Jaką moc cieplną uzyskuje kolektor słoneczny?

Transkrypt

1 Jaką moc cieplną uzyskuje kolektor słoneczny? Jaka może być największa moc cieplna kolektora słonecznego Jaka jest różnica pomiędzy mocą kolektora płaskiego, a próżniowego? Jakie czynniki zwiększają moc cieplną kolektora słonecznego?

2 Wykorzystanie energii słonecznej Kolektory słoneczne przetwarzają Energię Promieniowania Słonecznego na ciepło użytkowe. Absorbując (pochłaniając) promieniowanie słoneczne, absorber kolektora wytwarza ciepło oddawane następnie poprzez układ przewodów, do czynnika grzewczego (najczęściej glikol). Ilość wytwarzanego przez kolektor ciepła, jest silnie zmienna w czasie, z uwagi na zależność od nasłonecznienia oraz chwilowej temperatury roboczej. Dlatego też dla doboru instalacji solarnej i dla określanie efektów jej pracy, bardziej istotny jest wskaźnik rocznego uzysku ciepła: kwh/m 2 rok Często jednak (w szczególności dla klienta lub użytkownika) interesujące jest, jaką moc grzewczą uzyskuje kolektor słoneczny 2

3 Kiedy ważna jest znajomość mocy grzewczej? Kiedy ważna jest znajomość mocy grzewczej uzyskiwanej przez kolektor słoneczny? W praktyce, tego typu informacja jest ważna dla większych instalacji solarnych, gdzie w ramach projektowania systemu, dobiera się odpowiednią wielkość takich elementów jak wymienniki ciepła, podgrzewacze pojemnościowe, czy też chłodnice dla odbioru nadmiaru ciepła. Wydajność cieplna kolektora słonecznego jest zmienna w czasie, zależąc przede wszystkim od chwilowego nasłonecznienia, które w warunkach polskich nie przekracza raczej wartości 1000 W/m 2, w idealnym słonecznym dniu latem. Wraz ze wzrostem zachmurzenia, nasłonecznienie powierzchni Ziemi obniża się W/m W/m W/m 2 50 W/m 2 3

4 Jaką ilość energii słonecznej wykorzystuje kolektor? Kolektor słoneczny jest w stanie wykorzystać znaczną część energii słonecznej, praktycznie cechując się najwyższą sprawnością w tym zakresie, spośród wszystkich urządzeń. Teoretycznie największą wydajność grzewczą kolektor osiąga przy sprawności optycznej. Jest to jednak wartość którą należy traktować jako górną fizyczną granicę uzyskiwania mocy cieplnej przez kolektor słoneczny. W praktyce wydajność będzie zawsze niższa, ponieważ należy uwzględnić straty ciepła do otoczenia (dla sprawności optycznej straty ciepła = 0, ze względu na jednakową temperaturę absorbera i powietrza na zewnątrz kolektora słonecznego) Przykładowo: maksymalna moc cieplna kolektora płaskiego KS2000 TLP AC przy sprawności optycznej 79,4% i przy nasłonecznieniu 1000 W/m 2 wyniosła by 794 W/m 2 absorbera 1000 W/m 2 temperatura otoczenia (np. 30 o C) 794 W/m 2 temperatura absorbera (np. 30 o C) 4

5 Moc grzewcza kolektora słonecznego w praktyce Raporty z badań kolektorów słonecznych w formie certyfikatów Solar Keymark (dostępne na solarkeymark.org) zawierają informację o mocy grzewczej kolektora w zależności od różnicy temperatury pomiędzy absorberem, a otoczeniem: Certyfikat Solar Keymark nr 011-7S1693 F kolektora płaskiego Hewalex KS2000 TLP AC 5

6 Moc grzewcza kolektora płaskiego i próżniowego Kolektory próżniowe cechują się niższymi sprawnościami optycznymi, stąd początkowo osiągają niższe lub zbliżone wydajności grzewcze w porównaniu do kolektorów płaskich. Przy wyższej temperaturze absorbera, izolacja cieplna w formie próżni ogranicza straty ciepła do otoczenia. Należy jednak mieć na względzie znaczne zróżnicowanie dostępnych na rynku typów kolektorów próżniowych. W poniższym porównaniu wzięto pod uwagę kolektor próżniowy KSR10 o wysokiej efektywności pracy (sprawność optyczna 78%) W/m 2 Dla nasłonecznienia 1000 W/m 2 W odniesieniu do powierzchni apertury Różnica temperatury absorber-otoczenie (K) 6

7 Moc grzewcza kolektora płaskiego i próżniowego Znaczną część rynku zajmują kolektory próżniowe o niskiej efektywności pracy. Dotyczy to szczególnie kolektorów o 2-ściennych rurach próżniowych, które wpływają na obniżenie sprawności optycznej. Pomimo dobrej izolacji cieplnej, tego typu kolektory nie są w stanie w standardowych warunkach pracy, uzyskać wyższej sprawności pracy od kolektorów płaskich. Przykładem może być typowy próżniowy kolektor słoneczny (sprawność optyczna 61,8%, nr certyfikatu Solar Keymark 011-7S504 R). W/m 2 Dla nasłonecznienia 1000 W/m 2 W odniesieniu do powierzchni apertury Różnica temperatury absorber-otoczenie (K) 7

8 Moc grzewcza kolektora płaskiego i próżniowego Przykładowo w tych samych warunkach nasłonecznienia 1000 W/m 2 i dla jednakowej różnicy temperatury 30 K (np. absorber 60 o C, a powietrze zewnętrzne 30 o C), moce cieplne kolektorów słonecznych wskazanych na poprzednich wykresach będą wynosić (w odniesieniu do powierzchni czynnej absorberów, tzw. apertury): 1000 W/m 2 30 o C KS2000 TLP AC KSR S504 R 659 W/m W/m W/m 2 8

9 Moc grzewcza kolektora płaskiego i próżniowego Wybierając typ kolektora słonecznego należy wziąć pod uwagę szersze kwestie ich eksploatacji w różnych warunkach, a także kosztów inwestycji. W większości sytuacji, ze względu na kryteria ekonomiczne i techniczne, uzasadnione jest stosowanie kolektorów płaskich. Wysokiej klasy kolektory próżniowe oznaczają dla klienta podwyższone koszty inwestycji, co wydłuża okres zwrotu poniesionych kosztów. Jednocześnie moc cieplna kolektorów próżniowych nie w każdym przypadku przewyższa moc uzyskiwaną przez kolektory płaskie. Konieczne jest zastosowanie wysokoefektywnych kolektorów próżniowych o 1-ściennych rurach i dzięki temu wysokiej sprawności optycznej. 9

10 Moc cieplna w zależności od warunków pracy Moc cieplna kolektorów słonecznych zmienia się między innymi w zależności od temperatury czynnika grzewczego, rosnącej wraz ze wzrostem temperatury wody użytkowej w podgrzewaczu (porównanie dla kolektorów KS2000 TLP AC). 40 o C 800 W/m 2 20 o C 70 o C 30 o C 20 o C 60 o C 50 o C 10

11 Odczyt mocy cieplnej kolektorów słonecznych Moc cieplna kolektorów słonecznych, może być odczytywana na bieżąco na ekranie sterownika G422 firmy Hewalex, który współpracuje w tym celu z przepływomierzem elektronicznym. Odczyt chwilowej wydajności cieplnej można także prowadzić zdalnie, dzięki systemowi zdalnego nadzoru pracy instalacji solarnej. 11

12 Zwiększanie mocy grzewczej kolektora słonecznego Jakie 3 czynniki zwiększają moc grzewczą kolektora słonecznego? Obniżanie temperatury po stronie odbioru ciepła, np. wody użytkowej w podgrzewaczu, wody basenowej, temperatur pracy instalacji grzewczej (preferowane ogrzewanie podłogowe) Wybór priorytetu pracy instalacji solarnej na potrzeby niższych temperatur roboczych, a więc pierwszeństwo pracy np. dla wody basenowej, a w drugiej kolejności dla wody użytkowej i w dalszej wspomagania ogrzewania budynku Zwiększanie natężenia przepływu w instalacji solarnej, a przez to obniżanie temperatury absorbera i zmniejszanie strat ciepła do otoczenia kolektora słonecznego 12

13 Hewalex Ponad 20-letnie doświadczenie na rynku polskim i zagranicznym więcej prezentacji >>>

14 Hewalex Ponad 20-letnie doświadczenie na rynku polskim i zagranicznym Kompletne rozwiązania oparte o kolektory słoneczne i pompy ciepła Zastosowanie w obiektach mieszkalnych i użytkowych więcej prezentacji >>>