8. Obliczanie sprawności chwilowej kolektora słonecznego:

(

)

(

)

Wyjscie energia użyteczna

Sprawnosc

Wejscie energia promieniowania slonecznego

=

Sprawność chwilową kolektora słonecznego oblicza się, porównując w danej

chwili moc użyteczną

u

Qɺ z mocą promieniowania słonecznego z zależności:

u

k

k

Q

m c

T

I F

I F

η

⋅ ⋅ ∆

=

=

⋅

⋅

ɺ

ɺ

, %,

gdzie:

I - natężenie promieniowania słonecznego padającego na powierzchnię

kolektora, W/m

2

,

c - ciepło właściwe czynnika roboczego, kJ/(kg·K),

u

Qɺ

- moc użyteczna, W.

Na sprawność kolektora, oprócz powyższych parametrów, wpływają także cechy
konstrukcyjne, a w szczególności właściwości przesłony przezroczystej i
powłoki absorbera oraz skuteczność izolacji termicznej w danych warunkach.
Stąd:

η

= η

0

– k

1

· (∆T / I) – k

2

· (∆T

2

/ I),

gdzie:
η

0

– sprawność optyczna (przy zerowej różnicy temperatur pomiędzy kolektorem

a otoczeniem i przy braku strat ciepła, oddawanego przez kolektor
otoczeniu),

k

1

, k

2

– współczynniki strat; uwzględniają to, że kolektory przy nagrzewaniu się

oddają ciepło otoczeniu przez przenikanie cieplne, promieniowanie i
konwekcję (ruch powietrza); są zależne od różnicy temperatur pomiędzy
absorberem a otoczeniem,

∆T = T

A

- T

o

- różnica temperatur pomiędzy kolektorem a otoczeniem;

T

A

, T

o

- temperatura, odpowiednio absorbera oraz otoczenia, °C;

T

A

= (T

wylot

+ T

wlot

)/2.

Średnia sprawność instalacji słonecznych w sezonie w klimacie umiarkowanym
w większości przypadków wynosi ok. 40% i zależy nie tylko od chwilowych
sprawności kolektorów słonecznych, ale też od sprawności systemu dostawy i
odbioru ciepła.

Średnia temperatura w lecie waha się pomiędzy 16,5°C a 20°C, w zimie –
między -6°C a 0°C. Średnia temperatura powietrza w Polsce wynosi 7- 9°C
(poza obszarami górskimi).

Zasobnik na ciepłą wodę

Ze względu na cel zastosowania zasobników solarnych dzielimy je na:

- podgrzewacze wody do przygotowania ciepłej wody użytkowej,

- podgrzewacze pojemnościowe buforowe do ogrzewania pomieszczeń,

- podgrzewacze kombi stosowane w obydwu przypadkach.

Do szeroko rozpowszechnionych i korzystnych cenowo zalicza się podgrzewacze

dwusystemowe biwalentne. Pozwalają one na pokrycie zapotrzebowania na

ciepłą wodę w ciągu jednego lub dwóch dni ubogich w słońce.

Rys. 23. Podgrzewacz dwusystemowy biwalentny

Rys. 24. Podgrzewacz
dwusystemowy
biwalentny

Zasobniki solarne powinny charakteryzować się:

- dobrym i stabilnym uwarstwieniem ciepła,

- minimalnymi stratami ciepła,

- niewielkim mieszaniem przy ładowaniu i odbiorze ciepła z zasobnika,

- dużą odpornością na korozję.

Rys. 25. Uwarstwienie ciepła w zasobniku solarnym

W instalacjach solarnych stosowane są przeważnie zasobniki stalowe

emaliowane lub pokryte tworzywem sztucznym, z dodatkową ochroną za

pomocą anody lub zasilania zewnętrznego.

Wszystkie zasobniki solarne powinny być zaopatrzone na swej całkowitej

powierzchni w ściśle przylegającą, kompletną izolację o grubości przynajmniej

10 cm ( λ = 0,040 W/(m·K)). Gdy wszystkie przewody przyłączeniowe są

położone w izolacji i tylko w jednej części wyprowadzone na zewnątrz (najlepiej

na dole), możliwe jest dalsze obniżenie strat ciepła.

Zastosowanie zaworów zwrotnych w przewodach przyłączeniowych może

dodatkowo obniżyć straty ciepła o 50 % na każde przyłącze.

Dobór zasobnika solarnego:

. . .

c

z

spz

c w u

u

ps

z

T

T

V

W

V

n

T

T

−

=

⋅

⋅ ⋅

−

,

gdzie:
W

spz

= 1,5 ÷ 2,0 – współczynnik wielkości zasobnika,

V

c.w.u.

– dobowe zużycie c.w.u. na jedną osobę, [l],

n

u

– liczba mieszkańców,

T

c

– temperatura c.w.u. w punkcie poboru, [°C],

T

z

– temperatura zimnej wody, [°C],

T

ps

= 50 ÷ 60°C – temperatura c.w.u. w zasobniku.

Często przyjmuje się również, że pojemność zbiornika powinna wynosić:

(

)

0,05 0,1

k

V

F

=

÷

⋅

,

gdzie:
F

k

– powierzchnia kolektora słonecznego, [m

2

].