SYSTEMY ENERGETYKI ODNAWIALNEJ B.22

Transkrypt

1 SYSTEMY ENERGETYKI ODNAWIALNEJ B.22 Wykład: ENERGETYKA SŁONECZNA - Kolektory słoneczne Prowadzący: dr inż. Marcin Michalski kontakt: energetyka.michalski@gmail.com energetyka.michalski Slajd 1

2 Slajd 2

3 KOLEKTOR PŁASKI: szyba solarna (warstwa przepuszczalna), która oddziela wnętrze kolektora od środowiska zewnętrznego, chroniąc przed niekorzystnymi warunkami atmosferycznymi oraz przepuszczając możliwie maksymalną ilość promieniowania słonecznego, izolowana obudowa, której zadaniem jest ograniczanie strat ciepła do chłodniejszego otoczenia, płaski absorber - główny element budowy, którym jest zazwyczaj czarna metalowa płyta o możliwie jak największym współczynniku absorpcji promieniowania słonecznego, oraz wymiennik ciepła, którym są ułożone meandrycznie rury, w których znajduje się czynnik roboczy (zazwyczaj roztwór 40% glikolu z wodą). Rury muszą być wykonane z materiału dobrze przewodzącego ciepło, w celu osiągnięcia maksymalnej wartości przekazywanego strumienia ciepła z absorbera do płynu roboczego. Zazwyczaj stosowanym materiałem w tym celu jest miedź. Slajd 3

4

5

6 Kolektory próżniowo - rurowe Kłopotem w kolektorach słonecznych są straty ciepła z nagrzanego płynu solarnego i straty ciepła z absorbera do otoczenia. Problem ten został rozwiązany w kolektorach próżniowych, gdzie przewody ciepłownicze jak i absorber znajdują się w próżni, która przepuszcza promieniowanie słoneczne, a zapobiega uciekaniu ciepła z powrotem do otoczenia. W przeciwieństwie do kolektorów płaskich, dzięki swojej zdolności pracy przy promieniowaniu rozproszonym sprawdzają się one doskonale w pochmurne lub chłodniejsze jesienne dni. Slajd 6

7

8 Kolektory skupiające: Kolektory skupiające dzięki zastosowaniu układu luster skupiają energię promieniowania punktowo lub liniowo co umożliwia większą koncentrację energii na absorberze, a co za tym idzie większą temperaturę czynnika roboczego (standardowo jest to ok C). Stosuje się je w procesach technologicznych, w których potrzebny jest płyn o wysokiej temperaturze. Znalazły one zastosowanie m.in. w energetyce, gdzie używa się ich do produkcji pary w elektrowniach heliotermicznych lub do przetapiania metali w wielkich piecach słonecznych, gdzie promienie słoneczne skupione w jednym miejscu osiągają temperaturę nawet 3000 C. Slajd 8

9

10

11 Kolektory słoneczne - termiczne Absorber Absorbuje promieniowanie słoneczne i zamienia na ciepło, które odbierane jest przez płyn solarny przepływający rurkami przymocowanymi od dołu absorbera. absorber - blacha, wykonana najczęściej z miedzi lub aluminium, pokryta tzw. powłoką selektywną (np. SolTitan, czarny chrom) układ przepływowy absorbera rury miedziane, aluminiowe; w formie wężownicy (meander), harfy, lub podwójnej harfy Energia słoneczna kolektory słoneczne Slajd 11

12 Kolektory słoneczne - termiczne Absorber warstwy selektywne Energia słoneczna kolektory słoneczne Slajd 12

13 Kolektory słoneczne - termiczne Absorber Absorpcja - określa efektywność przekształcanie promieniowania słonecznego w ciepło (im wyższy współczynnik absorpcji tym lepiej) Emisja straty ciepła przez promieniowanie gorącego absorbera (jak najmniejsza emisja absorbera, tym lepiej) Energia słoneczna kolektory słoneczne Slajd 13

14 Kolektory słoneczne - termiczne Tab. Klasy efektywności szyb solarnych. H wsp. przepuszczalności promieniowania słonecznego Energia słoneczna kolektory słoneczne Slajd 14

15 Kolektory słoneczne - termiczne Układ przepływowy przez rury próżniowe z bezpośrednim przepływem płyn z instalacji solarnej przepływa przez absorber kolektora heat pipe płyn solarny nie przepływa przez absorber ; w rurach próżniowych znajduje się czynnik roboczy transportujący ciepło, przekazywane w kondensatorze do płynu solarnego w instalacji Energia słoneczna kolektory słoneczne Slajd 15

16 Kolektory słoneczne - termiczne Rury próżniowe (szklane) z pojedynczym przeszkleniem (jednościenne) z podwójnym przeszkleniem dwuścienne (typu Sydney) Rura próżniowa dwuścienna Energia słoneczna kolektory słoneczne Rura próżniowa jednościenna Slajd 16

17 Kolektory słoneczne - termiczne Układ przepływowy przez rury próżniowe Przepływ bezpośredni rura w rurze Energia słoneczna kolektory słoneczne Slajd 17

18 Kolektory słoneczne - termiczne Układ przepływowy przez rury próżniowe Przepływ bezpośredni U-rurka Energia słoneczna kolektory słoneczne Slajd 18

19 Kolektory słoneczne - termiczne Układ przepływowy przez rury próżniowe Heat pipe Energia słoneczna kolektory słoneczne Slajd 19

20

21

22

23

24 Parametry kolektorów słonecznych Sprawność kolektora Energia słoneczna kolektory słoneczne Slajd 24

25 Parametry kolektorów słonecznych

26 Budowa instalacji solarnej Rys. Profil poboru c.w.u. w budynku wielorodzinnym Energia słoneczne instalacje kolektorów słonecznych Slajd 26

27 Możliwości wykorzystania kolektorów Energia słoneczna kolektory słoneczne Slajd 27

28 Rodzaje instalacji solarnych Instalacja z czynnikiem niezamarzającym nośnikiem ciepła jest glikol, który transportuje ciepło z kolektorów do odbiornika/odbiorników ciepła glikol stanowi również ochronę instalacji przed korozją (zawiera inhibitory korozji) najczęściej stosowane rozwiązanie (95% instalacji w Europie) Rys. Schemat ideowy instalacji z czynnikiem niezamarzającym Energia słoneczne instalacje kolektorów słonecznych Slajd 28

29 Rodzaje instalacji solarnych Instalacja z termiczną ochroną przed zamarzaniem nośnikiem ciepła jest czysta woda ochrona przed zamarzaniem ciepło ze zbiornika ogrzewa kolektory (wykorzystanie energii wytworzonej konwencjonalnie, np. z gazu ziemnego) bilans energetyczny energię wyprodukowaną przez kolektory trzeba pomniejszyć o ilość ciepła dostarczonego dla ochrony przed zamarzaniem (ok. 10% w skali roku) Rys. Schemat ideowy instalacji z ochroną termiczną Energia słoneczne instalacje kolektorów słonecznych Slajd 29

30 Rozwiązania przykładowych instalacji Rys. Instalacja solarna do wspomagania c.w.u., z zasobnikiem biwalentnym Energia słoneczne instalacje kolektorów słonecznych Slajd 30

31 Rozwiązania przykładowych instalacji Rys. Instalacja c.w.u. - modernizacja Energia słoneczne instalacje kolektorów słonecznych Slajd 31

32 EKSPLOATACJA KOLEKTORÓW SŁONECZNYCH Slajd 32

33 KOSZTY EKSLPOATACYJNE

34 Regularne przeglądy kolektorów słonecznych, które są niezbędne do ich prawidłowego funkcjonowania. Takie przeglądy powinno wykonywać się raz na rok, ewentualnie dwa lata (zgodnie z zaleceniami producenta). W ramach przeglądu kolektorów słonecznych sprawdza się ich stan, reguluje automatykę, aby zapewnić bardziej wydajna pracę systemu grzewczego, sprawdza ciśnienie w instalacji oraz jakość płynu solarnego. Koszta takiej usługi to zazwyczaj zł. Do kosztów eksploatacji kolektorów słonecznych należy także doliczyć koszt wymiany płynu solarnego, którą wykonuje się raz na pięć lat. Za wymianę trzeba zapłacić około 200 zł, do tego dochodzi koszt zakupu nowego płynu za 20 l trzeba zapłacić około 150 zł.

35 OKRESOWA KONSERWACJA Każda nowopowstała instalacja słoneczna powinna być objęta umową o konserwację dla solarnych instalacji grzewczych, które to umowy dotyczą wyłącznie do instalacji solarnych. Konserwacja powinna być przewidziana w odpowiedniej klauzuli kontraktu gwarantującego rezultaty pracy systemu solarnego. Umowa o konserwację wchodzi w życie wraz z dniem odbioru systemu. Służby konserwatorskie powinny prowadzić: wymianę (dostawę i instalację) wszystkich zużywających się elementów (uszczelki, bezpieczniki, lampki kontrolne), ewentualne uzupełnianie płynu w obwodzie pierwotnym, naprawę ewentualnych przecieków układu hydraulicznego, sprawdzanie ciśnienia w obwodzie: ciśnienie minimalne: ewentualną wymianę komponentów (szyby kolektora), inne czynności kontrolne niewymienione powyżej, ale wnioskowane przez klienta. Wymiana większych elementów może być prowadzona po uzyskaniu akceptacji kosztów przez właściwą jednostkę.

36 PRZYKŁAD EKSPLOATACJI KOLEKTORÓW SŁONECZNYCH

37 Do obliczeń, mających wykazać realne koszty użytkowania kolektorów słonecznych, przyjęliśmy następujące założenia (dotyczą one przeciętnych wartości): przeznaczenie kolektorów: dogrzewanie c.w.u. dla 4-osobowej rodziny. średnie dobowe zużycie c.w.u.: 300 l wody wstępnie podgrzanej o 35 C, a więc do ok. 45 C. okres eksploatacji instalacji solarnej: ok. 20 lat. zapotrzebowanie na energię cieplną do podgrzania c.w.u.: roczne 4200 kwh. Instalacja solarna (jeśli jest prawidłowo zaprojektowana i wykonana) jest w stanie pokryć 70% całkowitego zapotrzebowania na energię do dogrzania c.w.u. Oznacza to, że kolektory słoneczne pokryją rocznie średnio 2940 kwh (4200 kwh 0,7 = 2940 kwh) energii.

38 Wnioski Przeciętny system solarny wraz z montażem kosztuje ok zł. Do tej kwoty trzeba dodać koszty eksploatacyjne instalacji solarnej, jak na przykład zużycie prądu przez pompy cyrkulacyjne, konserwacje itp. Przyjęliśmy, że wynoszą one ok zł w całym okresie użytkowania: szacunkowy koszt energii elektrycznej do napędu pomp 150 zł rocznie, czyli 3000 zł w ciągu 20 lat; koszty konserwacji i drobnych napraw 1000 zł także w całym okresie eksploatacji. Zatem sumaryczny koszt instalacji solarnej (uwzględniający zarówno nakłady inwestycyjne, jak i eksploatacyjne) to ok zł. Porównując tę kwotę z oszczędnościami podanymi w tabeli, okazuje się, że inwestycja w instalację solarną najszybciej zwróci się, w przypadku, gdy zamiast niej musielibyśmy podgrzewać wodę energią elektryczną. W pozostałych przypadkach będziemy musieli poczekać dłużej na zwrot kosztów. Uwaga! Przyjęte w założeniach wartości są umowne i w każdym przypadku mogą być inne. W domach, gdzie średnie zużycie c.w.u jest większe niż przeciętne, wspomniane 70% energii pozyskanej dzięki kolektorom może oznaczać całkiem spore oszczędności. Będą one zauważalne np. w domach, gdzie jest wielu mieszkańców lubiących częste kąpiele w wannie, albo w domach pełniących funkcje pensjonatów. Także tam, gdzie instalacja solarna wykorzystywana będzie do podgrzewania wody w basenie.

39

40 Dobór kolektorów KOMPUTEROWE WSPARCIE PROJEKTOWANIA Slajd 40

41 Dobór kolektorów Slajd 41

42 Dobór kolektorów Slajd 42

43 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ Prowadzący: dr inż. Marcin Michalski energetyka.michalski Slajd 43