Podział kolektorów słonecznych

a) kolektory cieczowe

- płaskie (najczęściej stosowane)

- rurowe próżniowe

b) kolektory powietrzne

- płaskie

- cylindryczne (rurowe)

Przekrój płaskiego kolektora cieczowego

Rys. 1. Przekrój płaskiego kolektora cieczowego

rama aluminiowa

szyba solarna

rurka miedziana

absorber

izolacja termiczna

ścianka tylna

uszczelka silikonowa

Rys. 2. Przekrój płaskiego kolektora cieczowego

Dwie pokrywy

(dla zmniejszenia strat ciepła)

Rys. 3. Schemat kolektora cieczowego próżniowego

Rys. 4. Schemat kolektora próżniowego

Rys. 5. Próżniowy kolektor
cieczowy działający na zasadzie
rury cieplnej „heat-pipe”

Rys. 6. Widok kolektora
próżniowego

Podstawowe konfiguracje obiegów grzewczych:

- instalacje z obiegiem biernym (grawitacyjnym)

- instalacje z obiegiem aktywnym (ruch czynnika wywołany jest pompą)

- instalacje z obiegiem bezpośrednim

- instalacje z obiegiem pośrednim (oddzielenie obiegu pierwotnego od obiegu

wody użytkowej)

- instalacje jednofunkcyjne i wielofunkcyjne

- instalacje, w których w tym samym zbiorniku akumulowana jest energia cieplna

z obiegu słonecznego i pochodząca z grzewczego obiegu konwencjonalnego

- instalacje, w których obiegi te funkcjonują autonomicznie

Rys. 7. Schemat podstawowych
układów bezpośrednich: a)
przepływowego,
b) do podgrzewania wody basenowej,
c) z zasobnikiem: 1 – kolektor, 2 –
woda ciepła, 3 – woda zimna, 4 –
basen, 5 – zasobnik.

Rys. 8. Schemat układu do
pośredniego podgrzewania
wody z grawitacyjnym
obiegiem wody: 1 – kolektor,
2 – naczynie wzbiorcze, 3 –
woda ciepła, 4 – zasobnik, 5 –
woda zimna, 6 – wężownica

Rys. 9. Schemat układu do pośredniego podgrzewania wody

z obiegiem pompowym:
1 – kolektor, 2 – odpowietrzanie, 3 – woda ciepła,
4 – zasobnik, 5 – woda zimna, 6 – wężownica,
7 – naczynie wzbiorcze przeponowe

Rys. 10. Schemat instalacji solarnej

Bateria kolektorów słonecznych

1. Określenie dobowego i rocznego zużycia c.w.u.

. . .

, [l/dobę],

dob

c w u

u

V

V

n

=

⋅

gdzie:

V

c.w.u.

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

n

u

– liczba mieszkańców

365

, [l/rok],

rok

dob

V

V

=

⋅

gdzie:

V

rok

– roczne zużycie c.w.u.

Zapotrzebowanie i temperatura ciepłej wody:

Recknagel, Sprenger, Shramek, Kompendium wiedzy, OGRZEWNICTWO,

KLIMATYZACJA, CIEPŁA WODA CHŁODNICTWO, OMNI SCALA,

Wrocław 2008

Zapotrzebowanie ciepłej wody dla mieszkań:

zużycie ogólne (przy temperaturach 40 do 60°C): 30 do 60 [l/dobę] na jedną
osobę

2. Zapotrzebowanie na energię potrzebną do przygotowania c.w.u.:

, [kWh],

3600

p

dob

m c

T

Q

⋅ ⋅ Δ

=

gdzie:

m – masa wody, [kg],

c

p

= 4,19 [kJ/(kg·K)] – ciepło właściwe wody,

ΔT = T

c.w.u.

– T

z

– różnica temperatur wody użytkowej w podgrzewaczu,

T

z

= 10 °C - średnia roczna temperatura zimnej wody,

T

c.w.u.

= 45 °C – temperatura c.w.u. w punkcie poboru.

Roczne zapotrzebowanie na energię potrzebną do przygotowania c.w.u.:

365

, [kWh].

rok

dob

Q

Q

=

⋅

3.

Kąt nachylenia i kąt azymutu

Budowane w świecie kolektory słoneczne o całorocznym okresie

wykorzystania są nachylone do poziomu pod kątem:

β = φ ± 15°,

gdzie φ oznacza szerokość geograficzną.

W Polsce, między 49 a 55° szerokości geograficznej, kąt β – w myśl powyższej

zasady – powinien wynosić 34 – 70°. Wieloletnie obserwacje prowadzone

przez IMiGW wykazały, że optymalny w warunkach klimatycznych Polski kąt

nachylenia powierzchni kolektora płaskiego eksploatowanego w ciągu roku

wynosi β = 40°, z dużym zróżnicowaniem w poszczególnych okresach

wykorzystania.

Rys. 11. Wpływ orientacji i nachylenia na napromieniowanie

Dla dachów pochyłych przeważnie nie jest możliwa zmiana nachylenia

kolektorów.

W przypadku ustawienia na dachu płaskim – jeżeli kilka kolektorów będzie

ustawionych jeden za drugim, to należy zapewnić wystarczający odstęp, aby

nie przysłaniały się wzajemnie. Minimalny odstęp zależy od wysokości

ustawienia, ale można przyjąć ustawienie pokazane na rys. 12.

Rys. 12. Odstęp między kolektorami w przypadku ustawienia

na dachu płaskim.

Rys. 14. Montaż na dachu z zasilaniem
i powrotem w dachówce wentylacyjnej

Rys. 13. Montaż kolektora na dachu

Rys. 15. Szyna montażowa

Rys. 16. Ustawienie kolektora na dachu płaskim

Rys. 17. Bank Nord LB w Hanowerze

Rys. 18. „Miasto Jutra”, Malmö,

Szwecja

Rys. 19. Dom studencki w Lipsku

Kolektory słoneczne raczej nie powinny być

lokalizowane w warunkach, w których

odchylenie normalnej do ich powierzchni od

kierunku południowego przekracza ±15°.

Przy większym odchyleniu kolektora od

kierunku południowego, jego wydajność

znacznie zmniejsza się, jak to przedstawiono

w tab.1. Z tabeli tej wynika również to, że

odchylenie od kierunku południowego w

kierunku wschodnim jest korzystniejsze niż w kierunku zachodnim.

Tabela 1. Stosunek rocznych sum promieniowania całkowitego na powierzchnie nachylone pod

kątem β do rocznych sum promieniowania całkowitego na powierzchnie poziome,
przy ekspozycji południowej lub odchylonej od kierunku południowego o 45°, gdzie S
– Południe; SW – Południowy-Zachód; SE – Południowy-Wschód

β

30

45

60

90

Miesiąc

S SW SE

S SW SE

S SW SE

S SW SE

I

1,41 1,31 1,28 1,55 1,41 1,38 1,66 1,45 1,41 1,62 1,41 1,34

II

1,37 1,29 1,20 1,48 1,37 1,26 1,52 1,42 1,26 1,45 1,32 1,15

III

1,22 1,16 1,14 1,27 1,17 1,17 1,27 1,16 1,16 1,12 1,02 1,01

IV

1,06 1,02 1,04 1,06 0,99 1,2 0,99 0,92 0,97 0,76 0,73 0,77

V

0,99 0,95 1,00 0,94 0,89 0,95 0,85 0,81 0,88 0,59 0,59 0,66

VI

0,95 0,93 0,96 0,89 0,87 0,90 0,79 0,78 0,82 0,54 0,57 0,61

VII

0,97 1,07 0,96 0,91 0,89 0,91 0,81 0,81 0,82 0,56 0,6 0,61

VIII 1,04 1,04 1,02 1,01 0,96 0,98 0,93 0,88 0,92 0,68 0,67 0,7

IX

1,14 1,14 1,10 1,15 1,04 1,09 1,11 0,98 1,05 0,90 0,78 0,85

X

1,30 1,30 1,21 1,37 1,17 1,27 1,39 1,14 1,26 1,23 0,97 1,9

XI

1,38 1,21 1,28 1,52 1,24 1,38 1,55 1,28 1,41 1,48 1,14 1,28

XII

1,42 1,26 1,37 1,58 1,32 1,42 1,68 1,37 1,53 1,63 1,26 1,42

Średnia 1,19 1,14 1,13 1,23 1,11 1,24 1,21 1,08 1,12 1,05 0,92 1,02