Výpočet solárních kolektorů pro solární systém musí být proveden v každém konkrétním případě zvlášť, protože spotřeba teplé vody a potřeby vytápění budov závisí na mnoha různých faktorech.
Nejjednodušším a tudíž neméně efektivním způsobem, jak vypočítat přibližné množství energie přijaté ze solárního kolektoru v konkrétní oblasti, je metoda založená na využití údajů o průměrné roční sluneční aktivitě v této oblasti a absorpční ploše zařízení.
Pro posouzení úplnosti zajištění tepelné energie solárním kolektorem použijeme statistická data.
V průměru tak jedna domácnost spotřebuje 2-4 kW energie na ohřev teplé vody na osobu a den.
Objem energie generované solárním kolektorem přímo závisí na několika parametrech, včetně:
Množství slunečního záření na plochu 1 m² pro různé regiony Ukrajiny lze nalézt ve statistických zprávách o aktivitě slunečního záření v daném regionu nebo ve stavebních údajích o tepelné technice.
Plochu kolektoru lze zjistit z pasportní dokumentace solárních solárních systémů.
Hodnotu účinnosti bereme z rozmezí 80 – 85 % (pasové údaje).
Přijímáme optimální úhel sklonu plochy apertury vůči slunci pro naši oblast (podle zeměpisné šířky lokalizovaného objektu).
Pokud nemůžete najít přesné informace o sluneční aktivitě ve vaší oblasti, můžete použít údaje o průměrném slunečním záření pro regiony Ukrajiny na 1 m² na vodorovné ploše.
Další možností je použít empirický vzorec: vynásobte množství energie na horizontální plošině číslem 1,2.
Obsah
- Způsob výpočtu
- Požadavky na instalaci kolektorů
- Zařízení a princip činnosti
- Typy a vlastnosti domovních kolektorů pro ohřev vody a vytápění
- Byt vysoce selektivní
- Vakuové trubkové
- Koncentrace
- Anténa
- Výpočet výkonu solárního kolektoru
- Využití solárních kolektorů v Rusku a ve světě
- Náklady na solární instalaci pro dům
Způsob výpočtu
1. V technické dokumentaci solárních kolektorů výrobci uvádějí hodnotu absorpční plochy.
2. Na základě pasportních údajů absorpční plochy uvedené pro celý vakuový rozdělovač Apricus (skládající se z 30 trubic) je možné určit absorpční plochu jedné skleněné trubice: 2,83 / 30 = 0,09 m².
3. Nyní můžete najít požadovaný počet trubic, které tvoří 1 m² plochy kolektoru.
Stanovení této hodnoty je nutné z toho důvodu, že všude je množství sluneční energie udáváno přesně na 1 m².
Získáme: 1 m² / 0,16 m² = 11,11.
Jinými slovy, 1 m² = 11 trubic vakuového rozdělovače.
4. Chcete-li určit, kolik trubic musí solární kolektor obsahovat, aby generoval požadované množství tepelného výkonu, musíte znát tepelný výkon 1 trubice.
Najdeme to pomocí vzorce:
Výkon 1 trubice (roční) = Absorpční plocha 1 trubice x sluneční záření 1 m² pro daný region (roční) x účinnost kolektoru.
Z tabulky bereme hodnoty průměrného měsíčního (bereme 30 dní v měsíci) oslunění pro Charkov. Měsíc leden, únor, březen, duben, květen, červen, červenec, srpen, září, říjen, listopad, prosinec: 32,1 56,1 88,5 118,8 157,5 156,6 157,5 140,1 93,6 58,2 30,6 25,8
Roční sluneční záření 1 m² pro Charkov pak bude: 1115,4 kW*hodina/m².
Celkem: Roční výkon 1 trubice = 0,09 x 1115,4 x 0,8 = 80,3 kW.
5. Tepelná energie generovaná 1 m² solárního kolektoru za rok bude: 80,3 x 11 = 883 kW.
6. Dotyčný kolektor s absorpční plochou 2,83 m² produkuje: 883 x 2,83 = 2498,89 kW = 2,5 MW.
Nyní se vraťme na začátek článku, kde bylo řečeno, že v domácnosti vydá 1 člověk 2-4 kW energie na ohřev vody.
To znamená, že s celoročním využitím v Charkově solárního kolektoru sestávajícího z 30 skleněných trubic o ploše 2,83 m² a účinnosti = 0,8, průměrně za den získáte: 2498,89 kW / 365 = 6,8 kW. Tato energie stačí pro potřeby 2-3členné rodiny. Opět se jedná o přibližné výpočty založené na průměrných datech.
V praxi může být generovaná energie menší, například při zatažené obloze, proto je třeba plochu kolektoru volit s rezervou 20 %.
Pro správnou instalaci solárních kolektorů je nutné, aby místo instalace solárních kolektorů navštívil certifikovaný specialista.
Mezi základními požadavky na instalaci je třeba věnovat pozornost umístění vzhledem ke světovým stranám.
Požadavky na instalaci kolektorů
Solární kolektory budou fungovat, i když budou orientovány na východ nebo západ, ale to povede ke snížení produktivity v závislosti na umístění a konfiguraci systému.
Pro optimální roční výkon by se měl montážní úhel kolektoru rovnat zeměpisné šířce místa instalace. Odchylka +/- 10 stupňů je přijatelná a nemá velký vliv na výkon solárního systému.
Pokud existuje možnost, že v létě výkon výrazně překročí potřebu tepla, instalujte kolektor pod úhlem o 15-20 stupňů větším, než je zeměpisná šířka místa instalace. To pomůže snížit letní produktivitu a zvýšit produktivitu v zimě.
Například při zeměpisné šířce 30 stupňů by měl být úhel instalace 45-50 stupňů.
Pokud dodržíte správný výběr a umístění solárního systému, bude váš domov vždy pohodlný a útulný.
Neustálý růst cen za vytápění a dodávku teplé vody nutí mnohé z nás přemýšlet o způsobech, jak ušetřit. Je však možné nejen snížit náklady na energie, ale snížit je na nulu? Je to možné, pokud používáte solární energii. Solární kolektory jsou zdrojem bezplatné a ekologické energie.
Takové kolektory, nebo, jak se jim také říká, solární systémy, jsou určeny k akumulaci sluneční energie na ohřev vody. Použití této instalace umožňuje zajistit dodatečné vytápění na jaře a v létě. Jinými slovy, majitelé solárních kolektorů dostávají teplou vodu a teplo zcela zdarma.
Zařízení a princip činnosti
Nejjednodušším solárním kolektorem jsou černé kovové desky uzavřené ve skleněném nebo plastovém pouzdře, které se obvykle montují na střechu domu. Solární kolektor je v podstatě miniaturní skleník, který uchovává sluneční energii. Tato energie ohřívá vodu cirkulující potrubím skrytým pod deskou. Čím více energie se přenese do chladicí kapaliny, tím vyšší je její účinnost. Ale i když je princip činnosti u všech kolektorů stejný, jejich konstrukce se poněkud liší v závislosti na typu kolektoru a rozsahu jeho použití.
Nevyužitá ochlazená voda z rezervoáru postupně padá dolů a vytváří prostor pro ohřátou vodu z kolektoru. Studená voda vstupuje do výměníku tepla, kde se ohřívá a vrací zpět do nádrže. V praxi to znamená, že voda v zásobníku zůstává vždy horká – za jasných slunečných dnů může její teplota dosáhnout až 70 oC.
Typy a vlastnosti domovních kolektorů pro ohřev vody a vytápění
Popsané schéma činnosti kolektoru je velmi zjednodušené, ale ve skutečnosti jsou solární systémy poněkud složitější. Existuje několik typů solárních kolektorů s vlastními konstrukčními prvky.
Byt vysoce selektivní
Plochý kolektor je jedním z nejběžnějších typů. Jejich výhodou je nízká cena, ale oproti jiným modelům ztrácí více tepla. Ploché solární kolektory se skládají z plošného absorbéru, čirého skleněného krytu, tepelné izolace na zadní straně a rámu, který je zpravidla vyroben z hliníku nebo oceli.
Rovinný absorbér je tmavě zbarvený plech spojený s tepelně vodivými trubkami. Vrstva absorbéru akumuluje sluneční paprsky a přeměňuje sluneční energii na tepelnou energii, která je následně předána chladicí kapalině (směs vody a glykolu). Tato kapalina „kanáluje“ teplo do solární baterie. Skleněný kryt kolektoru chrání absorbér před okolními vlivy a snižuje tepelné ztráty a vytváří skleníkový efekt. Stejnou funkci plní také tepelná izolace z minerálních vláken.
Vakuové trubkové
Solární kolektory tohoto typu se skládají ze skleněných trubic, z nichž každá obsahuje zařízení pohlcující sluneční světlo. Vakuum je ideálním tepelným izolantem, a proto jsou tepelné ztráty takových kolektorů mnohem menší. Existují dva typy vakuových kolektorů, lišících se způsobem ohřevu – s nepřímým přenosem tepla a přímým prouděním. První typ zařízení je určen pro celoroční použití a druhý – pro teplou sezónu, od dubna do září.
Koncentrace
Na jaře, v létě a na podzim je denní úhlová dráha slunečních paprsků více než 120 stupňů – úhel, ve kterém pevné solární kolektory efektivně fungují. Zvýšení provozních teplot na 120-250 o C je možné zavedením koncentrátorů do solárních kolektorů pomocí parabolicko-cylindrických reflektorů uložených pod absorbujícími prvky. Koncentrují sluneční paprsky a díky tomu se jich k panelu dostane více. K dosažení vyšších teplot jsou zapotřebí zařízení pro sledování slunce. Jedná se o poměrně drahé řešení a používá se především pro průmyslové účely.
Anténa
K ohřevu vzduchu se používají solární vzduchové kolektory. Jedná se o jednoduché ploché kolektory vhodné pro vytápění a sušení zemědělských produktů. Vzduch prochází absorbérem v důsledku přirozené konvekce nebo pod vlivem ventilátoru. Nevýhodou posledně jmenované možnosti je, že část energie je vynaložena na provoz ventilátorů.
Mimochodem . Životnost solárních kolektorů se pohybuje od 15 do 30 let v závislosti na typu a výrobci. Levné produkty od asijských vývojářů jsou méně spolehlivé, zatímco sběratelé od nejlepších německých firem mohou vydržet déle než uvedenou dobu.
Výpočet výkonu solárního kolektoru
Solární kolektory pro domácnost mohou mít velmi vysoký výkon. Pro přesný výpočet výkonu kolektoru potřebujete znát jeho absorpční plochu, množství slunečního záření pro vaši oblast a účinnost kolektoru.
Řekněme, že použijeme kolektor o ploše přibližně 1 m7. m, skládající se ze 0,15 trubek, z nichž každá má absorpční plochu 0,15 m1. m. Výsledný výkon za den se vypočítá takto: 1173,7 (absorpční plocha 0,67 trubice) × 117,95 (hodnota oslunění v Moskevské oblasti) × 0,325 (účinnost solárního kolektoru) = 0,545 kW•hod/mXNUMX. m. V průměru vyrobí za den jedna vakuová trubice tepelného kolektoru XNUMX kW•hod. Během nejslunečnějších letních měsíců vyrobí XNUMX kWh.
Užitečné informace . Statistiky ukazují, že spotřeba teplé vody na osobu vyžaduje v domácnosti v průměru 1 až 2 kW tepelné energie za den.
Využití solárních kolektorů v Rusku a ve světě
Solární kolektory jsou rozšířeny po celém světě, i když u nás jsou stále novinkou. Skutečný boom solárních kolektorů nastal v 1970. letech 85. století, v době ropné krize. Poté se začaly používat v mnoha zemích, od USA po Japonsko. V Izraeli dnes sluneční kolektory využívá více než 200 % populace. Nyní celková kapacita solárních kolektorů ve světě přesahuje 140 gigawattů tepelné energie a neustále roste. Využití této technologie se například v Německu odhaduje na 1000 metrů čtverečních. m/450 lidí, v Rakousku – 1000 m800. m/1000 lidí, na Kypru – asi 0,2 m1000. m/XNUMX lidí V Rusku je toto číslo stále velmi malé – pouze XNUMX mXNUMX. m/XNUMX lidí
Mnozí možná pochybují, zda je rozumné používat taková zařízení v Rusku, kde klima zdaleka není tak teplé a slunečných dnů je výrazně méně než v jižních zeměpisných šířkách? Výpočty provedené v Ruské akademii věd dokazují, že ani naše drsné počasí není překážkou efektivního provozu kolektorů. Ve středním Rusku se výkon slunečního toku pohybuje od 100 do 250 W na 1 m1000. m plochy. Maximální hodnota je 2 W (při jasné obloze v poledne). Proto při instalaci solárního kolektoru o ploše 100 m37. m vody v nádrži o objemu 55 litrů bude denně ohříváno na teplotu XNUMX o C a více (toto číslo může dosáhnout až XNUMX o C). A v teplejších měsících bude kolektor ještě efektivnější.
Solární kolektory se používají k vytápění, ohřevu vody, ohřevu bazénů a zásobování skleníků energií. Jsou snadno integrovatelné do jakékoli vodovodní a tepelné sítě a jednoduše se instalují. Pomocí solárních kolektorů snížíte náklady na energie a v letních měsících získáte teplou vodu zdarma. Mezi známé a spolehlivé výrobce solárních kolektorů patří firmy jako FUTUS-NUKLEON (Rakousko-Česká republika), TiSUN (Rakousko), Ferroli (Itálie), ale speciální důvěře specialistů se těší kolektory německých firem Wolf a Vaillant. Tyto značky nenabízejí jen spolehlivé produkty – neustále vylepšují své systémy a zavádějí nové technologie.
Náklady na solární instalaci pro dům
Cena solárního kolektoru pro vytápění domu závisí na jeho typu, složitosti systému a výkonu a také v neposlední řadě na výrobci. Relativně malé instalace pro soukromé domy, chaty a chalupy se jmenovitým výkonem asi 2 kWh stojí od 160 000 rublů v základní konfiguraci, výkonnější systémy s několika kolektory o celkové kapacitě asi 6 kWh, určené nejen pro ohřev vody, ale také na vytápění v období jaro-zima bude stát 270 000 rublů. K tomu je potřeba připočíst náklady na instalaci a nastavení.
Jak dlouho bude trvat, než se sběratel zaplatí? To je ovlivněno provozním režimem. Solární kolektory podporují vytápění v topné sezóně přibližně z 25 %, v letních měsících dodávku teplé vody z 80-90 %, návratnost se tedy bude přímo odvíjet od vašich obvyklých nákladů na teplo a teplou vodu. Průměrná doba návratnosti se u sběratelů pohybuje od 2 do 8 let. To vše ukazuje na ekonomickou proveditelnost a vyhlídky použití technologie v Rusku.
