Sprawność kolektora słonecznego

Sprawność kolektora słonecznego Jaką sprawność może uzyskiwać kolektor słoneczny? Czym jest sprawność optyczna kolektora słonecznego? Od jakich czynników zależy chwilowa sprawność kolektora słonecznego? Jakie sprawności uzyskują kolektory płaskie, a jakie próżniowe? www.solarblog.pl www.hewalex.pl

Sprawność kolektora słonecznego Sprawność kolektora słonecznego określa jaką część energii promieniowania słonecznego docierającego do jego powierzchni, jest on w stanie przetworzyć na ciepło użyteczne Maksymalna sprawność dobrej klasy kolektorów słonecznych sięga 80 i więcej % W warunkach roboczych sprawność ta wynosi zazwyczaj wyraźnie mniej, ze względu na straty ciepła do otoczenia, zależne od budowy kolektora i skuteczności jego izolacji cieplnej 1366 W/m 2 1000 W/m 2 = 80% 800 W/m 2 2

Parametry sprawnościowe kolektora słonecznego Każdy producent oferujący kolektory słoneczne przynajmniej na rynku europejskim, powinien posiadać dla każdego produktu z oferty, certyfikat Solar Keymark. Potwierdza on zgodność jakości kolektora słonecznego z wymaganiami normy EN 12975 (w Polsce jako PN-EN 12975). Jednocześnie certyfikat zawiera parametry sprawności kolektora, które stanowią wiarygodną informację niezależną od producenta uzyskaną na podstawie badań w niezależnych certyfikowanych ośrodkach wg tych samych kryteriów normy EN 12975 0 = 80,2% a1 = 3,8 W/m 2 K a2 = 0,0067 W/m 2 K 2 Kolektor Hewalex KS2000 TLP 3

Potwierdzenie parametrów kolektora słonecznego Przykład certyfikatu z badań kolektora słonecznego w jednym z certyfikowanych ośrodków: w Instytucie SPF Rapperwil (www.spf.ch) Parametry są określane dla 3-ech rodzajów powierzchni kolektora słonecznego: brutto, absorbera i apertury. 0 = 81,7% a1 = 4,17 W/m 2 K a2 = 0,0077 W/m 2 K 2 Kolektor Hewalex KS2000 TLP Am 4

Rodzaje powierzchni kolektora słonecznego Bardzo ważne jest więc porównywanie między sobą parametrów kolektorów słonecznych, w odniesieniu do jednakowej definicji powierzchni. W tym względzie powszechnie przyjmuje się powierzchnię apertury, czyli czynną pracującą (nasłonecznioną) powierzchnię absorbera Często powierzchnia absorbera pracuje w całości jest nasłoneczniona w pełni (brak zacienionych miejsc), stąd powierzchnia apertury (czynna) jest taka sama jak absorbera Powierzchnia brutto Powierzchnia absorbera Powierzchnia apertury 5

Różnica temperatury w określaniu sprawności Sprawność kolektora słonecznego zależy od strat ciepła im wyższa temperatura absorbera w stosunku do otoczenia, tym wyższe straty ciepła kolektora i niższa sprawność Dlatego wskazane jest, aby kolektory pracowały z dobrym odbiorem ciepła w niskotemperaturowych systemach, gdzie T ( delta T czyli różnica temperatury) wynosi 16-48 K (Kelvin = o C, jednostka używana dla określania różnicy temperatury) temperatura otoczenia (np. 25 o C) różnica temperatury T 60 o C 25 o C = 35 o C (35 K) temperatura absorbera (np. 60 o C) 6

Sprawność optyczna kolektora słonecznego Sprawność optyczna 0 kolektora słonecznego to najwyższa możliwa teoretycznie sprawność, przy braku strat ciepła (brak różnicy temperatur T) temperatura otoczenia (np. 25 o C) 0 = 81,7% temperatura absorbera (np. 25 o C) różnica temperatury T 25 o C 25 o C = 0 o C (0 K) 7

Sprawność Sprawność optyczna kolektora słonecznego Sprawność optyczna 0 kolektora słonecznego na wykresie sprawności położna jest w najwyższym punkcie Sprawność chwilowa (robocza) zależy już z kolei od współczynników strat ciepła a1, a2 kolektora słonecznego wg wzoru, gdzie E g jest nasłonecznieniem (np. 600 W/m 2 ). = 0 a1 T a2 T 2 E g E g 0 Różnica temperatury T o C (K) 0 o C 16 o C 32 o C 48 o C 64 o C 80 o C 8

Sprawność Porównanie sprawności kolektorów słonecznych Im większe współczynniki strat ciepła a1, a2, tym bardziej nachylony wykres sprawności = niższa wydajność cieplna kolektora (W/m 2 ) Dla idealnego cieplnie kolektora (a1 i a2 = 0), sprawność była by zawsze jednakowo maksymalna niezależna od różnicy temperatur T a1 = 0 / a2 = 0 Różnica temperatury T o C (K) 0 o C 16 o C 32 o C 48 o C 64 o C 80 o C 9

Jak porównywać ze sobą kolektory słoneczne? Dysponując ustalonymi w takich samych warunkach parametrami kolektorów słonecznych, możliwe jest porównywanie ich sprawności oraz wydajności (W/m 2 ). Wystarczające są do tego 3 parametry: sprawność optyczna oraz współczynniki strat ciepła a1 oraz a2. Pozwala to obliczyć wydajność cieplną (W/m 2 ) w każdych warunkach, a także narysować wykres krzywej sprawności Dla porównania przyjęto wyłącznie parametry z bazy Solar Keymark dla 30-tu popularnych na rynku polskim kolektorów słonecznych (wartości odniesione do powierzchni apertury) 10

Kolektor płaski czy próżniowy? (1/2) Kolektory próżniowe mają niższe straty ciepła, jednak przeważnie mają niższą sprawność optyczną w porównaniu do kolektorów płaskich. Przykładem może być porównanie sprawności kolektora płaskiego Hewalex KS2000 TL Am oraz próżniowego Hewalex KSR10: 11

Kolektor płaski czy próżniowy? (2/2) Nie jest jednak regułą, że każdy kolektor próżniowy pracuje z wyższą sprawnością od kolektora płaskiego. Na rynku funkcjonuje wiele typów kolektorów próżniowych, których konstrukcja sprawia, że uzyskują one porównywalne lub nawet niższe sprawności pracy. Wykres przedstawia krzywe sprawności dla kolektorów próżniowych (dane Solar Keymark) + płaski KS2000 TP Am 12

Sprawność Porównanie sprawności kolektorów płaskich (1/2) 0 o C 16 o C 32 o C 48 o C 64 o C 80 o C Różnica temperatury T o C (K) pomiędzy absorberem, a otoczeniem (wykres dla nasłonecznienia 600 W/m 2 ) 13

Porównanie sprawności kolektorów płaskich (2/2) Jak wskazuje wykres na poprzednim stronie, sprawności płaskich kolektorów słonecznych różnią się między sobą nieraz znacznie. Na przykład różnica pomiędzy sprawnością kolektora Hewalex KS2000 TP Am, a dwoma innymi kolektorami (dla T = 32 K) może się różnić nawet do niemal 40% (!). = 58,15% Q = 349 W/m 2 = 51,37% Q = 308 W/m 2-12% = 35,47% Q = 213 W/m 2-39% 14

Skąd czerpać parametry kolektorów słonecznych? Certyfikaty Solar Keymark są w całości zebrane w jednej bazie, dostępnej ogólnie poprzez stronę: www.solarkeymark.org W bazie znajduje się obecnie (01.2012) ponad 1500 certyfikatów Solar Keymark, które można odszukiwać np. po nazwie producenta, albo kraju pochodzenia kolektora słonecznego 15

Reasumując Sprawność kolektora słonecznego silnie zależy od warunków pracy, szczególnie od temperatury absorbera w stosunku do temperatury otoczenia Kolektory słoneczne można między sobą porównywać w wiarygodny sposób, dzięki wynikom badań w niezależnych ośrodkach (np. SPF, ISFH) opartym o jednakowy harmonogram badań wg normy EN 12975 Różnice w sprawnościach kolektorów słonecznych mogą być znaczące, wskutek różnic w ich budowie, szczególnie w izolacji cieplnej Sprawność optyczna nie może być jedynym wymiernym parametrem świadczącym o klasie kolektora słonecznego. Sprawność chwilowa (robocza) zależy nie tylko od sprawności optycznej, ale także od współczynników strat ciepła a1 i a2. 16

Hewalex Ponad 20-letnie doświadczenie na rynku polskim i zagranicznym więcej prezentacji >>> www.solarblog.pl www.hewalex.pl

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 >>> www.solarblog.pl www.hewalex.pl