar

Thermal Industry Fédération) oraz CEN (European Committee for Standardisation)

i wspieranym przez Komisje Europejską. Posiadanie przez kolektor słoneczny zna

ku Solar Keymark informuje użytkownika, że taki kolektor przeszedł badania w y
trzymałościowe a także energetyczne zgodnie z normami PN-EN 12975 oraz PN
-EN 12976.

W ytrzymałość kolektora słonecznego sprawdza się badając jego odporność na:

wzrost ciśnienia wewnętrznego, wysoką temperaturę, długotrwałe działanie prom ie
niowania słonecznego przy braku odbioru ciepła, zewnętrzy szok termiczny, w e
wnętrzny szok termiczny, szczelność na przeciekanie wody deszczowej, wytrzym a

łość na działanie obciążeń oraz odporność na działanie uderzeń. Efektywność ener
getyczną kolektora określana jest poprzez wyznaczenie charakterystyki sprawności
kolektora oraz charakterystyki cieplnej w stanie ustalonym. W stanie nieustalonym
określa się natomiast: stałą czasową oraz efektywna pojem ność cieplna kolektora,
bada się również wpływ kąta padania na sprawność kolektora.

Badania kolektorów słonecznych nie są obligatoryjne, niemniej jednak pozw a

lają na ocenę kolektorów słonecznych pod względem energetycznym oraz pośred

nio ekonomicznym. Badania mogą także wskazać ewentualne nieprawidłowości bu

dowy oraz konstrukcji kolektora, a także umożliwić zoptymalizowanie jego w yko
rzystania.

8.3 Proponowane kierunki badań

Podstawowym kierunkiem dalszych prac będzie automatyzacja stanowisk ba

dawczych kolektorów słonecznych oraz większe ujednolicenie badań kolektorów sło
necznych zgodnie z normami EN i PN. Działania te umożliwią rozszerzenie profi
lu badań kolektorów słonecznych oraz skrócenie czasu potrzebnego na badania,
a także lepsze zestawienie charakterystyk cieplnych różnych kolektorów słonecznych.

161

9. BIBLIOGRAFIA

[1] Duffie, J.A., Beckman W. A.: Solar engineering o f thermal processes. John Wiley and sons

inc., New York 1980

[2] Tytko R.: Odnawialne źródła energii. Warszawa, wydawnictwo PWG 2010

[3] Lewandowski W. M.: Proekologiczne odnawialne źródła energii. Warszawa, WNT 2007
[4] Zimny J.: Odnawialne źródła energii w budownictwie niskoenergetycznym. Warszawa,

PGAAGH WNT, 2010

[5] Wiśniewski G. i inni.: Kolektory słoneczne. Warszawa, MEDIUM 2008

[6] Pluta Z.: Podstawy teoretyczne fototermicznej konwersji energii słonecznej. Warszawa,

Oficyna wydawnictwo PW 2007

[7] Pluta Z.: Słoneczne instalacje energetyczne. Warszawa, Oficyna wydawnictwo PW 2000
[8] RETScreen Engineering & Cases Textbook: Clean Energy Project Analysis, Third Edition.

Dostępny: http://www.retscreen.net/pl/t_software.php

[9] Zawadzki M.: Kolektory słoneczne pompy ciepła na tak. Warszawa, Polska Ekologia 2003

[10]

Klugmann-Radziemska

E .:

Odnawialne źródła energii przykłady obliczeniowe. Gdańsk,

PG 2009

[11] Smolec W.: Fototermiczna konwersja energii słonecznej. Warszawa, PWN 2000

[12] Brzegowy R.: Inżynierski przewodnik metodyczny badań eksploatacyjnych kolektorów

słonecznych zgodnie z EN i PN, Kraków, AGH, 2012 (praca dyplomowa, promotor:

prof. J. Zimny)

[13] Dobriański J.: Wymiana ciepła w instalacjach słonecznych z płaskimi kolektorami. Olsz

tyn, UMW 2009

[14] Bielik S. Projekt układu hybrydowego kolektory słoneczne-silnik Stirlinga dla celów ener

getycznych, Kraków, AGH, 2012 (praca dyplomowa, promotor: prof. J. Zimny)

[15] PN-EN 12975-2:2007: Słoneczne systemy grzewcze i ich elementy. Kolektory Słoneczne.

Część 2: Metody badań

[16] Solar Heat Worldwide 2011, 2013 Edition. Dostępny: http://www.iea-shc.org/publica-

tions/downloads/Solar_Heat_Worldwide-2013.pdf (odwiedzono 24.01.2014)

[17] Solar Heat Worldwide 2010. Dostępny: http://www.iea-shc.org/publications/downloads/

Solar_Heat_Worldwide-2010.pdf (odwiedzono 05.12.2011)

[18] Solar Heat Worldwide 2009. Dostępny: http://www.iea-shc.org/publications/downloads/

Solar_Heat_Worldwide-2009.pdf (odwiedzono 05.12.2011)

[19] Solar Heat Worldwide 2008. Dostępny: http://www.iea-shc.org/publications/downloads/

Solar_Heat_Worldwide-2008.pdf (odwiedzono 05.12.2011)

[20] Solar Heat Worldwide 2007. Dostępny: http://www.iea-shc.org/publications/downloads/

Solar_Heat_Worldwide-2007.pdf (odwiedzono 05.12.2011)

[21] Solar Heat Worldwide 2006. Dostępny: http://www.iea-shc.org/publications/downloads/

Solar_Heat_Worldwide-2006.pdf (odwiedzono 05.12.2011)

[22] Solar Heat Worldwide 2005. Dostępny: http://www.iea-shc.org/publications/downloads/

Solar_Heat_Worldwide-2005.pdf (odwiedzono 05.12.2011)

[23] Solar Thermal Markets in Europe - Trends and Market Statistics 2012. Dostępny:

http://www.estif.org/fileadmin/estif/content/market_data/downloads/2010%20Europe-

an%20Solar%20Thermal%20Markets.pdf (odwiedzono 05.11.2011)

162

9. Bibliografia

[24] Solar Thermal Markets in Europe - Trends and Market Statistics 2009. Dostępny:

http://www.estif.org/fileadmin/estif/content/market_data/downloads/2009%20solar_
thermal_markets.pdf (odwiedzono 05.12.2011)

[25] Solar Thermal Markets in Europe - Trends and Market Statistics 2008. Dostępny:

http://www.estif.org/fileadmin/estif/content/market_data/downloads/2008%20Solar_

Thermal_Markets_in_Europe_2008.pdf (odwiedzono 05.12.2011)

[26] Solar Thermal Markets in Europe - Trends and Market Statistics 2007. Dostępny:

http://www.estif.org/fileadmin/estif7content/publications/downloads/Solar_thermal_mar-
kets_in_Europe_2007.pdf (odwiedzono 05.12.2011)

[27] Solar Thermal Markets in Europe - Trends and Market Statistics 2006. Dostępny:

http://www.estif.org/fileadmin/estif/content/market_data/downloads/Solar_Thermal_
Markets_in_Europe_2006.pdf (odwiedzono 05.12.2011)

[28] Solar Thermal Markets in Europe - Trends and Market Statistics 2005. Dostępny:

http://www.estif.org/fileadmin/estif/content/market_data/downloads/Solar_Thermal_

markets_in_Europe_2005.pdf (odwiedzono 05.12.2011)

[29] Solar Thermal Markets in Europe - Trends and Market Statistics 2004. Dostępny:

http://www.estif.org/fileadmin/estif/content/market_data/downloads/Solar_Thermal_

Markets_in_Europe_2004.pdf (odwiedzono 05.12.2011)

[30] Solar Thermal Markets in Europe - Trends and Market Statistics 2003. Dostępny:

http://www.estif.org/fileadmin/estif/content/market_data/downloads/Solar_Thermal_
Markets_in_Europe_2003 .pdf (odwiedzono 05.12.2011)

[31] REN21 Renewables 2011 Global Status Report. Dostępny: http://www.ren21.net/Por-

tals/97/documents/GSR/REN2 l_GSR2011.pdf (odwiedzono 05.12.2011)

[32] Rynek kolektorów słonecznych w Polsce - podsumowanie 2009 r. Dostępny:

http://www.ieo.pl/pl/raporty/doc_download/371-rynek-kolektorow-sonecznych-w-

polsce-podsumowanie-2009r.html (odwiedzono 05.12.2011)

[33] Polski rynek energetyki słonecznej termicznej, Marsylia, 20-21 października 2011. Do

stępny: http://www.ieo.pl/pl/prezentacje/doc_download/567-polski-rynek-energetyki-
sonecznej-termicznej-marsylia-20-21-padziemika-2011.html (odwiedzono 05.12.2011)

[34] Wyznaczanie współczynnika sprawności kolektora słonecznego w różnych warunkach

eksploatacji. Dostępny http://www.dlf.ug.edu.pl/spis-cwiczen/cwiczenie-6/ (odwiedzono
04.12.2011)

[35] Sprawozdanie z przeprowadzonych badań i wykonania charakterystyk cieplnych kolekto

ra promieniowania słonecznego HELIOSTAR 202 firmy THERMO-SOLAR POLSKA.

Dostępny:http://www.energiasloneczna.com/wspolpraca/P.A.N%20sprawozdanie%i20

z%20badan.pdf (odwiedzono 04.12.2011)

[36] Instrukcja do ćwiczeń nr 25 Wydziału Energetyki i Paliw Akademii Górniczo-Hutniczej

im. Stanisława Staszica w Krakowie

[37] Kolektory słoneczne: energia ze słońca. Dostępny: http://cdn2.muratordom.smcloud.net/t/

photos/fe/la/b5/felab5773d347c88.jpg (odwiedzono 04.11.2011)

[38] Collector efficiency. Dostępny: http://www.estif.org/solarkeymark/theory/eff-en.xls (od

wiedzono 03.01.2012)

163

10. PODSUMOWANIE, STRESZCZENIA

Jacek Zimny, Rafał Brzegowy, Sebastian Bielik
„Kolektory słoneczne - podstawy teoretyczne, budowa, badania”

N a podstawie analizy stanu wiedzy z zakresu teorii, budowy i badań kolekto

rów słonecznych, przedstawiono kolejno informacje dotyczące: stanu obecnego oraz
kierunków rozwoju tych urządzeń (produkcja ciepła) w świecie, UE i Polsce (rozdz.

3); podstaw teoretycznych działania i budowy (rozdz. 4); ujednoliconą metodolo
gię obliczeń cieplnych i przepływowych kolektorów słonecznych; ich doboru wraz

z instalacjami (rozdz. 4.1-4.5); bilansu energetycznego systemu grzewczego (rozdz.
4.6-4.9) oraz weryfikacji modelu teoretycznego (rozdz. 4.10-4.11) - z wykorzysta

niem materiałów naukowych i praktycznych Światowego Centrum Czystych Tech

nologii Energetycznych w Varennes (www.retscreen.net).

W rozdziale 5. opisano zakres i m etodykę badań kolektorów słonecznych zgod

nie ze standardami badań w Unii Europejskiej i Polsce. Zdefiniowano kolektory sło

neczne jako obiekt badań (rozdz. 5.2); określono zakres badań: eksploatacyjnych,

niezawodnościowych oraz energetycznych (rozdz. 5.3-5.5).

Rozdział

6. zawiera omówienie wybranych badań naukowo-przemysłowych

kolektorów słonecznych w raz z przykładami z wiodących laboratoriów naukowych

w Polsce (rozdz.

6.1-6.4).

W rozdziale 7. przedstawiono wzorcową, przykładową instrukcję zajęć dydak

tycznych badań kolektorów słonecznych w Laboratorium Ekoenergetyki Wydzia
łu Inżynierii Mechanicznej i Robotyki Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie

(modelowanie, określenie sprawności i bilansów energetycznych).

Rozdział

8. określa standard wniosków z badań; podsumowanie i ocenę rezulta

tów: poznawczych, utylitarnych i rozwojowych. Obszerną literaturę z zakresu tem a

tu monografii zawiera bibliografia, literatura - rozdział 9.

Istotnym elementem opracowania są Załączniki (rozdz. 10) dotyczące: wzorco

wych audytów energetycznych budynków przed i po termomodemizacji, projektów
zamiany ogrzewania na ekologicznie czyste (100% OŹE), wraz z oceną projektów
wdrożeniowych z wykorzystaniem oprogramowania POLYSUN (Szwajcaria) oraz

e-platformy RETScreen (USA, Kanada).

164

10. Podsumowanie

10.1. Summary

Jacek Zimny, Rafał Brzegowy, Sebastian Bielik
„Solar collectors - theoretical bases, construction, research”

Based on an analysis o f the state o f knowledge regarding solar collectors theory,

construction and research, the following were presented consecutively: information
regarding current situation and directions o f development for such devices (heat

production) in the world, EU and Poland (chapter 3); information on the theoretical

bases for their construction and operation (chapter 4); a unified methodology for
heat calculations and flow-through collectors; selecting them along with installations
(chapter 4.1-4.5), energy balance for a heating system (chapter 4.6-4.9), as well as
theoretical model verification (chapter 4.10 - 4.11) w ith the use o f scientifical and

practical material by the International Clean Energy Technology Centre in Varennes
(www.retscreen.net).

Chapter 5 covers the scope and methodology o f research on solar collectors in

compliance w ith European Union and Polish research standards. Solar collectors

were defined as a research object (chapter 5.2); the scope o f performance, reliability

and energy tests was determined (chapter 5.3 - 5.5).

Chapter

6 includes a review o f selected scientific-commercial research on

solar collectors along w ith examples from leading scientific laboratories in Poland
(chapter

6.1-6.4).

Chapter 7 presents a model exemplary lesson plan for a teaching class on

solar collector testing from Eco-energy Laboratory at the Faculty o f Mechanical
Engineering and Robotics at AGH University o f Science and Technology in Kraków
(modeling, determining efficiency and energy balance).

Chapter

8 determines the standard for research conclusions and includes

a summary as w ell as assessment o f cognitive, utilitarian and developmental results.

Extensive list o f references concerning the subject o f the monograph was included

in bibliography - chapter 9.

Annexes (chapter 10) are an important component o f the study. They concern

model energy audits o f buildings ahead o f and after thermomodemisation, plans for
replacing heating w ith ecologically clean one (100% RES), along w ith an assessment
o f implementation plans using POLYSUN (Switzerland) software and RETScreen
(USA, Canada) e-platform.

Podsumowanie, streszczenia

165

10.2.

Pe3K)Me

H u e K 3

h m h u

, P a < j) a ji E s K e r o B b i , C e S a c T H H E e j i H K

„ C o j i H e n H b i e K O J i J i e K T o p b i - T e o p e T H H e c K i i e o c H O B a H H H ,

K O H C T p y K I JH H , H C C J ie f lO B a H H » ”

H a ocHOBaHHH anajima cocToamia 3HaHHii no Teopmi, KOHCTpyKiiHH

h HccjieflOBamiaM cojiHenHwx KoaaeKTopoB npeacTaBaaeTca HHc[)opMamia

o HHacecjieflyionieM: coBpeMeimoM cocToaHHH h HanpaBaemiax pa3BHTna s th x

ycTaHOBOK (npoH3BOflCTBo Tenaa) b MHpe, EC h noabine (raaBa 3); TeoperanecKHx
ocHOBamiax hx pafioTti h KOHCTpyicmiH (raaBa 4); ymujmuHpoBaHHOH MeToaoaoniH

TennoBtix pacneTOB n pacneTOB noToica cojmeuHbix KOJiJieKTopoB; hx noaGopa
BMecTe c HHCTajuiapHeH (raaBa 4.1-4.5); SHepreranecKOM 6aaaHce chctcmbi

OTonaeHHa (raaBbi 4.6-4.9) a Taione o BepjKjmKaijHH TeopeTHHecicoii MoaenH (raaBbi

4.10-4.11) - c Hcnoab30BaHHeM Hayrabix MaTepnaaoB IJeHTpa SHepreTHuecKHX

TexHoaoraii CANMET b Bapemr (www.retscreen.net).

B raaBe 5 npeacTaBaeH ofiueM

MeToanKa HccneaoBaHHH coaHenHbix

KoaaeKTopoB no craiiaapTaM HccaeaoBaHHH

EBponeficKOM coio3e

noabm e.

CoanenHbie KoaaeKTopbi Swan npeacTaBaeHbi xax oóueKT HccaeaoBaHHH (raaBa
5.2); 6bia onpeaeaeH obbeM HccaeaoBaHHH: sKcnayaTanHOHHbie

sHepreTHHecioie

HCcaeflOBanHa

HCcaeaoBamia HaaescHOCTH (raaBbi 5.3-5.5).

FaaBa 6 coaepaorr npeacTaBaeime H36paHHbix HayuHO-npoMbimaeHHbix

HccaeaoBaHHH coaHeuHbix KoaaerropoB, a Taicace npHMepbi H3 Beaymnx HaynHbix

aaSopaTopHH

n oabm e (raaBbi 6.1-6.4).

raaBe

npeacTaBaaeTca o 6pa3uoBoe, npuMepHoe pyKOBoacreo no

npoBeaeHHio anaaKTHnecKHX 3aHa™ ii n o HccaeaoBaHHio coaHeuHbix KoaaeKTopoB

JIafiopaTopHH

3K03HepreTHKH

OaxyabTeTa

MexammecicoH

HHxeHepHH

Hpo

6oTOTexHHKHropHO-MeTaaayprHHecKOHAKaaeMHHBKpaKOBe(MoaeaHpoBaHHe,

onpeaeaeHH e K03(j>cj)HiineHTa n o a e 3Horo aeiiCTBHa h SH eprerauecicoro GaaaHca).

TaaBa 8 onpeaeaaeT craHaapT irroroB HccaeaoBaHHn; noabiToacHBaeT

opeHKy pe3yabTaTOB: no3HaBaTeabHbix, ymaHTapHbix

cBa3aHHbix c pa3BHTneM.

BoraTaa anTeparypa no TeMe MOHorpatjiHH coaepMTCa

finGaHorpacjmii, cnncxe

aHTepaTypw - raaBa 9.

CymecTBeHHbiii aaeMem HacToameft paóoTbi -

sto

npnaoaceHHa (raaBa 10),

xacaioiUHeca: o6pa3noBbix SHeproayanTOB 3aaHHH ao n nocae TepMOMoaepHH3aqHH,
npoeKTOB no H3MeHeHHio OTonaeHHa Ha SKoaonmecKH HHCToe (100% B H 3), a TaKace
oijeHKH BHeapcHuecKHX npoeKTOB c Hcnoab30BaHHeM nporpaMMHoro odecneneHHa
POLYSUN (IIlBeHnapHa)

RETScreen (CIHA, KaHaaa).

11. ZAŁĄCZNIKI

166

11.1. Przykłady obliczeniowe według

e-platformy RETScreen®

11.1.1. Karta audytu energetycznego budynku przed i po

term om odernizacji - według poprzedniej normy

Dane Identyfikacyjne:

Zamawiający / Inwestor:

Inwentaryzacja budowlana:

kwiecień, maj 2013

Data opracowania:

cze-13

Typ budynku:

budynek zamieszkani

Lokalizacja:

Rok budowy:
1974

Technologia:

Stan Istniejący c.o.+wentylacja+c.w.u. = 115,2+33,75+50,7= 199,6kW

nt5 c.o.+wentylacja+c.w.u. = 112,77+33,75+50,7=191,21kW

Wariant 4 c.o.+wentylacja+c.w.u. = 112,80+33.75+50,7= 197,26kW
Wariant 3 c.o.+wentylacja+c.w.u. = 110,95+33,75+50,7=195,41 kW

nt 2 c.o.+wentylacjatc.w.u. = 110,95+33,75+50,7= 195,41kW

Wariant 1 c.o.+wentylacja+c.w.u. = 110,95+33,75+8,7=153,4 kW

1992.05

4965,5

1992.05

Wielkość:
Powierzchnia użytkowa
Kubatura pomieszczeń ogrzewanych
Powierzchnia ogrzewana
Współczynnik kształtu budynku A/V
liczba kondygnacji
Uczba pomieszczeń mieszkalnych

Stanlstnieląc^budynku:

Współczynniki przenikania ciepła U [W/m2*K|
ściany zewnetrzne

0,86-0,41

Sprawności systemu ogrzewania:

sprawność przesyłania
sprawność regulacji I wykorzystania

sprawność akumulacji

sprawność całkowita
uwzględnienie przerw w okresie tygodnia

uwzględnienie przerw w ciągu doby
Wskaźniki energetyczne:
qoto= 115,2 kW (zapotrz, na co)

w tym qo„„, = 33,75 kW (wentylacja)

9oo*uB SO,7 kW (depla woda)
Qo“ 14S8 Gl/rok (z uwzgl. sprawności)
Qo= 405000 kWh/rok (z uwzgl.spr)
Ev= 56,4 kWh/(mJa) 202,9 M)/(m’ a)
E» ■ 140,5 kWh/(m'a) 505,8 MJ/(m'a)
Ko = 195673 zl/rok (koszt c.o. I c.w.u.)

Op_tymalnywariant termomodernizacyjny dla obiektu: Wariant 1

„Audyt energetyczny budynku o funkcji mieszkalnej."

Charakterystyka wariantów Inwestycji termomodernizacyjnej budynku

Wykres przedstawia zapotrzebowanie mocy dla c.o„ wentylacji i c-w.u. w funkcji okreslonegc

250

200 ■

8
1 100 -

I I I 1 1 1

□wentylacja

a c.o.

a 80

- i

i i

'¡ i

Stan obecny

Warianty termomodernizacji

it obejmuje: modernizację systemu grzewczego poprzez montaż pompy ciepła, regulatorów

termostatycznych, podzielników ciepła, modernizację instalacji c.w.u. poprzez montaż trzech zestawów

solarnych po jednym na każdą klatkę, montaż nawiewników, po jednym w każdym pomieszczeniu,
ocieplenie stropu nad nleogrzewaną piwnicą, ocieplenie stropodachu, ocieplenie ścian zewnętrznych.

Współczynniki przenikania ciepła U [W/mJ,K]
Ściany zewnetrzne

0,213-0,232

Sprawności systemu ogrzewania:

wność Wytwarzania

sprawność przesyłania
sprawność regulacji i wykorzystania

iprawność akumulacji

sprawność całkowita

inienie przerw w okresie tygodnia
inienle przerw w ciągu doby

Wskaźniki energetyczne:

Efe.ktywność ogrzęwania:.(Warlant 1)

N = 369 359 zł

ÓE* = 5,6 kWh/(mŁa)

Oszczędność energii:

488 GJ/rok

Oszczędność mocy:

4,2 kW

Oszczędność kosztów: 34 883 zł/rok

Wskaźniki ekonomiczne:

Kalkulowany kśzt robót:

823 189 zl

Udział środków własnych Inwestora: 246 957 zl

Kredyt bankowy: 576 223 zł

Premia termomodernizacyjna: 115 246zł

Czas zwrotu nakładów SPBT:

30,0%
70,0%
20,0%

Q,= 264 GJ/rok (z uwzgl. sprawności)

Qi = 73333

kWh/rok (z uwzględnieniem sprawności)

Ev = 54,1 kWh/(m‘ a) 194,8 MJ/(m*a)

E»= 134,9 kWh/(m’ a)

485,6 MJ/(m'a)

K,= 21805 zł/rok (koszt c.o. I c.w.u.)

11.1 Przykłady obliczeniowe w edług e-platformy RETScreen®

167

ŚW IAD ECTW O CH A R A K TE R Y ST YK I EN ERG ETYCZN EJ

DLA BUDYNKU MIESZKALNEGO

Trzy klatkowy, pięciokondygnacyjny

1 23 Czerwca 2023

NUMER ŚWIADECTWA | L/2013

BUDYNEK OCENIANY

J B

Blok mieszkalny

Grybów, osiedle równie

Całość budynku

1975

LIC

, m

)

1992,05

| | BUDYNEK NOWY

\/\ BUDYNEK ISTNIEJĄCY

[ | WYNAJEM / SPRZEDA2 \ś\ ROZBUDOWA

OBLICZENIOWE ZAPOTRZEBOWANIE NA NIEODNAWIALNĄ ENERGIĘ PIERWOTNĄ

EP - budynek oceniany

409,8 kWh/(m2 rok)

)

rze

STWIERDZENIE DOTRZYMANIA WYMAGAŃ WG WT2008 2>

IĘ

)

IĘ

)

409,8 kWh/(m2rok)

351,6 kWh/(m2rok)

114,5 kWh/(m2rok)

1) Charakterystyka energetyczna budynku określana je s t na podstawie porównania jednostkowej Hośd nieodnawialnej energii pierwotnej EP niezbędnej do

zaspokojenia potrzeb energetycznych budynku w zakresie ogrzewania, chłodzenia, wentylacji i cieplej wody użytkowej (efektywność całkowita) z

odpowiednie wartośda referencyjna.

2) Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie

(Dz. U. N r 75, poz. 690, z późn. zm.), spełnienie warunków je s t wymagane tylko dla budynku nowego lub przebudowanego._________________________

U w a g a :

st d

lim

- sta

ji b

str 2

I SPORZĄDZAJĄCY ŚWIADECTWO

IĘ

I N

JAN KOWALSKI

XXX

20 Czerwca 2013

pieczą

tka

pis

24 Czerwca 2013

Świadectwo sporządzone za pomocą programu Audytor Edu OZC 4.8 Pro

168

11. Załączniki

Świadectwo charakterystyki energetycznej nr 1/2013

CHARAKTERYSTYKA TECHNICZNO-UŻYTKOWA BUDYNKU

PRZEZNACZENIE BUDYNKU

Wielorodzinny

LICZBA KONDYGNACJI

POWIERZCHNIA UŻYTKOWA BUDYNKU

1992,05 m2

POWIERZCHNIA UŻYTKOWA O REGULOWANEJ TEMPERATURZE (A,)

1992,05 m2

NORMALNE TEMPERATURY EKSPLOATACYJNE

ZIMA: 20,0

LATO: 20,0 °C

PODZIAŁ POWIERZCHNI UŻYTKOWEJ

MIESZKALNA: 100,0

NIEMIESZKALNA: 0,0 %

KUBATURA BUDYNKU

7894,3 m3

WSKAŹNIK ZWARTOŚCI BUDYNKU A/Ve

0,38

LICZBA UŻYTKOWNIKÓW / MIESZKAŃCÓW

180

RODZAJ KONSTRUKCJI
BUDYNKU

System OW-T - Oszczędnościowy Wielkopłytowy-Typowy

OSŁONA BUDYNKU

brak osłonięcia

INSTALACJA OGRZEWANIA

c.o. zdała czynne
Parametry: 90/70

in s ta la c ja w e n ty la c ji

graw itacyjna pobudzana z wyw ietrznikam i dachowym i - kuchnia, łazienka i

INSTALACJA CHŁODZENIA

Brak.

stalacja

zyg

piecyk gazowy w łazience

CIEPŁEJ WODY UŻYTKOWEJ

OBLICZENIOWE ZAPOTRZEBOWANIE NA ENERGIĘ

IĘ

)]

ł>

SYSTEMY CIEPŁOWNICZE
LOKALNE - ciepło z ciepłowni

gazowej/olejowej

185,1

0 ,0

185,1

PALIWA - Gaz ziemny

0 ,0

164,1

0 ,0

164,1

ENERGIA ELEKTRYCZNA -
produkcja mieszana

0 ,0

2 ,4

PODZIAŁ ZAPOTRZEBOWANIA NA ENERGIĘ

ROCZNE JEDNOSTKOWE ZAPOTRZEBOWANIE NA ENERGIĘ UŻYTKOWĄ [kWh/(m2rok)]

OGRZEWANIE I

WENTYLACJA

CIEPŁA WODA

URZĄDZENIA 11
POMOCNICZE

SUMA

WARTOŚĆ

[kWh/(m2rok)]

128,0

59,1

2 ,4

18 9 ,4

UDZIAŁ

[%]

6 7 ,6

3 1 ,2

1,3

100,0

ROCZNE JEDNOSTKOWE ZAPOTRZEBOWANIE NA ENERGIĘ KO 1COWĄ [kWh/(m2rok)]

OGRZEWANIE I

WENTYLAGA

CIEPŁA WODA

URZĄDZENIA1»
POMOCNICZE

SUMA

WARTOŚĆ

[kWh/(m2rok)]

185,1

164,1

2 ,4

35 1 ,6

UDZIAŁ

[%]

52 ,7

4 6 ,7

0 ,7

10 0 ,0

ROCZNE JEDNOSTKOWE ZAPOTRZEBOWANIE NA ENERGIĘ PIERWOTNĄ [kWh/(m2rok)]

OGRZEWANIE I

WENTYLAGA

CIEPŁA WODA

URZĄDZENIA1»

POMOCNICZE

SUMA

WARTOŚĆ

[kWh/(m2rok)]

2 2 2 ,2

180,5

7,1

4 0 9 ,8

UDZIAŁ

[%]

5 4 ,2

44 ,1

1,7

10 0 ,0

SUMARYCZNE ROCZNE JEDNOSTKOWE ZAPOTRZEBOWANIE NA NIEODNAWIALNĄ ENERGIĘ PIERWOTNĄ [kWh/(m2rok)]

) łącznie z chłodzeniem pomieszczeń

4 0 9 ,8

Świadectwo sporządzone za pomocą programu Audytor Edu OZC 4.8 Pro

11.1 Przykłady obliczeniowe w edług e-platformy RETScreen'

169

Świadectwo charakterystyki energetycznej n r 1/2013

UWAGI W ZAKRESIE MOŻLIWOŚCI ZMNIEJSZENIA ZAPOTRZEBOWANIA NA ENERGIĘ KOŃCOWĄ

MOŻLIWE ZMIANY W
ZAKRESIE OSŁONY
ZEWNĘTRZNEJ BUDYNKU

ocieplenie ścian szczytowych i osłonowych styropianem ,

d od ep le nie sropu.

MOŻLIWE ZMIANY W
ZAKRESIE TECHNIKI
INSTALACYJNEJ I ŹRÓDŁA
ENERGII

płukanie instalacji c.o. m ontaż z aw orów term ostatycznych. M odernizacja instalacji

przesyłow ej na odcinku kotłownia blok mieszkalny.

MOŻLIWE ZMIANY

OGRANICZAJĄCE
ZAPOTRZEBOWANIE NA

ENERGIĘ KOŃCOWĄ W CZASIE
EKSPLOATAGI BUDYNKU

wykorzystanie

OZE

w zakresie cwu.

MOŻLIWE ZMIANY
OGRANICZAJĄCE
ZAPOTRZEBOWANIE NA
ENERGIĘ KOŃCOWĄ
ZWIĄZANE Z KORZYSTANIEM
Z CIEPŁEJ WODY UŻYTKOWEJ

zastosow anie ogniw galwaniczych do ogrzew ania cwu

in n e

u w a g i

o s o b y

w yp osażenie kotłowni w autom atykę pogodową.

SPORZĄDZAJĄCEJ
ŚWIADECTWO
CHARAKTERYSTYKI

ENERGETYCZNEJ

Świadectwo sporządzone za pomocą programu Audytor Edu OZC 4.8 Pro

170

11. Załączniki

________________________________________________________________________________

Świadectwo charakterystyki energetycznej nr 1/2013

OBJAŚNIENIA

trzeb

IĘ

Zapotrzebowanie na energię w świadectwie charakterystyki energetycznej jest
wyrażane poprzez roczne zapotrzebowanie na nieodnawialną energię pierwotną i
poprzez zapotrzebowanie na energię końcową. Wartości te są wyznaczone
obliczeniowo na podstawie jednolitej metodologii. Dane do obliczeń określa się na
podstawie dokumentami budowlanej lub obmiaru budynku istniejącego i przyjmuje
się standardowe warunki brzegowe (np. standardowe warunki klimatyczne,
zdefiniowany sposób eksploatacji, standardową temperaturę wewnętrzną i
wewnętrzne zyski ciepła itp.). Z uwagi na standardowe warunki brzegowe, uzyskane
wartości zużycia energii nie pozwalają wnioskować o rzeczywistym zużyciu energii
budynku.

IĘ

Zapotrzebowanie na nieodnawialną energię pierwotną określa efektywność
całkowitą budynku. Uwzględnia ona obok energii końcowej, dodatkowe nakłady
nieodnawialnej energii pierwotnej na dostarczenie do granicy budynku każdego
wykorzystanego nośnika energii (np. oleju opałowego, gazu, energii elektrycznej,
energii odnawialnych itp.). Uzyskane małe wartości wskazują na nieznaczne
zapotrzebowanie i tym samym wysoką efektywność i użytkowanie energii chroniące
zasoby i środowisko. Jednocześnie ze zużyciem energii można podawać
odpowiadającą emisję C02 budynku.

IĘ

Zapotrzebowanie na energię końcową określa roczną ilość energii dla ogrzewania
(ewentualnie chłodzenia), wentylacji i przygotowania ciepłej wody użytkowej. Jest
ona obliczana dla standardowych warunków klimatycznych i standardowych
warunków użytkowania i jest miarą efektywności energetycznej budynku i jego

techniki instalacyjnej. Zapotrzebowanie na energię końcową jest to ilość energii

bilansowana na granicy budynku, która powinna być dostarczona do budynku przy
standardowych warunkach z uwzględnieniem wszystkich strat, aby zapewnić
utrzymanie obliczeniowej temperatury wewnętrznej, niezbędnej wentylacji i
dostarczenie ciepłej wody

użytkowej.

Małe wartości sygnalizują niskie

zapotrzebowanie i tym samym wysoką efektywność.

I U

Świadectwo charakterystyki energetycznej budynku mieszkalnego, w którym
znajdują się lokale o funkcji niemieszkalnej może być sporządzone dla całego
budynku lub oddzielnie dla części mieszkalnej i dla każdej pozostałej części budynku

stanowiącej samodzielną całość techniczno-użytkową o odmiennej funkcji

użytkowej. Fakt ten należy zaznaczyć na stronie tytułowej w rubryce (całość/część
budynku).

1INFORMAGE DODATKOWE

1) Niniejsze świadectwo charakterystyki energetycznej budynku zostało wydane na podstawie dokonanej oceny

charakterystyki energetycznej budynku zgodnie z przepisami ustawy z dnia 7 lipca 1994 r. - Prawo budowlane
(Dz. U. z 2006 r. Nr 156, poz. 1118, z późn. zm.) oraz rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 6 listopada
2008 r. w sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku i lokalu mieszkalnego lub
części budynku stanowiącej samodzielną całość techniczno-użytkową oraz sposobu sporządzania i wzorów
świadectw ich charakterystyki energetycznej. (Dz. U. Nr 201 poz 1240).

2) Świadectwo charakterystyki energetycznej traci ważność po upływie terminu podanego na str. 1 oraz w
przypadku, o którym mowa w art. 63 ust. 3 pkt 2 ustawy z dnia 7 lipca 1994 r. - Prawo budowlane

3) Obliczona w świadectwie charakterystyki energetycznej wartość „EP" wyrażona w [kWh/m2rok] jest
wartością obliczeniową określającą szacunkowe zużycie nieodnawialnej energii pierwotnej dla przyjętego
sposobu użytkowania i standardowych warunków klimatycznych i jako taka nie może być podstawą do
naliczania opłat za rzeczywiste zużycie energii w budynku.

Ustalona w niniejszym świadectwie skala do oceny właściwości energetycznych budynku wyraża

porównanie jego oceny energetycznej z oceną energetyczną budynku spełniającego wymagania warunków

technicznych.

5) Wyższą efektywność energetyczną budynku można uzyskać przez poprawienie jego cech technicznych
wykonując modernizację w zakresie obudowy budynku, techniki instalacyjnej, sposobu zasilania w energię lub
zmieniając parametry eksploatacyjne.

Świadectwo sporządzone za pomocą programu Audytor Edu OZC 4.8 Pro

11.1.2. Karta audytu energetycznego budynku

po term odernizacji - według aktualnej normy

11.1 Przykłady obliczeniowe w edług e-platformy RETScreen®

ŚW IADECTW O CH A RAKTERYSTYKI ENERGETYCZNEJ

DLA BUDYNKU MIESZKALNEGO

Trzy klatkowy, pięciokondygnacyjny

BUDYNEK OCENIANY

Blok mieszkalny

Grybów, osiedle równie

Całość budynku

1975

, m

)

1992,05

| ~| BUDYNEK NOWY

[/ \ BUDYNEK ISTN1BĄCY

| | WYNAJEM / SPRZEDAŻ \S] ROZBUDOWA

OBLICZENIOWE ZAPOTRZEBOWANIE NA NIEODNAWIALNĄ ENERGIĘ PIERWOTNĄ

E P - b ud yn ek o cen ia ny

151,8 kWh/(m2 rok)

Wg wymagań WT2008 2

budynek nowy

STWIERDZENIE DOTRZYMANIA WYMAGAŃ WG WT2008 2>

IĘ

)

IĘ

)

cen

151,8 kWh/(m2rok)

96,4 kWh/(m2rok)

114,5 kWh/(m2rok)

1 ) Charakterystyka energetyczna budynku określana je st na podstawie porównania jednostkowej ilości nieodnawialnej energii pierwotnej EP niezbędnej do

zaspokojenia potrzeb energetycznych budynku w zakresie ogrzewania, chłodzenia, wentylacji i cieplej wody użytkowej (efektywność całkowita) z
odpowiednią wartością referencyjną.

2 ) Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie

(Dz. U. N r 75, poz. 690, z późn. zm.), spełnienie warunków je st wymagane tylko dla budynku nowego lub przebudowanego.

Uwaga: c

st d

lim

- s

ji b

str 2

SPORZĄDZAJĄCY ŚWIADECTWO

Nowy Sącz

IĘ

I N

JAN KOWALSKI

XXX

20 Czerwca 2013

pieczą

tka

pis

10 Lipca 2013

Śv/iadectwo sporządzone za pomocą programu Audytor Edu OZC 4.8 Pro

172

11. Załączniki

Świadectwo charakterystyki energetycznej nr 1/2013

CHARAKTERYSTYKA TECHNICZNO-UŻYTKOWA BUDYNKU

PRZEZNACZENIE BUDYNKU

Wielorodzinny

LICZBA KONDYGNACJI

POWIERZCHNIA UŻYTKOWA BUDYNKU

1992,05 m2

POWIERZCHNIA UŻYTKOWA O REGULOWANEJ TEMPERATURZE (A,)

1992,05 m2

NORMALNE TEMPERATURY EKSPLOATACYJNE

ZIMA: 20,0

LATO: 20,0 °C

PODZIAŁ POWIERZCHNI UŻYTKOWEJ

MIESZKALNA: 100,0

NIEMIESZKALNA: 0,0 %

KUBATURA BUDYNKU

WSKAŹNIK ZWARTOŚCI BUDYNKU A/Vc

7894,3 m3

0,38

LICZBA UŻYTKOWNIKÓW / MIESZKAŃCÓW

RODZAJ KONSTRUKCJI
BUDYNKU

System OW-T - Oszczędnościowy Wielkopłytowy-Typowy

OSŁONA BUDYNKU

brak osłonięcia

INSTALACJA OGRZEWANIA

c.o. zdała czynne
Parametry: 55/45

INSTALACJA WENTYLACJI

grawitacyjna pobudzana z wywietrznikam i dachowym i - kuchnia, łazienka i

INSTALACJA CHŁODZENIA

Brak.

in s t a la c ja

pr z y g o t o w a n ia

njecyk gazow y w łazience

CIEPŁEJ WODY UŻYTKOWEJ

OBLICZENIOWE ZAPOTRZEBOWANIE NA ENERGIĘ

IĘ

’>

ENERGIA ELEKTRYCZNA -

produkcja mieszana

31,8

13,4

5,4

50,6

PALIWA

- kolektor słoneczny,

termiczny

0,0

45,7

0,0

45,7

PODZIAŁ ZAPOTRZEBOWANIA NA ENERGIĘ

IĘ

)]

122,1

59,1

5,4

186,5

]

65,4

31,7

2,9

100,0

IĘ

'JC

)]

31,8

59,1

5,4

96,4

]

33,1

61,4

5,6

100,0

IĘ

)]

95,5

40,2

16,1

151,8

]

62,9

26,5

10,6

100,0

IĘ

)]

) łącznie z chłodzeniem pomieszczeń

151,8

Świadectwo sporządzone za pomocą programu Audytor Edu OZC 4.8 Pro

11.1 Przykłady obliczeniowe według e-platformy RETScreen®

173

Świadectwo charakterystyki energetycznej nr 1/2013

UWAGI W ZAKRESIE MOŻLIWOŚCI ZMNIEJSZENIA ZAPOTRZEBOWANIA NA ENERGIĘ KOŃCOWĄ

MOŻLIWE ZMIANY W
ZAKRESIE OSŁONY
ZEWNĘTRZNEJ BUDYNKU

ocieplenie ścian szczytowych i osłonowych styropianem,

docieplenie sropu.

MOŻLIWE ZMIANY W
ZAKRESIE TECHNIKI
INSTALACYJNEJ I ŹRÓDŁA
ENERGII

płukanie instalacji c.o. montaż zaw orów term ostatycznych. Modernizacja instalacji
przesyłowej na odcinku kotłownia blok mieszkalny.

MOŻLIWE ZMIANY
OGRANICZAJĄCE
ZAPOTRZEBOWANIE NA
ENERGIĘ KOŃCOWĄ W CZASIE
EKSPLOATACJI BUDYNKU

wykorzystanie

OZE

w zakresie cwu.

MOŻLIWE ZMIANY
OGRANICZAJĄCE
ZAPOTRZEBOWANIE NA

ENERGIĘ KOŃCOWĄ

ZWIĄZANE Z KORZYSTANIEM
Z CIEPŁO WODY UŻYTKOWEJ

zastosowanie ogniw galwaniczych do ogrzewania cwu

in n e

u w a g i

o s o by

w yposażenie kotłowni w autom atykę pogodową.

SPORZĄDZAJĄCEJ
ŚWIADECTWO
CHARAKTERYSTYKI

ENERGETYCZNEJ

Świadectwo sporządzone za pomocą programu Audytor Edu OZC 4.8 Pro

174

11. Załączniki

_______

Świadectwo charakterystyki energetycznej n r 1/2013

OBJAŚNIENIA

zeb

Zapotrzebowanie na energię w świadectwie charakterystyki energetycznej jest

erg

ię

wyrażane poprzez roczne zapotrzebowanie na nieodnawialną energię pierwotną i

poprzez zapotrzebowanie na energię końcową. Wartości te są wyznaczone
obliczeniowo na podstawie jednolitej metodologii. Dane do obliczeń określa się na
podstawie dokumentacji budowlanej lub obmiaru budynku istniejącego i przyjmuje
się standardowe warunki brzegowe (np. standardowe warunki klimatyczne,
zdefiniowany sposób eksploatacji, standardową temperaturę wewnętrzną i
wewnętrzne zyski ciepła itp.). Z uwagi na standardowe warunki brzegowe, uzyskane
wartości zużycia energii nie pozwalają wnioskować o rzeczywistym zużyciu energii

________________________ budynku.____________________________________________________________________

zeb

Zapotrzebowanie na nieodnawialną energię pierwotną określa efektywność

erg

ię

całkowitą budynku. Uwzględnia ona obok energii końcowej, dodatkowe nakłady

ier

nieodnawialnej energii pierwotnej na dostarczenie do granicy budynku każdego

wykorzystanego nośnika energii (np. oleju opałowego, gazu, energii elektrycznej,

energii odnawialnych itp.). Uzyskane małe wartości wskazują na nieznaczne
zapotrzebowanie i tym samym wysoką efektywność i użytkowanie energii chroniące
zasoby i środowisko. Jednocześnie ze zużyciem energii można podawać

________________________ odpowiadającą emisję C02 budynku.___________________________________________

zeb

Zapotrzebowanie na energię końcową określa roczną ilość energii dla ogrzewania

erg

ię

(ewentualnie chłodzenia), wentylacji

przygotowania ciepłej wody użytkowej. Jest

ona obliczana dla standardowych warunków klimatycznych i standardowych
warunków użytkowania i jest miarą efektywności energetycznej budynku i jego
techniki instalacyjnej. Zapotrzebowanie na energię końcową jest to ilość energii

bilansowana na granicy budynku, która powinna być dostarczona do budynku przy

standardowych warunkach z uwzględnieniem wszystkich strat, aby zapewnić

utrzymanie obliczeniowej temperatury wewnętrznej, niezbędnej wentylaęji i

dostarczenie ciepłej wody użytkowej.

Małe wartości sygnalizują niskie

zapotrzebowanie i tym samym wysoką efektywność.

ieszk

Świadectwo charakterystyki energetycznej budynku mieszkalnego, w którym

słu

znajdują się lokale o funkcji niemieszkalnej może być sporządzone dla całego

budynku lub oddzielnie dla części mieszkalnej i dla każdej pozostałej części budynku

stanowiącej samodzielną całość techniczno-użytkową o odmiennej funkcji

użytkowej. Fakt ten należy zaznaczyć na stronie tytułowej w rubryce (całość/część
budynku).

INFORMACJE DODATKOWE

1) Niniejsze świadectwo charakterystyki energetycznej budynku zostało wydane na podstawie dokonanej oceny

2) Świadectwo charakterystyki energetycznej traci ważność po upływie terminu podanego na str. 1 oraz w

przypadku, o którym mowa w art. 63 ust. 3 pkt 2 ustawy z dnia 7 lipca 1994 r. - Prawo budowlane

naliczania opłat za rzeczywiste zużycie energii w budynku.

Ustalona w niniejszym świadectwie skala do oceny właściwości energetycznych budynku wyraża

porównanie jego oceny energetycznej z oceną energetyczną budynku spełniającego wymagania warunków

technicznych.

5) Wyższą efektywność energetyczną budynku można uzyskać przez poprawienie jego cech technicznych

wykonując modernizagę w zakresie obudowy budynku, techniki instalacyjnej, sposobu zasilania w energię lub

zmieniając parametry eksploatacyjne.

Świadectwo sporządzone za pomocą programu Audytor Edu OZC 4.8 Pro

)

wyk

orz

tan

iem

e-pla

tfor

11.1 Przykłady obliczeniowe w edług e-platformy RETScreen®

175

RETScreen Konfiguracja system u - C z ę ść ciepłow nicza

Charakterystyka zapotrzebowania
Z

trz

łe

j w

- o

łe

j w

Ilo

i p

□ Procent wykorzystania w miesiącu

ila

- m

trz

ło

Ocena zasobów
S

ło

0 Pokaż dane

Solamy podgrzewacz wody

rą

Stan planowany

ło

- n

. p

ło

- n

. p

łą

ła

-c

5,1

°c

Jednostka

Stan bazowy

Stan planowany

0,0

Dzienne

Dobowe

promieniowanie

słoneczne -

słoneczne - pow.

Doziome

nachvlona

Miesiąc

kWh/nP/d

kWh/mł/d

Roczny

2,87

3,34

Oszczędność

energii

Dodoatkowe koszty

początkowe

I P

a
E

S o la rn y p o d g rz e w a c z w o d y
Typ

Producent

Model

Pow ierzchnia brutto kolektora sło n ecznego
Pow ierzchnia użytkowa p rzypadająca na kolektor sło n eczny

W spółczynnik F r (tau alfa)
W spółczynnik F r U L
W spółczynnik temperatury dla F r U L
L ic zb a kolektorów

Pow ierzchnia kolektora

Moc

Pozostałe straty

P o z o s ta łe k o s zty

S y s te m c ie p ło w n ic z y

□ W eryfikacja projektu

Ro d zaj paliwa
Sp ra w n o ść sezonow a

Z u ży cie paliwa - rocznie

C e n a paliwa
K o szty paliwa

Zakryty

Hew alex 5 T P A C -H X 5 0 0 So lar
Hew alex 5 T P A C -H X 5 0 0 So lar

2,09

1,83

0,79

(W/m2)/°C

4 ,36

(W/m2)/°C2

0,005

| P L N

39 390 |

31,37
19,18

M agazynow anie

Tak

Po jem n o ść zaso bn ika / pow ierzchnia kolektora

l/m2

W ym iennik ciepła

tak/nie

T a k

Sp ra w n o ść wymiennika ciepła

7 0,0 %

Pozostałe straty

5 ,0 %

Moc pom py / powierzchnia kolektora słonecznego

W/m2

6,30

C e n a energii elektrycznej

PLN/kW h

0,600

P o d su m o w a n ie

Zapotrzebow anie na en. elektr. - pompowanie

MWh

0,4

Ciepło dostarczone

MWh

15,8

Udział ciepła z kolektorów

13%

Sta n b a zo w y

S ta n p la n o w an y

PLN /m 3

P LN

G a z ziem n y - m3

8 4 %

8 4%

I P LN

200

15 596,9

13 600,2

7,375

PLN/m 3

o>
a

łc

178

11. Załączniki

11.2 Weryfikacja obliczeń w ykonanych w edług e-platformy RETScreen®

179

11.2. Weryfikacja obliczeń wykonanych według

e-platformy RETScreen® z wykorzystaniem
oprogramowania POLYSUN®

Raport finansowy

8p: C iep ła w o d a (k o le k to r sło n ec zn y, d uża instalacja)

Kolektor: KS2000 T L P A C

Orientacja (E=+90‘,S=0\W=-90,J:0‘

Ilość kolektorów:15

Kąt pochylenia (poz.=0\ plon.«90'):45‘

Powierzchnia całkowita brutto: 31,37 m

□

-łh*

Przeciętna objętość pobrana: 6 269,9 l/dzlel\

15001 unlw* realny zbiornik buforowy

Lokalizacja Instalacji

łu

ść

fic

: 2

ść

fic

: 4

ść

.: 3

R a p o rt zo sta ł u tw o rz o n y przez:

rzy

szto

f S

-0

W
O

□

" O

U l

/ 8

V6.2.9.18650 / 27.01.2014/16:18:50

la Solaris A6, ich dystrybutorzy i SPF nie ponosi odpowiedzialności za poprawność specyfikacji i v

p o ly s u n

180

11. Załączniki

Raport finansowy

Przegląd instalacji (wartości roczne)

Całkowite zużycie paliwa i /lub energii elektrycznej przez

instalację [Etot]

133 578,9 kWh

Całkowite zużycie energii [Quse]

125 660,9 kWh

Wydajność systemu [(Quse+Einv) / (Eaux+Epar)]

0,94

Wymagania komfortu

Zapotrzebowanie na energię pokryte

Przegląd cieplnej energii s onecznej (roczne wartości)

Powierzchnia kolektora

31,4 m2

Całkowita frakcja solarna

13,4%

Całkowity zysk z powierzchni kolektora

18 215,9 kWh

Uzysk z pola kolektora odnoszący się do powierzchni

brutto

580,8 kWh/m2/Rok

Uzysk z pola kolektora odnoszący się do powierzchni
apertury

664,7 kWh/m2/Rok

Maksymalne oszczędności paliwa

1927,6 m3(gas): [Gaz ziemny H]

Maksymalne oszczędności energii (VDI 6002)

20 239,9 kWh

Maksymalna redukcja emisji C02

4 687,3 kg

Linia horyzontu

g 50

Dane meteorologiczne-Przegląd

• ■ ■

Średnia temperatura zewnętrzna

9 °C

Promieniowanie ca kowite, suma roczna

1125,3 kWh/m2

Promieniowanie rozproszone, suma roczna

548,8 kWh/m2

Analiza finansowa - Kolektor s oneczny

U l

Koszty zakupu

Vela Solaris AG, ich dystrybutorzy IS

V6.2.9.18650 / 27.01.2014 /16:18:50

le ponosi odpowiedzialności za poprawność specyfikacji I wyniki.

p o ly s u n

11,2 Weryfikacja obliczeń wykonanych w edług e-platformy RETScreen®

181

Raport finansowy

Analiza finansowa - Kolektor słoneczny

Żywotność

15 lata

Dotacja proporcjonalna

3 0%

Dotacja od powierzchni

0PLN

Dotacja stała

0PLN

Inflacja

4 %

Odsetki

8,5%

Wzrost cen energii

5 %

Gaz ziemny H

7,375 PLN/m3(gas); 0,704 PLN/kWh

Właściwy koszt zakupu po odliczeniu dotacji

27 993 PLN

Roczne oszczędności na kosztach paliwa

14 248,459 PLN

Koszt energii s onecznej za kWh

0,152 PLN

Okres zwrotu

3 lata

Aktualna wartość instalacji

212 205,062 PLN

Wartość bieżąca netto NPV

184 212,062 PLN

Przegląd komponentów (wartości roczne)

Kocioł Kocioł olejowy

Kocioł gazowy 50kW z wewnętrzną pompą

Moc

Wydajność całkowita

87,9

Energia z/do systemu [Qaux]

kWh

117 313,3

Zużycie energii elektrycznej i paliwa [Eaux]

kWh

133 427,4

Zużycie paliwa przez kocioł dogrzewający [Baux]

m3(gas)

12 707,4

Oszczędności energii dzięki kolektorom słonecznym

kWh

20 239,9

Ograniczenie emisji C 02 -kolektory słoneczne

4 687,3

Oszczędności paliw dzięki użyciu kolektorów sł
onecznych

m3(gas)

1 927,6

3 / 8

V6.2.9.18650 / 27.01.2014/16:18:50

Vela Solaris AG, ich dystrybutorzy i SPF nie ponosi odpowiedzialności za poprawność specyfikacji I wyniki.

p o lp s u n

182

11. Załączniki

Raport finansowy

Kolektor Powierzchnia kolektora

KS2000 TLP AC

j l 1 I B I

Źródło danych

SPF

Ilość kolektorów

Ilość układów równoległych

Powierzchnia całkowita brutto

31,37

Całkowita powierzchnia apertury

27,405

Całkowita powierzchnia absorbera

27,41

Kąt pochylenia (hor.=0°, wert.=90°)

Orientacja (E=+90°, S=0°, W=-90°)

Uzysk z powierzchni kolektora [Qsol]

kWh

18 215,9

Promieniowanie na powierzchnię kolektora [Esolj

kWh

36 213

Sprawność kolektora [Qsol / Esol]

50,3

Bezpośrednie promieniowanie po IAM

kWh

19 738,4

Rozproszone promieniowanie po IAM

kWh

14 359,6

C l

U l

Zapotrzebowanie na ciepłą wodę

Szczyty dzienne

f s m

Pobór objętościowy/dzienna konsumpcja

l/d

6 276,1

t u

Ustawienie temperatury

°C

* W

Zapotrzebowanie na energię [Qdem]

kWh

122 404,7

Pompa Obieg solarny

Pompa Eko, średnia

Spadek ciśnienia w obiegu

bar

0,062

Przepływ

l/h

411,1

Zużycie energii elektrycznej i paliwa [Epar]

kWh

46,9

Pompa Obwód obiegu

Pompa Eko, średnia

Spadek ciśnienia w obiegu

bar

0,003

Przepływ

l/h

411,1

Zużycie energii elektrycznej i paliwa [Epar]

kWh

46,9

Pompa Obwód obiegu

Pompa Eko, średnia

Spadek ciśnienia w obiegu

bar

0,102

Przepływ

l/h

1 534,3

Zużycie energii elektrycznej i paliwa [Epar]

kWh

40,9

Vela Solaris AS, Ich dystrybutorzy i SPF ni

V6.2.9.18650 / 27.01.2014 /16:18:50

isi odpowiedzialności za poprawność specyfika:

polLjsun*

11.2 Weryfikacja obliczeń w ykonanych według e-platformy RETScreen®

183

Raport finansowy

Pompa Cyrkulacja

Pompa Eko, średnia

Spadek ciśnienia w obiegu

bar

0,04

Przepływ

l/h

1000

Zużycie energii elektrycznej i paliwa [Epar]

kWh

16,9

Zbiornik magazynowy Buffer tank

15001 uniwersalny zbiornik buforowy

m m

Pojemność

1500

Wysokość

Materia

Stal

Izolacja

PU sztywna pianka

Grubość izolacji

Strata ciepła

kWh

763,1

Straty na połączeniach

kWh

299,6

Zewnętrzny wymiennik ciepła Obieg solarny

Płytowy wymiennik ciepła, średni

|¡¡¡g|g?g

m m

Pojemność transferu

W/K

10 000

Zewnętrzny wymiennik ciepła Obwód obiegu

Płytowy wymiennik ciepła, średni

w m m

Pojemność transferu

W/K

10 000

Obieg

Pętla solarna

Mieszanina płynów

Mieszanina propylenowa

Stężenie płynu

Objętość płynu

103,5

Ciśnienie w najwyższym punkcie obiegu

bar

5 / 8

V6.2.9.18650 / 27.01.2014 /16:18:50

Vela Solaris AG, ich dystrybutorzy i SPF nie ponosi odpowiedzialności za poprawność specyfikacji i wyniki.

p o lijs u r i’

184

11. Załączniki

Raport finansowy

Frakcja s o la rn a : fra k c ja e n e rg ii so la rn e j d o in sta la cji [SFn]

■ O

U J

Rok

sty

kit

sio

wiz

6 / 8

V6.2.9.18650 / 27.01.2014/16:18:50

Vela Solaris AG, ich dystrybutorzy i SPF nie ponosi odpowiedzialności za poprawność specyfikacji i wyniki.

p o ly s u r f

11.2 W eryfikacja obliczeń wykonanych w edług e-platform y RETScreen®

185

Raport finansowy

C a łk o w it e z u ż y c ie p a liw a i / lu b e n e r g ii e le k try c z n e j p rz e z in sta la c ję [Etot]

13000

12000

11000

10000

9000

8000

7000

6000

5000

4000

3000

2000

1000

sty

lut

mar

kwi

maj

cze

lip

sie

wrz

paź

lis

Rok

C ie p io s o la r n e d o in sta la c ji [Q s o l]

kWh

18216

727

940

1511

1907

2276

2093

2263

2252

1604

1329

731

582

E n e r g ia z g e n e r a t o r a c ie p ła d o in sta la c ji (b e z e n e r g ii c ie p ln e j ze s o ń c a ) [ Q a u x ]

kWh

117313 11403 10217 10876

9901

9498

8848

8638

8689

9557

10143 11136

Z u ż y c ie p a liw a i e n e rg ii e le k t ry c z n e j p rz e z g e n e r a t o r c ie p ła [E a u x ]

kWh

133427 12940 11596 12351 11256 10813 10080

9851

9595

9902

10878 11526 12641

F ra k c ja s o la r n a : fra k c ja e n e r g ii so la r n e j d o in sta la c ji [SF n ]

C a łk o w it e z u ż y c ie p a liw a i / lu b e n e r g ii e le k try c z n e j p rz e z in sta la c ję [E to t]

kWh

133579 12949 11606 12364 11271 10829 10096

9867

9610

9915

10889 11534 12649

P r o m ie n io w a n ie n a p o w ie r z c h n ię k o le k t o r a [E s o l]

Z u ż y c ie e n e rg ii e le k try c z n e j p rz e z p o m p y [E p a r]

C a łk o w it e z u ż y c ie e n e r g ii [Q u s e ]

kWh

125661 11384 10465 11571 10982 10888 10077

9979

9736

9438

10038 10129 10972

S t r a t y c ie p ła d o b u d y n k u (r a z e m z e s t r a t a m i g e n e r a t o r a c ie p a ) [Q in t]

S t r a t y c ie p ła d o o t o c z e n ia (b e z s t r a t w k o le k t o r z e ) [Q e x t]

kWh

977

7 / 8

V6.2.9.18650/27.01.2014/16:18:50

Vela Solaris AG, ich dystrybutorzy i SPF nie ponosi odpowiedzialności za poprawność specyfikacji i wyniki.

p o ly s u r í

Raport finansowy

Kolektor Powierzchnia kolektora

Temperatura maksymalna w ciągu dnia [°C]

fis

1 8 8

11.3 Karty katalogowe podstawowych elementów

stanowiska WIMiR AGH

Płaskie kolektory słoneczne KS2 0 0 0 TLP przeznaczone jest do ogrzewania wody użytkowej, wspo

magania centralnego ogrzewania oraz ogrzewania wody w basenach kąpielowych. Kolektor KS2000TLP
składa się ze zgrzewanego ultradźwiękowo absorbera miedzianego typu harfowego pokrytego wyso-
koselektywną warstwą TIN O X Classic (absorbcja 95%, emisja 5%), obudowy aluminiowej izolowanej

cieplnie wełną mineralną, szyby strukturalnej o wysokiej przepuszczalności promieniowania słonecznego

(91,6%, klasa U1) ze szkła hartowanego oraz aluminiowego obramowania. Obudowa kolektora jest lakie
rowane proszkowo w kolorze R A L 7022 (popielato-brązowym). Kolektor posiada cztery króćce przyłącze

niowe z gwintem zewnętrznym 3A". Podstawową zaletą absorbera pokrytego warstwą TIN O X Classic jest
o około 5% niższa emisja w stosunku do pokrycia z czarnego chromu, co przyczynia się do nieco więk
szej wydajności energetycznej kolektora K S2000TLP w porównaniu z kolektorem KS2000SLP. Ponadto
kolektor KS20 0 0TLP wyróżnia w yższa estetyka i lepsze zabezpieczenie obudowy aluminiowej w stosun
ku do kolektora KS2000TP. Kolektor słoneczny KS2 0 0 0 TLP przeszedł pełne badania energetyczne i ja
kościowe które potwierdza uzyskany certyfikat S O LA R KEYM ARK. Podane w tabeli współczynniki spraw
ności i strat odniesione są do powierzchni czynnej kolektora.

Parametry
Długość

2 018 [mm]

Szerokość

1 037 [mm]

Wysokość

89 [mm]

Waga

40[kg]

Pojemność cieczowa

1.1 W

Powierzchnia brutto kolektora

2,09 [m2]

Powierzchnia czynna (aparatury)

1,82 [m2]

Sprawność optyczna

80,2 [%]

Współczynnik strat A1

3,8 [W/(m2K]

Współczynnik strat zależnych od temp. A2

0,01 W/(m2K2)

Gwarancja: 10 lat

Kolektor słoneczny KS2000TLP

Cena netto: 1 399,00

Symbol 14.22.00

Kolektor słoneczny KSR10

Cena netto: 2 190,00

Symbol 15.11.00

11.3 Karty katalogowe podstawowych elementów stanowiska W IM iR AGH

1 8 9

Kolektor próżniowy K SR 1 0 przeznaczony jest do ogrzewania wody użytkowej, wody w basenie ką

pielowym, a zw łaszcza wspomagania ogrzewania budynku. Kolektor słoneczny K SR 1 0 należy do naj
bardziej wydajnych urządzeń tego typu. Wynika to z takich czynników jak bezpośredni przepływ nośni

ka ciepła w absorberze wykonanym z miedzi i pokrytym wysokoselektywną warstwą eta plus firmy Blu-

eTec (absorbcja 95%, emisja 5%). Absorber umieszczony jest w pojedynczej rurze wykonanej ze szkła
z pokryciem antyrefleksyjnym o najwyższej przepuszczalności promieniowania słonecznego (ponad
95%). Dzięki takiej konstrukcji wydajność z 1m2 powierzchni czynnej kolektora K SR 1 0 jest w wielu wy

padkach o 40 - 50% w yższa w porównaniu z najczęściej proponowanymi kolektorami próżniowymi z ru
rami termosowymi o podwójnych ściankach szklanych oraz tak zwaną rurką cieplną, które to rozwiąza
nia powodują powstawanie dodatkowych stopni przekazywania ciepła obniżających sprawność wykona
nego w ten sposób kolektora. Próżniowy kolektor K SR 1 0 przeszedł pełną procedurę badań energetycz
nych i jakościowych uzyskując znak jakości S O LA R KEYM ARK. Roczna wydajność energetyczna ko
lektora K SR 1 0 należy do najwyższych spośród wszystkich kolektorów próżniowych badanych zgodnie
z procedurą S O LA R KEYM A RK. Kolektor próżniowy K SR 1 0 jest konstrukcją zaprojektowaną do proste
go złożenia i montażu na miejscu budowy instalacji słonecznej. W skład dostarczanych elementów wcho
dzi: 10 rur próżniowych z wbudowanymi absorberami, kompaktowy rozdzielacz obiegu nośnika ciepła
w obudowie z blachy aluminiowej w kolorze R A L 7022 (popielato-brązowym), stelaż kolektora wykonany
z kształtowników aluminiowych lakierowanych w kolorze R A L 7022, łączonych ze sobą śrubami ze sta

li nierdzewnej. Podane w tabeli dane dotyczące współczynników sprawności i strat odnoszą się do po

wierzchni czynnej kolektora.

Parametry:

Wartość:

Długość:

2130 mm

Szerokość:

856 mm

Wysokość:

116 mm

Powierzchnia brutto kolektora:

1.823 m2

Powierzchnia czynna (apertury):

1.014 m2

Pojemność cieczowa:

1.8 I

Waga:

30 kg

Sprawność optyczna:

78 %

Współczynnik strat A 1 :

1.27 W/(m2K)

Współczynnik strat A2 zależny od temperatury:

0.0012 W/(m2K)

Gwarancja:

5 lat

190

11. Załączniki

Podgrzewacz H EW ALEX VF300-2S

Cena netto: 3 070,00

Symbol 86.30.00

Podgrzew acz H EW A LEX VF300-2S wyposażony jest w dwa wymienniki służące do ogrzewania

wody użytkowej, dolny energią cieplną z kolektorów słonecznych oraz górny energią cieplną z kotła. Do
datkowo podgrzewacz posiada króciec umożliwiający wbudowanie grzałki elektrycznej. Zbiornik podgrze
wacza wykonany jest ze stali od wewnątrz pokrytej emalią ceramiczną, chroniąca stal przed korozją. Jest
izolowany cieplnie warstwą sztywnej pianki poliuretanowej o grubości 50 mm. Zewnętrzne wykończenie
stanowi płaszcz typu skay. Podgrzewacz wyposażony jest w anodę magnezową, która dodatkowo zabez
piecza zbiornik przed korozją.

Parametry:

Wartość:

Objętość:

2951

Średnica:

600 mm

Wysokość:

1834 mm

Maksymalna wysokość w przechyle:

1892 mm

Ciśnienie maksymalne::

6 bar

Gwarancja:

5 lat

Powierzchnia wymiennika dolnego:

1,55 m2

Powierzchnia wymiennika górnego

0,8 m2

11.3 Karty katalogowe podstawowych elementów stanowiska W IM iR AGH

191

w/¿o

POMPY DO CENTRALNEGO OGRZEWANIA I CIEPŁEJ WODY UŻYTKOWEJ

P o m p y W ilo -S t r a t o s

Wilo-Stratos

Pompy obiegowe o najw yższej spraw ności do centralnego
ogrzewania (również w wykonaniu do c.w.u. - Stra tos-Z)

Zastosowanie

sta

rze

, in

sta

lim

, z

ię

i c

ło

, p

ło

sta

Dane techniczne

•

tro

śc

i (A

-c, A

-v

, A

-T

, n

-co

st)

•

szc

s te

r o

-1

°C

•

.te

°C

■

łą

sie

i 1

, 5

•

rzy

łą

pl d

Oznaczenie typu

ła

ilo

-S

tra

s 3

-1

tra

- e

tro

ró

i lu

łn

- ś

ró

-1

- za

s zn

śc

i p

Zalety

ją

słu

i, b

ła

j s

i w

ła

św

tla

ito

tró

słu

„

rę

tła

”

Izo

zie

. La

r n

ła

sie

ji w

rzy

rze

się

. T

tło

ży

szc

, w

tó

. M

liw

izo

cji k

sta

lim

i w

j p

z z

sto

lim

łn

siln

zin

tro

ją

. Z

sila

łe

ię

: n

. M

liw

ły

-C

i P

. Z

łu

i z

-M

ito

IR-M onitor

rzą

słu

i i s

ją

słu

tro

i zd

szy

stk

iło

z in

rfe

(ró

). Z

-M

ito

sta

sze

i za

s fu

ji p

, (m

.in

.: w

, ro

j c

sty

i) o

z o

. u

lic

i e

try

, w

rto

śc

sta

sty

, in

). M

ró

rzy

sta

z fu

ji k

tro

(te

st p

, te

st IR

-M

ito

, k

tro

sta

rii). M

ż sp

ić

tó

(ta

że

iln

i je

- lu

tró

jfa

i),

zę

sto

tliw

ść

iru

ją

z sta

t k

żd

iln

, a

że

lim

liw

śc

i w

rze

z o

czy

św

tla

z L

z o

szy

, p

sta

fic

rze

jrzy

sty

só

szy

stk

śc

i o

słu

z w

szy

stk

sta

słu

rzą

się

rę

tłe

rze

żą

j fu

) o

iś

ię

r z

zić

). D

zię

lid

j o

z w

j ja

śc

i tw

rzy

sztu

-M

ito

r je

st o

szk

rzy

Uwaga

tra

s je

st d

tę

ró

tra

s-D

192

11. Załączniki

POMPY DO CENTRALNEGO OGRZEWANIA I CIEPŁEJ WODY UŻYTKOW EJ

Pompy Wilo-Stratos

C h arak tery sty k i A p -c (stała)

w/zo

r i

-Strat i W fi

/ / /

/ \

/ /

■ b*

U [m>/h

°:S 1 ł;ł ? ŁS 3 3.5 ■

, [I/.

—

— =7 - 7

/ -

= 7

1 -

r -

= t 7Z

- J -

3 a1 5 6

ł/h

11.3 Karty katalogowe podstawowych elementów stanowiska W IM iR AGH

193

w/zo

POMPY DO CENTRALNEGO OGRZEWANIA I CIEPŁEJ WODY UŻYTKOW EJ

Pompy Wilo-Stratos

C h ara k te ry sty k i A p - c (stała)

Rozszerzenie typoszeregu

C h ara k te ry sty k i A p - c (stała)

194

11. Załączniki

POMPY DO CENTRALNEGO OGRZEWANIA I CIEPŁEJ WODY UŻYTKOW EJ

Pompy Wilo-Stratos-D

C h arak tery sty k i A p -c (stała)

YiiLO

11.3 Karty katalogowe podstawowych elementów stanowiska W IM iR AGH

195

POMPY DO CENTRALNEGO OGRZEWANIA I CIEPŁEJ WODY UŻYTKOWEJ

Pompy Wilo-Star-RSG

W /IO

Wilo-Star RSG

Pom py obiegow e do centralnego ogrzew ania i system ów
geoterm alnych

Zastosow anie

sta

, g

rze

czy

i k

lim

Zalety

Niewymagająca obsługi, bezdtawnicowa pompa obiegowa,
z przyłączem gwintowanym, z ręcznym 3-stopniowym
przełączaniem prędkości obrotowej. Powłoka kataforetyczna (KTL)
korpusu pompy zapobiegająca korozji w przypadku tworzenia się
kondensatu

Zastosow anie

• Średnica znamionowa przyłączy Rp 1 i Rp 1

• Długość montażowa 180 mm

• Możliwość przyłączenia przewodu z obu stron skrzynki

sterującej

• Szybkozłącze z zaciskami sprężynowymi

• Silnik odporny na prąd przy zablokowaniu

• Wysokość podnoszenia max. 8,0 m

• Przepływ, max. 5,5 m3/h

• Dopuszczalne przetłaczane ciecze: mieszaniny woda-giikol

(max. 1:1)

• Temperatura przetłaczanej cieczy: od -10 do +110°C

• Podłączenie do sieci 1~ 230 V

• Stopień ochrony IP 44,

• Klasa izolacji F

• Korpus pompy:Żeliwo (EN-GJL-200), powłoka kataforetyczna

• Wirnik: Polipropylen wzmocniony włóknem szklanym

• Wat: Stal nierdzewna (X40 C rl3)

• Łożyska ślizgowe: Grafit

C h arakterystyki

196

11. Załączniki

’reflex’
Dane techniczne

’reflex S ’

► do układów grzewczych, chłodniczych

i solarnych, z zawartością środka
przeciw zamarzaniu - do 50%

► przyłącza gwintowane
► niewymienna membrana zgodnie

z DIN 4807 cz. 3, dop. temperatura
pracy 70 °C

► zbiornik 33 litry - z uchwytami mocującymi
► dopuszczenie zgodne z dyrektywą

dot. urządzeń ciśnieniowych 97/23/WE

► powłoka czerwona lub biała

C€

J_i'

i ..— ¿ 3 -

2 - 33 litrów

50 - 250 litrów

350 - 600 litrów

Typ

i r / 120 °C

Indeks

czerwone

białe

Waga

0 D
mm

Ctśa wstępne

97.07.700

- -

1,1

132

260

G %

0,5

97.03.900 97.02.600

2,7

206

321

...

G %

97.04.000 97.02.700

2,8

280

298

...

G %

97.04.100 97.02.800

3,8

280

378

...

G %

1,5

97.04.200 97.02.900

4,8

280

498

...

G %

97.06.200 97.06.300

9,2

354

458

G %

72.09.500

12,5

409

469

158

R 1

72.10.300

17,0

480

538

166

R 1

100

72.10.500

22,7

480

671

210

R 1

140

72.11.500

29,0

480

913

210

R 1

200

72.13.400

40,0

634

758

205

R 1

3,0

250

72.14.400

...

45,0

634

888

205

R 1

300

72.15.400

—

54,0

634

1092

235

R 1

400

72.19.000

—

69,0

740

1066

245

R 1

500

72.19.100

—

80,0

740

1290

245

R 1

600

72.19.200

—

95,0

740

1530

245

R 1

- V n

pojemność nominalna / litry

’reflex F ’

► płaskie naczynia do układów grzewczych

i chłodniczych, w szczególności do montażu

w kotle grzewczym

► niewymienna membrana zgodnie

z DIN 4807 cz. 3, dop. temp. pracy 70°C

► zbiorniki od 18 litrów - z nakładką mocującą
► dopuszczenie zgodne z dyrektywą

dot. urządzeń ciśnieniowych 97/23/WE

► biały, lakierowany piecowo

—IU-A

-AU-

1 2 -2 4 litrów

Typ

l 3 b a r / 1 2 0 °C

Indeks

Waga

Ciśn.wstępne

96.00.011

2,5

389

G 3/,

96.00.030

3,8

444

350

108

G %

96.00.040

5,0

444

350

134

G %

1,0

96.00.000

6,0

444

350

158

G %

96.00.010

7,5

444

350

180

G 3/4

-V n

pojemność nominalna / litry

...Publikacja stanowi ważny i cenny element, możliwej do zrealizowania strategii

samowystarczalności energetycznej kraju i opartym na niej rozwojem społeczno-go

spodarczym.

Realizacja tej strategii jest ze wszech miar zasadna i celowa zwłaszcza w Polsce, po

przez syntezę potencjału nośników energii (a w tym szczególnie bogatych jej odna

wialnych zasobów) i potencjału przedsiębiorczości opartej na w iedzy...

...M onografia wnosi oryginalny i istotny wkład, do rozwoju wiedzy o stosowaniu ko

lektorów słonecznych. Zawiera bowiem zarówno aspekty naukowe, poznawcze i dy

daktyczne - j a k również zagadnienia techniczne, proekologiczne i ekonomiczne wią

żące się z utylitarnymi aplikacjami projektowania oraz szeroko pojętej budowy i eks

ploatacji systemów kolektorów słonecznych z wykorzystaniem e-platformy RETScre-

en ® International (USA, Kanada) oraz oprogramowania POLYSUN ® (Szw ajcaria)...

...K siążka o charakterze podręcznika i metodycznego przewodnika dla wykładow

ców akademickich i studentów, może również stanowić cenną pomoc dla specjali

stów - praktyków i winna być dedykowana wszystkim Osobom cechującym się tro

ską o dobro Rzeczpospolitej, zwłaszcza zajmujących się planowaniem Jej rozwoju...

Płk dr hab. inż. Mieczysław Struś

Instytut Inżynierii Lotniczej, Procesowej i Maszyn Energetycznych

Wydział Mechaniczno-Energetyczny

Politechnika Wrocławska

Se ria w y d a w n ic z a

PROBLEMY INŻYNIERII MECHANICZNEJ,
EKOENERGETYKII INŻYNIERII ŚRODOWISKA®

-8

-6

-0

-4

7 8 8 6 3 " 3 1 8 0 2 4

9788363318024

http://www.pga.org.pl/ksiazka_kolektory.html

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
PODSTAWY TEORETYCZNE BADANIA SOCJOMETRYCZNEGO, Metody badań pedagogicznych
KOROZJA PODSTAWY TEORETYCZNE I SPOSOBY ZAPOBIEGANIA
KOROZJA PODSTAWY TEORETYCZNE I SPOSOBY ZAPOBIEGANIA
Podstawy teoretyczne
ITIL Podstawy W2 Budowa i optymalizacja procesów i serwisów ITIL
terapia dzieci z trudnosciami w czytaniu i pisaniu - podstawy teoretyczne, Studia - pedagogika
Podstawy życia Budowa i czynności komórki
Budowa i badania spektrofotometrów i fotometrów absorpcyjnych
02 16PF PODSTAWY TEORETYCZNE I ANALIZA WYNIKÓW
Podstawy teoretyczne zarzadzania?zpieczeństwem informacji
Czynniki lokalizacji przedsiębiorstwa podstawy teoretyczne (wyklad 2)
Kopia Podstawy teoretyczne termowizji
NR6, 1. Podstawy teoretyczne.
hyraulika, sprawozdanie1, Podstawy teoretyczne
biologiczne podstawy, Stawy, Budowa i rozw?j aparatu ruchu
biologiczne podstawy, Stawy, Budowa i rozw?j aparatu ruchu

więcej podobnych podstron