JAC EK Z IM N Y , R A F A Ł B R ZEG O W Y , S EB AS TIA N B IE LIK
KOLEKTORY SŁONECZNE
PODSTAWY TEORETYCZNE, BUDOWA, BADANIA
Seria wydawnicza
PR O BLEM Y INŻYNIERII
M ECH ANIC ZN EJ, EKOENERGETYKI
I INŻYNIERII ŚRODOWISKA®
Redaktor naukowy serii
Jacek Z i m n y
POZYCJE WYDAWNICZE SERII:
1. Odnawialne źródła energii w budownictwie
niskoenergetycznym, 2010.
2. Laserowa obróbka mikrootworów, 2011.
3. Mikrospawanie laserowe w mechatronice, 2012.
4. Kolektory słoneczne - podstawy teoretyczne,
budowa, badania, 2013.
http://www.pga.org.pl/ksiazka_kolektory.html
Opiniodawca:
prof. zw. dr hab. inż. Ryszard H. Kozłowski, Politechnika Krakowska
płk dr hab. inż. Mieczysław Struś, Politechnika Wrocławska
Projekt okładki:
Łukasz Buchała, Jacek Zimny
Na okładce:
Kolektory słoneczne, zastosowania.
Redaktor techniczny:
K rzysztof Szczotka
Korekta:
K rzysztof Szczotka, Sebastian Bielik
Grafika, skład, łamanie:
Rafał Brzegowy, K rzysztof Szczotka, Łukasz Buchała
W yd anie I, 2 0 13, O J a cek Z im ny, K ra k ó w 2013. A ll rights reserved.
Wydawca:
Polska Geotermalna Asocjacja, 30-059 Kraków, Al. M ickiewicza 30,
paw. B3, II p., p. 206, tel. (+48) 12 617 34 13, www.pga.org.pl
Współpraca:
• Szkoła Ochrony i Inżynierii Środowiska AGH, 30-059 Kraków, Al. Mickiewicza 30,
Paw. B3, II p., p. 202, tel.: (12) 617 39 22, www.szkola.imir.agh.edu.pl
• Katedra Systemów Energetycznych i Urządzeń Ochrony Środowiska,
AGH, 30-059 Kraków, Al. M ickiewicza 30, paw. B3, II p., tel. (+48) 12 617 34 13
www.kseiuos.imir.agh.edu.pl
ISBN 978-83-63318-02-4
Opracowanie graficzne dtp, druk i oprawa:
B U C H E R S
DESIGN
Projekt i druk dla każdego.
e-mail: biuro@ buchersdesign.pl
w ww .buchersdesign.pl
Form at: 164 x 238 m m . A rk. w yd. 7,7. A rk. druk. 12,25. Papier: offset 90 gr. N akład: 450 egz.
Spis treści
1. WSTĘP............................................................................................................................................. 9
2. CEL OPRACOWANIA................................................................................................................10
3. STAN OBECNY ORAZ KIERUNKI ROZWOJU KOLEKTORÓW
SŁONECZNYCH NA ŚWIECIE, W UE I POLSCE............................................................ 12
3.1. Energia słoneczna..................................................................................................................12
3.1.1. Zasoby energii słonecznej w Polsce............................................................................14
3.1.2. Czynniki wpływające na wartość natężenia promieniowania słonecznego
17
3.2. Rynek kolektorów słonecznych na świecie....................................................................... 19
3.2.1. Największe rynki kolektorów słonecznych na świecie............................................ 19
3.2.2. Nowe instalacje solame na świecie............................................................................ 23
3.3. Rynek kolektorów słonecznych w Unii Europejskiej.....................................................29
3.3.1. Przegląd rynku Unii Europejskiej.............................................................................. 29
3.4. Rynek kolektorów słonecznych w Polsce......................................................................... 40
3.4.1. W prowadzenie............................................................................................................. 40
3.4.2. Sprzedaż kolektorów słonecznych w Polsce w 2010 ro k u ......................................41
3.4.3. Perspektywy rozwoju rynku kolektorów słonecznych.............................................43
4. PODSTAWY TEORETYCZNE (RETSCREEN® INTERNATIONAL)............................ 45
4.1. Geneza kolektorów słonecznych........................................................................................ 45
4.1.1. Rynki kolektorów słonecznych.................................................................................. 46
4.1.2. Ciepła woda użytkowa................................................................................................ 46
4.1.3. Baseny........................................................................................................................... 48
4.2. Kolektory słoneczne............................................................................................................. 49
4.2.1. Opis kolektorów słonecznych.....................................................................................49
4.2.2. Płaskie kolektory słoneczne bez osłony.....................................................................50
4.2.3. Płaskie kolektory słoneczne z osłoną przezroczystą................................................ 51
4.2.4. Próżniowe rurowe kolektory słoneczne.....................................................................53
4.2.5. Struktura systemu solamego.......................................................................................54
4.2.6. Instalacja elementów systemu solamego.................................................................. 57
4.3. Terminy i wielkości dotyczące promieniowania............................................................. 59
4.3.1. Podstawy energetyki słonecznej................................................................................ 59
4.3.2. Natężenie promieniowania na pochyloną powierzchnię..........................................60
4.3.3. Temperatura nieba........................................................................................................ 61
4.3.4. Temperatura wody zimnej........................................................................................... 62
4.3.5. Szacunkowe obliczanie obciążenia............................................................................ 65
7.2. Z akres wymaganych w iadom ości....................................................................................143
7.3. Schemat stanow iska........................................................................................................... 144
7.4. W yznaczenie sprawności teoretycznej kolektorów słonecznych.................................147
7.4.1. W stęp...........................................................................................................................147
7.4.2. Przebieg ćwiczenia..................................................................................................... 148
7.4.3. Obliczenia................................................................................................................... 149
7.4.4. Wyniki pomiarów....................................................................................................... 150
7.4.5. W nioski....................................................................................................................... 152
7.5. Bilans energetyczny kolektora słonecznego................................................................... 152
7.5.1. W stęp...........................................................................................................................152
7.5.2. Przebieg ćwiczenia..................................................................................................... 153
7.5.3. Obliczenia................................................................................................................... 154
7.5.4. Wyniki pomiarów....................................................................................................... 155
7.5.5. W nioski....................................................................................................................... 158
7.6. L ite ra tu ra ..............................................................................................................................158
8. W N IO S K I.................................................................................................................................... 159
8.1. W nioski poznaw cze............................................................................................................ 159
8.2. W nioski p ra k ty c z n e ........................................................................................................... 160
8.3. Proponow ane kierunki b a d a ń .......................................................................................... 160
9. B IBLIO G RA FIA........................................................................................................................ 161
10. PODSUMOWANIE, STRESZCZENIA................................................................................163
10.1. SUMMARY................................................................................................................164
10.2. PI-.ilOMI..................................................................................................................... 165
11. Z A ŁĄ C ZN IK I............................................................................................................................166
11.1. Przykłady obliczeniowe według e-platform y RETScreen®....................................... 166
11.1.1. Karta audytu energetycznego budynku przed i po termomodemizacj i
- według poprzedniej norm y...............................................................................166
11.1.2. Karta audytu energetycznego budynku przed termodemizacją
- według aktualnej norm y.................................................................................... 171
11.1.3. Ocena projektu inwestycyjnego (techniczna, ekonomiczna, ekologiczna)
z wykorzystaniem e-platfonny RETScreen®....................................................... 175
11.2. W eryfikacja obliczeń wykonanych według e-platform y RETScreen®
z wykorzystaniem oprogram ow ania POLYSUN® ...................................................... 179
11.3. K arty katalogowe elementów stanowiska W IM iR A G H .......................................... 188
9
1. Wstęp
K siążka je s t pierw szą pozycją naukow o - dydaktyczną (podręcznik akadem ic
ki, przew odnik do ćw iczeń laboratoryjnych) w ram ach Serii W ydaw niczej „Pro
blem y inżynierii m echanicznej, ekoenergetyki i inżynierii środowiska®” , w spół
tw orzonej przez ogólnopolskie Stow arzyszenie N aukow o-Techniczne Polska G eo
term alna A socjacja (PG A) z siedzibą w K rakow ie, W ydział Inżynierii M echanicz
nej i R obotyki A kadem ii G órniczo-H utniczej, K atedrę System ów Energetycznych
i U rządzeń O chrony Środow iska oraz Szkołę O chrony i Inżynierii Środow iska AGH.
Stanow i ona treść w ykładów i zajęć dydaktycznych z przedm iotów „O dnaw ialne za
soby i źródła energii” , oraz „Technologie ekoenergetyczne” prow adzonych przez
A utora od 2000 r. dla studentów kierunków: M echanika, Energetyka, Budownictw o
oraz O chrona Środow iska w A kadem ii G órniczo-H utniczej w Krakowie. Podręcznik
zaw iera m ateriały prezentow ane na Studiach Podyplom ow ych AGH: „O dnawialne
zasoby i źródła energii” w spółfinansow anych okresow o przez U nię E uropejską oraz
„A udyting energetyczny w budow nictw ie na potrzeby term om odem izacj i oraz cer
tyfikacji energetycznej budynków ” . W pracy w ykorzystano rów nież m ateriały pracy
inżynierskiej dyplom anta R afała Brzegow ego, 2012, W IM iR, AGH.
W yrażam podziękow anie R ecenzentom tej książki: prof. zw. dr hab. inż.
R yszardow i H. K ozłow skiem u z Politechniki K rakow skiej oraz płk. dr hab. inż.
M ieczysław ow i Strusiow i z Politechniki W rocławskiej - za zainteresow anie publi
kacją, opracow anie opinii oraz krytyczne uwagi.
M oim W spółpracow nikom w K atedrze System ów Energetycznych i U rządzeń
O chrony Środowiska A G H , a szczególnie p. m gr inż. K rzysztofow i Szczotka oraz
p. m gr inż. Sebastianow i B ielikow i - dziękuję za pom oc przy opracow aniu edytor
skim i przygotow aniu książki do druku.
Redaktor Naukowy Serii
10
2. Cel opracowania
N iniejszy podręcznik zaw iera aktualne inform acje na temat: stanu obecnego
i kierunków rozw oju kolektorów słonecznych - coraz szerzej stosow anych w P ol
sce; now ych źródeł energii w ykorzystujących zasoby odnaw ialne (O ZE); podstaw
teoretycznych, działania, budow y, zastosow ań oraz badań użytkow ych kolektorów
słonecznych - zgodnie z obow iązującym i przepisam i U nii Europejskiej i praw a pol
skiego.
C elem pracy je s t stw orzenie podręcznika podstaw ow ego, m etodycznego prze
w odnika dla w ykładow ców i studentów (wykłady, ćw iczenia, laboratorium , projek
ty) - z szeroko pojętej tem atyki budow y, eksploatacji i badań kolektorów słonecz
nych, aktualnie produkow anych i dostępnych w Polsce.
Z ostał on opracow any dla szkół w yższych różnych dyscyplin (m echanika, ener
getyka, budow nictw o, inżynieria rolnicza, inżynieria środow iska, ekologia), zajm u
jących się tem atyką rozw oju konstrukcji, technologii, badań i w drożeń systemów,
m aszyn i urządzeń ekoenergetycznych (kolektory słoneczne, fotoogniw a, elektrow
nie w iatrow e, elektrow nie w odne, pom py ciepła, system y geoterm iczne, biogazow -
nie, system y biom asy, w ytw arzanie biopaliw ).
W ykorzystana literatura i bibliografia św iatow a pozw ala na w prow adzenie C zy
telnika w problem atykę stanu obecnego i kierunków rozw oju budow y i zastosow ań
kolektorów słonecznych w św iecie, Europie i Polsce - R ozdział 3.
R ozdział 4. zatytułow any „Podstaw y teoretyczne” ogólne, zaw iera genezę k o
lektorów słonecznych; ich podział i budow ę; term iny oraz w ielkości dotyczące p ro
m ieniow ania słonecznego i energetyki słonecznej; podstaw ow e obliczenia i dobór
kolektorów słonecznych w raz z instalacjam i dla potrzeb w ytw arzania ciepła i ciepłej
w ody użytkow ej (c. w. u.).
Z ostał on opracow any na podstaw ie ujednoliconego standardu m iędzynarodo
w ego z tego zakresu, opracow anego przez św iatow e C entrum Czystych Technologii
E nergetycznych (RETScreen® International - Clean E nergy D ecision Support C en
tre) w Varennes, prow incja Q uebec (K anada) - jak o m iędzynarodow ej e-platform y
naukow o-inform atycznej RETScreen® International (w w w .retscreen.net). Platfor
m a R ETScreen je s t obiektyw nym , uniw ersalnym narzędziem do oceny i analizy:
technicznej, ekonom icznej i ekologicznej, projektów inw estycyjnych dow olnej skali
w zakresie odnaw ialnych źródeł energii.
K olejny rozdział (5.) to szczegółow a teoria i problem y praktyczne dotyczące
badań kolektorów słonecznych i instalacji z nim i zw iązanych zgodnie z w ym agania
m i U nii Europejskiej (EN ) i praw a krajow ego (PN).
W yszczególniono w nim norm y europejskie i polskie dotyczące tej problem a
tyki; zdefiniow ano kolektory słoneczne jak o obiekt badań naukow ych i inżynier
skich; stanow iska i tory pom iarow e w celu identyfikacji, m atem atyczno-statystycz-
nego i fizycznego m odelow ania procesów cieplno-przepływ ow ych, term odynam icz
2. C el opracow ania
11
nych i energetycznych oraz ich charakterystyk (param etry procesu, w skaźniki, opty
m alizacja).
R ozdział 6. zaw iera propozycje ćw iczeń laboratoryjnych z badań kolektorów
słonecznych, realizow anych w w yższych uczelniach i laboratoriach specjalistycz
nych w Polsce (U niw ersytet G dański - D ydaktyczne L aboratorium Fizyczne, A ka
dem ia G órniczo-H utnicza - W ydział Energetyki i Paliw, Instytut Podstaw ow ych
Problem ów Techniki Polskiej A kadem ii N auk w W arszawie, Laboratorium O dna
w ialnych Źródeł Energii w Zespole Szkół E lektrycznych N r 1 w K rakow ie). Jest to
m ateriał dydaktyczny, przeglądowy, pozw alający zbudow ać w łasne stanowiska ba-
daw czo-laboratoryjne i opracow ać instrukcje ćw iczeń i zaliczeń w zależności od
m ożliw ości i potrzeb.
R ozdział 7. zaw iera szczegółow ą instrukcję ćw iczeń badań kolektorów słonecz
nych na stanow isku laboratoryjnym W ydziału Inżynierii M echanicznej i R obotyki
A G H w K rakow ie. O bejm uje ona w spółczesny standard dydaktyczny: cel ćwiczeń,
zakres w ym aganych w iadom ości, schem at i opis stanow iska badaw czego, om ów ie
nie i w yznaczanie spraw ności teoretycznej i rzeczyw istej badanych kolektorów sło
necznych (Cw. 1, 2) oraz bilansu energetycznego kolektora słonecznego: teoretycz
nego i rzeczyw istego (Cw. 3, 4).
W rozdziale 8. określono rodzaje w niosków z każdych badań (poznaw cze, prak
tyczne, proponow ane kierunki rozw oju) - jak o syntezę dorobku badaw czego każdej
pracy naukow ej i prezentacji w yników badań (sem inaria, konferencje, publikacje)
rów nież w dydaktyce.
R ozdział 9. zaw iera obszerną literaturę przedm iotu z zakresu kolektorów sło
necznych, energetyki solam ej, w ym iany ciepła i masy, solam ych technologii ener
getycznych - publikow aną drukiem i dostępną w Internecie.
W ażnym rozdziałem podręcznika są Z ałączniki (R ozdział 11.) zaw ierające:
przykładow y projekt instalacji solam ej z w ykorzystaniem e-platform y RETScreen®
oraz karty katalogow e podstaw ow ych elem entów w yposażenia stanow iska badaw -
czo-dydaktycznego w Laboratorium Ekoenergetyki W ydziału Inżynierii M echanicz
nej i R obotyki AG H w Krakowie.
12
3. STAN OBECNY ORAZ KIERUNKI
ROZWOJU KOUEKTORÓW SŁONECZNYCH
NA ŚWIECIE, W UE I POLSCE
3.1 Energia słoneczna
Słońce je s t podstaw ow ym źródłem energii dla naszej planety. Słońce znajdują
ce się w centrum naszego układu słonecznego je s t źródłem energii prom ieniow ania
słonecznego docierającego do planet układu, energia prom ieniow ania słonecznego
w ynosi w ciągu sekundy 3,9-1026 J. C zęść tej energii dociera do pow ierzchni Ziem i
w ynosząc 8 1 000-106 M W [ 1 ].
Przed m ilionam i lat energia prom ieniow anie słonecznego docierająca do Z ie
m i została w procesach naturalnych zakum ulow ana w w ęglu, ropie naftow ej, ga
zie ziem nym itp. Słońcu rów nież zaw dzięczam y energię ja k ą niosą ze sobą prądyfa-
li m orskich,w iatr czy biom asa. Energię słoneczną m ożna także bezpośrednio w yko
rzystyw ać poprzez zastosow anie specjalnych system ów do pozyskiw ania i akum u-
low ania energii słonecznej. Energię prom ieniow ania słonecznego w ykorzystuje się
w procesach:
• konw ersji fototerm icznej, czyli po prostu do ogrzew ania (spraw ność urzą
dzeń w ynosi z reguły pow yżej 50%),
• konw ersji fotow oltaicznej, czyli do bezpośredniego w ytw arzania prądu elek
trycznego (spraw ność urządzeń 20-60% ),
• biofotosyntezy (spraw ność przetw arzania prom ieniow ania słonecznego
w biom asę nie przekracza 1 %).
Prom ieniow anie słoneczne je st to strum ień energii em itow any przez słońce
rów nom iernie w e w szystkich kierunkach. M iarą w ielkości prom ieniow ania słonecz
nego docierającego ze słońca do ziem i je s t tzw. stała słoneczna. Jest ona w artością
gęstości strum ienia energii prom ieniow ania słonecznego na pow ierzchni stratosfery
i obecnie w ynosi 1 = 1 3 6 7 W/m2.
W idm o prom ieniow ania słonecznego m a postać zbliżoną do w idm a prom ienio
w ania ciała doskonale czarnego o tem peraturze 5777 K, w idm o prom ieniow ania sło
necznego przedstaw iono na rysunku 3.1, natom iast udział poszczególnych rodzajów
prom ieniow ania w całkow itym prom ieniow aniu słonecznym zebrano w tabeli 3.1.
0
5 0 0
1 0 0 0
1 5 0 0
2 0 0 0
Rys. 3.1 W idmo promieniowania słonecznego.
Tab. 3.1 P rocentow y udział poszczególnych rodzajów prom ieniow ania
w całkow itym prom ieniow aniu słonecznym [1].
0,03 p m < M 0 ,3 8 pm
U ltrafioletow e (UV) (6,4% e nergii)
0,38 p m < \< 0 ,7 8 pm
Ś w iatło w id zia ln e (48% energii)
0,78 pm < X
Podczerw ień (4 5 ,6% energii)
W prom ieniow aniu słonecznym docierającym do pow ierzchni Ziem i w yróżnia się
podstaw ow e typy prom ieniow ania przedstaw ione na poniższym rysunku:
• prom ieniow anie bezpośrednie - pochodzi od w idocznej tarczy słonecznej,
• prom ieniow anie dyfuzyjne - pow staje w w yniku w ielokrotnego załam ania
na składnikach atm osfery,
• prom ieniow anie odbite - pow staje w skutek odbić od elem entów krajobra
zu i otoczenia.
14
3. Stan obecny oraz kierunki rozwoju kolektorów słonecznych na św iecie, w UE i Polsce
Prom ien iow an ie
P rom ien iow an ie
P rom ien iow an ie
bezp ośred n ie
dyfuzyjne
odbite
Rys. 3.2 Typy promieniowania słonecznego na poziomie Ziemi.
Energię prom ieniow ania słonecznego opisują trzy param etry, z których najw aż
niejszym je st naprom ieniow anie słoneczne (kW h/m 2 rok) opisujące ile energii docie
ra w trakcie całego roku na 1 m 2pow ierzchni w danym m iejscu Ziem i, tabela 3.2.
Tab. 3.2 Param etry prom ieniow ania słonecznego
Pro m ien iow an ie sło n e czn e całkow ite
W /m 2
N aprom ie niow anie sło ne czne
kW h/m 2 rok
U sło n e czn ie n ie
h/rok
Z asoby energii słonecznej podobnie ja k zasoby innych odnaw ialnych źródeł
energii m ożna podzielić na potencjały:
• potencjał teoretyczny - ilość energii m ożliw ą do w ykorzystania, przy zało
żeniu że spraw ność procesu pozyskiw ania w ynosi 100%,
• potencj ał techniczny (częścią potencj ału teoretycznego) - uw zględnia spraw
ność procesu technologicznego, m agazynow anie energii oraz położenie,
• potencjał ekonom iczny (częścią potencjału technicznego) - uw zględnia
w szelkie aspekty ekonom iczne dotyczące pozyskiw ania energii.
3.1.1 Z asoby energii słonecznej w Polsce [4] [5]
N atężenie prom ieniow ania słonecznego w Polsce, uw arunkow ane je s t położe
niem geograficznym . Polska leży w um iarkow anej strefie klim atycznej, pom iędzy
49 °0 0 ’ a 54°00’ szerokości geograficznej północne oraz m iędzy 14°07’ a 2 4 °0 8 ’ dłu
gości geograficznej w schodniej. K onsekw encją rozciągłości długości geograficz
nej (ok. 10° czyli ok. 689 km ) je s t różnica czasu m iejscow ego m iędzy zachodnim i,
a w schodnim i krańcam i Polski. Południow e obszary Polski m ają dzień dłuższy
1 param etr
2 param etr
3 param etr
3.1. Energia słoneczna
15
w zim ie od krańców północnych o niem al godzinę, sytuacja ta w czasie lata je s t od
w rotna. Położenie Polski skutkuje bardzo nierów nom iernym rozkładem prom ienio
w ania w cyklu rocznym . N iem alże 90% prom ieniow ania słonecznego przypada na
okres m arzec - listopad. Sum a roczna prom ieniow ania słonecznego przypadające
go na m 2 podłoża zaw iera się dla Polski w przedziałach 950-1250 kW h, zgodnie
z rysunkiem 3.3 obszar Polski m ożna podzielić na cztery strefy natężenia prom ie
niow ania słonecznego:
•
1. poniżej 996 kW h/m 2/rok, tj. ok. 9,75M J/m 2/dobę,
• 2. 996-1022 kW h/m 2/rolc, tj. ok. 9,75-10 M J/m 2/dobę,
• 3 .1 0 2 2 -1 0 4 8 kW h/m 2/rok, tj. ok. 10- 10,25M J/m 2/dobę,
• 4. pow yżej 1048kW h/m 2/rok, tj. ponad 10,25M J/m 2/dobę.
Rys. 3.3 M apa nasłonecznienia Polski [20].
N ajlepsze w arunki pod w zględem potencjału obserw uje się na południow o-
w schodniej części w ojew ództw a lubelskiego. O bejm ująca niem alże 50% pow ierzch
ni centralna część Polski, uzyskuje natężenie prom ieniow ania słonecznego w zakre
sie 1022-1048 kW h/m 2/rok, natom iast południow a, w schodnia i północna część Pol
ski otrzym uje natężenie prom ieniow ania ok. 1000 kW h/m 2/rok i mniej.
Tab. 3.3 Z asoby energii słonecznej w w ybranych regionach Polski [4].
1 6
3. Stan obecny oraz kierunki rozw oju kolektorów słonecznych na św iecie, w UE i Polsce
Region Polski
Średnie roczne
Przeciętne roczne
naprom ieniow anie [kW h/m 2]
usłonecznienie [h]
Stołeczny
967
1580
Suwalszczyzna
975
1576
Podhale
988
1467
Dolny Śląsk
1030
1529
Zam ojszczyzna
1033
1572
Pas nadmorski
1064
1624
W skali roku północne krańce Polski m aja o ok. 9% m niej energii słonecznej niż
południow e. Z kolei rejony nadm orskie w yróżniają się atm osferą najbardziej prze
zroczystą dla prom ieniow ania [5]. N iew ielki strum ień prom ieniow ania docierające
go do danego obszaru w m iesiącach zim ow ych, w ynika ze znacznego zachm urzenia
oraz z niew ielkiej w ysokości słońca nad horyzontem .
Przykładow y rozkład natężenia prom ieniow ania przedstaw iono na rysunku
3.4 dla m iasta Krakowa:
#
#
¡¡P
^
#■
. #
<r
miesiąc
Rys. 3.4 Dane klimatyczne dla Krakowa z bazy danych e-leamingowej RETScreen [8].
3.1. Energia słoneczna
17
1000000
100000
10000
■fif
>.
1000
100
Potencjał
Potencjał techniczny
Potencjał
Polskie
teoretyczny
ekonomiczny
zapotrzebowanie na
energię
Rys. 3.5 Potencjał zasobów energii słonecznej Polski [15],
Zgodnie z pow yższym rysunkiem potencjał techniczny energii słonecznej jest
100 w yższy niż zapotrzebow anie na energię w Polsce, natom iast potencjał ekono
m iczny je st 750 razy niższy, niż polskie zapotrzebow anie na energię. Biorąc pod
uw agę pow yższe inform acje, z punktu w idzenia ekonom icznego m ożliw e je st do
uzyskania 1,3% energii słonecznej w całkow itym zapotrzebow aniu na energię
w Polsce [15].
3.1.2 C zynniki w pływ ające na w artość natężenia prom ieniow ania słonecznego
Stała słoneczna dla Ziem i w ynosi 1 = 1 3 6 7 W /nr, jednakże ilość energii docie
rająca do pow ierzchni Ziem i je st znacznie m niejsza. E nergia docierająca do Ziem i
je s t m niejsza od stałej słonecznej dlatego że część energii odbijana je st do kosm osu
(zjaw isko to nazyw a się albedo, w tabeli 3.4 przedstaw iono różne pow ierzchnie i ich
w spółczynniki odbicia), w ystępuje pochłanianie prom ieniow ania słonecznego przez
cząsteczki O r H , O i C O , ja k i też rozpraszania prom ieniow ania we w szystkich kie
runkach przez cząsteczki znajdujące się w pow ietrzu.
18
3. Stan obecny oraz kierunki rozw oju kolektorów słonecznych na św iecie, w UE i Polsce
Tab. 3.4 W artość w spółczynnika odbicia prom ieniow ania
słonecznego p dla różnych pow ierzchni [5].
Rodzaj p o w ierzch n i
W sp ó łczyn n ik odbicia
Zielo ny las
0 ,0 3 -0 ,1 0
Traw a
0,14 -0 ,3 7
G runt
0 ,0 7 -0,2 0
Czarna ziem ia
0 ,0 8-0 ,14
Suchy piasek
0,18
M o kry piasek
0,09
Beton (np. cho dnik)
0,25
Asfalt
0,10
Śnieg lub lód
0,46 -0 ,8 7
Pow yższe w ym ienione zjaw iska zostały przedstaw ione na w ykresie Sankey’a,
w idoczny na rysunku 3.6, dzięki niem u m ożem y zauw ażyć w pływ y poszczególnych
czynników na ostateczną ilość energii słonecznej docierającej do Ziem i/kolektora.
W zależności od strat - do pow ierzchni ziem i, czy też kolektora słonecznego, może
dotrzeć w idealnych w arunkach do 1000 kW h/m 2 rok, natom iast kolektor słoneczny
je st w stanie w ykorzystać z tego m aksym alnie do 60-70% , a zatem moc kolektora
przew ażnie nie przekracza 700 W /nr.
Stała słoneczna I = 1367 W /m 2
atm osfera
kolektor słoneczny
powierzchnia Ziemi
straty odbicia
straty pochłaniania ok. 300 W /m 2
straty rozpraszania ok. 100 W /m 2
prom ieniow anie rozproszone
prom ieniow anie bezpośrednie
prom ieniow anie całkow ite - dla Polski ok. 1 kW/m 2
straty m ocy wkolektorze
słonecznym 200 - 400 W /m 2
moc użytkowa
kolektora słonecznego 600 - 800 W /m 2
^5=
Rys. 3.6 Bilans mocy promieniowania słonecznego.
3.2 Rynek kolektorów słonecznych na świecie
19
N atężenie prom ieniow ania słonecznego docierającego do pow ierzchni Ziem i
w znaczącym stopniu zależy od aktualnie panujących w arunków słonecznych. Przy
określaniu w arunków pogodow ych należy ocenić zachm urzenie oraz przejrzystość
nieba rysunek 3.7. Przy bezchm urnym niebie w artość natężenia nieznacznie prze
kracza w artość 1000 W/m2, z reguły jed n ak je st w granicach 600-800 W/m2. Przy za
chm urzeniu całkow itym , do Ziem i dociera tylko część prom ieniow ania rozproszo
nego w ynoszącego w granicach 50-100 W/m2.
1000 W /m 2
750 W /m 2
V x <
- W :
50-100 W /m 2
Rys. 3.7 Zachmurzenia a wielkość natężenia promieniowania słonecznego.
Bardzo istotny w pływ na energię docierająca do kolektora, m a w ystępująca n ie
kiedy pokryw a śnieżna. W K rakow ie okres w ystępow ania pokryw y śnieżnej w yno
szącej pow yżej 1 cm w ynosi 62 dni.
3.2 Rynek kolektorów słonecznych na świecie
3.2.1 N ajw iększe rynki kolektorów słonecznych na św iecie
Obecnie rynek kolektorów słonecznych je s t jed n y m z najszybciej rozw ijających
się rynków energetyki odnaw ialnej na świecie. Rynek św iatow y wg. danych z REN
21 je s t zdom inow any przez C hiny (produkcja kolektorów słonecznych w Chinach
obejm uje ponad 68% produkcji św iatowej) oraz takie państw a jak: Turcja, Japonia,
Izrael, B razylia, A ustralia oraz USA.
Pod koniec 2011, m oc zainstalow ana w ynosiła 234,6 GW ih odpow iadającej su
m ie 335,1 m ilionom m etrów kw adratow ych pow ierzchni kolektorów słonecznych
zainstalow anych w 56 krajach, ujętych w raporcie Solar H eat W orldwide 2011, Edi-
tion 2013 [16]. Te 56 krajów stanow ią 4,3 m ld ludzi, co stanowi 61% ludności św ia
ta. M oc zainstalow ana w tych krajach stanowi ponad 95% rynku energii słonecznej
na całym świecie.
Z decydow ana w iększość całkow itej m ocy została zainstalow ana w Chinach
(152,2 G W th) i Europie (39,3 GW/h), które razem stanow iły 81,6% zainstalow anych,
20
3. Stan obecny oraz kierunki rozwoju kolektorów słonecznych na św iecie, w UE i Polsce
rysunek 3.8. Pozostała m oc zainstalow ana je st dzielona pom iędzy: Stanam i Z jed
noczonym i i K anadą (16,7 G W ih), A zją z w yłączeniem Chin (9,6 G W h), A m ery
ce Łacińskiej (6,3 GWlh), A ustralii i N ow ej Zelandii (4,9 GWit) , B liskim W scho
dem reprezentow anym przez kraje: Izraela, Jordanii, Libanu, M aroko i Tunezji
(4,7 GW i/t), ja k rów nież m iędzy niektórych krajach subsaharyjskiej Afryki
(0,9 G W /h), a m ianow icie M ozam bik, N am ibia, RPA i Zim babw e.
Stany Zjednoczone /
Kanada
7,1
Rys. 3.8 Udział poszczególny regionów w całkowitej m ocy zainstalowanych
kolektorów na koniec 2011 [16].
N ajbardziej popularne są kolektory płaskie 27,9% (65,4 GWth <-> 93,4 m il m 2)
oraz próżniow e 62,3% (146,1 GW)h<-+208,8 m in m 2). W raz z pojaw ianiem się no
w ych basenów kąpielow ych w krajach o dużym nasłonecznieniu w zrasta zastosow a
nie i produkcja kolektorów bez osłony przezroczystej 27,9% (21,5 GWlh<-> 30,7 min
m 2). Tendencja ta w ystępuje w takich krajach jak : U SA , A ustralia, Niemcy, K ana
da, A ustria i w krajach południow ej A fryki. N a rysunku 3.9 przedstaw iono w ielkości
procentow e ogólnej sprzedaży kolektorów słonecznych na świecie.
3.2 Rynek kolektorów słonecznych na św iecie
21
Rys. 3.9 Procentowy udział poszczególnych rodzajów kolektorów słonecznych
na świecie w roku 2011 [ 16].
Rysunek 3.10 w yraźnie pokazuje, ja k różne rodzaje kolektorów są stosow ane
w krajach przodujących na świecie. C hiny jak o św iatow y lider w łącznej mocy, sku
p ia się w dużej m ierze na kolektorach próżniow ych, podczas gdy w Stanach Z jed
noczonych znajduje się na drugiej pozycji ze w zględu na w ysoką liczbę kolektorów
słonecznych bez osłony. Tylko w A ustralii i do pew nego stopnia w B razylii w iększą
role odgryw ają kolektory bez osłony. Reszta "10 krajów" je s t w yraźnie skupiona na
technologii płaskich kolektorów słonecznych z osłona przezroczystą.
22
3. Stan obecny oraz kierunki rozw oju kolektorów słonecznych na św iecie, w UE i Polsce
152180
Chiny
USA
Niemcy
Turcja
Brazylia Australia
Indie
Austria Japonia
Izrael
■ Kolektory próżniowe
■ Płaskie kolektory słoneczne z osłona przezroczystą
■ Płaskie kolektorysłoneczne bez osłony
Rys. 3.10 Ogólna charakterystyka sprzedaży cieczowych kolektorów słonecznych
w 10 krajach wiodących pod koniec 2011 roku [16].
R egionem św iata o najw iększym stosunku m ocy zainstalow anych kolektorów
słonecznych na 1000 m ieszkańców są C hiny (113,88 k W J 1000 m ieszkańców ). Z bli
żonym i w ielkościam i m ogą się charakteryzują się: A ustralia i N ow a Zelandia 76,7
A-R71000, Bliski W schód z w ynikiem 76,2 A'JJ71000 m ieszkańców oraz Europa 61,2
A'R71000 mieszkańców . Pozostałe regiony św iata charakteryzują się w artością tejże
w ielkości w przedziale 5,1^-13,6 A-R71000 m ieszkańców rysunek 3.11.
Państw a o najw iększym stosunku m ocy na 1000 m ieszkańców w roku 2011:
• C ypr pozostał liderem z 2008 r., stosunek słonecznego ogrzew ania w przeli
czeniu na koniec 2011 r. w ynosi 542 kW <h na 1000 m ieszkańców.
• A ustria, która m iała 406 kW lh na 1000 m ieszkańców w 2011 roku, pozostała
nadal liderem w Europie kontynentalnej.
• Izrael 400 k W , na 1000 m ieszkańców .
th
3.2 Rynek kolektorów słonecznych na świecie
23
Pozostałym i w iodącym i krajam i w skum ulow anej w artości m ocy kolektorów
słonecznych w 2011 roku na 1000 m ieszkańców są: B arbados 322 k W J 1000, G re
cja 268 k W J 1000, A ustralia 212 k W J 1000, N iem cy 131 k W J 1000, Turcja
129 k W J 1000, C hiny 114 k W J 1000 oraz Jordania 114 k W J 1000.
120 —ł$ j£
Chiny
Australia i
Bliski
Europa
Ameryka
Azja bez
USA i
Afryka
Nowa
Wschód
Łacińska
Chin
Kanada
Zelandia
Rys. 3.11 Łączna ilość kolektorów m ocy kolektorów słonecznych na 1000 mieszkańców
[16], Azja bez Chin: Indie, Japonia, Korea Południowa, Tajwan, Tajlandia
Ameryka Łacińska: M eksyk, Urugwaj, Barbados, Brazylia, Chile
Europa: EU 27, Albania, M acedonia, Norwegia, Szwajcaria, Turcja
Bliski Wschód: Izrael, Jordania, Liban, Maroko, Tunezja
Afryka: Mozambik, Namibia, RPA, Zimbabwe
3.2.2 N ow e instalacje solarne na św iecie
W roku 2011 zainstalow ano 48,1 GWllt, co odpow iada 68,7 min m etrów kw adra
tow ych kolektorów słonecznych, now o zainstalow anych na całym świecie. Oznacza
to w zrost liczby now ych instalacji kolektorów o 14,3% w porów naniu do roku 2010.
D la porów nania, w zrost rynku w latach 2009/2010 w yniósł 13,9%, rysunek 3.12.
24
3. Stan obecny oraz kierunki rozwoju kolektorów słonecznych na św iecie, w UE i Polsce
Afryka
Subsacharyjska
0
,
2
%
Rys. 3.12 Udział poszczególny regionów w nowo zainstalowanych m ocy kolektorów
na koniec 2009, [16]
G łów nym prom otorem w zrostu pow yżej średniej rynkow ej w 2009 roku były
Chiny, podczas gdy na kluczow ych rynkach europejskich, ja k rów nież w Stanach
Zjednoczonych i innych w ażnych regionów gospodarczych, takich ja k w Japonii,
sektor kolektorów ucierpiał z pow odu kryzysu gospodarczego, w w yniku stagnacji
lub zm niejszenie rynkach lokalnych.
G łów nym i rynkam i dla cieczow ych płaskich kolektorów słonecznych na całym
św iecie były C hiny (40,32 GWth) i E uropa (3,93 G W J , które łącznie stanow ią 92,1%
now o instalow anych kolektorów w 2011 roku.
R eszta rynku je s t podzielona pom iędzy kraje A zji bez Chin (0,94 G W J , A m e
ryką Łacińską reprezentow aną przez Barbados, Brazylie, Chile, M eksyk i U rugwaj
(0,92 G W J , USA i K anadą (0,76 G W J , A ustralią i N ow ą Zelandią (0,70 G W J , B li
skim W schodzie reprezentow any przez Izrael, Tunezję i Jordanię (0,22 G W J , A fry
ki reprezentow ana przez M ozam bik, N am ibie, RPA i Z im babw e (0,09 G W J .
G łów nym m otorem napędow ym w zrostu św iatow ego rynku pozostają Chiny
z dynam iką w ynoszącą 17,6% w okresie 2010/2011. W porów naniu do poprzednie
go okresu (2009/2010) tem po w zrostu nieco w zrosły o 0,9% , (rys. 3.13).
Pozostałe kraje azjatyckie om aw iane w niniejszym rozdziale rów nież odnoto
w ał dodatnie tem po w zrostu rynku o 7,5%, ale w ysokie tem po w zrostu od 2009/2010
z 36,3% nie został osiągnięty. Sytuacja w A m eryce Łacińskiej cechuje się um iarko
w anym tem pem w zrostu, w ynoszącym 5,3% w 2010/2011, jednakże nie dorów nuje
3.2 Rynek kolektorów słonecznych na świecie
25
ono w zrostow i w latach 2009/2010 w ynoszącem u 20,0% . Podobnie je s t w regionie
Bliskiego W schodu, gdzie tem po w zrostu w yniosło 3,0% w 2010/2011 oraz 23,4%
w latach 2009/2010. R epublika Południow ej A fryki, najw iększym i najbardziej doj
rzały rynek w A fryce subsaharyjskiej, odnotow ano w zrost o 30,2%.
W europejskich znaków rynkow ych pozytyw nej zm iany trendu m ożna zaob
serwow ać po znacznym upadku poprzednich dw óch latach, duży niem iecki rynek
w szczególności popraw iła się dynam ika 10,4% w okresie 2010/2011. Podsum ow u
ją c , całkow ity rynek europejski w zrosła o 1,1%. N ależy tu w spom nieć, że silny ry
nek w Turcji przyczyniły się znacząco do tego dodatniego wyniku.
N atom iast w Stanach Zjednoczonych i K anadzie, zanotow ały najw iększy spa
dek now ych instalacji, w zględem lat 2010/2011, spadek ten w ynosi -21,7% . K on
trastem spadku w U SA i K anadzie je s t jeg o w zrost w latach 2009/2010 który w yno
sił 16,1%.W A ustralii, rynek now ych instalacji kolektorów słonecznych zm niejszył
drugi raz z rzędu, -5,4% w latach 2009/2010 i-10,4% w okresie 2010/2011.
30,00%
25,00%
15,00%
10,00% —
---- 7;50%-
17,60%
14,30%
5,00%
- 10,00%
-15,00%
-20,00%
5,30%
■
I
Afryka
Azja bez
i iistralia Ameryka
Chiny
Europa
Bliski
Chin
■
Łacińska
Wschód
-10,40%
-21,70%
Rys. 3.13 Rozwój rynku nowo zainstalowanych m ocy m iędzy 2010 i 2011 rokiem. [16]
Azja bez Chin: Indie, Japonia, Korea Południowa, Tajwan, Tajlandia
Ameryka Łacińska: Meksyk, Urugwaj, Barbados, Brazylia, Chile
Europa: EU 27, Albania, Macedonia, Norwegia, Szwajcaria, Turcja
Bliski Wschód: Izrael, Jordania, Liban, Maroko, Tunezja
Afiyka: Mozambik, Namibia, RPA, Zimbabwe
26
3. Stan obecny oraz kierunki rozwoju kolektorów słonecznych na św iecie, w UE i Polsce
Działające [MW^h/a]
Zmiana rynku 1% )
2000 2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
Rys. 3.14 Roczne nowe instalacje płaskich i próżniow ych kolektorów słonecznych
od roku 2000 do 2011. [16] Azja bez Chin: Indie, Japonia, Korea Południowa,
Tajwan, Tajlandia Ameryka Łacińska: Meksyk, Urugwaj, Barbados, Brazylia,
Chile Europa: EU 27, Albania, Macedonia, Norwegia, Szwajcaria, Turcja
Bliski Wschód: Izrael, Jordania, Liban, Maroko, Tunezja
Afryka: Mozambik, Namibia, RPA, Zimbabwe
N a całym św iecie rozwój rynku oszklonych kolektorów słonecznych (cie
czow ych) charakteryzuje się stałym w zrostem w ciągu ostatnich 11 lat. W okresie
lat 2000 i 2011 średnie tem po w zrostu na św iecie w ynosiło 20% . N ow e instalacje
w roku 2011 w porów naniu do takow ych w 2000 są 7-krotnie w iększe, a w porów
naniu roku 2011 do roku 2010 św iatow y rynek w zrósł o 15,4%. D ynam ika utrzym a
ła się na stabilnym poziom ie w porów naniu do okres 2009/2010, po spadku w dw óch
poprzednich latach (rys. 3.14).
W Chinach rynek charakteryzuje się stałym w zrostem , podczas gdy w E uro
pie, drugim co do w ielkości regionu gospodarczego, rynek charakteryzuje się du
żym i w ahaniam i. Po spadku m iędzy 2008 roku a 2010 roku rynek ustabilizow ał się
w 2011 (rys. 3.14).
N a całym św iecie rozwój rynku oszklonych kolektorów słonecznych (cie
czow ych) charakteryzuje się stałym w zrostem w ciągu ostatnich 11 lat. W okresie
lat 2000 i 2011 średnie tem po w zrostu na św iecie w ynosiło 20% . N ow e instalacje
w roku 2011 w porów naniu do takow ych w 2000 są 7-krotnie w iększe, a w porów
naniu roku 2011 do roku 2010 św iatow y rynek w zrósł o 15,4%. D ynam ika utrzym a
ła się na stabilnym poziom ie w porów naniu do okres 2009/2010, po spadku w dw óch
poprzednich latach (rys. 3.14).
3.2 R ynek kolektorów słonecznych na świecie
27
W C hinach rynek charakteryzuje się stałym w zrostem , podczas gdy w E uro
pie, drugim co do w ielkości regionu gospodarczego, rynek charakteryzuje się du
żym i w ahaniam i. Po spadku m iędzy 2008 roku a 2010 roku rynek ustabilizow ał się
w 2011 (rys. 3.14).
Conservai Engineering (USA)
Captasol (Meksyk)
Enerconcept (USA)
Your Solar Home (USA)
Grammer Solar (Niemcy)
0
5000
10000
15000 20000 25000 30000 35000 40000
Rys. 3.15 Najwięksi producenci powietrznych kolektorów na świecie pod względem
wyprodukowanej powierzchni kolektorów [REN 21 - “Renewables 2012- Global
Status Report”, Francja 2012, dostępny pod:http://ren21.net/]
Rys. 3.16 Najwięksi producenci próżniow ych kolektorów na świecie pod względem
wyprodukowanej powierzchni kolektorów [REN 21 - “Renewables 2012- Global
Status Report”, Francja 2012, dostępny pod:http://ren21.net/]
28
3. Stan obecny oraz kierunki rozwoju kolektorów słonecznych na św iecie, w UE i Polsce
Rys. 3.17 Najwięksi producenci płaskich kolektorów na świecie pod względem
wyprodukowanej powierzchni kolektorów [REN 21 - “Renewables 2012- Global
Status Report”, Francja 2012, dostępny pod:http://ren21.net/]
Rok 2011 był trudny dla producentów i dystrybutorów instalacji słonecznych ze
w zględu na sytuację gospodarczą w północnych krajach śródziem nom orskich oraz
ogólnej negatyw nej perspektyw y reprezentow anej przez w iele europejskich krajów.
Przem ysł boleśnie odczuł zastój w produkcji kolektorów po bardzo dobrej sprzeda
ży w latach 2008-2009. W 2011 roku, co najm niej osiem spółek upadło lub zostało
wykupione, w tym hiszpański Isofoton. Chiny zdom inow ały globalny przem ysł in
stalacji słonecznych przez kilka lat. N ajw iększe firmy Linuo N ew M aterials, San-
gle, M icoe, H im in i Sunrain G roup zaczynają w spółpracow ać z ze sobą aby dom ino
w ać na globalnym rynku. Chociaż w iększość chińskiej produkcji trafia na lokalny ry
nek, eksport do krajów rozw ijających się w A fryce i A m eryce Łacińskiej i Południo
wej ciągle rośnie. Chińskie produkty zaczęły rów nież trafiać do europejskich odbior
ców. N ajw ięksi producenci płaskich kolektorów na rynku europejskim to GreenOne-
Tec (A ustria), Bosch T hem iotechnik (N iem cy), Ezinc (Turcja), V iessm ann (Niemcy).
Przedsiębiorstw a z siedzibą w N iem czech stanowią praw ie połow ę najlepszych pro
ducentów płaskich kolektorów w 2007 roku, ale obecnie stanowią tylko jed n ą trzecią.
W iększość firm oferujących płaskie i próżniow e kolektory słoneczne sw oją produk
cję ulokow ały w Chinach i Indiach. W Europie, przem ysł charakteryzują fuzje i prze
jęcia w śród czołow ych graczy w celu zw iększenia ilości sprzedanych kolektorów na
rynkach Brazylii, Indii i Turcji. Sektor solam y w B razylii rósł średnio o 18% w ciągu
ostatnich pięciu lat, po czym w 2011 roku tem po w zrostu spada do 6,5% w odpow ie
dzi na zm iany w polityce oraz obaw om tow arzyszącym kryzysow i gospodarczem u.
W A fryce nastąpił duży wzrost liczby producentów w ciągu ostatnich lat, po czym p o
dobnie ja k w 2011 roku w Brazylii, najw iększy producent Solardom e zam knął swój
zakład w Stellenbosch, z pow odu silnej konkurencji tańszych produktów chińskich.
W sektorze „słonecznego chłodzenia” tylko kilka firm, które w iele lat są na rynku in
w estują w now e rozw iązania. Są to m.in. Solam ext (N iem cy) o S.O.L.I.D. (Austria).
N owvm i eraczam i na rvnku sa Steiebel Eltron !N iem cvl oraz ianońskie Hitachi.
3.3. Rynek kolektorów słonecznych w Unii Europejskiej
29
3.3. Rynek kolektorów słonecznych
w Unii Europejskiej
3.3.1. Przegląd rynku Unii Europejskiej
Rynek kolektorów słonecznych w UE wzrasta systematycznie, jednakże wzrost
w ostatnich latach jest znacząco mniejszy, pow odem tegoż stanu rzeczy jest global
ny kryzys, którego skutki są odczuwalne także w energetyce odnawialnej, rysunek.
W prowadzenie przez UE korzystnej polityki dotyczącej odnawialnych źródeł ener
gii oraz energooszczędności spowodowało zminimalizowanie skutków globalnego
kryzysu na rynku kolektorów. Dlatego polityka ta je st od niedawna wprowadzana
dlatego m ożna się spodziewać zahamowania tendencji spadkowych w najbliższych
lata oraz ponownego wzrostu nowych instalacji solamych.
W ciągu ostatnich dziesięciu lat, nie było ciągłego wzrostu nowych instalacji,
od roku 2009 włącznie następnie spadek. Spadek jest znaczący w pierwszych dwóch
latach (2009, 2010), a następnie w latach 2011-2012 następuje ustabilizowanie
się ilości nowych instalacji kolektorów słonecznych. Pomimo spadku zaistniałego
w ciągu ostatnich czterech lat, wielkość rynku podwoiła się w przedziale ostatnich
dziesięciu lat przy średniej rocznej stopie wzrostu wynoszącej 10%. Korzystanie
z tego samego porównania w ciągu ostatnich pięciu lat (2007-2012), można zaob
serwować bezwzględny wzrost w rocznej sprzedaży wynoszącej 20%, a natomiast
średni roczny w zrost o 3,6%, rysunek 3.15.
g 15000000
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
■ Całkowite instalacje kW
■ Nowe instalacje kW
Rys. 3.18 Wzrost zainstalowanej nowej oraz całkowitej zainstalowanej mocy
w Unii Europejskiej [23].
30
3. Stan obecny oraz kierunki rozwoju kolektorów słonecznych na świecie, w UE i Polsce
Rynek kolektorów słonecznych w Unii Europejskiej zdominowany jest przez
kraje wysoko rozwinięte takie jak: Niemcy, Grecję, Austrię, Włochy, Hiszpanię oraz
Francję. Państwa słabiej rozwinięte na rynku solamym stanowią łącznie około 24%
całkowitej mocy zainstalowanej w UE na koniec roku 2012, rysunek 3.16.
N ajw iększym rynkiem spośród państw U E mogą się pochwalić N iem cy z liczbą
zainstalowanych kolektorów ok. 16,05 min m2 co przekłada się na moc 11,23 GWth.
M oc zainstalowana w Niemczech, stanowi 40% całkowitej mocy zainstalowanej
w UE.
Rys. 3.19
Udział procentowy poszczególnych państw w całkowitej mocy zainstalowanej,
koniec
2012 [23]
Zestawienie wszystkich danych dotyczących całkowitej powierzchni oraz
mocy kolektorów słonecznych w UE włącznie z Szwajcarią zostały zebrane w tabeli
3.5 (m 2) oraz tabeli 3.6 (kW ).
Statystyki, które zebrano w 27 państwach U nii Europejskiej i Szwajcarii, przed
stawiają, że w 2012 roku zamontowano w pow yższych krajach w sumie 3,44 min
m2 kolektorów słonecznych, co przekłada się na łączny potencjał 2,41 GWlh energii
termalnej, tabela 3.6. Statystyki te są gorsze od wyników z lat 2008 do 2011, w y
nik obecny jest znacząco wyższy do nowych instalacji zamontowanych w roku 2007
i wcześniejszych. Po rekordowym roku 2008, czwarty rok z rzędu notujemy spa
dek liczby nowych instalacji. Przemysł solam y w dużej mierze doświadczył skut
ków kryzysu, na co wpłynęła zła kondycja branży budowlanej spowodowana rece
3.3. Rynek kolektorów słonecznych w Unii Europejskiej
31
sją gospodarczą będącą następstwem kryzysu finansowego. U dział poszczególnych
państw UE w nowo instalowanych kolektorach przedstawiono na rysunku 3.17 (rok
2012) oraz rysunku 3.16.
Rys. 3.20 Udział procentowy państw UE w nowo instalowanych kolektorach wroku2012[23].
W 2010 roku po raz pierwszy wprowadzono podział rynku kolektorów słonecz
nych w UE na trzy kategorie w zależności od wielkości. Trzy kategorie są następują
ce: od 50 m2 do 200 000 m 2, powyżej 200 000 m 2 do 500 000 m 2 i ponad 500 000 m2
nowo zainstalowanych kolektorów.
Niemcy, największy europejski rynek kolektorów słonecznych rysunek 3.27,
w roku 2010 zanotował aż 29-procentowy spadek nowych instalacji (1,15 min m2 no
wych solarów) w porównaniu z rokiem 2009. Sytuacja na rynku niemieckim od roku
2010 zaczęła się stabilizować na poziomie 1,15 min m 2. Spadki dotknęły także A u
strię, Hiszpanię i Francję, podczas gdy w zrost liczby nowych instalacji odnotowano
w nękanej kryzysem Grecji (500 tys. m2 nowych kolektorów).
3 2
3. Stan obecny oraz kierunki rozwoju kolektorów słonecznych na świecie, w UE i Polsce
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
■ Niemcy
■ Austria
■ Grecja
■ Hiszpania
■ Włochy
a Francja
■ Szwajcaria
■ Wielka Brytania
■ Dania
■ Portugalia
■ Polska
■ Czechy
h
Belgia
■ Cypr
Szewcja
■ Holandia
■ Inne
Rys. 3.21 Udział procentowy państw UE w nowo instalowanych kolektorach
w roku 2003-2012 [23-30],
3.3. Rynek kolektorów słonecznych w Unii Europejskiej
3 3
2500000
0
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
Rys. 3.22 Nowe instalowane kolektory w Niemczech (grupa powyżej 500 tys. m2) [23],
W 2010 roku rynki państwa z grupy 200 tys.-500 tys. m 2 jak: Wiochy, Hiszpa
nia, Austria, Francja, Grecja i Polska zachowywały się bardzo różnie, rysunek 3.20.
Polska kontynuowała imponujący wzrost, Grecja przedstawia niewielki lecz syste
matyczny wzrost, Francja pozostaje w stagnacji. Pozostałe rynki w tej grupie, W ło
chy, Hiszpania i Austria odnotowały znaczne spadki.
Rynek włoski, dotychczas największym rynkiem w tej grupie, zanotował spo
ry spadek w ciągu ostatnich dwóch lat, w 2012 rynek nie osiągnął progu 250 M W th
nowych instalacji w ciągu roku. Z drugiej strony, na rynku polskim kontynuował
się znaczący w zrost nowych instalacji zapoczątkowany od roku 2010, z 19% wzro
stem w porównaniu z poprzednim okresem. Oznacza to, że Polska je st coraz bliżej
osiągnięcia pozycji drugiego największego rynku w Europie, z 211,4 MWlh (302 000
m 2). W Hiszpanii, na rynku w dalszym ciągu następuje od roku 2008 spadek. Odno
towano w 2012 roku ilość nowych instalacji na poziomie 158 M W ih, jest to spowo
dowane przez trwającą recesją, skutkiem czego jest wyprzedzenie w wielkości ryn
ku przez Francję, gdzie w rynku pozostał na podobnym poziomie jak w 2011 roku
(175 M W J .
Rozważając tę grupę krajów jako całość, nowo zainstalowana moc wynosiła
1,1 GWth, spadek wynosi prawie 5% w porównaniu z rokiem 2011. W odniesieniu
do całkowitej mocy zainstalowanej, łączna ilość wynosi 12,2 GWth, co warunkuje
w zrost o 7,5% w porównaniu z poprzednim okresem. Grecja i Austria pozostają li
derami w tej grupie pod względem całkowitej mocy zainstalowanej, ja k również na
mieszkańca. W tych dojrzałych rynkach, tempo wzrostu całkowitej mocy zainstalo
wanej (0,7% w Grecji i 2,7% w Austrii) je st obecnie znacznie niższy niż w innych
krajach, na przykład w Polsce (33%).
34
3. Stan obecny oraz kierunki rozwoju kolektorów słonecznych na świecie, w UE i Polsce
To stwarza nowe wyzwanie dla tych krajów w zakresie zwiększenia ich produk
cji ciepła z energii słonecznej, w celu spełnienia swoich celów 2020 na energię pro
dukcji z odnawialnych źródeł energii.
600000
• Włochy
• Hiszpania —♦—Austria
•' Francja
• Grecja
Polska
Rys. 3.23 Nowo instalowane kolektory w krajach z przedziału 200 tys.-500 tys. m2 [23],
Portugalia wraz z Szwajcarią, Czechami, D anią i W ielką Brytanią, zostały za
liczone do grupy "krajów rozwijających się" z liczbą nowych instalacji w przedzia
le od 200 do 500 tys. m 2 (wg Instytutu Energetyki Odnawialnej w Polsce zainsta
lowano w ubiegłym roku 300 tys. m2 kolektorów). W g ESTIF, wyżej wymienione
kraje zanotowały w 2012 roku średnio prawie 3% spadek liczby nowych instalacji.
Pod względem całkowitej mocy zainstalowanej, kraje te osiągnęły w sumie 2,6 GWlh
mocy, co stanowi wzrost o prawie 12% w porównaniu z poprzednim okresem. Gra
ficzne zestawienie wyżej wymienionych państw na rysunku 3.21.
200000
• Portugalia
—♦—Szwajcaria
• Wielka Brytania
—♦—Czechy
♦ Dania
Rys. 3.24 Nowo instalowane kolektory w krajach z przedziału 50 tys.-200 tys. m2 [23],
3.3. Rynek kolektorów słonecznych w Unii Europejskiej
35
Duński wzrost w całkowitej mocy jest wynikiem gwałtownego wzrostu nowych
instalacji solamych w roku 2011 wynoszącemu 81,1%. W zrost ten wystarczy aby
umieścić Danie w pierwszej dziesiątce europejskich rynków termicznej energetyki
słonecznej. Belgijski wzrostu, z drugiej strony, opiera się na tradycyjnej i trwałej po
lityce wsparcia, szczególnie występującej w e Flandrii. Pozostałe rynki z tegoż prze
działu nowych instalacji zanotowały negatywny wpływu stosowania różnych poli
tyk wsparcia: w Szwajcarii, wsparcie fotowoltaiki przyczyniło się do wstrzymania
inwestycji w obszar kolektorów słonecznych. Podczas gdy w Portugalii i w Wielkiej
Brytanii są przykłady tego, ja k źle realizowana polityka wsparcia może mieć szko
dliwy wpływ na rynek.
Polska w raportach ESTIF do roku 2010 znajdował się w grupie 50 m2 do 200
000 m2, wraz ze znaczącym wzrostem całkowitej powierzchni oraz mocy kolekto
rów słonecznych jest w grupie 200 tys.-500 tys. m2, tabela 3.5. Ten sukces jest wy
nikiem kilku programów wsparcia, najbardziej istotnym jest Program N arodowe
go Funduszu Ochrony Środowiska (NFSiGW), które przeznaczono około 100 min
euro, w ciągu trzech lat, do instalacji solamych. Biorąc pod uwagę, że dofinansowa
nie to się skończy na początku 2014 r., Polska musi szybko podjąć decyzję, czy pro
gram ten zostanie rozszerzony bądź też przebudowany na lepszych warunkach dla
odbiorcy końcowego.
Tab. 3.5 Rynek nowych instalacji w UE (m2) [23 - 30].
Kraj
Nowe instalacje w 2012 [M W J
Zmiana 2012/2011 [%]
Grupa powyżej 350 MWth; odpowiada 500 tys. m2
Niemcy
805
-9,40%
Grupa od 140 MW(h do 350 MWth; odpowiada 200-500 tys. m2
Włochy
231
-15,40%
Polska
211
19,10%
Francja
175
-0,60%
Grecja
170
5,70%
Hiszpania
158
-15,50%
Austria
144
-15,20%
Grupa od 35 MW(hdo 140 MWth; odpowiada 50-200 tys. m2
Szwajcaria
99
3,00%
Dania
79
81,10%
Portugalia
63
-28,80%
Wielka Brytania
41
-35,40%
Belgia
43
36,30%
Zestawienie wszystkich danych dotyczących nowo instalowanych oraz ju ż dzia
łających kolektorów słonecznych w UE z Szwajcarią zostały zebrane w tabeli 3.6
(m2) oraz tabeli 3.7 (kW).
Tab. 3.6 Rynek nowych instalacji w UE (m 2) [23 - 3 0 ] .
Kraj
Całkowite
Powierzchnie zainstalowane [m2]
U)
C\
L.p.
Nowe
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
1
Austria
1921594
2085488
2318958
2611627
2892627
3240330
3596874
3836509
3988088
4108338
160080
153050
166920
182 594
233 470
292 669
281000
347 703
356 166
279 898
243285
206390
2
Belgia
35874
48249
68 483
104 118
146118
268947
290847
328 148
323283
384533
4481
4943
9 047
14 700
20 234
44 464
65 000
62 200
50 700
42500
45500
62000
3
Bułgaria
25 100
25 100
31600
127900
105 300
115100
122100
1800
2 000
2 200
2500
25 500
8 000
8 400
10800
8000
4
Szwajcaria
324954
352460
391 592
443 548
508 980
593 980
768707
895 492
1023698
1145431
22730
26431
26 820
31160
39 132
51 863
65 432
112 833
145 640
144772
137863
142000
5
Cypr
450200
500 200
560 200
625 200
693 200
735200
715 022
713359
707776
30000
30 000
30 000
50 000
60000
60000
60 000
34 709
30 713
28437
23917
6
Czechy
43400
65 900
106730
131 730
165100
211220
308 376
378066
427327
6000
10 200
12 250
15 550
20400
25000
35 000
51669
91717
65800
50000
7
Niemcy
4898000
5604000
6 554 000
8 054 000
8 994 000
11094000
12709000
13 824 000
14994000
16049000
900000
540000
720 000
750 000
950 000
1 500 000
940000
2 100 000
1 615 000
1150 000
1270000
1150000
8
Dania
299890
315730
336 980
362 280
385 280
418280
47278
525 146
583605
682345
26150
13000
19 000
20 000
21250
25 300
23000
33 000
54 496
64651
62401
113000
9
Estonia
570
820
1120
1470
1970
2420
2 920
4720
6520
50
150
250
250
300
350
500
450
500
1800
1800
10
Hiszpania
341566
420366
527 166
702 166
964166
1411166
1802166
2 106 866
2369861
2587162
46 357
66000
70 000
90 000
106 800
175 000
275000
433 000
391 000
336 800
266979
225683
11
Finlandia
10030
11980
13 980
16 493
20 493
25 293
26973
32 923
32873
36723
1110
1110
2 000
1630
2 383
3 200
25000
4100
3400
3700
4000
4000
12
Francja
237400
274100
395 600
615 600
870 600
1624100
1959100
1 573 900
1824900
2074400
12000
27000
38 900
52 000
121 500
283 500
330000
313 000
265 000
256 000
251000
249500
13
Grecja
2779200
2826700
3 047 200
3 287 200
3 570 200
3868200
4074200
4 084 200
4087200
4119200
175000
152000
161 000
215 000
220 500
240000
283000
298 000
206 000
214 000
230000
243000
14
Węgry
4250
5 250
6 250
14 250
25 250
82590
149 814
170814
219814
500
1000
1500
1000
1000
20648
32 000
22 000
21000
20000
50000
15
Irlandia
4405
7290
10 790
15 790
30 790
74400
107760
131 489
158429
270769
270
875
1200
2 000
3 500
5 000
15000
43 610
32 221
52966
59349
27087
16
Włochy
398785
444285
516 285
855 230
1100 230
1606230
2006230
2 671 730
3073930
3365730
44500
45000
50 000
97 738
127 059
186000
330000
500 000
475 000
490 000
390000
330000
17
Łotwa
1650
2 150
2 750
3 450
4290
2200
2 400
4200
6000
300
400
500
500
600
300
300
200
200
1800
1800
18
Luksemburg
11500
13 400
15 900
18 900
22 500
27200
31600
35850
39800
1200
1500
1700
1900
2 500
3000
3 600
4 700
4 500
4500
4150
19
Litwa
1650
2 650
3 850
5 350
7150
1740
1940
3740
4040
300
400
500
1000
1200
210
210
180
200
1800
300
20
Malta
15360
19 360
23 860
29 360
35 360
408602
45 860
51360
57820
2.500
3 000
4 215
4 000
4500
5500
6 000
5 500
5 000
5980
5980
21
Niderlandy
263737
283508
303 756
318 441
338 341
363 341
407341
447 595
474595
509065
30537
30000
27 686
26 300
20 248
14685
19900
25 000
45 260
40 834
33000
42470
22
Polska
102520
137 520
167 520
234 897
365 676
509860
655 890
909390
1211390
18000
26 220
28 900
27 700
41 400
68147
129 632
144 308
145 906
253500
302000
23
Portugalia
160640
144950
160 950
180950
205 950
318 950
49334
672 697
781295
856867
6000
5500
6 000
10 000
16 000
20000
52000
86 820
173 762
182 271
127198
90612
24
Rumunia
69 100
69 600
94300
11430
104 700
105200
110700
400
400
5 500
6500
8 000
14 900
15 500
15500
15500
25
Szwecja
173661
185769
208 390
236 929
262 394
289207
310517
323 735
337022
345731
21970
15 260
19 255
20 058
22 621
28 539
25465
26 813
21309
20 699
20807
11257
26
Słowenia
97600
102 400
109 300
121 300
137 300
15930
175 300
175300
186800
1200
1100
1800
4 800
6 900
12000
16 000
22 000
11 000
12000
16500
27
Słowacja
56750
64 250
72 750
81 750
95 250
108750
121 750
142250
147000
4500
5 000
5 500
7 500
8500
9000
13 500
13 500
15 000
23000
7500
28
Wielka
Brytania
149920
168920
196 920
250 920
304 920
385 920
475020
573 220
656998
709673
15230
17500
22 000
25 000
28 000
54000
54000
81000
89100
105 200
91778
59275
Razem
11999656
13959245
15964950
19219722
21957446
27261289
31624644
34 448 521
37519126
40494094
1466415
1162219
1 418 798
1 627 495
2 049 297
3 079 220
2974596
4 797 321
4 246 170
3733927
3678077
3443721
U)
3.
S
ta
n
obecny
or
a
z
k
ie
r
u
n
k
i
ro
zwoju
kolekto
rów
sło
n
e
c
z
n
y
c
h
na
św
ie
c
ie
,
w
U
E
i
Pol
sce
3.3
.
R
yn
ek
ko
le
kto
ró
w
sło
ne
cz
ny
ch
w
U
nii
E
u
ro
p
ejs
k
ie
j
Tab. 3.7 Rynek nowych instalacji w UE (kW) [23 - 30]
Kraj
Całkowite
Moce zainstalowane [kW ]
L.p.
Nowe
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
1
Austria
1339305
1459842
1 623 271
1 828 139
2 024 839
2 268 231
2517812
2 685 556
2791662
2875837
107135
116844
127816
163 429
204 868
196 700
243 392
249581
195929
161132
144473
2
Belgia
20848,15
33774
47 938
72 883
102283
188263
203593
229 703
226298
269173
3460
6333
10290
14164
24 945
29 400
63 700
35490
26 811
31850
43400
3
Bułgaria
17 570
17 570
22120
89530
73 710
80570
85470
1540
1750
2 800
17500
5 880
7560
5600
4
Szwajcaria
212691,4
246722
274 114
310 484
356 286
415 786
538095
895 492
716589
801802
18502
18774
21747
27 392
36 304
45 802
59500
102725
98000
98000
99400
5
Cypr
315140
315140
350 140
392 140
437 640
485 240
514640
500 515
499351
495443
21000
21000
21000
35 000
42 000
45 500
47 600
38500
21499
19906
16742
6
Czechy
25107,44
30380
46130
74 711
92 211
115 570
147854
215 863
264647
299129
4200
4900
5950
10 885
15 421
17 500
24 500
28000
60 200
45500
35000
7
Niemcy
3771923
3922800
4 587 800
5 637 800
6 295 800
7 765 800
8896300
9 676 800
10495800
11234300
378000
504000
525000
665 000
1050 000
658 000
1470 000
1130500
805 000
889000
805000
8
Dania
210486,7
221011
235 886
253 596
269 696
292 796
330916
367 602
408524
477642
9100
13300
14000
14 875
17 710
16 100
23100
38150
40 670
43681
79100
9
Estonia
238,9222
399
574
784
1029
1379
1691
2 044
3304
4564
35
105
175
175
210
245
350
315
350
1260
1260
10
Hiszpania
228105,4
294256
369 016
491 516
674 916
987 816
1261516
1 474 806
1658903
1811013
46200
49000
63000
74 760
122 500
183 400
303 800
273700
235760
186885
157978
11
Finlandia
8386
8386
9 786
11545
14 345
17 705
18881
23 046
23011
25706
777
1400
1400
1400
2 380
2 800
3 360
2800
4 200
2800
2800
12
Francja
143186,6
191870
276 920
430 920
609420
1 136 870
1371370
1101 730
1277430
1452080
18900
27230
36400
85 050
154 000
178 500
271 600
234500
179 200
175700
174650
13
Grecja
1476634
1978690
2 133 040
2 301 040
2 499 140
2 707 740
2851940
2 858 940
2861040
2883440
106400
112700
150500
154 350
168 000
198100
208600
144200
149 800
161000
170100
14
Węgry
1983,333
2975
3 675
4 375
9 975
17 675
57813
104 870
119570
153870
350
700
1050
700
700
5 600
7 700
17500
14700
14700
35000
15
Irlandia
3055,689
5103
7 553
11053
21 553
52 080
75432
92 042
110900
189538
613
840
1400
2 450
3 500
10 500
30527
23352
17 443
18900
18961
16
Włochy
268103,4
311000
361 400
598 661
770161
1124 361
1404361
1 870 211
2151751
2356011
31500
35000
40600
50 400
130 200
171 500
294 700
280000
343 000
290500
231000
17
Łotwa
924
1155
1505
1925
2415
3 003
1540
1680
2940
4200
210
280
350
350
420
490
588
140
140
1260
1260
18
Luksemburg
7123,894
8050
9 380
11130
13 230
15 750
19040
22120
25095
27860
840
1050
1190
1330
1750
2 100
2 520
3290
3150
3150
2905
19
Litwa
924
1155
1855
2 695
3 745
5 005
1218
1358
2618
2828
210
280
350
700
840
1050
1260
126
140
1260
210
20
Malta
7625,532
10752
13 552
16 702
20 552
24 752
28602
32102
35952
40474
1750
2100
2951
2 800
3 150
3 850
4 200
3850
3 500
3850
4186
21
Niderlandy
208901,1
198456
212 629
222 909
236 839
254 339
285139
313 317
332217
356346
21000
19380
18410
14174
10 280
13 930
17 500
30800
28 584
23100
29729
22
Polska
56955,56
71764
96 264
117 264
164428
255 973
356902
459123
636573
847973
12600
18354
23100
24 500
28 980
46 900
90742
100929
102134
177450
211400
23
Portugalia
60757,49
101465
112 665
126 665
144165
223 265
345338
470 888
546906
599807
3850
4200
7000
11 200
14 000
17 500
60200
122073
127 590
89039
63428
24
Rumunia
48 370
48 720
66010
80010
73 290
73640
77490
280
350
5 600
14000
10 850
10850
10850
25
Szwecja
125036,5
130038
145 873
165 850
183 676
202 445
217362
226 615
235915
242012
10682
13479
14041
15 835
19 977
17 826
18769
14917
14 489
14565
7880
26
Słowenia
41658,54
68320
71680
76 510
84 910
96110
111510
122 710
122710
130760
840
770
1260
3 360
4 830
8 400
11200
15400
13 300
8400
11550
27
Słowacja
36113,64
39725
44 975
50 925
57 225
66675
76125
85 225
99575
102900
3150
3500
3850
5 250
5 950
6 300
9450
9450
14 489
16100
5250
28
Wielka
Brytania
104336,8
118944
137 844
175 644
213 444
270144
332514
401 254
459899
496771
12250
15400
17500
19 600
37 800
37 800
56700
62700
73 640
64245
41493
Razem
8724528
9771471
11 175
465
13 453
805
15 370 212
19 082 903
22137251
24 113 964
26263388
28345866
813553
990918
1110329
1399 129
2102 535
1917 893
3333 959
2994333
2586 458
2561643
2410605
U)
'O
3.
S
ta
n
obecny
o
ra
z
k
ie
r
u
n
k
i
roz
woju
ko
lek
to
rów
sł
o
n
e
c
z
n
y
c
h
na
św
ie
c
ie
,
w
UE
i
Pol
sce
3.3
.
R
yn
ek
ko
le
kto
ró
w
sło
ne
cz
ny
ch
w
U
nii
E
u
ro
p
ejs
k
ie
j
40
3. Stan obecny oraz kierunki rozwoju kolektorów słonecznych na świecie, w UE i Polsce
3.4 Rynek kolektorów słonecznych w Polsce
3.4.1 W prowadzenie
N a rynku Polskim działa obecnie około 40 producentów krajowych kolekto
rów słonecznych oraz centralnych przedstawicieli zagranicznych producentów (któ
rzy oferują swoje produkty na rynku Polskim). W każdym roku powstaje ok. 2-3 no
wych firm specjalizujących się w produkcji kolektorów słonecznych. Zdecydowa
na większość firm ma swoje siedziby w południowych regionach polski. Sprzedaż
instalacji solam ych wyprodukowanych przez firmy znajdujące się na Śląsku stano
wi ponad 70% rynku sprzedaży kolektorów wyprodukowanych przez firmy Polskie.
Największy wzrost sprzedaży, w roku 2010 zanotowano w województwach: śląskim
(17,1%), małopolskim (12,3%), podkarpackim (11,1%) i łódzkim (9,2%).
Najpopularniejszymi kolektorami sprzedawanymi na Polskim rynku są kolek
tory cieczowe płaskie z osłona przezroczystą, stosunek sprzedaży kolektorów próż
niowych do płaskich kształtuje się na poziom ie 30%/70%, rysunek 3.22. N ajw ięk
sza ilość kolektorów słonecznych występuje w województwach śląskim, małopol
skim oraz podkarpackim.
120000
100000
80000
"g 60000
40000
20000
o
2005
2006
2007
2008
2009
]106000
1
89820
1
T/mn
47000
39810
38000
23000
1
r
■ próżniowe kolektory słoneczne
■ płaskie kolektory słoneczne
Rys. 3.25 Sprzedaż kolektorów płaskich i próżniowych w latach 2005-2009 [32].
3.4 Rynek kolektorów słonecznych w Polsce
41
Energetyka solam a jako jedyny sektor OŹE eksportuje swoje wyroby, eksport
polskich kolektorów stanowi 50% sprzedaży kolektorów w Polsce i w ynosi od kilku
lat, średnio ok. 80 tys. m2. Importerami polskich kolektorów słonecznych są kraje:
Niemcy, Hiszpania, Portugalia, Austria, W ielka Brytania, Włochy, Finlandia, Szwe
cja, Czechy oraz Słowacja.
3.4.2 Sprzedaż kolektorów słonecznych w Polsce w 2010 roku
Według danych zebranych przez IEO, w roku 2012 sprzedano w Polsce ok. 302
tys. m 2 kolektorów słonecznych o łącznej powierzchni, rysunek 3.23. Dla porówna
nia w roku 2009 roku przybyło 144 tys. m 2 kolektorów (wzrost w stosunku do roku
przedniego wynosi 1%). W roku 2010 wzrost sprzedaży kolektorów słonecznych w
stosunku do roku 2009 w yniósł ponad 11%. Ogółem na koniec 2010 roku całkowi
ta powierzchnia zainstalowanych kolektorów wynosiła 656 tys. m 2; dla porównania
łączna powierzchnia zainstalowana w 2009 roku wynosiła 510 tys. m2.
)
27, J.
*--- ' '
----
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007 2008
2009
2010
2011
2012
■ powierzchnia kolektorów sprzedanych w danym roku
całkowita powierzchnia kolektorów słonecznych w Polsce
Rys. 3.26 Powierzchnia kolektorów słonecznych instalowana w Polsce
w poszczególnych latach [32],
4 2
3. Stan obecny oraz kierunki rozwoju kolektorów słonecznych na świecie, w UE i Polsce
Tab. 3.8 Powierzchnia kolektorów słonecznych instalowana w Polsce
w poszczególnych latach [32].
LATA
Całkowita powierzchnia
kolektorów słonecznych
w Polsce [m2 xl0 00 ]
Powierzchnia kolektorów
sprzedanych w danym roku
[m2 xl000]
2000
21
7,4
2001
30,1
9,1
2002
43,2
13,1
2003
69,5
26,4
2004
98,5
28,9
2005
126,5
27,7
2006
167,8
41,6
2007
236
68,2
2008
365,6
129,6
2009
509,9
144,3
2010
655,8
145,9
2011
909
254
2012
1211
302
N a rysunku 3.24, przedstawiono procentowy udział sprzedaży kolektorów sło
necznych w poszczególnych województwach. N ajw iększa liczba nowych instala
cji kolektorów słonecznych występuje w województwie śląskim, małopolskim, oraz
podkarpackim. Ponadto na mapie zaznaczono za pom ocą strzałek wzrost lub spadek
now ych instalacji z rokiem poprzedzającym. W dwunastu województwach odnoto
wano w zrost instalacji, natomiast w trzech odnotowano spadek, tylko w jednym w o
jew ództw ie zaobserwowano taki sam poziom co w roku 2010.
3.4 Rynek kolektorów słonecznych w Polsce
43
Roczna sprzedaż
kolektorów słonecznych, m:
□
0 - 5 0 0 0
□
5 0 0 0 -1 0 0 0 0
□
1 0 0 0 0 -1 5 0 0 0
| 1 5 0 0 0 -2 0 0 0 0
■ Udział województwa w krajowym rynku
kolektorów słonecznych
Wzrost/spadek sprzedaży w porównaniu
do roku poprzedniego
Rys. 3.27 Instalacje kolektorów słonecznych w Polsce w 2011 roku w podziale
na województwa [33],
3.4.3 Perspektywy rozwoju rynku kolektorów słonecznych
Zgodnie z raportem „Wizja rozwoju energetyki słonecznej termicznej w Pol
sce wraz z planem działań do 2020 r.” przedstawionym przez IEO, całkowity poten
cjał energetyki słonecznej termicznej możliwy ju ż obecnie do praktycznego wyko
rzystania w yniósł ponad 32 000 TJ i umożliwiłby zainstalowanie do 2020 r. ponad
22 min m 2 powierzchni kolektorów słonecznych, w szczególności w systemach do
mowych c.w.u. i w domowych systemach dwufunkcyjnych (c.w.u. + c.o) ja k i też
w systemach czysto przemysłowych.
Realny wkład energetyki słonecznej cieplnej w pokrycie potrzeb w zakresie za
opatrzenia w ciepło i chłód wynosi prawie 28 000 TJ na 2020 r., co odpowiada blisko
20 min m 2 powierzchni kolektorów słonecznych, rozkład udziałów będzie następujący:
• c.w.u. w mieszkalnictwie - 53%
• c.o w mieszkalnictwie - 17%
• c.w.u. w usługach i sektorze publicznym - 9%
• c.o w usługach i sektorze publicznym - 5 %
44
3. Stan obecny oraz kierunki rozwoju kolektorów słonecznych na świecie, w UE i Polsce
• ciepło technologiczne w przemyśle i rolnictwie - 5%
• słoneczne chłodzenie w sektorze usług - 2%
• słoneczne chłodzenie w mieszkalnictwie - 1%
Natomiast pozostałe 8% energii promieniowania słonecznego to ciepło uzyski
wane w systemach ogrzewania sieciowego (c.o +c.w.u.).
Średnie tempo wzrostu sektora w latach 2009-2020 kształtować się będzie na
poziomie 40%, natom iast w dalszych latach, tj. 2020-2040, na poziom ie 9%.
Uwzględniając powyższe wyniki, szacowany udział energii słonecznej ciepl
nej w zużyciu energii ze źródeł odnawialnych w 2020 roku wyniesie ponad 4,4%,
a w zużyciu energii finalnej w Polsce ponad 1%. Są realne podstawy i szanse aby
druga dekada obecnego stulecia w Polsce zapisała się jako dekada przełomowa dla
energetyki słonecznej.
N iewątpliwą korzyścią dla społeczeństwa w przypadku dalszego rozwoju
energetyki słonecznej cieplnej w Polsce jest zapewnienie miejsc pracy dla ponad
40 tyś. osób. Ponad połowa spośród wszystkich zatrudnionych w tym sektorze to
osoby zajmujące się sprzedażą detaliczną, instalacją i serwisem po instalacyjnym
i są to przede wszystkim miejsca pracy o charakterze lokalnym, najczęściej w małych
i średnich przedsiębiorstwach. Wg prognozy Europejskiej Rady Energetyki Odna
wialnej (EREC) zatrudnienie w sektorze energetyki słonecznej termicznej w całej
UE w 2020 roku wzrośnie do 660 tys. miejsc pracy i będzie najwyższe w całym sek
torze energetyki odnawialnej.
W ymienione powyżej działania maja skutkować awansem Polski z 10 miejsca
na 5 w roku 2020 pod względem instalacjach solamych w UE.
1800
Rys. 3.28 Prognozy moc MW kolektorów słonecznych w roku 2020 [33].
45
4. PODSTAWY TEORETYCZNE
(RETSCREEN® INTERNATIONAL)
4.1 Geneza kolektorów słonecznych
Korzystanie z energii słonecznej do podgrzewania wody nie jest nowym po
mysłem. Ponad sto lat tem u, malowano na czarno zbiorniki wodne które były uży
wane jako proste słoneczne podgrzewacze wody w wielu krajach. Technologia sło
necznego ogrzewania wody (SPW) znacznie poprawiła się w ciągu ostatniego stule
cia. Obecnie istnieje ponad 30 min m 2 kolektorów słonecznych zainstalowanych na
całym świecie. Setki tysięcy nowoczesnych kolektorów słonecznych, takich ja k ten
pokazany na rysunku 4.1, są stosowane w takich krajach jak Chiny, Indie, Niemcy,
Japonia, Australia i Grecji. W rzeczywistości, w niektórych krajach prawo wymaga,
aby kolektory słoneczne do podgrzewania wody były instalowane z każdym nowym
projektem budownictwa mieszkaniowego (np. Izrael).
Rys. 4.1 Kolektor próżniowy, Tybet Chiny [8].
Oprócz oszczędności kosztów energii na ogrzewanie wody, istnieje szereg in
nych korzyści płynących z korzystania z energii słonecznej do ogrzewania wody.
Większość kolektorów słonecznych je st wyposażona w dodatkowe zbiorniki wody,
które z kolei zasilają konwencjonalne zbiorniki ciepłej wody. Użytkownicy korzy
stają z większej pojemności przechowywania ciepłej wody i mniejszego praw dopo
dobieństwa zabraknięcia gorącej wody. Niektóre kolektory słoneczne nie wymagają
46
4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)
energii elektrycznej do pracy. W przypadku tych systemów, ciepła woda jest zabez
pieczona przed zanikami zasilania, tak długo ja k istnieje w ystarczająca ilość światła
słonecznego do eksploatacji systemu. Kolektory słoneczne również mogą być uży
wane do bezpośredniego ogrzewania wody w basenie, z dodatkową korzyścią roz
budowy basenu zewnętrznego w sezonie kąpielowym.
4.1.1. Rynki kolektorów słonecznych
Rynki kolektorów słonecznych mogą być klasyfikowane w oparciu o docelowe
zastosowanie tej technologii. Najczęściej kolektory słoneczne są stosowane na ryn
kach ciepłej w ody użytkowej i basenów.
4.1.2. Ciepła woda użytkowa
Istnieje szereg usług gorącej wody. Najczęstszym zastosowaniem jest w ykorzy
stanie ciepłej wody użytkowej (c.w.u.), zazwyczaj sprzedawane jako "dostępne od
ręki" lub zestawów standardowych, ja k pokazano na rysunku 4.2.
Rys. 4.2 Solar ciepłej wody użytkowej (termosyfonu), system w Australii [8].
Inne typowe zastosowania obejmują, zapewnienie procesu gorącej wody do za
stosowań komercyjnych, instytucjonalnych i przemysłowych, w tym wielorodzin
nych domów i budynków mieszkalnych, przedstawionych na rysunku 4.3, osiedli
rysunek 4.4, w szkołach, ośrodkach zdrowia, szpitalach, biurowcach, restauracjach,
hotelach, myjniach, pralniach i hodowlach ryb oraz innych typowych przykładach
zastosowania ciepłej wody użytkowej. Rysunek 4.3 pokazuje układ kolektorów sło
necznych w Rosewall Creek Salmon Hatchery w Kolumbii Brytyjskiej, Kanada.
260 m 2 płaskich nieoszklonych kolektorów słonecznych uzupełniających i pom a
gających w zwiększeniu produkcji palczaków w zakład akwakultury. Zbiorniki po
magają regulować temperaturę wody uzupełniającej. Ten szczególny projekt zwró
cił się po 5 latach.
4.1 Geneza kolektorów słonecznych
47
Rys. 4.3 Płaskie kolektory
bez osłony, zintegrowany
zespół domów [8].
Systemy słonecznego ogrzewania wody mogą być również używane do duże
go obciążonego przem ysłu oraz do dostarczania energii do sieci ciepłowniczych.
Duża liczba takich systemów zainstalowanych występuje w północnej Europie i in
nych miejscach.
Rys. 4.4 Budownictwo mieszkaniowe, Kungsbacka, Szwecja [8].
Rysunek 4.5 pokazuje układ kolektorów słonecznych w wylęgam i łososia
w Rosewall Creek w Kolumbii Brytyjskiej, Kanada. 260 m 2 płaskich nieoszklonych
kolektorów słonecznych uzupełniających i pomagających w zwiększeniu produkcji
palczaków w zakład akwakultury. Zbiorniki pomagają regulować temperaturę wody
uzupełniającej. Ten szczególny projekt zwrócił się po 5 latach.
Rys. 4.5 Projekt słonecznego
ogrzewania wody w wylęgami
łososia, Kanada. [8]
48
4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)
4.1.3. Baseny
Temperatura wody w basenach może być regulowana za pom ocą systemów so-
lam ych do ogrzania wody, wydłużenie sezonu pozwoli zaoszczędzić na kosztach
energii konwencjonalnej. Podstawowa zasada tych systemów jest taka sama, jak
systemów ciepłej wody, z tą różnicą, że cała pula ciepła jest magazynowana. Dla
zewnętrznych basenów, odpowiedniej wielkości kolektorowego ogrzewania wody
m ożna zastąpić konwencjonalnym ogrzewaniem. Woda z basenu jest bezpośrednio
pompowana do kolektorów słonecznych przez istniejący system filtracji.
Zastosowanie w basenach występuje w zakresie wielkości, od małych domo
wych odkrytych użytkowanych latem ja k na rysunku 4.5, do dużych olimpijskich
basenów, które działają 12 miesięcy w roku.
Rys. 4.6 Ogrzewanie solame basenu w Kanadzie [8],
Istnieje duże zapotrzebowanie na systemy solame do ogrzewania basenu. Przy
kładowo w Stanach Zjednoczonych, większość sprzedawanych kolektorów słonecz
nych bez osłony są stosowane do ogrzewania basenu.
Podczas rozważania słonecznego ogrzewania c.w.u. i rynku zastosowania w ba
senach, istnieje szereg czynników, które mogą pomóc określić, czy dany projekt ma
uzasadniony potencjał rynku i szanse na pomyślną realizację. Te czynniki obejmu
ją duże znaczenie dla ciepłej wody do zmniejszenia kosztów stałych projektu; w y
sokich lokalnych kosztów energii, zawodnych dostaw energii konwencjonalnej i/lub
silnego środowiska zainteresowanie potencjalnych klientów i innych zainteresowa
nych projektem.
4.2. Kolektory słoneczne
4.2. Kolektory słoneczne
49
4.2.1. Opis kolektorów słonecznych
Zgodnie z normą PN EN ISO 9488 „Energia słoneczna, Terminologia”, kolekto
ry słoneczne ze względu na konstrukcję dzielimy na: płaskie, bez osłony, próżniowe,
próżniowe rurowe, skupiające o ognisku liniowym, paraboliczne rynnowe o ognisku
punktowym, paraboidalne, zespolone paraboliczne skupiające (CPC), wielościanko-
we, Fresnela, nadążne za słońcem, żaluzjowe
Z przytoczonych typów kolektorów słonecznych obecnie najpopularniejsze są
kolektory płaskie bez osłony, próżniowe rurowe i one będą dalej omawiane.
Energia słoneczna (promieniowanie słoneczne) je st absorbowana przez kolek
tor słoneczny na płycie absorbera. Selektywne powłoki są często stosowane do płyt
absorbera dla poprawy ogólnej efektywności gromadzenia. Płyn obiegu pochłania
energię zebraną.
Istnieje kilka rodzajów kolektorów słonecznych stosowanych do uzyskania cie
płej wody. W ybór typu kolektora słonecznego zależy od temperatury zastosowania
i przeznaczenia pory użytkowania (lub klimatu). Najczęstszymi rodzajami kolekto
rów słonecznych są: płaskie kolektory słoneczne bez osłony, płaskie kolektory sło
neczne z osłoną przezroczystą oraz próżniowe kolektory słoneczne.
Tab. 4.1 Szacunkowe wartości progowe
I ' m.n
natężenia promieniowania
słonecznego dla różnych typów kolektorów słonecznych [5].
Rodzaj kolektora
słonecznego
Parametry techniczne
C m W / m 2
A T
= 30 K
A T
= 60 K
Absorber bez osłony
20
630
1260
Kolektor z jednym
pokryciem szklanym
0,85
8
90
280
560
Kolektor z dwoma
pokryciami szklanymi
0,73
6
70
250
490
Kolektor z jednym
pokryciem szklanym
i powłoką selektywną
0,85
4
50
140
280
Kolektor
próżniowo-rurowy
0,85
1,71
20
60
120
Kolektory słoneczne m ożna w pewnym stopniu porównywać za pomocą ich
sprawności. Sprawność kolektora słonecznego to iloraz ciepła pozyskanego przez
czynnik grzewczy do wielkości napromieniowania powierzchni kolektora w je d
nostce czasu. W ielkościami opisującymi charakterystykę sprawności kolektora jest
50
4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)
sprawność optyczna rj0 i jej pochylenie, będące miarą strat cieplnych kolektora [4],
Sprawność kolektora jest zależna od jego konstrukcji, jak i od w arunków eksploata
cyjnych.
Różnica temperatur (temperatura kolektora-temperatura otoczenia)
Kolektory płaskie
Kolektory próżniowe
Rys. 4.7 Zmiana sprawności kolektorów słonecznych tj0 w zależności
od nasłonecznienia i różnicy temperatur [4],
4.2.2. Płaskie kolektory słoneczne bez osłony
Płaskie kolektory słoneczne bez osłony, ja k pokazano na rysunku 4.7, są za
zwyczaj wykonane z czarnego polimeru. Zwykle nie mają selektywnej powłoki i nie
posiadają ramy i izolacji z tyłu, przeważnie są po prostu położone na dachu lub na
drewnianym wsparciu. Te tanie kolektory dobrze pozyskują energię z prom ieniowa
nia słonecznego, ale straty ciepła do otoczenia gwałtownie rosną wraz z temperatu
rą wody szczególnie w wietrznych miejscach. W rezultacie, kolektory bez osłony są
powszechnie wykorzystywane do zastosowań wymagających dostaw energii w ni
skich temperaturach (w ogrzewaniu, w basenach, w hodowli ryb, systemach ogrze
wania, itp.), w chłodniejszych strefach klimatycznych zwykle są wykorzystywane
tylko w sezonie letnim ze względu na wysokie straty cieplne kolektora.
4.2. Kolektory słoneczne
51
Szczeliny dozujące przepływ
Strumień wody
Rys. 4.8 Schemat systemu płaskiego kolektory słonecznego bez osłony przezroczystej [8],
4.2.3. Płaskie kolektory słoneczne z osłoną przezroczystą
W przeszklonych, ciekłych płaskich kolektorach, ja k pokazano na rysunku 4.8
oraz 4.9, płaski absorber (występujący często z selektywną powłoką) jest zamon
towany w ramce między jedną lub podwójną szybą oraz płytą izolacyjną z tyłu.
Znaczna część promieniowania słonecznego (energii słonecznej) nie może uciec ze
względu na zastosowanie osłony przezroczystej ("efekt cieplarniany"). Kolektory
te są powszechnie stosowane w umiarkowanych temperaturach (np. ciepłej wody
użytkowej, ogrzewania pomieszczeń, w całorocznych krytych basenach i systemach
grzewczych).
- Szyba solarna
Izolacja -
Rys. 4.9 Schemat budowy płaskiego kolektora słonecznego oszklonego [8],
52
4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)
1
Rys. 4.10 Przekrój kolektora płaskiego zjedna osłoną przezroczystą.
W system orurowania wewnętrznego kolektora płaskiego z osłoną przezro
czystą wyróżniam y 4 podstawowe rodzaje rysunek 4.10: układ harfowy absorbe
ra, układ podwójnej harfy absorbera, układ meandrowy absorbera (poziomy), układ
meandrowy absorbera (pionowy). Najczęściej występującymi systemami orurowa
nia absorbera kolektora są: harfowy i meandrowy.
Rys. 4.11 Różne konfiguracje układów rurek przepływowych absorbera: 1 - układ harfowy
absorbera, 2 - układ podwójnej harfy absorbera, 3 - układ meandrowy absorbera
(poziomy), 4 - układ meandrowy absorbera (pionowy).
4.2. Kolektory słoneczne
53
4.2.4 Próżniowe rurowe kolektory słoneczne
Próżniowe kolektory słoneczne, ja k pokazano na rysunku 4.11 oraz 4.12, mają
absorber z selektywną pow łoką w zapieczętow anym „term osie” . Są dobre w pozy
skiwaniu energii ze słońca, a ich straty ciepła do otoczenia są bardzo niskie dzięki
w ystępującej w ewnątrz próżni rzędu 10'6 barów. O becnie na rynku używane są za
mknięte rury typu heat-pipe do ekstrakcji ciepła z absorbera (ciecz paruje, w kon
takcie z ogrzewanym absorberem , energia cieplna jest odzyskiwana w górnej czę
ści rury podczas kondensacji pary wodnej i kondensatu zaw raca grawitacyjnie do
absorbera). Próżniowe kolektory są dobre dla system ów w ym agających dostarcza
nia energii od umiarkowanej do wysokiej tem peratury (ciepłej wody użytkowej,
ogrzew ania pom ieszczeń i instalacji ogrzew ania, proces zazwyczaj w tem peratu
rze 60°C do 80°C w zależności od tem peratury zew nętrznej), szczególnie w zim
nym klimacie.
C zy n n ik grze w czy
w postaci p a ry lub cieczy
A b so rb e r
Przew ó d ciep ln y
Rys. 4.12 Schemat budowy kolektora próżniowego. [8]
54
4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)
Rys. 4.13 Zasada działania kolektora rurowego próżniowego z rurką ciepła (heat-pipe):
1 - absorber, 2 - absorber przekazuje ciepło do gorącej rurki, 3 - płyn o niskiej
temperaturze wrzenia, 4 - skroplony płyn po przekazaniu ciepła spływa na dół
gorącej rurki, 5 - transport ciepła ku górze gorącej rurki za pomocą odparowanego
płynu niskowrzącego, 6 - skraplacz.
4.2.5. Struktura systemu solarnego
Każda instalacja solama składa się z baterii kolektorów, umieszczonej zazwy
czaj na dachu budynku, podgrzewacza umieszczonego wewnątrz budynku (zazwy
czaj w sąsiedztwie kotła c.o. i zespołu pompowo-sterowniczego umieszczonego
obok podgrzewacza (zwykle na ścianie). Właściwie zaprojektowany system sło
necznego podgrzewania wody może pracować, gdy temperatura na zewnątrz jest
poniżej zera oraz podczas bardzo ciepłych i słonecznych dni, naw et gdy użytkow
nik nie zużywa ciepła. Wiele systemów również posiada zapasowe podgrzewacze
w celu zapewnienia, wszystkim konsumentom gorącej wody, nawet gdy nie m a wy
starczającej ilości nasłonecznienia. System solarnego podgrzewania wody składa się
z trzech podstawowych operacji ja k pokazano na rysunku 4.13:
• Absorbowanie: Promieniowanie słoneczne jest "przechwycone" przez ko
lektor słoneczny;
• Transfer: Płyny cyrkulacyjne przekazują energię do zbiornika magazyno
wego; obieg może być naturalny (systemy termosyfonu) lub wymuszony, za
pomocą pomp obiegowych.
• Przechowywanie/magazynowanie: Gorąca woda jest przechowywana do
póki jest to konieczne, w późniejszym czasie trafia do „pokoju mechaniczne
go”, lub na dach w przypadku systemu termosyfonu.
4.2. K olektory słoneczne
55
Panel PV Kolektory słoneczne
Zawór
Zimna woda
spustowy
zasilająca
Rys. 4.14 Schemat systemu w typowych systemie solarnym ciepłej wody. [8]
Na stopień oporu przepływu czynnika decyduje w znacznym stopniu połącze
nie paneli słonecznych rysunek 4.14. Przy połączeniu szeregowym opory przepły
wu są największe, przy równoległym - najmniejsze. Jednocześnie pewną wadą po
łączenia równoległego jest to, że trudniej jest utrzymać jednakow e natężenie prze
pływ u przez wszystkie kolektory słoneczne. Kolektor, przez który natężenie prze
pływu jest najmniejsze, będzie najbardziej gorący. Przy połączeniu równoległym
paneli kolektorowych jednakow e natężenie przepływu można uzyskać, stosując tzw.
układ Tichelmana (4), w którym droga i opory przepływu cieczy przez każdy z ko
lektorów sąjednakow e.
Rys. 4.15 Warianty połączenia kolektorów słonecznych w baterię: 1 - połączenie szeregowe,
2 - połączenie równoległe, 3 - układ szeregowo-równoległy, 4 - układ Tichelmana.
56
4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)
Ze względów użytkowych w zbiorniku akumulacyjnym można wyróżnić odpo
wiednio uszeregowane warstwy wody (pojemności), rysunek 4.15:
• pojemność robocza (3) - występuje w strefie działania dodatkowego źródła
ciepła (6),
• pojem ność rezerwowa (2) - pojem ność w ystępująca poniżej strefy pojem no
ści roboczej, duża objętość robocza zapewnia wysoka sprawność,
• poj emność m artw a (1) - strefa w której zalega niepodgrzewana w arstwa wody,
znajduje się poniżej dolnej krawędzi najniższego wymiennika ciepła (7).
Rys. 4.16 Strefy występujące w zbiorniku: 1 -pojem ność martwa, 2 - p o j emność rezerwowa,
3 - pojemność robocza, 4 - anoda magnezowa, 5 - pobór gorącej wody,
6 - wężownica z dodatkowego źródła ciepła, 7 - wężownica z instalacji solamej,
8 - uzupełnienie wody zimnej.
Zbiorniki akumulacyjne ze względu na rozkład temperatury wody wewnątrz
zbiornika można podzielić na:
• z pełnym mieszaniem - tem peratura wody wewnątrz zbiornika jest taka
sama w całej objętości zbiornika,
• ze stratyfikacją termiczną - rozkład temperatury jest pionow ym gradientem
temperatury, rysunek 4.16.
4.2. K olektory słoneczne
57
Rys. 4.17 Zasada stratyfikacji termicznej w zbiorniku na ciepłą wodę.
Zjawisko stratyfikacji w zbiorniku powoduje podwyższenie sprawności kolek
tora, ponieważ woda zasilająca kolektor słoneczny pochodzi z dolnych warstw po
kładów zbiornika, która posiada niższą temperaturę. Użytkownik pobierający wodę
z zasobnika natomiast korzysta z w ody o podwyższonej temperaturze.
Zjawisko stratyfikacji termicznej zależy od budowy zbiornika czyli od: obję
tości, kształtu, lokalizacji króćców wlotowych i wylotowych, oraz od usytuowania
wymienników ciepła wewnątrz zbiornika.
4.2.6 Instalacja elementów systemu solarnego
Kolektory słoneczne z reguły powinno się tak montować aby maksymalne od
chylenie od kierunku południowego wynosiło a = ±15° (w miesiącach letnich w y
chylenie dwudziestostopniowe nie m a praktycznie żadnego negatywnego wpływu
na efektywność pracy kolektora). W skrajnych wypadkach dopuszcza się nawet od
chylenie równe a = ±45° rysunek 4.17, jednakże przy takim wychyleniu wydajność
takiego kolektora znacząco spada. Odchylenie od kierunku południowego w kierun
ku w schodnim jest korzystniejsze niż odchylenie w kierunku zachodnim.
Północ
Rys. 4.18 Maksymalne odchylenie kolektorów od kierunku południowego.
58
4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)
Promieniowanie słoneczne docierające do powierzchni ziemi pada na nią pod
pewnym kątem, kąt ten jest zmienny wraz ze zmianą godziny jak i też pory roku. K o
lektory słoneczne budowane pod katem instalacji całorocznej powinny być nachy
lone do poziomu pod kątem |3 = ® ± 15°, gdzie <X> jest szerokością geograficzną. Dla
położenie polski <D = 49°+50° szerokości geograficznej, kąt p powinien się zawie
rać w przedziałach 34°-^70°. Najczęściej występującymi ustawieniami w Polsce są:
P=30° w okresie letnim, p=60° w instalacjach użytkowanych w okresie zimowym.
W instalacje całoroczne zaleca się aby kąt p był równy około 40° (wykazane przez
IMiGW w warunkach klimatycznych Polski), sytuacja idealną jest wtedy gdy pro
mienie słoneczne padają pod katem 90° względem powierzchni kolektora słonecz
nego rysunek 4.18 oraz tabela 4.2.
M iesiąc
(3=30° ------- (3=45° -------- P=60°
Rys. 4.19 Wpływ nachylenia do poziomu, powierzchni płaskiej ustawionej w kierunku
południowym, na wielkość odbieranego całkowitego promieniowania słonecznego
w poszczególnych miesiącach. Przykładowe dane ze stacji aktynometrycznej
w Sulejowie [9],
Tab. 4.2 Zależność optymalnego kąta nachylenia kolektora do poziomu
od miesiąca [9J.
Miesiąc
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
Kąt nachylenia
względem
poziomu [°]
60
55
45
30
15
10
15
30
45
55
65
65
4.3 Terminy i wielkości dotyczące promieniowania
59
4.3 Terminy i wielkości dotyczące promieniowania
4.3.1 Podstawy energetyki słonecznej
W tym rozdziale zostaną wyjaśnione pojęcia z technologii energii słonecznej
które są stosowane do obliczeń związanych z kolektorami słonecznymi, jednakże
technologia ta nie zostanie przedstawiona od podstaw. Czytelnik zainteresowany
takim tematem może skorzystać z dedykowanych podręczników na ten temat, ta
kich jak Duffie i Beckman (1991), z których większość równań w tym rozdziale po
chodzi. Ten rozdział nie zamierza szczegółowo przedstawić obliczenia tylko kilka
ogólnych zmiennych, które będą używane w całym modelu. Pierwsze kilka zm ien
nych są również określone w podręczniku w rozdziale Photovoltaic Project A naly
sis Chapter.
• Deklinacja słoneczna
Deklinacja słońca 5 jest to kąt zawarty pomiędzy prostą Ziemia-Slońce a płasz
czyzną równika (dodatni na półkuli północnej). Jego wartość wrażana w stopniach
w danym dniu roku i przedstaw iają równanie Cooper'a:
/
284 + n \
. . . .
6 = 23,45 sin (360 ■
^
- j [°]
(4-1)
gdzie:
n - je st dniem roku (tj. n = 1 dla 1 stycznia, n = 32 dla 1 lutego, itd.).
Deklinacja słoneczna jest równa zeru w dniach równonocy, zmieniając się od
+23,45° (22 czerwca) do -23,45° (22 grudnia).
• Kąt godziny słońca
Kąt godziny słońca jest skutkiem przem ieszczania się słońca ze wschodu na za
chód względem lokalnego południka, rankiem jest ujem ny po południu je st dodat
ni. Kąt godziny słońca jest równy zeru w słoneczne południe i zmienia się o 15 stop
ni na godzinę względem punktu zero czyli „słonecznego południa” . N a przykład
o 7 rano kąt padania je st równy -75 ° (7 rano je st pięć godzin wcześniej niż ‘połu
dnie słoneczne’, pięć godzin razy 15 rów na się 75, ze znakiem ujemnym, ponieważ
jest wschód słońca/ranek).
K ąt padania promieni słonecznych oznacza się jako a>s (kąt godziny słonecznej)
jest funkcją kąta padania prom ieni słonecznych względem ziemi zależne do czasu.
Obliczamy wzorem:
c o s u js
=
- ta n O ta n ó
[ - ]
(4.2)
gdzie:
8 - j e s t deklinacją słoneczną, obliczonym według równania (4.1), a ® jest sze
rokością geograficzną, określoną przez użytkownika.
60
4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)
• Promieniowanie słoneczne pozaziemskie
Promieniowanie słoneczne poza atmosferą ziemską, nazywa się pozaziem
skim promieniowaniem. Codzienne pozaziemskie promieniowanie padające na po
wierzchnię poziom ą H0, m ożna obliczyć na dzień w roku n z następującego równania:
86400
10
r
/
n
\ i
r
w
\ r 7 1
H0 =
[l+ 0,033 cos (360— (cos® cos 6sin o)zach + — iozach sin (D sin ó) | ^ j
(4.3)
gdzie:
I0 - jest stałą słoneczną równą 1367 [W/m2], inne zmienne zgodne z wcześniej
szymi oznaczeniami.
• W skaźnik czystości powietrza
Przed dotarciem do powierzchni Ziemi, promieniowanie słoneczne jest tłumio
ne przez atmosferę i chmury. Stosunek prom ieniowania słonecznego na powierzch
ni ziemi do promieniowania na granicy atmosfery określa się jako wskaźnik czysto
ści. W ten sposób miesięczny indeks czystości lub inaczej przejrzystości powietrza
K t , jest zdefiniowany jako:
H
Kr = = - [ - ]
(4.4)
Mo
gdzie:
H - jest średniomiesięcznym naprom ieniowaniem słonecznym przypadającym
na dzień na powierzchni poziomej oraz / / 0 jest średniomiesięcznym prom ieniowa
niem na granicy atmosfery. Wartości K T zależy od lokalizacji i pory roku, zazwyczaj
od 0,3 (dla klimatu bardzo zachmurzonego) i 0,8 (dla miejsc bardzo słonecznych).
4.3.2 Natężenie promieniowania na pochyloną powierzchnię
Promieniowanie słoneczne w płaszczyźnie kolektora jest wymagane dla oszaco
wania wydajności kolektora (rozdział 2.2) oraz faktycznej ilości energii słonecznej
zebranej (rozdział 2.3 i 2.4). RETScreen modelu projektu SWH wykorzystuje algo
rytm izotropowe Liu i Jordanii rozproszone (patrz Duffie i Beckman, 1991, rozdział
2.19), aby obliczyć średniomiesięczną promieniowania w płaszczyźnie kolektora H f
Hx = Hb Rb + Hd
+ H pg
[ y / m 2]
(4.5)
Pierwszy człon równania po prawej stronie przedstawia promieniowanie sło
neczne pochodzące bezpośrednio od słońca. Jest to produkt średniomiesięcznej
wiązki promieniowania H b, czysto geometrycznym czynnikiem jest R b, który zależy
tylko od orientacji kolektora, szerokości geograficznej oraz pory roku. Drugi skład
4.3 Terminy i wielkości dotyczące promieniowania
61
nik stanowi w kład średniomiesięcznego promieniowania rozproszonego H d, który
zależy od nachylenia kolektora (3. Ostatni termin stanowi odbicie promieniowania
przez kolektor, i zależy on od nachylenia kolektora i współczynnika odbicia (reflek-
syjność) Pg. Tą ostatnią wartość przyjmuje się rów ną 0,2 gdy średnia miesięczna
tem peratura jest powyżej 0°C i 0,7 kiedy je st poniżej -5°C, wartość ta zmienia się li
niowo wraz z temperaturą pomiędzy tymi dwoma progami.
Średniomiesięczna dzienna promieniowania rozproszonego jest obliczana
z globalnego prom ieniowania za pomocą następujących formuł:
• dla wartości kąta położenia słońca u>Zach mniejszego niż 81,4°
- J - = 1 ,3 9 1 - 3 ,5 6 0 K r + 4 ,1 8 9 K X - 2 ,1 3 7 K | [ - ]
(4.6)
H
• dla wartości kąta położenia słońca (¿zach większego niż 81,4°
pj
- J - = 1 ,3 1 1 - 3 ,0 2 2 K r + 3 ,4 2 7 K j - 1 ,8 2 1 K | [ - ]
(4.7)
H
Średniomiesięczna dzienna wiązka promieniowania H b jest po prostu liczonego z:
H h = H - Hd [ J / m 2]
(4-8)
4.3.3 Temperatura nieba
Długość promieniowania rozproszonego jest w iększa niż 3 ^ m . Jak widać
w rozdziałach 2.2.2 i 2.5.5, wymagane jest do oszacowania promieniowania w ymia
na transferu między organem (kolektorem słonecznym lub basenem) a prom ienio
waniem nieba. Alternatywną zmienną ściśle związaną z promieniowaniem nieba jest
temperatura nieba Tnkba, która jest tem peraturą idealnej emisji ciała doskonale czar
nego. Jej wartość jest w wyrażona °C, obliczana jest z promieniowania nieba Lweba
poprzez:
Lnieba = ° ( T nieba + 2 7 3 ,2 ) 4 [ W / m 2]
(4.9)
gdzie:
a - j e s t stałą Stefana-Boltzm anna[ 5 .6 6 9 * 1 ( P 8 (V K /m 2) / TC4].
Promieniowanie rozproszone zależy od obecności lub braku chmur - doświad
czenie mówi że pogodne noce byw ają chłodne natom iast nocy zachmurzenie zwykle
byw ają ciepłe. W czasie czystego nieba promieniowanie długofalowe (np. w przy
padku braku chmur) je st obliczane według wzoru Swinbank (Swinbank, 1963):
Lczyste = 5 ,3 1 * 1 0 _13(Ta + 2 7 3 ,2 ) 4 [ W / m 2]
(4.10)
62
4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)
gdzie T je st tem peraturą powietrza otaczającego wyrażoną w °C. Dla zachm u
rzonego (zachmurzenie) nieba model zakłada, że chmury są w temperaturze (T - 5)
i emitują promieniowanie długofalowe z emisyjności 0,96 promieniowanie zachmu
rzonego nieba jest obliczane jako:
LZach
= 0 ,9 6 a ( T nieba + 2 7 3 ,2 - 5 ) 4 [ W / m 2]
(4.11)
Rzeczywiste promieniowanie rozproszone znajduje się między wartościami
prom ieniowania dla bezchmurnego niebem a zachmurzonego. Jeśli c jest ułamkiem
nieba pokrytego chmurami to promieniowanie rozproszone może być obliczone z:
Lnieba
—
( 1
O jc z y s te
Cezach \ W / m ]
(4.12)
A by uzyskać przybliżoną wartość c w ciągu miesiąca, to model wprowadza kore
lację między ilością chmur a funkcją średniomiesięcznego prom ieniowania codzien
nego, które jest rozproszone. Rozproszenie dla bezchmurnego nieba dla ATd = H d / H
wynosi około 0,165 przy zachmurzonym niebie rozproszenie wynosi 1. Dlatego też:
(K d - 0 ,1 6 5 )
C =
0 ,8 3 5
H
<4 ' 13)
K<i jest obliczone na podstawie średnomiesięcznego wskaźnika przejrzysto
ści powietrza K T przy użyciu Collares-Pereira i Rabl korelacji (cytowane w Duf-
fie i Beckman, 1991, przypis 11, str. 84), napisanym dla "dzień średniej" w miesiącu
(przy założeniu, że współczynnik przejrzystości powietrza KT jest równy jego war
tości średniej miesięcznej J(T):
Kd =
r
0,99
d la
Kt < 0,17
I
1,188 - 2,272Kt + 9 ,4 7 3 K | - 21.865K? + 14,648K^
d la
0,17 < KT < 0,75
I —0,54KT + 0,632
d la
0,75 < KT < 0,80
l
0,2
d la K
t
>
0,80
(4.14)
4.3.4. Temperatura wody zimnej
Temperatura zimnej w ody dostarczanej przez publiczny system wodociągo
w y je st wykorzystywana do obliczania energii potrzebnej do ogrzania wody do po
żądanej temperatury. Istnieją dwa sposoby obliczania temperatura zimnej wody.
W pierwszej opcji, temperatura zimnej w ody je st obliczana automatycznie na pod
stawie miesięcznych wartości temperatury otoczenia wprowadzonych przez użyt
kownika (lub kopiowane z RETScreen Online Weather Database). W drugim wa-
riancie, tem peratura jest obliczana od wartości minimalnych i maksymalnych okre
ślonych przez użytkownika.
• Obliczenia automatyczne
d l
d 2T
a
—
a ? H
(4 .i5 )
gdzie:
T - oznacza temperaturę gleby, t oznacza czas, a jest dyfuzyjności gruntu,
[m2/s\ a z je st odległością w pionie (wysokość). N a pół-nieskończonej gleby o okre
sowym wahaniu na powierzchni:
T ( 0 ,t ) = T0e io)t [°C]
(4.16)
gdzie:
Tg - jest amplitudą wahań temperatury na powierzchni i co jest jego częstotliwo
ścią dla miesiąca i. Rozwiązanie równania (4.16), co daje temperaturę T (z,t) na głę
bokości z i czasie t, jest po prostu:
4.3 Terminy i wielkości dotyczące promieniowania
63
T ( z ,t ) = T0e “ <-1+i'>Z/,CTe iałt [°C]
(4.17)
gdzie:
er - jest skalą przestrzenną określony przez:
a =
(4.18)
Innymi słowy, sezonowe (roczne) wahania A T amplitudy na powierzchni bę
dzie odczuwalne na głębokości z z amplitudą A T ( z ) = A T e ~ z ^a i z opóźnieniem
A t — z/G (A .
RETScreen modelu projektu SOW (ang. SWH) zakłada, że tem peratura zimnej
wody jest rów na temperaturze gleby na odpowiedniej głębokości. Model zakłada a
= 0.52*10‘6 m 2/s (co odpowiada suchej glebie lub lekko wilgotnej, zgodnie z 1991
ASHRAE Applications Handbook; patrz ASHRAE, 1991), z = 2 m założonej głębo
kości na których rury wodne są pochowane. Prowadzi to do:
ct
= 2 ,2 8
A T (z) = A T (0 ) ■ 0 ,4 2
A t = 51 d n i ~ 2 m ie s ią c e
(4.19)
(4.20)
(4.21)
64
4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)
Ten model teoretyczny został dopasowany w świetle danych doświadczalnych
dla Toronto, Ontario, Kanada (patrz rysunek 4.19). Okazało się, że współczynnik
0,35 byłby lepszym rozwiązaniem niż 0,42 w równaniu (20), a przesunięcie w czasie
0 1 miesiąc daje lepsze dopasowanie niż opóźnieniem o 2 miesiące. Dopasowanie
jest konieczne oraz metodologicznie do przyjęcia, ze względu na trywialność przy
jętych założeń w modelu.
Model powyżej umożliwia obliczenie temperatury wody na każdy miesiąc,
z następującego algorytmu. Temperatura wody na miesiąc i jest równa średniej rocz
nej tem peraturze wody, plus 0,35-krotność różnicy między temperaturą otoczenia
a średnią temperaturą dla miesiąca i - 1. Ponadto model ten ogranicza temperaturę
wody do +1 w zimie (np. woda nie zamarza). Tabela 4.3 i rysunek 4.19 umożliwiają
dokonanie porównania zmierzonych i przewidywanych temperatur wody w Toronto
1 wskazują, że uproszczona metoda kalkulacji temperatury wody je st zadowalająca,
przynajmniej na tym konkretnym przykładzie.
Tab. 4.3 Tabelaryczne porównanie obliczonych i zmierzonych niskich
temperatur wody dla Toronto, Ontario, Kanada [8].
Miesiąc
Temperatura
otoczenia [°C]
Temperatura wody
(obliczona)[°C]
Temperatura wody
(zmierzona)[°C]
1
-6,7
3,5
4
2
-6,1
2,4
2
3
-1
2,6
3
4
6,2
4,4
4,5
5
12,3
6,9
7,5
6
17,3
9
8,5
7
20,6
10,9
11
8
19,7
11,9
12
9
15,5
11,6
10
10
9,3
10,2
9
11
3,3
8
8
12
-3,5
5,9
6
Średnia roczna
7,28
7,12
4.3 Terminy i wielkości dotyczące promieniowania
65
§jj
o
H
-otoczenia
-w o d y (obliczona)
-w ody (zmierzona)
Rys. 4.20 Graficzny porównanie obliczonych i zmierzonych niskich temperaturach wody
dla Toronto, Ontario, Kanada. [Hosatte, 1998] [8],
• Ręczne obliczenia
Sinusoidalny profil je st generowany z tem peratur minimalnej i maksymalnej
określonych przez użytkownika, przy założeniu, że minimum został osiągnięty w lu
tym i maksymalnie w sierpniu na półkuli północnej (sytuacja jest odwrotna na pół
kuli południowej). Stąd średnia temperatura gleby (lub zimnej wody) T je st wyra
żona jako funkcja minim um Tm.n temperatury, maksymalna temperatura Tmax i numer
miesiąca n jak:
T s =
1mm ' Amax
Amax
Amin
h c o s ^ 2 T T ^ - ) [°C]
(4.22)
gdzie:
h - jest równa 1 na półkuli północnej oraz -1 na półkuli południowej.
4.3.5 Szacunkowe obliczanie obciążenia
Szacunki zużycia gorącej wody są przewidziane dla usług ciepłej wody. Po
chodzą one z tabel opublikowanych w ASHRAE Applications Handbook (ASH-
RAE, 1995); dla myjni samochodowej i pralni, szacunki przyjęto z Carpenter i Kok-
ko (1988). Brak szacunku zużycia ciepłej wody odbywa się w zakresie akwakultu-
ry przemysłowej lub "innej" aplikacji. Rzeczywiste obciążenie jest obliczane jako
6 6
4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)
energia potrzebna do podgrzania w ody wodociągowej do określonej temperatury
ciepłej wody. Jeśli V [ m 3/ s ] je st wymaganą ilość wody a 7^ je st wymaganą tem
peraturą cieplej wody, to obciążenie Qu (ciepło użyteczne) określone przez użytkow
nika można wyznaczyć ze wzoru:
Q u = cpPV (Tc - Tz) [W ]
(4.23)
gdzie:
cp - j e s t pojemnością cieplną wody [4 2 0 0 ( J / k g ) / ° C \ , gęstość p [1 k g / m 3]
oraz Tc jest temperaturą podgrzanej wody (wyjściowa) a Tz jest tem peraturą wody
zimnej (wejściowa). Qu jest proporcjonalne do liści dni wykorzystywania systemu
w ciągu tygodnia.
4.4. Kolektory słoneczne, obliczenia
Kolektory słoneczne są opisane przez równania ich efektywności. Trzy rodzaje
kolektorów są rozpatrywane w RETScreen model SOW (ang. SWH) projektu:
•
płaskie kolektory słoneczne bez osłony,
•
płaskie kolektory z osłoną przezroczystą,
•
próżniowe kolektory słoneczne.
Płaskie kolektory z osłoną przezroczystą i próżniowe kolektory łączą te same
podstawowe cechy np. niezależne od wiatru równania efektywności. Dla kolekto
rów nieoszklonych (matowych) należy posługiwać się równaniem uwzględniającym
wpływ wiatru. W pływ kąta padania, straty z powodu śniegu i brudu, straty ciepła
przez przewody i zbiornik magazynujące uwzględniane są przez odrębne czynniki.
4.4.1. Płaskie czy próżniowe kolektory słoneczne
Płaskie lub próżniowe kolektory są opisane przez następujące równanie (Duffie
i Beckman, 1991, eq 6.17.2.)
q p = F r (toc)G - Fr U l AT [ W / m 2]
(4.24)
gdzie
Óp - jest energią pobieraną z powierzchni kolektora w jednostce czasu, FR jest
dla kolektorów współczynnikiem odprowadzania ciepła, z to transmisyjność pokry
wy, a jest krótkofalową chłonnością absorbera, G jest gęstością strumienia całkowi
tego promieniowania słonecznego padającego na kolektor, UL to ogólny współczyn
nik strat ciepła z kolektora, a A T jest różnicą tem peratur pomiędzy płynem pracy na
wejściu do kolekcjonerów a wyjściem.
Wartości FR ( z a ) i FR UL są określone przez użytkownika lub dobrany
z RETScreen Online Product Database. D la płaskich i próżniowych kolektorów,
F
r
( j a ) i F
r
U
i
są niezależne od wiatru.
4.4. K olektory słoneczne, obliczenia
67
"Generalnie (ang. Generic)" wartości są rów nież przewidziane dla płaskie
go i próżniowego kolektora. Ogólnie dla oszklonych kolektorów wartości te w y
noszą F
r
(
t
a ) = 0 ,6 8 i F
r
U
l
= 4 ,9 0 [ ( W / m 2) /° C ] . Wartości te odpowia
dają wynikom badań dla TermoDynamics kolekcjonerów (Chandrashekar i Théve
nard, 1995). Ogólnie dla kolektorów rurowych są również zawarte w wartościach
F
r
(
z
a ) = 0 ,5 8 i F
r
U
l
= 0 ,7 [ ( W / m 2) /° C ] , Wartości te odpowiadają Four-
nelle kolektora rurowego (Philips technologii; Hosatte, 1998).
4.4.2. Płaskie kolektory słoneczne bez osłony
Kolektory bez osłony są opisane przez następujące równanie (Soltau, 1992):
q p = (F Ra ) [G + 0
L] - (F r Ul )A T [ W / m 2]
(4.25)
gdzie e je st emisyjnością promieniowania długofalowego z absorbera, a L jest
względnym natężeniem prom ieniowania rozproszonego długofalowego. L je st zde
finiowany jako:
L = Lnieba - a ( T a + 2 7 3 ,2 ) 4 [ W / m 2]
(4.26)
gdzie:
L n i e b a
- jest natężeniem prom ieniowania długofalowego rozproszonego (patrz
punkt 4.3.3) oraz Ta jest temperaturą otoczenia wyrażoną w [°C].
FRa i F RUL są funkcją prędkości w iatru V występującym na kolektorze. War
tości FRa i F RUL, a także ich zależności od wiatru, są określone przez użytkowni
ka lub dobrany z RETScreen Online Product Database bazy danych produktów on
line. Incydent prędkość w iatru na kolektor jest ustawiony na 20% wolnej prędkości
strumienia pow ietrza określonego przez użytkownika (lub kopiowane z bazy danych
pogodowych). W spółczynnik e/a je st ustawiony na 0,96.
Ze w zględu na brak pomiarów wydajności kolektorów bez osłony, ogólne rów
nanie jest zdefiniowane jako:
F Ra = 0 ,8 5 - 0 ,0 4 V [ m /s ]
(4.27)
Fr Ul = 1 1 ,5 6 - 4 ,3 7V [ m /s ]
(4.28)
Wartości te zostały uzyskane poprzez uśrednienie wyników z kilku kolektorów
(NRCan, 1998). Równoważność pomiędzy kolektorami płaskimi „oszklonymi a nie
oszklonymi” .
Jak widać z równań (24) i (25), wzory na wydajność dla płaskich oszklonych
i nieoszklonych kolektorów są różne. Problem pojawia się podczas korzystania
z metody f-Chart (patrz rozdział 2.6) lub metody użyteczności (patrz rozdział 2.7),
z których oba były opracowane dla przeszklonych kolektorów. Podejście przyjęte
6 8
4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)
w RETScreen było ponowne napisanie równania (25) w postaci (24), poprzez okre
ślenie promieniowanie na kolektorze Gproł jako:
Gpro = G + ~ L [ W / m 2]
(4.29)
gdzie
G (ang. global irradiance - promieniowanie całkowite) - jest to całkowita ilość
prom ieniowania padająca na jednostkę pola powierzchni poziomej i jest ona równa
sumie natężenia promieniowania bezpośredniego padającego na płaszczyznę i pro
mieniowania rozproszonego w płaszczyźnie poziomej [W /m2] , a jest krótkofalową
chłonnością absorbera, e je st emisyjność długofalowego z absorbera (e/a jest usta
w iony na 0,96 ja k wyżej), a i jest w zględnym promieniowanie długofalowym nieba.
W algorytmach RETScreen, skuteczne natężenie oświetlenia jest podstawione pro
mieniowania we wszystkich równań z udziałem kolektorów nieoszklonych (mato
wych). Czytelnik musi pamiętać o tym, kiedy skorzystać z algorytmów które znaj
dują się w rozdziałach 4.6 i 4.7.
4.4.3 Modyfikatory kąta padania
Część promieniowania słonecznego padającego na kolektor może się odbijać,
szczególnie gdy promienie słońca uderzają w powierzchnię kolektora z dużym ką
tem padania. N a wstępnym etapie nie je st konieczne szczegółowe zawarcie do m o
delu tego zjawiska. Zam iast tego przyjęto średnią wartość kąta padania na kolektor,
skutek tego założenia został oszacowany poprzez symulacje do około 5%. Dlatego
F
r
( r a ) jest mnożony przez stały współczynnik równy 0,95.
4.4.4 Straty w przewodach i zbiornikach
Obieg w ody w rurach i zbiorniku jest gorący, rury i zbiorniki posiadają dosko
nałą izolację, jednakże ciepło będzie przedostawać się do środowiska. Straty w ruro
ciągach oraz straty w zbiorników są brane pod uwagę, odmiennie w przypadku sys
temów magazynowania i systemów bez składowania (w tym basenów). W syste
mach bez magazynowania energii dostarczanej przez kolektor, Qz je st równa energii
zebrane Qstr minus straty rurociągów, wyrażone jako ułam ek / str energii zebranej
(/str jest wprowadzone przez użytkownika):
Qz = Q s tr ( l - fstr) [W ]
(4-30)
Dla systemów z magazynowaniem sytuacja je st nieco inna, ponieważ system
może być w stanie (w niektórych przypadkach) zrekompensować straty występują
ce w rurociągach i zbiornikach, w wyniku zbierania i przechowywania dodatkowej
4.5 Obliczenia i dobór kolektorów słonecznych w raz z instalacjami
69
energii. Dlatego obciążenie Qca}, stosowane w metodzie /- C h a r t (patrz rozdział 4.6)
uwzględnia owe straty:
Q cał = Q u ( l + f s t r ) [ W ]
(4-31)
4.4.5 Straty spowodowane śniegiem i brudem
Wpływ śnieg i brudu na poziom natężenia otrzymanego przez kolektor. Dlate
go też F
r
( j a ) jest mnożona przez (1 — f b ruci ) , gdzie ft>ru(i są to straty związane
z śniegiem i brudem, wyrażone się jako ułam ek energii zebranej (ten param etr jest
wprowadzony przez użytkownika).
4.5 Obliczenia i dobór kolektorów
słonecznych wraz z instalacjami
4.5.1 Podstawy doboru i obliczeń teoretycznych instalacji solarnych
D obór systemu solamego należy rozpocząć od wyboru rodzaju systemu, jaki
chcemy zainstalować rysunek 4.20. System może być zaprojektowany do pracy ca
łorocznej, dla potrzeb centralnego ogrzewania i przygotowania c.w.u, lub system se
zonowy, pracującym w sezonie wiosenno-letnim jako wspomaganie systemu c.w.u
ja k i też do podgrzewania wody w basenie. Przy wyborze rodzaju systemu należy
brać pod uwagę to, że udział energii prom ieniowania słonecznego w całkowitym za
potrzebowaniu na c.w.u. w gospodarstwie domowym może sięgać 70%, natomiast
do wspomagania c.o do 30%.
W celu optymalnego doboru instalacji solamej, konieczne jest uzyskanie infor
macji o wielkości zapotrzebowania na c.w.u. ja k i też przebieg dobowego rozkła
du gęstości strumienia poboru c.w.u. Jednoznaczne określenie zużycia ciepłej wody
użytkowej jest możliwe tylko w instalacjach z monitorowanym zużycie. W instala
cjach z brakiem monitorowania zużycia ciepłej wody użytkowej przeważnie insta
lacje w domach jednorodzinnych opiera się głównie na zaleceniach podanych w li
teraturze ja k i też na doświadczeniu projektanta. Zgodnie z literaturą dla budynków
jednorodzinnych przyjmuje się że dzienne zużycie c.w.u. na jedną osobę wynosi
w granicach 30 do 70 litrów, a przeważnie 50 litrów [5].
7 0
4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)
Tab. 4.4 Wynikowe zapotrzebowanie na ciepłą wodę [10].
Typ obiektu
Tem peratura
Zapotrzebow anie
Jednostka
w ody
dobow e na w odę
przeliczeniow a
Budynki mieszkalne, wymagania:
• podstawowe,
• podwyższone,
• najwyższe.
45
40-^60
60-rl00
100*150
osoba
Hotele, pensjonaty, pokój:
• z natryskiem,
• łazienką,
• natryskiem i łazienką.
45
70*130
85*170
170*260
osoba
Zakłady produkcyjne:
30
80
• umywalki,
45
osoba
• prysznice.
Posiadając informacje o „wielkości” promieniowania słonecznego można okre
ślić energię cieplną uzyskaną dla danego typu kolektora. W odniesieniu do zapotrze
bowania na ciepło umożliwia wstępny dobór ilości kolektorów.
Podczas projektowania należy także zebrać i wziąć pod uwagę następujące in
formacje:
• możliwość zaciemnienia kolektorów,
• istniejące źródła energii na potrzeby c.w.u. oraz c.o,
• powierzchnię mieszkalną.
Rys. 4.21 Schematyczny przebieg projektu instalacji solamej. [4]
4.5 Obliczenia i dobór kolektorów słonecznych w raz z instalacjami
71
4.5.2. Sposoby doboru systemu solarnego
Obecnie stosowanymi metodami doboru systemu solarnego są:
• Nomogram y - służą do przybliżonego i szybkiego doboru parametrów insta
lacji solamej. M etoda ta jest stosowana na etapie przed inwestycyjnym, m e
toda ta bazuje na dokumentacji technicznej dostarczonej przez producenta.
• Wytyczne - są podawane w postaci zakresów odpowiednich wartości, które
dzięki doświadczeniu projektanta czy też instalatora pozwalają a nieco do
kładniejszy i zindywidualizowany dobór parametrów instalacji.
• Obliczenia - bazują na wielkościach liczbowych wymaganej ilości zapotrze
bowania ciepła, dostępnej ilości promieniowania słonecznego oraz w ym aga
nej ilości energii pozyskanej ze słońca. Niewątpliwa zaleta tejże metody jest
możliwość właściwego dopasowania instalacji do indywidualnych potrzeb.
• Uproszczone narzędzia symulacyjne - bazują na zależnościach między
zmiennymi bezwymiarowymi charakteryzującymi dane urządzenie i w arun
ki jego eksploatacji. Są one opracowane na bazie wyników wielu szczegó
łowych obliczeń sym ulacyjnych i danych eksperymentalnych. Najbardziej
znane metody oceny pokrycia zapotrzebowania na ciepło są metody: f-chart
oraz metoda użyteczności.
Podręcznik RETScreen proponuje schemat algorytmu który jest przedstawiony
na rysunku 4.21, algorytm ten opiera się na uproszczonych narzędziach symulacyj
nych. Zachowanie systemów grzewczych jest dość skomplikowane, zmiany w cza
sie następują przede wszystkim w zależności od prom ieniowania słonecznego, inne
zmienne które mają wpływ na zachowanie się systemów grzewczych: temperatura
otoczenia, prędkość wiatru, wilgotność względna oraz obciążenie. RETScreen nie
zrobi szczegółowe symulacje działania systemu. Zamiast tego, stosuje uproszczo
ne modele, które pozwalają na wyliczenie średnich oszczędności energii w okre
sach miesięcznych. Istnieją trzy modele, które obejmują podstawowe metody uzna
ne przez RETScreen:
• Ogrzewania wody użytkowej z magazynowaniem, obliczone metodą f-Chart;
• Ogrzewania wody użytkowej, bez składowania, obliczane metodą użytecz
ności;
• Baseny, obliczone przez metodę ad-hoc. Istnieją dwa w arianty tegoż mode
lu, w ariant z basenem krytym i basenem odkrytym.
72
4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)
Obliczenie
dostarczanej energii
odnawialnej oraz
potrzeb na ciepło
pomocnicze
Inne oblicznie: sugerowana
powierzchnia kolektorów,
dobór pompy obiegowej itp.
Rys. 4.22 Schemat blokowy postępowania przy użyciu metod symulacyjnych.
4.6 Ciepła woda użytkowa (c.w.u.) metoda f-Chart
N a potrzeby energetyki słonecznej opracowano szereg metod korelacyjnych,
z których największe uznanie w świecie zyskała i najczęściej jest wykorzystywa
na, opracowana przez Kleina i Beckmana metoda o nazwie f-Chart. Metoda ta jest
szczegółowo opisane w rozdziale 20 Duffie and Beckman (1991) i krótko podsu
mowana tutaj. M etoda ta umożliwia obliczanie miesięcznych ilością energii dostar
czanych przez ciepła wodę z zbiorników/magazynów, biorąc pod uwagę miesięcz-
4.6 Ciepła w oda użytkowa (c.w.u.) m etoda f-Chart
73
ne wartości przypadków promieniowania słonecznego, temperaturę otoczenia i ob
ciążenia.
Dwa bezwymiarowe współczynniki X i Y są określone jako:
x = A cF ^U L(Tr e f - T a )A t
(4.32)
Y _ A
c
F
r
(
toc
) H t N
(4.33)
gdzie:
A c - jest powierzchnią kolektora, FR jest zmodyfikowanym czynnikiem usuwa
nia (odprowadzania) ciepła z kolektora, (/¿ je st dla kolektora ogólnym w spółczyn
nikiem strat, Tref empiryczna temperatura równa 1 0 0 °C , Ta jest średniomiesięcz
ną temperaturą otoczenia, i jest miesięczną sumą obciążenia grzewczego, ( j a ) jest
współczynnikiem transmisyjno-absorpcyjnym, H T je st średniomiesięczną codzien
nego promieniowania na powierzchnię kolektora, na jednostkę powierzchni, M jest
liczbą dni w miesiącu a A t je st całkowita ilością sekund w miesiącu.
FR - stanowi skuteczność magazynowania ciepła przez kolektor (patrz rysu
nek 4.22, na schemat systemu). W spółczynnik FR / FR jest funkcją skuteczności w y
miennika ciepła s (patrz Duffie i Beckman, 1991, rozdział 10.2):
I
ł
F
r
= u +
a cf r u l
(m C p )c
0
C
p
)
c
:( m C p ) .
V
F/mir
[ - ]
(4.34)
gdzie:
m [ k g / s ] - je s t natężeniem przepływu a Cp [ ( k j / k g ) /°C ]jest ciepłem wła
ściwym. Dolne c i m i n stanąć po stronie kolektora i minimum po stronie kolekto
ra i zbiornika po stronie wymiennika ciepła.
Zawór mieszający
Rys. 4.23 Diagram domowego systemu podgrzewania wody.
74
4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)
Jeżeli nie ma wymiennika ciepła to FR jest równa FR. Jeśli jest wymiennik cie
pła to model zakłada że, prędkości przepływu po obu stronach wymiennika ciepła są
takie same. Ciepło właściwe wody wynosi 4,2 [ ( k j / k g ) / 0C], a glikolu jest przy
jęte na 3 ,8 5 [ ( k J /k g ') /° C \. Wreszcie model zakłada, że stosunek A c / m jest rów
ny 1 4 0 [ m 2s / k g ] ; wartość ta jest obliczana na podstawie danych Termo Dynamics
testu kolektora (powierzchnia 2 ,9 7 [m 2], przepływ w czasie testu 0 ,0 2 1 4 [ k g / s ] ’,
Chan-drashekar i Thevenard, 1995).
X musi być skorygowane w zależności od rozm iaru pamięci (zbiornika) i tem
peratury wody zimnej. M etoda /-C hart została opracowana przy użyciu standardo
wej pojemności 75 litrów przechowywanej w ody na metr kwadratowy powierzchni
kolektora. D la innych pojemności X musi być pomnożona przez współczynnik ko
rekcyjny X c/ X określony przez wzór:
Xc
/ aktualne \ ~ 0,25
X
(sta n d a rd o w e /
(4.35)
Równanie to jest ważne dla stosunków rzeczywistych standardowych pojem no
ści od 0,5 do 4. Wreszcie w celu uwzględnienia wahań zasilania (sieciowe) tem pe
ratura w ody Tm i minimalna dopuszczalna temperatura ciepłej wody Tw , z których
obie mają wpływ na wydajność systemu słonecznego ogrzewania wody, X musi być
pomnożona przez współczynnik X cc/ X określony przez wzór:
Xcc
1 1 ,6 + 1,18T W + 3 ,8 6 T m - 2 ,3 2 T a r n
------------ [ - ]
(4.36)
X
1 0 0 - Ta
gdzie Ta jest średnią miesięczna temperaturą otoczenia.
F jest częścią miesięcznego obciążenia całości dostarczonych przez system
ogrzewania słonecznego wody jako funkcji X i Y, jak:
/ = 1 ,0 2 9 Y - 0 ,065X + 0 ,2 4 5 Y 2 + 0 ,0 0 1 8 X 2 + 0 ,0 2 1 5 Y 3 [ - ]
(4.37)
Istnieją ścisłe ograniczenia na zakres, dla którego ten wzór jest ważny. Jed
nak ja k pokazano na rysunku 4.23, powierzchnia opisana przez funkcję korelacyjną
(4.37), więc ekstrapolacja nie powinna być problemem. Jeżeli formuła przewiduje
w artość/ m niejszą niż 0 to przyjmowana jest wartość 0; je ś li /j e s t większa niż 1 to
przyjmowana jest wartość 1.
4.6 Ciepła w oda użytkowa (c.w.u.) m etoda f-Chart
75
1
-
1.5
0.5
•
1
0
-
0.5
-
0.5
-
0
•1
■ -
0.5
Rys. 4.24 Korelacja f-Chart [8].
Przykład 2:
Słoneczna pompowa instalacja przygotowania C.W.U. złożona jest z trzech
kolektorów Hewalex KS 2000 S/P o powierzchni absorbera 1,83 m 2 każdy, skie
rowanych na południe i pochylonych pod kątem 45° oraz zbiornika magazynują
cego o pojemności 300 litrów. Kolektory słoneczne mają średnie iloczyny w spół
czynników F
r
(
tcc
) =0,66 oraz F
r
U
l
=4,03 [(W/m2)/°C]. Przyjęto, że temperatura
wody zasilającej jest stała i równa 10°C, zaś średnie dobowe zużycie ciepłej wody
o temperaturze 45°C wynosi 200 litrów, temperatura wody w sieci waha się od
Tm = 10°C do Tw = 45°C a T a = 19°C .
- Obliczenie bezwymiarowych współczynników X i Y:
76
4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)
Ta = 19°C
F^U
l
= 4,03 [( W /m 2) / 0C
31 ■ 8 6 4 0 0 • 2 ■
1,83 ■ 4,03 ■
(1 0 0 - 19)
X =
— ... —
------------------- = 3,52
Y =
200 ■
4 1 9 0 ■ (45 - 10) • 31
AcF r(tc Q H t N
F ^ r a ) = 0,66
2 • 1,83 ■
0,66 ■
16654759,53 ■
31
Y = — - ....................... -— —
= 1,37
2 0 0 - 4 1 9 0 '( 4 5 - 1 0 ) - 3 1
F
r
'
1
+
A
c
F
r
U
l
( r flC p ) c
| ]
F
r
, ( ™ C p ) c
[- ]
(4.39)
(4.40)
- Uwzględnienie poprawek:
Xc
/ aktualne
Tm = 10°C
Tw = 45°C
X
V standardowe/
0,25
[ - ]
(4.41)
Xc
/3 0 0 /2 ■
1 ,8 3 \-0'25
T ~ {
75
)
Xc = 3,52 • 0,98 = 3,45
0,98
Xcc _ 11,6 + 1,18TW + 3,86Tm - 2,32Ta
T “
100 - Ta
Xcc
11,6 + 1,18 • 45 + 3,86 ■
10 - 2,32 ■
19
~ Y ~
100 - 19
Xcc = Xc • 0,73
Xcc = 3,45 • 0,73 = 2,52
= 0,73
(4.42)
- O bliczenie formuły / :
/ = 1,029Y - 0,065X + 0,245Y2 + 0,0018X2 + 0,0215Y3 [ - ]
(4.43)
/ = 1,029 ■
1,37 - 0,065 • 2,52 + 0,245 ■ 1,372 + 0,0018 ■
2,522 + 0,0215 ■
1,373
= 1,77
/ = 1 ,7 7 > ! - » / = !
4.7 Metoda użyteczności (ang. utilizability)
77
4.7 Metoda użyteczności (ang. utilizability)
Wydajność ogrzewania wody użytkowej bez magazynowania jest szacowana
metodą użyteczności. Ta sam a metoda je st także stosowana do obliczania energii
zgromadzonej przez basen dzięki kolektorom słonecznym. M etoda użyteczności jest
szczegółowo opisana w rozdziałach 2 i 21 Duffie and Beckman (1991), przedsta
w iona została w skondensowanej formie w tym rozdziale. Ta metoda umożliwia ob
liczanie miesięcznych ilości energii dostarczanej przez kolektory bez magazynowa
nia, biorąc pod uwagę miesięczne wartości promieniowania słonecznego, tem pera
tury otoczenia i obciążenie.
4.7.1. Zasada metody użyteczności
Kolektor słoneczny je st w stanie zebrać energię tylko wtedy, gdy istnie wy
starczające promieniowanie do pokonania strat ciepła wyprowadzone do otoczenia.
Zgodnie z równaniem (4.24), dla kolektorów przekłada się to na:
c
S
m
F
r
(
toc
)
(4.38)
gdzie Ti jest temperaturą płynu roboczego na wejściu do kolektora i wszystkie
inne zmienne mają takie same znaczenie ja k w równaniu (4.24). Pozwala to zdefi
niować krytyczne poziom promieniowania Gc, który musi zostać przekroczony aby
pochłanianie energii nastąpiło. Ponieważ w modelu tym mamy do czynienia z m ie
sięcznym uśrednieniem wartości Gc, dlatego też jest zdefiniowana średniomiesięcz
na przepuszczalność- absorpcja (udział prom ieniowania niepochłoniętego w całko
witym padającym na próbkę, równa się różnicy jedności i transmitancji) ( r a ) i śred
nia miesięczna temperatura w ciągu dnia Ta (zakłada się że je st rów na średniej tem
peraturze plus 5°C) poprzez:
i « 9»
Połączenie tej definicji z równaniem (4.24) prowadzi do następującego wyraże
nia, na średnią dzienną energię Q zebraną w danym miesiącu:
< ? = ^ X Z
a
°F
r
m ( G ~ Gc)+ [w]
dni godzin
(4.40)
gdzie N je st liczbą dni w miesiącu, G jest godzinnym promieniowaniem
w płaszczyźnie kolektora, znak + w indeksie górnym oznacza że tylko wartości do
datnie w nawiasach będą brane pod uwagę.
Średniomiesięczna dzienna użyteczność kolektora 0 (ang. utilizability), jest
zdefiniowana jako miesięczna suma przez wszystkie dni i godziny, z prom ieniowa
nia od kolektora, który znajduje się powyżej poziomu krytycznego, dzieli się przez
miesięcznik promieniowania:
t _ % dni2igodzin(.G ~ Gc) + . ,
(P ~
H t N
L J
(4.41)
gdzie H
t
jest średniomiesięczną codziennego prom ieniowania w płaszczyźnie
kolektora. Podstawiając tę definicję do równania (4.40) prowadzi do prostego w zo
ru na comiesięczny uzysk energii użytecznej:
Q = A
c
F
r
(
tcl
) H t $ [W ]
(4.42)
Celem metody użyteczności jest obliczenie <p od orientacji kolektora oraz da
nych miesięcznych promieniowania, wprowadzone przez użytkownika (lub kopio
wane z RETScreen Online Weather Database). Sposób korelaty (p do średniej_mie-
sięcznej Kr wskaźnika czystości i dwóch zmiennych: geometryczny czynnik R / R n
i bezwymiarowy krytyczny poziom promieniowania X c, ja k opisano poniżej.
78
4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)
4.7.2 W spółczynnik geometryczny R / R n
R jest miesięcznym wskaźnikiem promieniowania w płaszczyźnie kolektora H
H
t
a H na powierzchni poziomej:
R = - Z [ - ]
H
J
(4.43)
gdzie //j-je s t obliczone w sposób przedstawiony w punkcie 4.3.2. R n jest to sto
sunek godzinnego promieniowania koncentrującego się w południe na pochyłej po
w ierzchni do powierzchni poziomej dla przeciętnego dnia miesiąca. Wyraża się to
poprzez następujące równanie:
(4.44)
Gdzie rr n ,je s t to stosunek godzinowych całości do całkowitego promieniowa
nia na dzień, na godzinę słonecznego południa. rr n , je st to stosunek godzinnego pro
mieniowania rozproszonego do codziennego promieniowania rozproszonego, rów
nież na godzinę wokół słonecznego południa. Ta formuła jest obliczana na "śred
nią dzienną w przeciągu miesiąca", czyli dziennego promieniowania globalnego
H równą miesięcznej średniej dziennej globalnego promieniowania H, //¿ je s t śred
nią dzienną w przeciągu m iesiąca promieniowania rozproszonego "dzień średni"
(obliczone przez równanie 14),/ j e s t nachyleniem kolektora, a p g jest średnią albe
do ziemi (patrz punkt 2.1.2).
N atom iast r r,n je st obliczane przez Collares-Pereira and Rabl równania (Duffie
i Beckman, 1991, rozdział 2.13), napisane dla południa słonecznego:
7T
COS CO — C O S COs
r t,„ = — ( a + b c o s co) -
w
[ - ]
sin
ù)s
"J8Ü
^ 5
(4-45)
a — 0 ,4 0 9 + 0 ,5 0 1 6
sin(ćos
— 6 0 ° ) [—]
(4.46)
b = 0 ,6 6 0 9 — 0 ,4 7 6 7
sin(ois
— 6 0 ° ) [—]
(4.47)
gdzie
je st kątem godziny słonecznej (patrz równanie 4.2), wyrażony w stop
niach, a O) jest kątem górowania słońca również wyrażony w stopniach. i"d,n jest ob
liczane przez Liu i Jordan, napisanych dla słonecznego południa:
u
cos
co
— cos
cos
r d,n — n T —
n
]
^ sin
cos -
cos
cos
cos
(4 48)
4.7.3 Bezwymiarowy krytyczny poziom prom ieniowania X c
X c jest zdefiniowany jako stosunek krytycznego poziomu prom ieniowania do
poziom u promieniowania w południe w typowy dzień miesiąca:
Gr
X c =
- £ - = [ - ]
r t,n R n H
(4.49)
gdzie:
rr,n dane je st przez (4.45) a R n przez (4.44).
4.7.4 Średnia m iesięczna na dzień $
Wreszcie, korelacja daje średnią miesięczną (codzienną)
c
(
j
utilizability, jako
funkcja dwóch czynników R / R n i Xc obliczonych wcześniej, jest:
4.7 M etoda użyteczności (ang. utilizability)
79
4> = e x p ( [ a + b y ] [X
c
+ c X 2]} [ - ]
(4.50)
gdzie:
a = 2 ,9 4 3 - 9 ,2 7 1 K T + 4 , 0 3 1 / ^ [ - ]
(4 .5 la)
b = - 4 , 3 4 5 + 8 ,8 5 3 K T - 3 ,6 0 2 K $ [ - ]
(4.5 lb)
c = - 0 , 1 7 0 - 0 ,3 0 6 tf r + 2 ,9 3 6 K% [ - ]
(4.5lc)
Dzięki tem u ilość energii zaabsorbowanej, m ożna obliczyć ja k pokazano wcze
śniej w równaniu (4.42).
80
4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)
4.8 Model systemu grzewczego basenu
Zapotrzebowanie energetyczne basenu zostało określone przy założeniu, że
temperatura w basenie jest utrzymywana na stałym poziomie. Dlatego też model ten
nie zawiera obliczeń pojemności cieplnej basenu, ani też nie uwzględnia możliwo
ści zmian temperatury powyżej ustalonej wartości (oba wymagają obliczeń iteracyj-
nych z poza podanego zakresu).
Zapotrzebowanie energetyczne basenu oblicza się poprzez porównanie energii
dostarczanej i oddawanej z basenu (patrz rysunek 16). Straty te w ynikają z parow a
nia, konwekcji, przewodzenia, promieniowania, a także wymiany wody. Zyski sta
nowią pasywne i aktywne zyski energii słonecznej oraz zyski z ogrzewania pomoc
niczego. W kolejnych punktach, te zyski i straty są wyrażone w postaci stawek lub
mocy, tj. na jednostkę czasu. Przeliczanie z m ocy Q do odpowiednich miesięcznych
energii Q odbywa się za pomocą prostego wzoru:
Q = 8 6 4 0 0 Ndni Q [J]
(4.58)
gdzie N dni je st liczbą dni w m iesiącu i 86400 to liczba sekund na dzień.
Rysunek 16. Bilans zysków i strat energii w basenie.
4.8 M odel systemu grzewczego basenu
81
4.8.1 Basen a warunki klimatyczne
W pływ warunków klimatycznych na basen zależy przede wszystkim od tego,
czy mamy do czynienia z basenem znajdującym się wewnątrz czy na zewnątrz bu
dynku. W przypadku krytych basenów, zakłada się następujące warunki:
• Temperatura termometru suchego: maksymalnie 27 °C
(ASHRAE, 1995, s. 4.6) i temperatura otoczenia;
• W ilgotność względna: 60% (ASHRAE, 1995, s. 4,6);
• Prędkość wiatru: 0,1 [m/s]. Jest to zgodne z założeniem, że wykonuje się od
6 do 8 wymian powietrza na godzinę, tj. powietrze przepływa przez charak
terystyczny wymiar basenu w czasie 450 [s]; więc jeśli długość basenu w y
nosi 25 [m], a szerokość obszaru wokół basenu 5 [w], uzyskuje się prędkość
35/450 = 0,08 [m/s];
• „Temperatura nieba” : liczona względem temperatury otoczenia basenu.
W przypadku basenów odkrytych lokalne warunki klimatyczne są wprowa
dzane przez użytkownika (lub kopiowane z RETScreen Online Weather Database),
z wyjątkiem prędkości wiatru i wilgotności względnej, na co należy zwrócić szcze
gólną uwagę, ja k wyjaśniono poniżej.
• Prędkość wiatru
Symulacje pokazują, że jeśli osłona (tzw. przykrywa na basen) jest używana tyl
ko przez część dnia, a do obliczeń jest brana średnia miesięczna prędkość w iatru to
straty parowania są niedoszacowane. M oże być to związane z faktem, że prędkość
w iatru jest zazwyczaj o wiele wyższa w ciągu dnia (kiedy przykrycie nie jest stoso
w ane) niż w nocy. Obserwacje poczynione w Toronto, ON, Montreal, QC, Phoenix,
AZ; oraz Miami, FL pokazują, że maksymalna prędkość wiatru w godzinach popołu
dniowych jest dwa razy wyższa niż minim alna prędkość wiatru w nocy. W związku
z tym w ahania prędkości w iatru w ciągu dnia są wzorowane na modelu RETScreen
SWH (SOW) Project M odel przez następującą funkcję sinusoidalną:
v h = v + ^ cos ( 27r(/l24 fto)) [m /s]
(4 59)
gdzie
v h
jest prędkość wiatru w danej godzinie
h , V
jest średnią wahania pręd
kości wiatru, a
h 0
reprezentuje przesunięcie czasowe. M odel zakłada, że maksymal
na prędkość wiatru występuje wtedy, gdy pokrywa je st nieużywana; średnio w ca
łym okresie pokrycia prowadzi do następujących wartości średnich:
- , -
®
. z' 2 4 — N os^
V" X = ’ + % ( 2 4 - i W sln
— 53— J lm /s ]
<«o>
82
4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)
gdzie N os{ je st liczbą godzin na dzień basenu przykrytego. Podobnie średnia
prędkość wiatru, gdy basen jest przykryty to:
* f ) [m/s]
(4.61)
Wreszcie, prędkość wiatru jest mnożona przez czynnik wprowadzony przez
użytkownika spowodowany zasłonięciem basenu. N ależy wziąć pod uwagę zmniej
szenie prędkości wiatru z powodu naturalnych przeszkód wokół basenu.
• W ilgotność względna
Parowanie z powierzchni basenu zależy od wilgotności powietrza wokół.
W RETScreen, obliczenia współczynników parow ania odbywają się za pomocą
wskaźnika wilgotności powietrza, a nie wilgotności względnej. Związane jest to
z tym, iż wskaźnik wilgotności (wyrażony w kg wody na kg suchego powietrza) jest
zwykle znacznie mniej zm ienia swoją wartość w ciągu dnia niż wilgotność względ
na, która zmienia się nie tylko w funkcji zawartości wilgoci, ale także temperatury
otoczenia. Obliczanie wskaźnika wilgotności przyjmuje się według wzorów z ASH-
RAE Fundamentals (ASHRAE, 1997).
4.8.2. Bierne zyski słoneczne
Bierne zyski słoneczne są zależne od tego, czy pokrywa jest założona na basenie.
• Pasywne ogrzewanie solarne bez przykrycia
W przypadku braku przykrycia, pasywne nasłonecznienie może być wyrażo
ne, jako:
Qvas = APK 1 - rb) ( 1 - s)H b + (1 - rd)Hd] [/]
(4 62)
gdzie A p je st powierzchnią basenu, r b to średni współczynnik odbicia woda /
promieniowanie bezpośrednie, natom iast r d jest średnim współczynnikiem odbicia
woda /prom ieniow ane rozproszone. Tak jak poprzednio, H b i H d są uśrednionymi
miesięcznymi wartościami średniego i rozproszonego promieniowania (patrz rów
nania 6 do 8). Podany przez użytkownika współczynnik zacienienia
S
stosuje się tyl
ko do części promieniowania bezpośredniego
Poniżej przedstawiono krótki matematyczny wywód wyjaśniający ja k są obli
czane współczynniki r b 1 r d -Promień światła padający na powierzchnię wody pod
kątem padania
zgodnie z prawem Snella ulega załamaniu pod kątem @w Snella
(Duffie i Beckman, 1991, eq 5.1.4.; patrz rysunek 17):
ftpowietrza.Sift(.@z^ ~ Tlwody Sin(0W) [ ]
(4.63)
4.8 Model system u grzewczego basenu
83
gdzie n powletrza oraz n wody są współczynnikami załamania światła w pow ie
trzu i w wodzie:
^powietrza
1 [ ]
n Wody = 1-332 [ - ]
Rysunek 17. Prawo Snella.
(4.64)
(4.65)
W spółczynnik r b m ożna obliczyć za pom ocą praw a Fresnela dla równoległych
i prostopadłych składowych promieniowania odbitego (Duffie i Beckman, 1991,
równań 5.1.1 do 5.1.3.)
sin2(flw - flz)
sin2(0w +
6
Z)
ta n 2(flw - flz)
ta n 2(0w +
Qz)
1
rb =
2
(r-L + r») H
r± =
r» =
[ - ]
[ - ]
(4.66)
(4.67)
(4.68)
Po dokonaniu obliczeń można zauważyć, iż r b je st funkcją jedynie kąta
Wykres na Rys. 18 pokazuje, że r b m ożna bezpiecznie przybliżyć przez następują
ce równanie:
rb = 0,0203 + 0,9797(1 - cos 02) 5 [ - ]
(4.69)
84
4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)
Dokładny wzór
— Aproksymacja
Cosin u s kąta
R ysunek 18. Odbicie od wody w funkcji cosinusa kąta zenitu.
A by uwzględnić fakt, że podczas okresu zimowego słońce znajduje się niżej na
horyzoncie, r
jest obliczany dla każdego miesiąca z osobna. Powyższe równanie
jest używane z 8 Z obliczonym 2,5 godziny po południu słonecznym (wartość 2,5 h
pochodzi z Duffie i Beckman, 1991, s. 244).
W spółczynnik odbicia dla prom ieniowania rozproszonego jest niezależny od
pozycji słońca i jest w zasadzie równy współczynnikowi obliczonemu dla kąta pa
dania równego 60° (Duffie i Beckman, 1991, s. 227). Korzystając z równania otrzy
muje się dokładną wartość r ¿ = 0,060.
• Pasywne ogrzewanie solarne z pokrywą
W przypadku basenu z przykrywą pasywne zyski energii słonecznej są w yra
żone jako:
Qpas osi ~ A p a cH [/]
(4.70)
gdzie CCc jest zdolnością absorpcyjną przykrywy, ustaloną na 0,4 a H jest, jak
poprzednio podano jest średniomiesięczną globalnego promieniowania na płaszczy
znę poziomą.
• Całkowita wartość biernych zysków słonecznych
Pasywne nasłonecznienie jest zestawieniem zysków z pokrywą ja k i bez pokry
wy. Model zakłada, że pokrywa jest założona głównie w nocy. Jeśli pokrywa jest za
łożona na N osi godzin dziennie, a przeciętna długość dnia w ciągu miesiąca wyno-
si N czas, to liczba godzin gdy pokrywa nie jest stosowana w ciągu dnia N nie osj
wynosi:
Mnie osi = r n i n ( 2 4 - N osi, N czas) [Ji]
(4.71)
przyjęto, że bierne nasłonecznienie jest równe sumie pasywnego nasłonecznie
nia bez pokrycia proporcjonalna do liczby godzin, kiedy pokrywa nie jest stosowa
na w ciągu dnia:
4.8 M odel system u grzewczego basenu
85
n
_ Ijn ie o s i _ n
( 1
N nie
o sA „
r n
V pas — m
V p as ' I
L
aj
V p a s
os
\ Ul
i ' c z a s
'
L 'c z a s '
(4.72)
W przeliczeniu na jednostkę czasu, pasywny uzysk słoneczny jest obliczany
zgodnie z równaniem (52):
j:
_
Qpas
Qpas — 8 6 4 0 0 N £in; L
J
(4.73)
4.8.3. Straty parowania
Istnieje kilka m etod w literaturze do obliczenia strat parowania, w tym ASH-
RAE (ASHRAE, 1995) zmienione przez Smith et al. (1994) oraz metody w ymie
nione w Hahne i Kiibler (1994). M odel matematyczny w pakiecie RETScreen SWH
(SOW) używa równania ISO TC 180 (Hahne i Kiibler, 1994):
Qmoc ~ A p h e (PVinas ~ Pv,oto) [W ]
(4.74)
gdzie
Q m o c
jest mocą (wyrażoną w watach) rozpraszania w wyniku odparowy
wania wody z basenu,
h e
jest współczynnikiem przenikania masy,
P Vtnas>
i
P y .o to i
to ciśnienie cząstkowe pary wodnej w stanie nasyconym i dla warunków otoczenia.
Współczynnik przenikania masy
h e
(w
\ W / m 2) / P a \ )
jest wyrażony jako:
h e = 0 ,0 5 0 5 8 + 0 ,0 6 6 9 t;
[ W / m 2) / P a ]
(4.75)
gdzie v jest prędkością wiatru na powierzchni basenu, wyrażoną w [ m / s ] . Ci
śnienie cząstkowe pary wodnej w nasyconej P v n a s oblicza się z wzorów z ASH
RAE (1997). Ciśnienie cząstkowe pary wodnej w warunkach otoczenia P v,oto obli
cza się jako stosunek wilgotności za pomocą równań z ASHRAE (1997).
Szybkość parowania wody z basenu m par wyrażona w [ k g / s ] jest związana
z Q Pa r [ k W ]:
Qpar
[ k g / s ]
p a r
^
c er /
(4 76 )
gdzie X jest ustalonym ciepłem parowania wody [2 4 5 4 k j / k g ]
86
4. Podstawy teoretyczne (KK I Screen' International)
Kiedy pokrywa na basen jest założona, to przyjmuje się że wielkość pokrycia
powierzchni basenu wynosi 90% a nie 100% zatem parowanie jest zredukowane
o 90%. Kiedy pokrywa jest nieużywana, straty są mnożone razy dwa w celu uw zględ
nienia aktywności w basenie (Hahne i Kubler, 1994).
4.8.4. Straty konwekcyjne
Konwekcyjne straty zostały oszacowane za pom ocą równania w pracy (Hahne
i K ubler (1994)):
Qkon = A p h kon{Tp ~ Ta) [ ^ ]
(4.74)
gdzie Qkon je st wielkością utraty ciepła na skutek zjawiska konwekcji (wyrażo
ne w W), T p jest temperaturą basenu, T a jest tem peratura otoczenia, konwekcyjny
w spółczynnik przejmowania ciepła h kon jest wyrażony jako:
h kon = 3,1 + 4 ,l v [ W / m 2°C\
(4.78)
gdzie prędkości wiatru u jest wyrażona w [ m / s ] ,
4.8.5. Straty promieniowania
Straty prom ieniowania do otaczającego środowiska w przypadku braku pokry
wy basenu (wyrażone w watach) są wyrażone jako:
Qpar,nie osi = A p £w < j(j$ - T*ieba) [W ]
(4.79)
gdzie Ew jest emisyjnością wody w podczerwieni (0,96), a je st stałą Stefana-
Boltzmanna (5 ,6 6 9 * 1 0 -8 ( W / m 2) / K 4), T p jest temperatura basenu i T nieba
jest temperaturą nieba (patrz punkt 2.1.3). W obecności pokrywy, przy założeniu po
krycia wynoszącym 90%, straty radiacyjne są:
Qpar = A p ( 0 ,l s w + 0 ,9 £ c)a(^Tp — Tnieba) [W ]
(4.80)
gdzie £ c je st emisyjność pokrywy basenu. W zależności od materiału pokrycia
emisyjności może wynosić od 0,3 do 0,9 (NRCan, 1998), zazwyczaj przyjmuje się
wartość 0,4. Łącząc dwa ostatnie równania z czasem przykrycia, £ w i £ c otrzymu
jemy:
Qpar = A p [0 ,9 6 N osł + 0 ,4 5 6 ( 2 4 - N osi) \ a ( T j - T 4ieba) [W \
(4.81)
4.8.6 Straty w wodzie zmagazynowanej
Świeża woda jest dodawana do basenu, aby zrekompensować: straty parowania,
straty wody wylewanej podczas użytkowania basenu oraz czasowe zmiany wody.
Jeśli /s ftłje s t stosunkiem wody uzupełniającej wprowadzonej przez użytkownika do
w ody zawartej już w basenie (która nie obejmuje rekompensaty za straty parowania)
wyrażony jako ułamek wielkości basenu odnawianej co tydzień, to strumień wody
(w kg/s) może być wyrażona jak:
pvp
rhmski = m eva + f ski 7 . 8 6 4 0 0 [ k g / s ]
{Ą g2)
gdzie P je s t gęstością wody (1 0 0 0 k g / m 3) a V p jest objętością basenu. Obję
tość basenu jest obliczana przy założenia średniej głębokości 1,5 [m ]:
Vp
=
1 ,5
A v
[ m 3 ]
(4.83)
W ielkość zapotrzebowania na energię odpowiadającą składowanej wodzie
Q skb wynosi:
Oski = ™skiCp(Tp - Tc) [W ]
(4.84)
gdzie T J e s t tem peraturą zimnej w ody sieciowej (patrz punkt 2.1.4) a Cp jest
pojem nością cieplną wody [4 2 0 0 ( J / k g ) /°C ],
4.8 M odel system u grzewczego basenu
87
4.8.7 Straty przewodzenia
Straty przewodzenia stanowią zazwyczaj jedynie niewielki ułam ek pozosta
łych strat. RETScreen SWH Project Model (projekt solamego systemu ogrzewania
wody) zakłada, że straty przewodzenia
Qprze stanowią 5% pozostałych:
Oprze = 0<05(Qmoc 4" Okon 4" Opar 4" Oski) [W ]
(4.85)
4.8.8 Suma nasłonecznienia
M aksymalne możliwe aktywne solame zyski Q str są określone metodą uży
teczności (patrz punkt 2.4), przy założeniu że tem peratura basenu je st równa żąda
nej wartości.
8 8
4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)
4.8.9 Bilans energetyczny systemu
Wielkość energii
Q req
niezbędnej do utrzymania ciepła basenu o pożądanej
temperaturze je st wyrażona, jako suma w szystkich strat minus pasywne zyski ener
gii słonecznej:
Qreq ~
TIXCLX
(Q nioc + Qkon 4" Opar 4" Oski 4" Oprze ~ Qpas< il) [ Ił7 ]
(4.86)
Energia ta powinna pochodzić ze wspomagającego źródła ciepła, lub z kolekto
rów słonecznych. Wielkość energii faktycznie dostarczonej przez system energii od
nawialnej, Qz stanowi minimum wymaganej energii i energii dostarczanej przez ko
lektory:
Omin ~ m in (Q re q ’ O act) [W ]
(4-87)
Jeśli dostarczona energia słoneczna je st wyższa niż energia w ymagana przez ba
sen, w tedy temperatura basenu będzie większa od wymaganej temperatury. To może
przełożyć się na niższe zapotrzebowanie na energię w przyszłyrp miesiącu, jednak
nie jest to brane pod uwagę przez model. Dodatkowe zasilanie
Q dod
niezbędne do
utrzymania pożądanej temperatury w basenie jest różnicą pomiędzy wymaganiami
mocy i energii elektrycznej wytwarzanej przez odnawialny system energetyczny:
Qdod ~ Qreq ~ Qmin W
(4.88)
4.9 Pozostałe obliczenia
4.9.1 Sugerowana powierzchnia kolektorów słonecznych
Sugerowana powierzchnia kolektora słonecznego zależy od obciążenia, rodza
ju systemu, i kolektora.
• Dla ciepłej wody użytkowej z magazynowaniem, wielkość obciążenia dla
każdego miesiąca, jest miesięcznym obciążeniem w tym zbiorniku i strat
w rurociągach.
• Do ciepłej wody bez magazynowania, wielkości obciążenia dla każdego mie
siąca stanowi do 14% miesięcznego obciążenia pomnożonego przez (1 + / foj),
do uwzględnienia strat rurociągów. Wartość 14% jest tak dobrana, że dostar
czona energia nie przekracza zalecanej wartości 15% obciążenia.
• Dla basenów obciążenie wielkości je st równe wymaganej energii pomnożo
nej przez (1 + f hs), w celu uwzględnienia strat rurociągów.
Sugerowana powierzchnia kolektorów słonecznych, je st oparta o metodę uży
teczności. Optymalnie dla każdego miesiąca, energia użytkowa, powinna być równa
wielkości obciążenia. W ykorzystując równanie (42):
4.9 Pozostałe obliczenia
89
Qu = A cFR(T a ) H T<p [W ]
(4.89)
które następnie j est w y liczone dla danej po wierzchni kolektora A c . Daj e to 12 mie
sięcznych wartości proponowanych powierzchni kolektora słonecznego, następnie:
• Dla ciepłej wody użytkowej, model przyjmuje najmniejsze z wartości m ie
sięcznych. W przypadku systemu bez magazynowania, nawet dla najbardziej
słonecznych miesięcy odnawialne źródeł energii dostarczają do 15% obcią
żenia. W przypadku systemu z magazynowaniem, 100% obciążenia które
zapewni w najbardziej słoneczne miesiące, gdy system może wykorzystać
całą dostępną energię. Jednak ze względu na to, że systemy z magazyno
waniem są mniej wydajne (pracują w wyższej temperaturze), metoda ta za
zwyczaj prowadzi do mniejszych frakcji słonecznych, zwykle około 70% dla
najbardziej słonecznych miesięcy.
• Sposób podany wyżej nie działa gdy obciążenie osiąga wartość zerową pod
czas słonecznych miesięcy. Dlatego model przyjmuje średnią miesięczną po
wierzchnię kolektora słonecznego w całym sezonie użytkowania.
Liczba kolektorów słonecznych jest obliczana jako, sugerowana powierzchnia
kolektora podzielona przez powierzchnię poszczególnych kolektorów, zaokrąglona
w górę do najbliższej liczby całkowitej.
4.9.2 „Pom powanie” energii
Pompowanie energii je st obliczane jako:
O pom p = N p ra P p o m p A c [W7]
( 4 .9 0 )
gdzie Ppomp jest mocą pompowania na jednostkę powierzchni kolektora, a N p
je st liczbą godzin rocznej pracy kolektora. Oszacowanie N pra uzyskuje się poprzez
następujące metody: jeśli kolektor został uruchomiony bez strat, gdy nie m a słońca
pobiera A cF R ( r a ) H T. To rzeczywiście pobiera Qz ( 1 + f i „ s ) gdzie Qz jest ener
gią dostarczaną do systemu i f i os je st ułamkiem energii słonecznej ciepła uchodzą
cej do otoczenia poprzez rurociągów i zbiorników. N p j est po prostu szacowane j ako
stosunek tych dwóch wielkości, razy liczby godzin w czasie dnia w miesiącu, N czas:
Q z ( l 4“ flo s)
r,
1
v ~ A c FR{ x a ) H T cza s[ ]
(4.91)
90
4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)
Porównanie wyników z symulacją, ukazuje tendencję do przeceniania liczby
godzin pracy kolektora. Czynnik korygujący 0,75 je st stosowany do skompensowa
nia przeszacowań.
4.9.3. Rzeczywista wydajność, efektywność systemu
oraz energia słoneczna
Szczegółowa wydajność stanowi energię dostarczoną podzieloną przez po
wierzchnię kolektora. Wydajność układu energii dostarczanej podzielona przez pa
dające promieniowanie. Solam y stosunek energii dostarczanej przez zapotrzebowa
nie na energię.
4.10. Weryfikacja obliczeń
Wielu ekspertów przyczyniło się do rozwoju, testowania i walidacji RETScre
en Solar W eather Heating Project Model. Są to eksperci od modelowania słoneczne
go ogrzewania wody, specjaliści inżynierii kosztów i emisji, specjalistów modelo
w ania gazu, profesjonalistów analizy finansowych i stacji naziemnych oraz naukow
ców pogody satelitarnej oraz bazy danych.
4.10.1. Weryfikacja domowego układu podgrzewania wody
- w stosunku do modelu godzinowego oraz danych
pomiarowych
W tej części przedstawiono dwa przykłady weryfikacji, zakończone zastosowa
niach domowych ogrzewania wody. Po pierwsze, prognozy modelu solamego pod
grzewania wody RETScreen są porównywane z wynikami symulacji godzinowej
z wykorzystaniem programu WATSUN. Następnie prognozy modelu porównano
z danymi pomiarowych na 10 prawdziwych budowach wykorzystujących słonecz
ne ogrzewanie wody.
• Porównanie z modelem godzinowym
WATSUN (University o f Waterloo, 1994) je st programem komputerowym, słu
żącym do symulacji aktywnych systemów energii słonecznej. Wykonuje on symu
lacje systemu, godzina po godzinie z parametrów zdefiniowanych przez użytkow
nika systemu, np. Typical M eteorological Year (TMY) danych pogodowych. N a
stępnie zapewnia miesięczne podsumowanie przepływu energii w systemie. Chociaż
RETScreen nie został zaprojektowany jako narzędzie do symulacji miesięcznych, to
użytkownik może określić poszczególne miesiące dla których chce przeprowadzić
4.10 W eryfikacja obliczeń
91
analizę. W tym rozdziale miesięczne prognozy z RETScreen są w porównywane
z wynikami z programu WATSUN dla typowego systemu podgrzewania wody, pa
ram etry są zebrane w tabeli 2. Przewidywane roczne wartości (tabela 3) wskazują,
że występuje doskonała zgodność wyników między tymi dwoma programami. Ry
sunek 19a i rysunek 19d umożliwiają porównanie prognoz na podstawie obliczeń
RETScreen do WATSUN miesiąc po miesiącu. Stwierdzono dobrą zgodność pro
mieniowania słonecznego w płaszczyźnie kolektora (rysunek 19a), obciążenia (ry
sunek 19b) i energii dostarczanej (rysunek 19c). D la czasu pracy pompy (rysunek
19d) podobieństwo jest do przyjęcia, chociaż model, stosowany obecnie w RET
Screen sprawia, że jest tylko przybliżoną wartością tej zmiennej.
Tabela 2: Domowe parametry podgrzewania wody.
Parametr
Opis
Kolektor
Oszklony,
Nachylenie
od południa
Przechowywanie
Dobrze wymieszany,
W ymiennik ciepła
70% efektywności
Lokalizacja
Toronto, ON, Kanada
Tabela 3: Porównanie przewidywanych rocznych wartości
domowego systemu ogrzewania wody.
Przewidywana roczna wartość
RETScreen
WATSUN
Różnica
(GJ)
24,34
24,79
-1,8%
(GJ)
19,64
19,73
-0,5%
(GJ)
8,02
8,01
0,1%
(h)
1,874
1,800
4,1%
92
4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)
Styczeń
Marzec
Maj
Lipiec
Wrzesień
Listopad
Luty
Kwiecień
Czerwiec
Sierpień
Październik
Grudzień
Miesiąc
2.0
1.8
1.6
1.4
3 1.2
.22
g 1.0
nr
u 0.8
O
0.6
0.4
0.2 -
0 .0 -
Styczeń
Marzec
Maj
Lipiec
Wrzesień
Listopad
Luty
Kwiecień
Czerwiec
Sierpień
Październik
Grudzień
M iesiąc
Rys. 19a i 19b: Porównanie przewidywanych miesięcznych wartości domowego
systemu ogrzewania wody.
Cz
as
pr
ac
y
p
o
m
p
y
(h
)
Ener
gi
a
d
o
sta
rc
za
n
a
(G
J)
4.10 Weryfikacja obliczeń
93
1.2
-
Styczeń
Marzec
Maj
Lipiec
Wrzesień
Listopad
Luty
Kwiecień
Czerwiec
Sierpień
Październik
Grudzień
M iesiąc
250
Styczeń
Marzec
Maj
Lipiec
Wrzesień
Listopad
Luty
Kwiecień
Czerwiec
Sierpień
Październik
Grudzień
M iesiąc
Rys. 19c i 19d: Porównanie przewidywanych miesięcznych wartości domowego
systemu ogrzewania wody.
94
4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)
• Porównanie z otrzymanymi danymi
W celu dalszego sprawdzenia modelu solamego ogrzewania w ody RETScre
en dla zastosowań domowego ciepłownictwa, prognozy modelu zostały porówna
ne do monitorowanych danych zebranych w 10 systemów w ramach projektu S2000
w Guelph, Ontario, Kanada (Enermodal, 1999). Układy te charakteryzują się, po
wierzchnią 5,9 m2 kolektora słonecznego, zbiornikiem 270 litrów, wymiennikiem
ciepła (w RETScreen zakłada się 60% sprawność) i zmienne obciążenia średnio od
90 / / dzień do 380 l / dzień. Wyniki przedstawiono na rysunku 20. Jak wynika
z rysunku, że RETScreen je st nieco zbyt optymistyczne w przewidywaniu energii,
zw łaszcza dla systemów przy małym obciążeniu (systemy w lewej części rysunku).
Zgodność jest lepsza dla systemów o w ysokim obciążeniu (prawa część rysunku).
Do 10 systemów pod uwagę, średnie przeszacowanie 29%, które je st dobre w zakre
sie niezbędnym do przed-wykonalności i analiz wykonalności; przeszacowanie spa
da do 15% jeżeli tylko trzy systemy z najwyższym obciążeniem są brane pod uwagę.
B?
OJ
c
OJ
8
>
-o
S
Dostarczona roczna energia słoneczna (k W h )
Rysunek. 20 Porównanie wartości przewidywanych przez RETScreen z otrzymanymi
dla Guelph, Ontario, Kanada.
4.10.2 W eryfikacja układu podgrzewania wody basenowej
- w stosunku do modelu godzinowego oraz danych pomiarowych
W tej części przedstawiono dwa przykłady rozwiązań zakończonych ogrzewa
nia basenu. Po pierwsze, prognozy RETScreen solamego podgrzewania wody są
porównywane z wynikami modelu godzinowego ENERPOOL. Prognozy modelu
4.10 Weryfikacja obliczeń
95
w porównaniu do danych pomiarowych słonecznego ogrzewania basenu są dostęp
ne na stronie internetowej projektu.
• Porównanie z modelem godzinowym
Model godzinowy ENERPOOL (NRCan, 1998) jest bardzo podobny do koncep
cji WATSUN, ale symulacja jest przeznaczona zarówno dla krytych i odkrytych ba
senu. Zapewnia ona dane o miesięcznym zapotrzebowaniu na energię i odpowied
nią część promieniowania słonecznego na basen, który można porównać do progno
zy RETScreen.
Podstawowe param etry w basenie odkrytym (założone) są zawarte w tabeli 4.
Straty występujące w basenie, pasywne zyski energii słonecznej (straty minus pa
sywne zyski energii słonecznej), a energii słonecznej są zestawione od rysunku 21a
do rysunku 21d. Nie występuje pełna zgodność przewidywanych strat w basenie oraz
pasywnymi zyskami energii słonecznej (+2,5% i +5,7% w porównaniu do całego se
zonu pływackiego), zatem występuje różnica energii (-2,0%). Rysunek 21d jest cieka
w y i wymaga komentarzy. W porównaniu do ENERPOOL, nasłonecznienie wyliczo
ne przez RETScreen, jest niedoszacowane, zwłaszcza w lipcu gdy zapotrzebowanie na
energię w basenie jest minimalne. M a to związek z wybraną metodą do oszacowania
nasłonecznienia w RETScreen i ENERPOOL. RETScreen oblicza ilość energii sło
necznej niezbędnej do utrzymania basenu w minimalnej temperaturze pożądanej, na
tomiast ENERPOOL pozwala na wahania się temperatury między minimalną (27°C) a
maksymalną (30°C). Dlatego nawet jeśli nie ma aktywnego ciepła słonecznego, które
jest niezbędne do utrzymania basenu w minimalnej temperaturze, ENERPOOL nadal
umożliwia akumulację ciepła. Jak pokazano w tym przykładzie RETScreen przewidu
je jedynie minimalny zysk ciepła, który może być realizowany z dodatkiem kolektora
słonecznego, czyli ogrzewanie uzyskuje się z nieodnawialnych źródeł, które mogą być
po prostu zastąpione przez energię słoneczną. N a przykład w lipcu, energia ze słońca
pochłonięta przez basen jedynie zaspokaja zapotrzebowanie na energię w tym miesią
cu (4,5 GJ), pomimo faktu że więcej energii może być pobrane.
Tabela 4. Parametry systemu do ogrzewania wody w basenie.
Parametr
Opis
Powierzchnia basenu
48
Godziny pracy
8
Minimalna temperatura w basenie
27
Powierzchnia kolektorów
25
Otwarcie sezonu
1 maja
Zakończenie sezonu
30 września
Lokalizacja
Montreal, QC, Kanada
Łą
cz
n
e
st
ra
ty
(G
J)
96
4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)
Lipiec
Sierpień
Miesiąc
Wrzesień
.........if----- —------- -~s.
__
■
-
■ ENERPOOL
■ RETScreen
Czerwiec
Lipiec
Sierpień
M iesiąc
Rys. 2 la i 21b: Porównanie przewidywanych wartości miesięcznych
- basen z podgrzewana wodą.
En
er
g
ia
ze
sł
o
ń
ca
(G
J)
C
a
łk
o
w
it
a
en
er
g
ia
g
rz
ew
cz
a
(G
J)
4.10 Weryfikacja obliczeń
97
Czerwiec
Lipiec
Sierpień
Miesiąc
Wrzesień
Maj
Lipiec
Sierpień
Miesiąc
Wrzesień
Rys. 21a i 21b: Porównanie przewidywanych wartości miesięcznych
- basen z podgrzewana wodą.
98
4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)
• Porównanie z danymi monitorowanymi (otrzymanymi/zmierzonymi)
W celu dalszego sprawdzenia solamego systemu ogrzewania basenu RETScre
en dla, obliczenia zostały porównane z danych zebranymi z basenu znajdującego się
w Möhringen, Niemcy, w oparciu o wyniki przedstawione w Hahne i Kiibler (1994).
Główne param etry dla grupy przedstawiono w tabeli 5.
Tabela 5: Parametry basenu z ogrzewaną wodą, Niemcy (* = szacowane).
Parametr
Opis
Powierzchnia basenu
1,200
Godziny użytkowania
14
Minimalna temperatura w basenie
24
Powierzchnia kolektorów
650
Otwarcie sezonu
5 maja
Zakończenie sezonu
6 września
Wymagania energetyczne basenu w sezonie pływackim są mierzone na pozio
mie 546 [MWh] a szacunek RETScreen (-3%) jest na poziomie 528 [MWh], Energia
z kolektorów słonecznych jest mierzona w 152 [MWh] z wydajnością systemu około
38%; RETScreen przewiduje 173 [MWh] (+14%) i odpowiednio 44% wydajności,.
Co do ciepłej wody grzewczej błędy w szacunkach RETScreen mieszczą się w za
kresie wymaganym dla wstępnej wykonalności i analizy wykonalności.
4.11 Podsumowanie
W tym rozdziale zostały przedstawione szczegółowo algorytmy wykorzystywa
ne przez RETScreen Solar W eather Heating Project Model. Algorytm obliczania na
tężenia oświetlenia, obliczenia zmiennych środowiskowych takich ja k temperatura
nieba oraz model kolektora są wspólne dla wszystkich zastosowań. Energia dostar
czona przez ciepłą wodę z układu z magazynowaniem oceniana jest m etodą/-Chart.
W układach bez magazynowania, używana jest metoda użyteczności. Ta sama me
toda je st również stosowana do oszacowania ilości energii aktywnie zbieranej przez
systemy basenu. Straty i bierne zyski słoneczne w basenie są szacowane przez od
dzielny algorytm. Przez porównanie przewidywań modelu RETScreen z wynikami
programów symulacyjnych i monitorowanymi danymi wynika, że dokładność RET
Screen Solar Wather Heating Project Model jest doskonałym modelem pomocny w
obliczeniach dla studium wykonalności projektu. W szczególności należy wziąć pod
uwagę fakt że RETScreen w ymaga jedynie 12 punktów danych w porównaniu do
8760 punktów danych godzinowych dla większości modeli symulacyjnych.
4.12 Przykład wym iarowania instalacji przez Systemy Solam e z Krakowa
99
4.12 Przykład wymiarowania instalacji
przez Systemy Solarne z Krakowa
(www. kolektory.krakow.pl)
4.12.1 W ymiarowanie powierzchni kolektorów
Ogólne wskazówki doboru dla kolektorów słonecznych, jakie m ożna wykorzy
stywać w rachunku inżynierskim zakładają maksymalny dzienny uzysk ciepła, jako
3,5[kWh/m2] dla kolektora płaskiego. Odpowiada to ilości ciepła niezbędnego do
podgrzania 50 litrów wody od temperatury 10 dO 60°C. Tak więc znając ilości po
boru dziennego c.w.u., można w ten sposób dobrać wstępnie wymaganą pow ierzch
nię kolektora słonecznego.
Tabela 6: Zależności powierzchni od zapotrzebowania
1 m2 kolektora płaskiego
3,5 [kWh]
50 dm3 wody AT = 50°C
(podgrzanie od 10°C do 60°C)
3,5 [kWh]
4.12.2 W ymiarowanie dla instalacji c.w.u. (ciepłej wody użytkowej)
Przedstawione na wykresie liniowe wymiarowanie przeznaczone jest dla ma
łych oraz średniej wielkości systemów. M a ono na celu pomóc w takim zaprojekto
w aniu systemu, by w okresie gdy nie jest używane centralne ogrzewanie, zapotrze
bowanie na c.w.u. Pokryte zostanie w 95%.
1 m
2 kolektora płaskiego podgrzewa około 50 1 wody do temperatury 60°C na
dzień. Zbiornik musi być tak dobrany, by mógł bez problemu przekazywać nagrza
ną wodę do użytku przez 2-3 pochmurne dni. Zasobniki solarne posiadają doskona
łą izolację, by ograniczyć straty do minimum.
Izolacja orurowania powinna posiadać najbardziej odpowiadającą rurze średni
cę. Wymagany jest do tego materiał o odporności 140°C. Do w ykonania izolacji we
wnętrznej polecana jest wełna mineralna lub izolacja kauczukowa, natomiast na ze
wnątrz izolacja odporna na UV.
Wytyczne projektowe:
• kolektor płaski: na osobę około 1,5 - 2,0 m
2
• wielkość zbiornika: na osobę 50 - 100 1
• nachylenie kolektorów: 30° - 60°
1 0 0
4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)
N o m o g r a m d o b o r u k o l e k t o r ó w p ł a s k i c h
zbiornika''
Powierzchnia kolektora
Ilość osób
Nomogram 1: Nomogram doboru kolektorów płaskich.
Przykład obliczeniowy:
• Dane:
6 osób
501 na osobę na dzień
od kwietnia do września
• Wynik:
zbiornik 6001
kolektory
12 m2
4.12.3 W ymiarowanie dla instalacji wody basenowej
D obór pola kolektorów dla potrzeb wspomagania instalacji technologii pod-
grzewu wody basenowej zależy w głównym stopniu od rodzaju basenu. Największe
straty ciepła generuje lustro wody, dlatego też zabudowa basenu m a w tym przypad
ku decydujące znaczenie
N a potrzeby doboru powierzchni kolektorów baseny dzieli się na: kryte, odkry
te z izolacja lustra, odkryte bez izolacji lustra.
W celu przeprowadzenia szacunkowego doboru można użyć diagramy określa
jącego powierzchnię czynną kolektorów w zależności od:
• powierzchni lustra wody [m2]
• temperatura wody basenowej [°C]
4.12 Przykład wymiarowania instalacji przez Systemy Solame z Krakowa
101
• ukierunkowania kolektorów
• typu basenu
N omogram zakłada średnią głębokość basenu
1,5
Orientacja
Temperatura
Minimalna powierzchnia czynna kolektora [m2]
term iczną
lustra
(0,6°)
Odkryty
bez izolacji
termicznej
lustra
(0,61
Typ basenu
Nomogram 2: Nomogram dla basenu.
Inny producent kolektorów podaje, że powierzchnia kolektorów, które mają
ogrzewać wodę (lecz nie podaje temperatury, jaka będzie utrzymywana w basenie):
basen kryty - ok. 40% powierzchni jego lustra wody,
basen otwarty - ok. 70% tej powierzchni.
102
4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)
4.12.4 W ym iarowanie dla systemów c.o. (centralne ogrzewanie)
W spomaganie c.o. można zastosować jedynie do ogrzewania podłogowego. Nie
mniej jednak w warunkach Polskich nie jest to ekonomicznie uzasadnione. Zbyt w y
sokie koszty inwestycyjne przy bardzo długim okresie zwrotu.
Szacunkowe wytyczne projektowe zakładają przy ogrzewaniu podłogowym
zastosowanie 1 [m2] powierzchni kolektora płaskiego na każde 5 [m2] powierzchni
mieszkalnej.
4.12.5 Efektywność pracy kolektorów
Efektywność pracy kolektora słonecznego i całej instalacji, zależy od zakłada
nego pokrycia potrzeb ciepła. Jeżeli dla tego samego obiektu dla tych samych po
trzeb ciepła, będziemy zwiększać przy doborze powierzchnię kolektorów słonecz
nych, to oczywiście będzie się zwiększał stopień pokrycia ciepła ( %/rok), ale jedno
cześnie - zmniejszała efektywność jego pracy (wyrażona jako sprawność lub jako
uzysk ciepła w [kWh/m2 rok])
Powierzchnia kolektorów [m 2]
— Stopień pokrycia potrzeb
----- Sprawność ukiadu solarnego
Wykres 22: Efektywność pracy kolektorów.
M ałe instalacje z kolektorami słonecznymi wykazują wysoką oszczędność rocz
ną na kosztach przede wszystkim podgrzewu c.w.u., ale są wyraźnie mniej efektyw
ne (uzyskują mniej ciepła z powierzchni, [kWh/m2 rok]) niż instalacje duże, gdzie
w skutek niezbędnego ich niedowymiarowania (ograniczenie powierzchni zabudo
wy, ograniczenie kosztów inwestycyjnych) pokrycie potrzeb ciepła jest znacznie
niższe, a uzyski ciepła znacznie wyższe.
Specyfika pracy instalacji małej ("M l") oraz dużej ("DI") z kolektorami sło
necznymi:
4.12 Przykład wym iarowania instalacji przez Systemy Solam e z Krakowa
10 3
Wykres 23: Stopień pokrycia potrzeb ciepła od uzysku ciepła kolektora słonecznego.
4.12.6 Natężenie przepływu czynnika grzewczego
w instalacjach solarnych
Rozróżniamy dwa zakresy prędkości przepływu płynu solarnego w instalacjach
solarnych:
High-Flow - dla małych instalacji (domy jednorodzinne) - zależny od budowy
kolektora, waha się od 35 do 80 [dm3/h-m2] powierzchni kolektora.
Low-Flow - dla dużych instalacji solarnych - dobierany indywidualnie do kon
kretnej instalacji w zakresie od 25 do 40 [dm3/h-m2] powierzchni kolektora.
Tabela 7: Natężenie przepływu czynnika grzewczego
Rodzaj przepływu
Wydatek przepływu
d m 3/ h - m 2 k o le k to r a
Zastosowanie
HIGH-FLOW
3 5 - 5 0
małe instalacje, domki
jednorodzinne
LOW-FLOW
2 5 - 4 0
duże instalacje
Natężenie przepływu High-Flow sprawdza się ju ż w instalacjach średnich,
a w instalacjach dużych możliwe jest jeszcze dalsze zmniejszenie wskaźnika natę
żenia przepływu nawet do 15 [dm3/h-m2] powierzchni kolektora. Optymalny dobór
natężenia przepływu możliwy jest jedynie z wykorzystaniem programów kompute
rowych.
104
4. Podstawy teoretyczne (RETScreen® International)
Natężenie przepływu Low-Flow w dużej instalacji zapewnia w ysoką efektyw
ność pracy przy jednoczesnym zmniejszeniu kosztów inwestycji (średnice prze
wodów, pompa obiegowa, ilość czynnika grzewczego) oraz eksploatacji (mniejsza
pompa obiegowa).
W małej instalacji natężenie przepływu wpływa znacząco na efektywność pra
cy kolektorów słonecznych i dopiero od natężenia 40 [dm3/h-m2\ osiągana jest w y
soka wartość efektywności.
W dużej instalacji, widoczne jest natom iast to, że ju ż niskie natężenie przepły
wu 15-20 \dm3/h-mr] pozw ala na uzyskanie wysokiej efektywności pracy, a dalsze
jej zwiększanie nie zwiększy uzysków ciepła z kolektorów słonecznych, a jedynie
podwyższa koszty inwestycji i eksploatacji.
N atężen ie p rz ep ływ u [d m
3
/ m
2
xh]
Wykres
24: Uzysk ciepła od natężenia przepływu.
4.12.7. Kolektory słoneczne w odniesieniu do dużych instalacji
W przypadku instalacji dużych lub nawet małych, gdy w jednej baterii praco
wać musi kilka kolektorów słonecznych, cechy budowy kolektora odgrywają decy
dującą rolę dla zapewnienia korzystnego efektu pracy. Zaletą kolektorów płaskich
z wężownicowym układem przewodów czynnika grzewczego jest wysoce stabilna
praca pod względem hydraulicznym. Opory przepływu wężownicy są na tyle w y
sokie, że w porównaniu do niej opory przewodów łączących kolektory słoneczne
(w baterii) są pomijalne. Oznacza to, że dla każdego kolektora w baterii, niezależnie
od miejsca jakie on zajmuje, zagwarantowane je st praktycznie identyczne natężenie
przepływu czynnika grzewczego.
4.12 Przykład w ym iarow ania instalacji przez Systemy Solam e z Krakowa
105
W przypadku kolektorów o przepływie harfowym, pracujących w baterii, sytu
acja nie jest ju ż tak korzystna. Opory przepływu przez kolektory są niewielkie i po
równywalne do oporów przepływu czynnika grzewczego przez przewody zbiorcze
poziome (łączące kolektory w baterii). Im dalej więc znajduje się w baterii tego typu
kolektor, tym bardziej narażony jest na mniejszy przepływ czynnika grzewczego
i zbyt niski odbiór ciepła.
Ponadto kolektory harfowe wykonane są najczęściej z aluminium lub stali. M a
teriały te charakteryzują się dużo mniejszą przewodnością cieplna niż absorbery w y
konane z miedzi w kolektorach płaskich. W przypadku aluminium wartości przewod
ności cieplnej są dwukrotnie, natom iast stali siedmiokrotnie mniejsze niż miedzi.
€
r
A = 3 7 6
W/mK
A = 5 0
W/mK
KOLEKTOR PŁASKI
WSPÓŁCZYNNIK PRZEWODZENIA
CIEPŁA - ABSORBER MIEDZIANY
KOLEKTOR HARFOWY
WSPÓŁCZYNNIK PRZEWODZENIA
CIEPŁA - ABSORBER STALOWY
oooocooooooo
5. BADANIA KOLEKTORÓW
SŁONECZNYCH ZGODNIE Z EN i PN
5.1. Normy europejskie i polskie dotyczące
kolektorów słonecznych oraz instalacji
z nimi związanych
Każde urządzenie wprowadzane do użytku musi posiadać stosowne dopuszcze
nia i być zgodne z określonymi normami. Dotyczy to również kolektorów słonecz
nych oraz kompletnych słonecznych systemów grzewczych. Producenci oraz firmy
dystrybuujące kolektory słoneczne i ich poszczególne komponenty systemu, zleca
ją uprawnionym instytucją certyfikującym wykonanie badań zgodnie z obowiązują
cymi normami.
W Unii Europejskiej i w Polsce wykorzystywane są następujące normy, doty
czące kolektorów słonecznych oraz instalacji solamych:
• PN-EN ISO 9488:2002. Energia słoneczna - Terminologia.
• PN-EN 12975-1:2007. Cieplne instalacje słoneczne i ich elementy - Kolek
tory słoneczne - Część 1. Wymagania ogólne.
• PN-EN 12975-2:2007. Cieplne instalacje słoneczne i ich elementy - Kolek
tory słoneczne - Część 2. Metody badań.
• PN-EN 12976-1:2007. Cieplne instalacje słoneczne i ich elementy - Urzą
dzenia wykonywane fabrycznie - Część 1. Wymagania ogólne.
• PN-EN 12976-2: 2007. Cieplne instalacje słoneczne i ich elementy - Urzą
dzenia wykonywane fabrycznie - Część 2. Metody badań.
• PN-EN 12977-1:2007 Słoneczne systemy grzewcze i ich elementy - Urzą
dzenia wykonywane na zamówienie - Część 1: Wymagania ogólne.
• PN-EN 12977-2:2007 Słoneczne systemy grzewcze i ich elementy - Urzą
dzenia wykonywane na zamówienie - Część 2: Badania.
• PN-EN 12977-2:2007 Słoneczne systemy grzewcze i ich elementy - Urzą
dzenia wykonywane na zamówienie - Część 2: Metody badań eksploatacyj
nych zasobników słonecznych podgrzewaczy wody.
W normie PN-EN ISO 9488:2002 zdefiniowano podstawowe terminy dotyczą
ce energii słonecznej.
Zdecydowana większość wszystkich badań kolektorów słonecznych, wyko
nywanych przez laboratoria badawcze, dotyczy tylko badań wydajności cieplnej,
głównie przebiegów ich sprawności cieplnej.
106
5.1. Norm y europejskie i polskie dotyczące kolektorów słonecznych
107
Certyfikatem potwierdzającym wysoką jakość kolektorów słonecznych jest cer
tyfikat Solar Keymark. Znak Solar Keymark został wprowadzony przez Europejską
Federację Przem ysłu Solam ego Ciepłego (European Solar Thermal Industry Fede-
ration - ESTIF) we współpracy z Europejskim K omitetem Standaryzacji (European
Comittee for Standardization), którego członkiem jest także Polska. Certyfikat Solar
Keymark świadczy o zgodności produktu z europejskimi normami EN 129775 i EN
12976, a także z normą zarządzania jakością ISO 9000.
5.1.1. Norma PN-EN 12975-1:2007 oraz PN-EN 12975-2:2007
Normy PN-EN 12975-1:2007 oraz PN-EN 12975-2:2007 określają wymaga
nia oraz określają metody badań w celu stwierdzenia trwałości, a także wyznaczanie
trzech m etod badań charakterystyk cieplnych cieczowych kolektorów słonecznych.
Normy przyjmują się w ustalonych lub ąuasi-dynam icznych warunkach cieplnych,
a ponadto opisane są sposoby oraz urządzenia do badań ich trwałości, niezawodno
ści i bezpieczeństwa użytkowania. Badanie kolektorów można przeprowadzać „na
zewnątrz” - wykorzystując naturalne promieniowanie słoneczne lub też „wewnątrz”
- przy pomocy symulatora promieniowania słonecznego.
Normy nie dotyczą kolektorów, które posiadają jednostkę magazynującą jako
integralną ich część wtedy gdy nie można oddzielić proces pozyskiwania ciepła od
procesu magazynowania.
5.1.2. Norm a PN-EN 12976-1:2007 oraz PN-EN 12976-2: 2007
Normy PN-EN 12976-1:2007, PN-EN 12976-2: 2007 opisują wymagania i spo
soby badań kompletnych instalacji grzewczych wyposażonych w kolektory słonecz
ne oraz metodę oszacowania rocznej wydajności cieplnej instalacji. W niniejszych
normach zamieszczono również dwie metody wyznaczania charakterystyk ciepl
nych poprzez badanie całego układu.
Wymagania norm stosuje się do fabrycznych systemów grzewczych ja k do po
jedynczego produktu. Nie omówiono instalacji tych systemów, ale podano wyma
gania dotyczące dokumentacji montażu i użytkowania, dostarczonych wraz z solar-
nym systemem.
Ze względu na raczej niekorzystne warunki nasłonecznienia są raczej rzadko
stosowane w naszych szerokościach geograficznych, natom iast są bardzo popularne
w krajach Europy Południowej.
5.1.3 PN-EN 12977-1:2007, PN-EN 12977-2:2007
oraz PN-EN 12977-3:2007
N orm y te dotyczą wymagań i badań instalacji wykonanych na zamówienie czyli
zestawów solarnych nie mających przeprowadzonych badań jako całości.
Kolektory słoneczne muszą być wyprodukowane z odpowiednich materiałów
i być wykonane w taki sposób aby posiadały odporność na wszystkie oddziaływania,
108
5. Badania kolektorów słonecznych zgodnie z EN i PN
jakie mogą wystąpić w trakcie ich eksploatacji a jednocześnie winny po wystąpieniu
takiego oddziaływania zachować zdolność do dalszego działania.
N orm a PN-EN 12977-3 ma zastosowanie do zasobników o nominalnej pojem
ności w zakresie 501 a 30001, jednakże norm a ta nie m a zastosowania w przypad
ku zasobników dwufunkcyjnych. Badania wydajności zasobników dwufunkcyjnych
są określone w prCEN/TS 12977-4. Norma ta powołuje dokumenty: EN 12828, EN
12897, EN ISO 9488:1999 oraz ISO 9459-5.
5.2 Kolektory słoneczne jako obiekt badań
5.2.1. Schemat blokowy obiektu badań
Przed badaniem kolektorów słonecznych, należy najpierw zebrać odpowiednie
dane dotyczące kolektorów jak i też warunki eksploatacyjne.
KOLEKTOR
SŁONECZNY
Rys. 5.1
Schemat blokowy określający własności kolektora słonecznego.
Parametry X n (parametry wejściowe), badane, zmienne:
• temperatura otoczenia t 0 [°C],
• temperatura płynu na w locie do kolektora t;n [°C],
• natężenie promieniowania słonecznego G [k K /m 2],
• masowe natężenie przepływu czynnika m [ k g / s ] ,
• kąt padania składowej bezpośredniej promieniowania słonecznego 9 [°],
• prędkość powietrza przepływającego równolegle do płaszczyzny osłony ko
lektora v [ m /s \ .
Parametry Yk (parametry wyjściowe: cieplne, energetyczne, przepływowe),
optym alizowane:
• sprawność V [—],
• sprawność optyczna t
)0 [—],
• liniowy współczynnik strat ciepła
[ W / m 2K \ p rzy ( t m — t a ) =
0,
• nieliniowy współczynnik zależności strat ciepła
od temperatury a
2 [ W / m 2K],
• strumień energii użytecznej Qs [W ],
• strumień strat ciepła Qstr [W ],
• temperatura czynnika na wylocie z kolektora t e [°C].
Parametry stałe Z m (Z m = c o n s t ):
• powierzchnia absorbera kolektora A
a
[m ],
• powierzchnia brutto kolektora A c [ m 2],
• powierzchnia czynna (apertury) A a [m 2],
• ciepło właściwe cieczy roboczej cw \J/ k g K \ ,
• współczynniki absorpcji i emisji prom ieniowania dla absorbera a,s,
• transmisyjność osłony r [ W / m 2K],
Szumy S; - czynniki wpływające w m ałym stopniu na wiarygodność modelu
(np. obliczeń), trudne do zidentyfikowania.
5.2.2. Model m atematyczny obiektu badań
Model matematyczny obiektu badań:
K
J
V
7 1 7 ^
_
S Z U m y
Yk = f ( X v X 2
X n _ 1, X n )
M odel matematyczny 1° (liniowy) - badania rozpoznawcze:
n
_ n
Yk
= b 0 + ^
b f l i + ^
bi]X iX j
i=i
i= i
7 = 1
M odel matematyczny 11° (nieliniowy) - badania optymalizacyjne
n
7 i
n
Yk = b 0 + ^
b iX i + ^
b ijX iX j + ^
b u X f
1= 1
i
= 1
i= l
7=1
5.2 Kolektory słoneczne jak o obiekt badań
1 0 9
(5.1)
(5.2)
(5.3)
(5.4)
110
5. Badania kolektorów słonecznych zgodnie z EN i PN
5.3 Badania eksploatacyjne
kolektorów cieczowych
N orm a podaje trzy warianty badania charakterystyki kolektorów słonecznych,
dla kolektorów słonecznych z osłoną stosuje się wariant pierwszy i trzeci:
• Kolektory słoneczne z osłoną w warunkach stanu ustalonego
(z uwzględnieniem spadku ciśnienia).
• Kolektory słoneczne bez osłony w warunkach stanu ustalonego
(z uwzględnieniem spadku ciśnienia).
• Kolektory z osłoną i bez osłony w warunkach ąuasi-dynamicznych.
Badanie ma na celu wyznaczenie krzywej sprawności oraz związanej z nią krzy
wej opisującej moc kolektora przy określonym promieniowaniu słonecznym.
N a wykresie charakterystyki przedstawiono przebieg sprawności przetwarza
nia promieniowania słonecznego na ciepło w zależności od tzw. temperatury zredu
kowanej kolektora słonecznego 7 ^ , czyli różnicy średniej temperatury w kolekto
rze i temperatury otoczenia, uwzględniając natężenie prom ieniowania słonecznego.
Wykres ten stanowi podstawę do oszacowania wydajności cieplnej badanego kolek
tora słonecznego. Problematyczne jest, to że norm a PN-EN 12975-1 „W ymagania”,
stwierdza, że kolektor powinien posiadać taką charakterystykę, natom iast nie okre
śla jej minimalnych parametrów.
Daje to pole do dowolności w porównywaniu kolektorów pomiędzy sobą,
zwłaszcza w organizowanych przetargach. Większość producentów porównuje m ię
dzy sobą sprawność optyczną, czyli sprawność w chwili, kiedy tem peratura zredu
kow ana jest równa temperaturze otoczenia i straty ciepła są ograniczone do m ini
mum (przecięcie krzywej z osią rzędnej). Wartość ta niestety ale nie decyduje o rze
czywistej wydajności cieplnej kolektora słonecznego (tzn. parametru najbardziej in
teresującego potencjalnego użytkownika).
Obecnie rozwiązaniem tego problemu je st podany na stronie internetowej ES-
TIF-u przykładowy zestaw przebiegów sprawności typowych kolektorów (otrzyma
nych jako średnia z licznych badań przeprowadzanych przez laboratoria badawcze
- http://www.estif.org/solarkeymark/theory/eff-en.xls) i możliwość po wstawieniu
danych otrzymanych z badań charakterystyki posiadanego kolektora (zielone pola
i zielona krzywa) oraz porównania jego charakterystyki z podanymi. I tak: czerwona
krzywa określa przebieg sprawności dla typowego kolektora próżniowego - czarna
płaskiego, zaś niebieska dla kolektora słonecznego bez osłony. Zaleca się, aby uzy
skana krzywa badanego kolektora znajdowała się powyżej krzywej charakterystyki
odniesienia danego typu kolektora (rysunek 5.2).
S p ra w n o ść kolektora
5.3 Badania eksploatacyjne kolektorów cieczowych
111
Wprowadzić dane w zielonych polach
Sprawność optyczna, nO:
I H M J -
Współczynnik strat ciepła przy (Tm - Ta) = 0, a1:
E JW / (m 2*K)
Współczynnik zależności strat ciepła od temperatury, a2:
IÆ!£üJw/(m2*K2)
Różnica temperatur pomiędzy cieczą w kolektorze, a otoczeniem, Tm - Ta:
50,0
H
I
Natężenie promieniowania słonecznego na powierzchnię kolektora, G:
K m il w / m 2
Sprawność kolektora, n:
0,519|-
Typowe sprawności kolektorów
Tm-Ta [K]
P r ó ż n io w y
Plaski — ■ B ez osłony
W g wprowadzonych danych
Jan Erik Nielsen, ESTIF, 2006
Rys. 5.2 Sprawność kolektorów [38],
Problem ten ma być w pewien sposób rozwiązany poprzez wprowadzenie nor
m y prEN 15316-4.3:2006 - Heating Systems in buildings - Method for calcula-
tion o f system energy requirem ents and system efficiencies. Przedstawiona zostanie
w jednoznaczny sposób metoda i założenia do program u symulacyjnego do oblicza
nia wydajności cieplnej kolektorów słonecznych dla konkretnych, wybranych loka
lizacji i w oparciu o otrzymane z badań parametry cieplne kolektora słonecznego
oraz referencyjną instalację.
5.3.1. S chem at i opis stanow iska pom iarow ego
Stanowisko pomiarowe (rysunek 5.3) powinno być tak zbudowane aby umożli
w ić w yznaczania charakterystyk cieplnych, dzięki pomiarze oraz rejestracji wym a
ganych do tego danych. Odczytanie prom ieniowania słonecznego odbywa się na pi-
ranometrze (19). Kąt padania bezpośredniego prom ieni słonecznych na powierzch
112
5. Badania kolektorów słonecznych zgodnie z EN i PN
nię kolektora wyznaczana się za pomocą urządzenia (24). W celu wyznaczenia pro
mieniowania cieplnego na aperturze stosuje się pyrgeom etr (20). Czujniki tem pera
tury odczytujące temperaturę czynnika grzewczego z w yjścia jak i tez z wejścia po
w inny być zlokalizowane nie dalej niż 200 m m od kolektora. Czujniki te powinny
być także zanurzone w czynniku roboczym oraz dobrze zaizolowane, zaleca się mie
szanie czynnika.
Rys. 5.3
Schemat stanowiska pomiarowego do badania charakterystyk cieplnych kolek
torów słonecznych. 1 - Czujnik temperatury powietrza otaczającego
(ta),
2 - Czujnik temperatury (le),
3
- Odpowietrzenie,
4
- Rura zaizolowana, 5 -
Kolektor słoneczny,
6
- Podgrzewacz/oziębiacz do podstawowej kontroli
temperatury, 7 - Manometr, 8 - Zawór bezpieczeństwa, 9 - Naczynie zbior
cze, 10 - Pompa, 11 - Zwór obejściowy, 12 - Zwór regulacji przepływu,
1 3 - Filtr (200pm), 1 4 -W ziernik, 1 5 -Przepływ om ierz,
1 6
-W tó rn y regulator
temperatury, 17 - Generator sztucznego wiatru, 18 - Czujnik temperatury
19 - Pyrgeometr, 20 - Pyranometr, 21 - Anemometr.
5.3 B adania eksploatacyjne kolektorów cieczowych
113
5.3.2 W ym agane w a ru n k i b a d a n ia
N orm a podaje warunki w jakich powinno się przeprowadzać miarodajne wyniki,
• niebo powinno być przejrzyste,
• natężenie promieniowania słonecznego powinno wynosić
minimalnie 700 [W/m2],
• promieniowania rozproszonego jeśli jest w iększy niż 30% to należy zanie
chać badanie, przy udziale mniejszym niż 30% promieniowanie rozproszo
ne m ożna pominąć,
• dla kolektorów płaskich kąt padania nie powinien przekraczał
20°,
• strumień czynnik a roboczego powinien wynosić ok.
0,02 [kg/s] na metr
kwadratowy powierzchni aparatury kolektora,
• odchylenia wartości przepływu powinny nie przekraczać ±
1 %,
• średnia prędkość w iatru powinna wynosić 2-4 [m/s].
Pomiary m ożna przeprowadzać wówczas gdy nastąpi ustalenie się wszystkich
parametrów. Czas minim alny rozpoczęcia pomiarów jest równy co najmniej cztero
krotnej wartości stałej czasowej gdy stała nie jest znana pomiary można przeprowa
dzać po 15 minutach. Pomiary powinny trwać także wartości czterokrotnej stałej cza
sowej lub minim um 10 minut. Za stan ustalony uznaje się stan układu gdy określone
parametry w czasie pomiarów m ieszczą się dopuszczalnych odchyleniach, w tabeli
5.1 zawarto dopuszczalne odchylenia jakie przewiduje norma dla stanu ustalonego.
Tab. 5.1 Dopuszczalne odchylenia mierzonych wartości parametrów
ze względu na stan ustalony [15].
Parametr
Dozwolone odchylenie od wartości średniej
Natężenie promieniowania słonecznego
G
=
± 5 0
W / m 2
Temperatura powietrza otaczającego
(w pomieszczeniu)
ta = ± l K
Temperatura po otaczającego
(na zewnątrz)
ta
=
± 1,5
K
Strumień masy płynu
m
=
± 1 %
Temperatura płynu na wlocie
do kolektora
t;„
=
± 1
K
5.3.3 Przebieg b a d a n ia
A by wyznaczyć charakterystykę cieplną kolektora należy badać kolektor w za
kresie jego temperatury pracy w warunkach czystego nieba. Punkty pomiarowe, na
114
5. Badania kolektorów słonecznych zgodnie z EN i PN
leży wyznaczyć co najmniej dla czterech wartości temperatur na wlocie do kolekto
ra w równych odstępach między ich wartościami. Dla pierwszego punktu pomiaro
wego tem peratura na w locie t;n , temperatura powinna być jak najbliższa tem pera
turze otoczenia t a (dopuszczalna jest różnica ± 3 [°C]). Punkt ten służy do wyzna
czenia sprawności optycznej kolektora r)0 . Ostatni punkt pomiarowy powinien być
tak przeprowadzony aby zredukowana różnica temperatury T ^ była rów na nie mniej
niż 0,09. Dla każdej temperatury na wlocie należy dobrać nie mniej niż cztery punk
ty pomiarowe. W efekcie otrzyma się 16 punktów pomiarowych, na podstawie któ
rych będzie można wyznaczyć charakterystyki cieplne kolektora. D la kolektorów
o stałym zamocowaniu wskazane jest przeprowadzenie tak pomiarów aby tyle samo
punktów pomiarowych wykonać przed południem co po południu danego dnia.
Każdy punkt pomiarowy powinien się składać z następujących wartości zmie
rzonych:
• temperatura otoczenia t a [°C],
• temperatura czynnika roboczego na wlocie do kolektora tin [°C],
• temperatura czynnika roboczego na wylocie z kolektora t e [°C],
• strumień masy czynnika roboczego m [ k g / s ] ,
• kąt padania składowej bezpośredniej promieniowania słonecznego 9 [°] (kąt
ten m ożna również wyznaczyć z obliczeń),
• natężenie promieniowania całkowitego
na powierzchnię kolektora G [ W / m 2],
• prędkość powietrza przepływającego równolegle do płaszczyzny osłony ko
lektora v [ m /s ] ,
5.3.4. W yznaczenie charakterystyk cieplnych kolektora słonecznego
Moc użyteczna jest określona wzorem:
Q = rhC fA T [W ]
(5.5)
gdzie:
m [ k g / s ] - przepływ masowy cieczy roboczej,
Cf
_ c’eP^° właściwe cieczy roboczej (odczytać z tablic),
AT = t e — t in [/ć] — różnica temperatur cieczy pomiędzy w ylotem a wlotem
z kolektora,
AT
t m = tjn + — [°C] — średnia temperatura płynu w kolektorze.
Energia promieniowania słonecznego Q na powierzchni kolektora jest wyrażo
na wzorem:
Qs = AG [W ]
(5.6)
N atom iast energia słoneczna przechwycona przez kolektor:
Q = A G g
[W ]
(5.7)
gdzie:
AG - pozyskana energia słoneczna, gdzie powierzchnia jest: powierzchnia ab
sorbera A
a
(jeśli odnosi się do powierzchni absorbera) i powierzchnia aparatury A a
(jeśli dotyczy pola aparatury),
T] — sprawność chwilowa kolektora.
Zestawiając powyższe wzory otrzymuje się w zór na chwilową sprawność ko
lektora, która jest zdefiniowana jako iloraz mocy użytecznej kolektora do mocy pro
m ieniowania słonecznego w danej chwili:
Ó
m C fA T
77=^ = - ^
H
Qs
ag
(58)
Do wyznaczenia charakterystyki wykorzystywana jest tzw. zredukowana różni
ca tem peratur 7 ^ płynu przenoszącego ciepło w kolektorze, temperatura ta uw zględ
nia natężenie promieniowania słonecznego oraz temperaturę otoczenia:
K =
(5 9 )
Podstawową funkcją przedstawiającą sprawność kolektora, w zależności od
temperatury zredukowanej, je st krzywa wyrażona równaniem:
9 = g 0 - a 1T ^ - a 2G ( T ^ ) 2 [ - ]
(5.10)
gdzie:
r)0 — sprawność kolektora słonecznego przy zerowych stratach do otoczenia,
określana jako „sprawność optyczna”, szczytowa wartość sprawności całego kolek
tora wynikająca z sprawności absorbera i szklanej osłony,
a-i [ ~ i ] — liniowy współczynnik start ciepła przy ( t m — t a ) =
0,
a 2
— nieliniowy współczynnik zależności strat ciepła od temperatury.
Charakterystykę opisana powyżej m ożna także odnieść do różnych powierzch
ni, stosując elementarne przekształcenia:
r i
ViA ~ Via T "
(5.11)
n A
i =
0,1 ,2 .
( n —
1 )
5.3 Badania eksploatacyjne kolektorów cieczowych
115
n — ilość punktów pomiarowych
116
5. Badania kolektorów słonecznych zgodnie z EN i PN
Wyznaczenie charakterystyki cieplnej kolektora słonecznego opiera się na po
miarze temperatury czynnika w kolektorze t e oraz temperatury otoczenia t a. Cha
rakterystykę cieplną wykreśla się za pom ocą równania, otrzymanego z równań w y
żej przedstawionych:
Q = AG J?0 “ « i-
- a 2 -
O-m
^ a )
[W ]
(5.12)
5.4 Parametry opisujące stan nieustalony
kolektora słonecznego
N orm a PN-EN 12975-2:2007 poza charakterystyką sprawnościową opisuje tak
że inne parametry cieplne kolektora słonecznego oraz sposoby ich wyznaczania: sta
ła czasowa, pojemność cieplna oraz współczynnik kąta padania.
• Stała czasowa (
t
sc) - jest to czas reakcji warunków cieplnych kolektora sło
necznego na zmiany natężenia prom ieniowania słonecznego spowodowa
ne np. zachmurzeniem. W yznaczenie stałej czasowej polega na wystawie
niu kolektora na działanie promieniowania słonecznego lecz z przykryciem
go odpowiednim ekranem, który m a za zadanie nie przepuszczenie promieni
na kolektor. W czasie gdy kolektor uzyska stabilne warunki cieple ekran jest
zdejmowany. Stała czasowa, je st to okres czasu od momentu zdjęcia ekranu
do momentu osiągnięcia określonej przez normę temperaturę.
• Pojemność cieplna (C ) - kolektora jest wyrażona w postaci sumy iloczynów
masy elementów kolektora wraz z przepływającym przez niego czynnikiem
grzewczym oraz ich ciepła właściwego.
• W spółczynnik kąta padania - współczynniki poprawkowy, współczynnik
ten uwzględnia kąt padania promieni słonecznych na powierzchnie kolekto
ra słonecznego przy wyznaczaniu jego sprawności cieplnej. Kolektory pła
skie są badane przy kącie padania 50°, natomiast kolektory próżniowo-ru-
rowe wykonuje się kilka pomiarów sprawności przy kątach różnych od zera
(np. 30°, 45°, 60°) wzdłużnego i poprzecznego (w stosunku do rur próżnio
wych) padania promieni.
Wyżej wymieniowe param etry pozw alają ocenić czy dany kolektor słoneczny
pracuje prawidłowo.
5.5 Badanie niezawodności cieczowych kolektorów grzewczych
117
5.5 Badania niezawodności cieczowych
kolektorów grzewczych
Norma PN-EN 12975-2:2007 określa poniższe badania:
• Badania odporności absorberów na ciśnienie wewnętrzne
Celem badania jest, określenie zakresu ciśnienia w jakim może pracować absor
ber kolektora słonecznego. Badanie to polega na napełnieniu orurowania absorbe
ra wodą, której tem peratura jest w zakresie 5-30°C oraz do podniesienia ciśnienia do
wartości 1,5 razy wyższej od wartości maksymalnej pracy kolektora. Czas trwania
badania to 15 minut, w tym czasie należy kontrolować absorber, w celu oceny ewen
tualnych uszkodzeń czy pęknięć i przecieków.
• Badanie odporności na wysoką temperaturę
Odporności kolektora na przyspieszony proces starzenia się (badania ekspozy
cyjne); badania prowadzone są przez minimum 30 słonecznych dni o nasłonecznie
niu wynoszącym każdego dnia minimum 14 MJ/m2\ badanie je st przeprowadzane
w okresie 2-5 miesięcy; kolektor nie może ulec jakim kolw iek uszkodzeniom lub wy
kazywać się nieszczelnością;
• Badanie ekspozycyjności
Odporności kolektora na wysoką temperaturę spowodowaną wysokim natęże
niem promieniowania słonecznego i brakiem odbioru ciepła; badanie jest prze-pro-
wadzane przynajmniej przez 1 godzinę przy temperaturze otoczenia minimum 20°C
i natężeniu promieniowania (słonecznego lub pod symulatorem promieniowania)
minimum 950 W /m2. Dodatkowo badanie pozwala na określenie maksymalnej uzy
skiwanej w kolektorze temperatury stagnacji; elementy kolektora nie mogą ulec ja
kim kolwiek uszkodzeniom;
• Badanie zewnętrznego szoku termicznego
Odporności kolektora na nagłe zmiany temperatury wywołane czynnikami ze
wnętrznymi (nagły opad deszczu przy wysokim nasłonecznieniu); kolektor jest do
prowadzany do temperatury zbliżonej do temperatury stagnacji, a następnie gwał
townie schładzany przez spłukiwanie zim ną wodą (symulacja deszczu) wywołuje to
naprężenia obudowy i jej przykrycia, ja k również powstają naprężenia w samym ab
sorberze; w wyniku badań nie mogą wystąpić pęknięcia czy deformacje elementów
kolektora;
• Badanie wewnętrznego szoku termicznego
Odporności kolektora na nagłe zmiany temperatury wywołane nagłym przepły
wem zimnej cieczy podczas gorącego słonecznego dnia; kolektor również jest do
prowadzany do temperatury zbliżonej do temperatury stagnacji, a następnie zim-
118
5. Badania kolektorów słonecznych zgodnie z EN i PN
na woda jest przepuszczana przez kolektor (symulacja załączenia pompy obiego
wej po okresie stagnacji); w wyniku badań nie mogą wystąpić pęknięcia, deforma
cje lub nieszczelności;
• Badanie przeciekania wody deszczowej
Odporności kolektora na przeciekanie wody do wnętrza (np. w skutek inten
sywnego opadu atmosferycznego); symulacja silnego deszczu odbywa się w okresie
4 godzin; przez kolektor przepływa ciepła woda; obudowa kolektora nie może umoż
liwić wnikania wody do wnętrza, ja k również nie powinno wystąpić zaparowanie
powierzchni wewnętrznej przykrycia kolektora; odporności kolektora na niskie tem
peratury (przeprowadzenie kilku cykli zamrażanie - odmrażanie), aż do tem peratu
ry -19°C; jest przeznaczone dla kolektorów, które m ają być stosowane tylko z pły
nem niezamarzającym, a zwłaszcza wyposażonych w systemy z zabezpieczeniem
w postaci opróżniania absorbera;
• Badanie odporności na zamarzanie
Badanie to należy przeprowadzać w komorze zimna, badanie polega na cyklicz
nej zmianie temperatury powietrza w komorze i na końcu każdego cyklu kolektor
powinien być ponownie napełniany wodą pod ciśnieniem roboczym. K olektor po
winien być poprawnie zamontowany oraz nachylony do powierzchni poziomej pod
najm niejszym kątem przewidzianym przez producenta. Jeżeli producent nie określił
takowego kąta kolektor należy ustawić pod kątem 30°;
• Badanie wytrzymałościowe
Obciążenia mechanicznego, którego zadaniem jest symulacje nacisków - do
datniego lub ujemnego (podrywanie) na kolektor słoneczny i jego zamocowanie mo
gące występować w wyniku działania silnego wiatru i zalegania śniegu; zarówno po
krycie kolektora, ja k i jego konstrukcja mocująca nie mogą wykazywać żadnego ro
dzaju deformacji i uszkodzeń.
• Odporność na uderzenie
Odporność powłoki przezroczystej na uderzenia; badanie wykonywane jest
przy pomocy metalowej kulki, o określonej masie, umocowanej na cięgnie, uderza
jącej z pozycji odchylonego do poziomu wahadła, w różne miejsca przykrycia i za
mocowań obudowy kolektora;
6. BADANIA KOLEKTORÓW SŁONECZNYCH,
PRZYKŁADY ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH
6.1. Dydaktyczne Laboratorium Fizyczne
Uniwersytetu Gdańskiego
Wyznaczanie współczynnika sprawności kolektora słonecznego w różnych wa
runkach eksploatacji
6.1.1. Zagadnienia do opracowania.
1. Procesy przenoszenia ciepła:
a) przewodzenie ciepła:
• strumień energii,
• gęstość strumienia energii,
• współczynnik przewodnictwa cieplnego;
b) promieniowanie temperaturowe:
• prawo Kirchhoffa,
• wzór Stefana - Boltzmanna,
• prawo przesunięć Wiena,
• teoria Rayleigha - Jeans'a,
• kwantowa teoria Plancka;
c) dyfuzja:
• konwekcja,
• prawo Ficka.
2. Promieniowanie elektromagnetyczne Słońca.
3. Efekt cieplarniany.
4. Kolektor słoneczny:
a) rodzaje kolektorów;
b) budowa i zasada działania kolektorów słonecznych;
c) sprawność kolektora.
5. Budowa stanowiska pomiarowego oraz przebieg doświadczenia.
6.1.2. Zadania doświadczalne
1.
Zapoznać się z układem pomiarowym przestawionym na rysunek 6.1 oraz
z opisem procedur pomiarowych zamieszczonych w Dodatku.
119
120
6. Badania kolektorów słonecznych, przykłady ćwiczeń Laboratoryjnych
Rys. 5.1. Stanowisko pomiarowe do badania własności kolektora słonecznego: 1 - lampa
halogenowa o mocy 1 kW,
2
- suszarka,
3
- kolektor słoneczny,
4
- sonda termoelektryczna,
5 - pompa wodna z miernikiem przepływu, 6 - zasilacz pompy wodnej, 7 - cyfrowy miernik
temperatury, 8 - rezerwuar z wymiennikiem ciepła
[34].
2. Ustawić kolektor prostopadle do wiązki światła lampy (kąt 00 na skali mocowa
nia kolektora).
3. Dokonać odczytu temperatury t 0 w pomieszczeniu.
4. Wyznaczyć współczynnik sprawności kolektora pracującego w różnych w arun
kach otoczenia, symulujących zjawiska występujące w środowisku, w tym wpływ
temperatury wody w rezerwuarze, obudowy zewnętrznej kolektora, oświetlenia
oraz wiatru (nawiewu zimnego powietrza). W tym celu przeprowadzić serie po
miarów temperatury £)„ na wejściu i t e na wyjściu kolektora oraz temperatury t r
w rezetwuarze dla warunków podanych w tabeli
6.1 i dla dwóch różnych pręd
kości przepływu wody m postępując zgodnie ze szczegółowym opisem pomia
rów w Dodatku.
Tab. 6.1. Symulowane warunki środowiska przy pomiarach [34].
Nr
izolacja
szyba
wiatr
oświetlenie
tin
[°C]
m [cm3 /min]
1.
+
+
-
«10
100
2.
-
-
-
-
«10
100
3.
+
+
-
+
«20
100
4.
-
-
-
«20
100
5.
+
+
-
+
«40
200
6.
+
+
+
+
«40
200
7.
+
-
-
+
«40
200
8.
+
-
+
+
«40
200
6.1. Dydaktyczne Laboratorium Fizyczne U niwersytetu Gdańskiego
121
5. N a podstawie otrzymanych wyników we wspólnym układzie współrzędnych
sporządzić wykresy zależności temperatur tin , t e oraz t r w funkcji czasu.
6. Obliczyć różnice temperatur na wejściu i wyjściu kolektora.
7. Obliczyć wartość współczynnika sprawności kolektora z pomiarów bez
oświetlenia ze wzoru:
to _ t r
ri =
(
6. 1)
gdzie:
0
t 0 - tem peratura otoczenia,
8. Obliczyć wartość współczynnika sprawności kolektora dla pomiarów
z oświetleniem korzystając ze wzoru:
Cw7Tl(te
t i n )
V =
------- ^ -------
(6.2)
gdzie:
t e
- tem peratura wody na wyjściu kolektora,
tin - temperatura wody na wejściu kolektora,
cw - ciepło właściwe wody, cw = 4 1 8 6 J / k g K ,
rń -p rę d k o ść przepływu wody; m = 1 0 0 c m 3/ m i n , m 2 = 2 0 0 c m 3/ m i n ,
A - powierzchnia czynna kolektora, A = 0 ,1 2 m 2,
G - natężenie padającego światła w odległości
70 cm od kolektora,
G = 1 k W / m 2
9. Obliczyć błędy współczynników sprawnościkolektorawyznaczonychzrównań
(1) i (2).
10. Otrzymane wartości sprawności kolektora przedstawić w postaci tabeli.
Przeprowadzić analizę wyników, określając wszystkie czynniki, jakie mogą
mieć wpływ na sprawność urządzenia.
6.1.3 Zestaw przyrządów
1. K olektor słoneczny.
2. Lampa halogenowa o mocy 1 kW.
3. W ymiennik ciepła.
4. Rezerwuar wymiennika.
5. Cyfrowy miernik temperatury.
6. Trzy sondy termoelektryczne.
7. Pompa wodna z zasilaczem.
8. Suszarka.
9. Grzałka.
10. Przymiar metrowy.
11. Stoper.
6.2. Wydział Energetyki i Paliw Akademii
Górniczo-Hutniczej w Krakowie
6.2.1. W ykonanie ćw iczenia
1.
Zapoznaj się z e stanowiskiem pomiarowym, zidentyfikuj najistotniejsze ele
menty układu.
1 2 2
6. B ad an ia kolektorów słonecznych, p rz y k ła d y ćwiczeń L ab o ra to ry jn y ch
6.2. W ydział Energetyki i Paliw A kademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie
123
•
skrzynka rozdzielcza z zaworami;
•
pompy obiegowe -
2 szt.
•
przepływomierze -
2 szt.
•
manometry -
2 szt.
•
elektroniczne sterowniki -
2 szt.
•
ciepłomierz;
•
zaw ory poza skrzynką rozdzielczą;
•
zasobniki na ciepłą wodę.
2. Otwórz skrzynkę rozdzielczą i zapoznaj się z układem połączeń rurowych
i zaworów, zidentyfikuj wodomierz oraz czujniki temperatury zasilania i powrotu.
3. Zapoznaj się z ciepłomierzem i sposobem odczytu jego wskazań
U w aga: ciepłomierz ten je st przeznaczony do pracy w wodnych systemach
grzewczych, w przypadku pracy w systemach używających innego medium nale
ży przeskalować jego wskazania! O sposób przeskalowania zapytaj prowadzącego.
4. Odczytaj wskazania początkowe przyrządów pomiarowych znajdujących się
w instalacji.
• wielkości wskazywane przez ciepłomierz
• wskazanie wodomierza
• FT (fuel temperaturę) temperatura “paliwa“ (medium w kolektorze)
• RT (resem iar temerature) tem peratura w zbiorniku
• przepływy na przepływomierzach
• ciśnienia
• sprawdź czy pracuj ą pompy obiegowe
5. Zapoznanie się z elektronicznym sterownikiem instalacji kolektorowej
• zapoznaj się z instrukcją obsługi sterownika
• przełącz sterownik w tryb manualny:
otwieramy klapkę, naciskamy jednocześnie mode i strzałeczkę (enter) - przy
trzymujemy przez 3 sekundy, włączy się ekran z napisem o ff co oznacza, że pompa
obiegowa jest wyłączona, klawiszem enter zmieniamy stan na on - pompa pracuje.
• ustaw pompę na prace ciągłą.
6. Obsługa skrzynki rozdzielczej z zaworami
• narysuj schemat przepływu cieczy z kolektora płaskiego przez ciepło
mierz do zasobnika - w szczególności zwróć uwagę na ustawienie zaworów
w skrzynce rozdzielczej.
• ustal jakie ma być położenie zaworów, aby przez ciepłomierz przepływała
ciecz z kolektora próżniowego
• pod kontrolą prowadzącego dokonaj przełączenia zaworów
• sprawdź poprawność połączenia
• powróć do połączenia z punktu a)
7. Wypróbuj dławienie pompy
• załącz pompę obiegową na pracę ciągła
124
6. Badania kolektorów słonecznych, przykłady ćwiczeń Laboratoryjnych
• delikatnie zmieniaj położenie zaw oru przy pompie i jednocześnie obserwuj
w skazania odpowiedniego przepływomierza
• zmieniaj ustawienia zaworu od całkowitego zdławienia pompy do m aksy
malnego otwarcia
• ustaw przepływ na 1,5 l/min.
8. Praca instalacji przy zmiennym przepływie medium grzewczego
• wyniki pomiarów wykonanych w tym punkcie zapisuj do tabeli
6.2
• ustaw przepływ przez ciepłomierz z kolektora płaskiego
• przełącz sterownik na pracę ręczna, pom pa włączona
• sprawdź wartość przepływu, jeśli różna to ustaw na 1,5 l/min
• odczytaj odpowiednie wskazania i zapisz wyniki do tabeli
6.2
• po 5-ciu minutach zmień wartość przepływu na kolejną wartość, odczekaj
następne 5 minut, uzupełnij tabelę 1 i postępuj tak aż do wypełnienia całej
tabeli
• uwaga: pod tabelą zawarte są wskazówki odnośnie wpisywania odczytów
pomiarowych.
• uzyskaj od prowadzące informację odnośnie odczytów natężenia prom ienio
w ania słonecznego
9. Pomiary dla kolektora próżniowego
• ten punkt polega na wykonaniu analogicznych pomiarów j .w. - dla kolekto
ra próżniowego
• wróć do przepływu 1,5 l/m
• ustaw sterownik kolektora płaskiego na prace automatyczną
• przestaw przepływ przez ciepłomierz z kolektora próżniowego
• odczekaj
10 minut
• wykonaj analogiczne pomiary ja k w punkcie
8, z tym, że pracuj na tej części
instalacji, która obsługuje kolektor próżniowy
10. Zakończenie pomiarów
• Wróć do przepływu 1,5 l/m
• przestaw sterownik kolektora próżniowego na tryb automatyczny
• przestaw przepływ przez ciepłomierz z kolektora płaskiego
11. Sprawdź poprawność pracy instalacji po zakończeniu ćwiczenia, przed
opuszczeniem stanowiska!
• sterowniki obu kolektorów muszą pracować w trybie automatycznym,
• przepływy dla obydwu kolektorów powinny wynosić 1,5 l/m (uwaga: to
może nie być możliwe do sprawdzenia jeżeli w danej chwili pompa obiego
w a nie pracuje, wtedy należy się upewnić czy zawory dławiące pomp nie są
całkowicie zamknięte)
• sprawdź w skrzynce rozdzielczej czy układ zaworów umożliwia odbiór cie
pła z obydwu kolektorów
6.2. W ydział Energetyki i Paliw Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie
125
C
o
CU
i? 00
OJ -E $ Q) zr
C
5 o 5 E
2 TO E
o
o
23 3
(U
5 5 ' E
u
tu > o o
e
O "o-
c
a o j
3 ra tu
s i l ?
O-
o “
O)
o
O. T3 a> '—*
E p
8
m c - *
O
cd
£
O
u
cd
S
o
Pm
r j
-c
£
-C" O o o
O- § a. -*
ai
—
C c tu i F
co ' F r >
a. m L c
tu ro o £
W
ł "5. TO
a.
5
aj n
■£* ra o .E
Q- M C c
(U
TO
C
C
mejuiod
j n
o
O
h
£
sO
* 3
c?
a.
cd
N
CO
-o
o
&
£
13
o
3
£
o
3
a,
o
&D
<
U
g
* 3
O
o-
cd
c
o
bC
<
U
3
cd
O
h
3
N
cd
W)
cd
O,
£
3
0
cd
1
c
o.
3
O bC
cd bC.U
3 ¿ 4
O,
C
O
¿4
- 3 v3
O O
C l. ¿ 4
(U £
M D
h
O h
I ©
I
b0
cd
jd
£
Cd
O °
O N
N
cd
¿4
3
§
'O
tu
£ o
o
6
-8
U £
:
e
a
tU 3
3
3
8 Oh
-
3
- - 3
O tu
'O
O
h
O
s |
ca
N
O
O
.
O.
cd §
6 1
u
o, (D tu
C -N
£
^
^
-
O h 1
°
o
tu
cd C/D
£
3
M
d
^ I -
? N
2
O-
« O °
N £
O
h
O
^
E
ca ;
N
§ •
i
1
i
- E
* -M
.2 a- s
5 y &
• - R 3
o ca S
XI N
U
g I £
■ § ! > •
C/D
^ (U .
3 CU ‘3
N
3
3 * 3
> <u
<u .
'<3- 'W
"o S ‘3
3
-C/D
tu 3
'£ s
”3
>
tu ^
2 «
(U
3
- 3
<U
O
o
£
0£
.
w cd
fa o £
£
2 I
& £
1 2 6
6. Badania kolektorów słonecznych, przykłady ćwiczeń Laboratoryjnych
6.2.2. Opracowanie wyników pomiaru
a) Porównaj wartości przepływu medium grzewczego wyznaczone trzema sposo
bami, przeprowadź dyskusję ewentualnych rozbieżności biorąc pod uwagę, kon
strukcję wodomierza, przepływomierza oraz uwzględniając fakt, że wskazania
przepływu na ciepłomierzu obliczane są wg w skazań wodomierza, który wysyła
do ciepłomierza jeden impuls po przepływie jednego litra medium. Który rodzaj
pomiaru je st Twoim zdaniem najdokładniejszy i dlaczego?
b) Porównaj moc wskazywaną przez ciepłomierz z mocą obliczoną. Jaka je st do
kładność obu tych wartości, tzn., która wartość je st dokładniejsza i dlaczego.
c) Jeżeli w trakcie pomiaru zmieniła się tem peratura wody w zasobniku, wyznacz
przyrost temperatury i oblicz przyrost zgromadzonego ciepła w zasobniku (uwa
ga: jeżeli w trakcie pojedynczego pomiaru tem peratura się nie zmieniła to należy
sprawdzić czy zmiana nastąpiła w trakcie wszystkich punktów pomiarowych).
d) Sprawdź czy zgada się ilość ciepła obliczona z punktu c) i obliczona na podsta
wie mocy z punktu b) pomnożona przez czas pomiaru. W przypadku rozbieżno
ści przeprowadź odpowiednią dyskusję.
6.3 Instytut Podstawowych Problemów
Techniki Polskiej Akademii Nauk w Warszawie
6.3.1 Sporządzenie charakterystyk przepływowych i termicznych
We wszystkich pomiarach kolektor ustawiony był pod kątem 50° względem po
ziomu. Wydatek wody zasilającej kolektor w trakcie pomiarów charakterystyk ciepl
nych w funkcji temperatury wody podawanej do kolektora ustalony był na pozio
mie 0,0339 ± 0,0005 litra na sekundę, co odpowiada zalecanej w normach wartości
0,02 kg/s na każdy m etr kwadratowy powierzchni absorbera kolektora. Woda prze
pływająca przez kolektor krążyła w obiegu zamkniętym z ultratermostatem, w któ
rym stabilizowano temperaturę wody podawanej do kolektora. W szystkich pomia
rów dokonano dla średniej gęstości strumienia promieniowania G = 700 ± 10 W /m
2
mierzonej w płaszczyźnie zewnętrznej powierzchni pokrycia frontowego kolektora.
Temperatura powietrza w pomieszczeniu laboratoryjnym była zmienna w trakcie po
szczególnych pomiarów w zakresie 25
28 °C w zależności od aktualnych w arun
ków meteorologicznych. We wszystkich pomiarach wentylatory ustawione obok ko
lektora wymuszały ruch powietrza wzdłuż powierzchni napromieniowanej kolekto
ra ze średnią prędkością
1 m/s.
Dla znalezienia zależności sprawności kolektora od wydatku masowego wody
przepływającej kanałami kolektora wykonano pomiary zasilając kolektor wodą sie
6.3 Instytut Podstawowych Problem ów Techniki Polskiej A kadem ii N auk w Warszawie
12 7
ciową bez podgrzewania. Wydatek masowy w trakcie badań był zmieniany w za
kresie od 0,00623 do 0,0432 kg/s (od 22,4 kg/h do 155,4 kg/h, zaś w przeliczeniu
na jednostkę powierzchni absorbera 12,86 do 89,2 kg/hm2). Temperatura wody za
silającej kolektor ulegała wahaniom zależnie od wydatku i aktualnej temperatury
wody wodociągowej w granicach od 20,5 do 22,3°C. Zanotowane w trakcie pom ia
rów przyrosty temperatury wody w kolektorze zmieniały się od ok. 28 do 5°C, pod
czas gdy tem peratura otoczenia oscylowała pomiędzy wartościami 25 a 26°C. M oż
na więc przyjąć, że średnia tem peratura w ody w kolektorze w trakcie zdejmowania
charakterystyki w funkcji wydatku masowego była zbliżona do temperatury otocze
nia, czyli wyliczone wartości sprawności kolektora są sprawnościami maksymalny
mi dla danych wydatków.
Zarówno przy pomiarach w funkcji wydatku, ja k i temperatury wody na wlo
cie, po każdej zmianie warunków pracy kolektora, odczekiwano do osiągnięcia sta
nu ustalonego układu (brak zmian temperatury wody opuszczającej kolektor). N a
stępnie rejestrowano w odstępach jednom inutowych wskazania przyrządów przez
okres przynajmniej
20 minut.
O ile we właściwym okresie pomiarowym nie nastąpiło istotne zachwianie sta
nu równowagi termicznej układu, pomiar taki uznawano za prawidłowy, a do dalsze
go opracowania przyjmowano wartości średnie z okresu pomiarowego. W przypad
kach przeciwnych procedura osiągania stanu równowagi termicznej była powtarzana.
W sumie uzyskano 14
(6 dla charakterystyk w funkcji wydatku i 8 dla charakte
rystyk w funkcji temperatury) punktów pomiarowych w 5 wykonanych seriach po
miarowych. Zbiorcze wyniki pomiarów i obliczeń przedstawiono w tabelach 6.3 i 6.4.
6.3.2. Charakterystyki w funkcji tem peratury wody
Tab. 6.3. Zbiorcze (uśrednione) wyniki pomiarów i obliczeń
charakterystyki cieplnej kolektora [35]
tin
te
to
G
Quż
Tl
iT
i
r-t
-
O (tm - t 0) / G
■
a
■
9
° c
W / m 2
w
-
K
m 2K / W
20,92
27,75
25,63
698,9
970,3
0,797
-1,29
-0,00184
25,20
31,90
26,15
699,3
951,6
0,781
2,40
0,00343
26,49
33,17
26,45
695,0
948,9
0,784
3,38
0,00487
51,88
57,63
25,78
709,1
817,0
0,661
28,97
0,04086
58,59
63,95
27,02
707,9
760,7
0,617
34,26
0,04839
72,23
76,80
27,30
689,5
648,6
0,540
47,21
0,06846
87,39
91,31
28,12
696,5
558,0
0,460
61,23
0,08791
91,30
95,17
28,20
703,6
549,9
0,449
65,04
0,09244
128
6. Badania kolektorów słonecznych, przykłady ćwiczeń Laboratoryjnych
gdzie:
t in - temperatura wody podawanej do kolektora [°C]
t e - temperatura wody opuszczającej kolektor [°C]
t 0 - temperatura otoczenia [°C]
t m - średnia temperatura czynnika w kolektorze [°C]
Wartości ciepła dostarczonego, użytecznego i sprawności w powyższej tabeli
zostały wyliczone zgodnie z podanymi poniżej zależnościami (przy przyjęciu ozna
czeń identycznych ze stosowanymi w [
1]):
Ciepło dostarczone do zewnętrznej powierzchni kolektora Qs-
Qs = AG
(6.3)
gdzie:
A = 1,742 m
2 - powierzchnia absorbera kolektora.
Ciepło użyteczne odebrane przez przepływającą przez kolektor wodę Q:
Q = m c w ( t e - t in)
(6.4)
gdzie:
cw = 4 1 8 7 [ / / k g K ) — ciepło właściwe wody
m [ k g / s ] - wydatek masowy wody
Sprawność cieplna kolektora rj:
= Q_
V
Qs
(6.5)
Ostatnia kolumna tabeli 1 zawiera wartości zredukowanej różnicy temperatury
zdefiniowanej jako:
T * _ t m ~ ta
l m ~
q
(
6-6)
Wielkości wynikowe z powyższej tabeli zostały przedstawione graficznie na ry
sunku.
6.3 Instytut Podstawowych Problem ów Techniki Polskiej Akademii Nauk w W arszawie
129
Rys. 6.3 Zależność sprawności kolektora w funkcji temperatury zredukowanej [35],
Rysunek 6.3 przedstawia zależność sprawności kolektora od zdefiniowanej po
wyżej zredukowanej różnicy temperatury. Standardowo przyjęto w literaturze opi
sywać taką zależność linią prostą wynikająca z równania Hottela - Whilliera - Blis-
sa [3] dla stanu ustalonego kolektora:
r] = F '{ T a ) e - F ' U L t^
^
(6.7)
gdzie:
F ' - współczynnik efektywności absorbera będący m iarą doskonałości kon
strukcji absorbera jako w ym iennika ciepła;
( t a ) e - efektywny współczynnik transmisyjno-absorpcyjny, będący w przybli
żeniu iloczynem transmisyjności osłony przezroczystej i absorpcyjności powierzch
ni absorbera dla promieniowania długofalowego;
UL - średni w zakresie temperatury pracy kolektora łączny współczynnik strat
cieplnych kolektora odniesiony do jednostki powierzchni absorbera.
Linia prosta na rys. 2 jest linią regresji liniowej punktów pomiarowych na po
ziomie ufności 90% i opisuje ją równanie:
77 = 0 ,7 9 8 — 3 ,7 6 1*
(
6.8)
ze współczynnikiem korelacji
r
= 0,998.
Przybliżenie funkcji sprawności cieplnej krzywą drugiego stopnia daje wynik
77 = 0 ,7 9 5 - 3 ,2 8 1 t* - 5 ,4 0 4 (t* )2
(
6.9)
ze współczynnikiem korelacji R = 0,998.
130
6. Badania kolektorów słonecznych, przykłady ćwiczeń Laboratoryjnych
Podane powyżej wzory definiuj ą sprawność kolektora odniesioną do po
wierzchni absorbera (sprawność netto), nie zaś do powierzchni zajmowanej przez
obrys zewnętrzny kolektora. Chcąc określić sprawność brutto (stosunek ciepła uży
tecznego do energii promieniowania docierającego do całej powierzchni kolekto
ra), należy sprawność netto przemnożyć przez współczynnik będący stosunkiem po
w ierzchni absorbera do powierzchni zajmowanej przez obrys zewnętrzny kolektora.
W przypadku badanego kolektora współczynnik ten wynosi 0,82.
Z podanych powyżej równań charakterystyk cieplnych kolektora m ożna w nio
skować, że maksymalna sprawność netto badanego kolektora wynosi blisko 80%
przy średniej temperaturze czynnika w kolektorze równej temperaturze otoczenia
i przy tylko składowej bezpośredniej prom ieniowania pochłanianego przez kolektor.
Wartość iloczynu współczynnika efektywności absorbera F ' przez zastępczy
współczynnik strat UL (mylnie powszechnie utożsamiana z samym tylko współczyn
nikiem strat UL) uśredniona dla zakresu tem peratur eksploatacji
20°C < t f < 90°C
(6.10)
wynosi dla badanego kolektora (współczynnik
w aproksymacji liniowej w y
ników pomiarów)
F 'U
l
= 3 ,7 6 [ W / m 2K \
(6.11)
Różny od zera (ujemny) współczynnik przebiegu krzywej sprawności (aprok
symacja paraboliczna)
c2 = - 5 , 4 0 4 [ W / m 2K]
(6.12)
wskazuje, że zastępczy współczynnik strat ciepła uL jest słabą funkcją różni
cy temperatury kolektora i otoczenia (rośnie wraz ze wzrostem różnicy temperatu
ry). Fakt ten należy uwzględniać przy szacowaniu zysków energetycznych kolekto
ra przy jego eksploatacji w zakresie wyższych temperatur pracy przy równocześnie
niewielkich wartościach strumienia promieniowania, co wynika bezpośrednio z za
leżności:
F 'U
l
= 3 ,2 8 1 + 5 ,4 0 4 t* = 3 ,2 8 1 + 5 , 4 0 4 ^ — ^ [ W / m 2K \ (6.13)
G
Wyznaczona z równania parabolicznego maksymalna możliwa do osiągnięcia
w kolektorze nadwyżka zredukowanej różnicy temperatury roboczej ponad tem pera
turę otoczenia (w momencie, gdy sprawność kolektora spada do zera) wynosi:
t* = 0 ,1 8 6 [W m 2K ]
(6.14)
co przy średniej gęstości strumienia promieniowania w pomiarach równej oko
ło 700 W /m
2 odpowiada maksymalnej możliwej do osiągnięcia temperaturze płynu
w kolektorze przewyższającej o 130,2°C temperaturę otoczenia.
6.3.3. Charakterystyki w funkcji wydatku
W tabeli 6.4 zestawiono uśrednione wyniki pomiarów i wyliczone wartości (cie
pło użyteczne, sprawność) serii pomiarowych mających na celu sporządzenia charak
terystyk cieplnych kolektora w funkcji wydatku wody. Ciepło dostarczone, użyteczne
i sprawność kolektora były wyliczane w sposób analogiczny, jak opisano uprzednio.
6.3 Instytut Podstawowych Problem ów Techniki Polskiej Akadem ii N auk w W arszawie
131
Tab. 6.4 Zbiorcze (uśrednione) wyniki pomiarów i obliczeń charakterystyki
kolektora w funkcji [35].
tin
t e
t 0
G
rh
Quż
AT
° c
° c
° c
W / m 2
k g / s
w
-
K
22,24
50,31
25,59
687,1
0,006227
731,9
0,611
28,07
22,09
41,24
25,79
682,6
0,010843
869,7
0,731
19,16
21,98
36,06
26,03
690,8
0,015459
911
0,757
14,08
21,23
30,62
25,75
699,1
0,024691
971
0,797
9,39
20,92
27,75
25,63
698,9
0,033923
970,3
0,797
6,83
20,6
25,93
25,69
705,7
0,043155
962,2
0,783
5,33
° '
8.00
0.01
0.02
0.03
0.04
O.oŁ
Wydatek masowy [kg s'1]
Rys. 6.4 Zmiana sprawności i przyrostu temperatury wody w kolektorze w funkcj i wydatku [35].
Maksymalna kolektora rośnie dosyć szybko w zakresie wzrostu małych wydat
ków czynnika przepływającego kolektorem aż do wartości ok. 0,0025 kg/s i praktycz
nie pozostaje niezmienna powyżej tej wartości. Fakt ten można tłumaczyć tym, że prze
pływ przez kolektor odbywa się tylko jedną rurką o kształcie zwiniętej serpentyny
i każdy nawrót kanału przepływowego turbulizuje przepływ, przez co wpływ wydat
ku masowego na współczynniki przejmowania ciepła od ścianek kanału jest niewielki.
132
6. Badania kolektorów słonecznych, przykłady ćwiczeń Laboratoryjnych
6.4 Badania instalacji solarnych w Laboratorium
Odnawialnych Źródeł Energii w Zespole Szkół
Elektrycznych nr 1 w Krakowie
W laboratorium OZE w ZSE nr 1 dokonuje się analizy pracy kolektorów sło
necznych poprzez rejestrację m.in.: temperatur, energii dostarczanej przez instala
cje solam e z kolektorów (rurowych próżniowych, płaskich próżniowych, płaskich).
Wyniki pomiarów zapisywane są w serwerze. Na tej podstawie dokonuje się analizy
pracy systemów solarnych do celów dydaktycznych. N a podstawie wyników badań
m ożna stwierdzić w przybliżeniu ile energii cieplnej dostarczają różne typy kolekto
rów w określonym czasie w warunkach Małopolski.
Pięć instalacji solarnych pracujących indywidualnie, dostarcza ciepło do pięciu
wymienników każdy o pojemności 300 litrów. Efekt pracy tej instalacji to 1500 li
trów ciepłej wody użytkowej, która zasila łazienki szkoły.
6.4.1. Analiza wybranych wyników badań
, miernik mocy promieniowania słonecznego
\
c
y
temperatura
cieczy w kolektorze
miernik energii
wraz
z oprogramowaniem
serwer
współpracujący
z systemem
komputerowym
przesył danych
temperatura
wody
w zasobniku
zimna woda
Rys 6.5 Instalacja solama, wizualizacja pracy kolektora słonecznego rurowego
w ZSE nr 1 w Krakowie [2]
6.4 Badania instalacji solarnych w Laboratorium Odnawialnych Źródeł Energii
133
Przedmiotem badań je st instalacja solama zasilana przez kolektor rurowy próż
niowy. Posiada on 30 rur z heat-pipe’em o średnicy 58 mm i długości 1800 mm. Wy
miary kolektora to 1990 mm wysokości oraz 2456 mm szerokości, powierzchnia cał
kowita 4,89 m2, czynna powierzchnia absorpcyjna 4,14 m 2.
K olektor je st połączony za pomocą izolowanych miedzianych rurek o przekro
ju 18 mm z wymiennikiem ciepła o pojemności 300 litrów. W skład układu wcho
dzi również pompa solama, naczynie zbiorcze zabezpieczające układ przez prze
grzaniem, zaw ór bezpieczeństwa, miernik energii, sterownik elektroniczny, czujniki
temperatury. Kolektory umieszczone są na dachu w kierunku południowym pod ką
tem 45°. Pomiar parametrów pracy kolektorów rejestrowany jest przez miernik ener
gii cieplnej firmy APATOR-KFAP połączony z serwerem i komputerem. Układem
steruje sterownik firmy Frisko. Pomiaru mocy promieniowania słonecznego doko
nuje się za pom ocą m iernika LB-900, a wyniki zapisywane są na dysku twardym.
Dzięki przeprowadzonym badaniom instalacji solamej otrzymujemy m.in. dane:
uzysk energii (MJ); moc (kW); temperaturę płynu oddającego ciepło (°C), wielkość
przepływu (l/h), temperaturę wody w zasobniku (°C), które rejestrowane są w ser
werze. Wybrane wyniki badań
Rys.
6.6 Średnia moc promieniowania w okresie od 16 do 24 lipca 2009 roku [2]
W czasie pomiarów przeprowadzonych w laboratorium ZSE w Krakowie
w okresie od
8 maja do 15 czerwca, od 10 lipca do 27 lipca, od 19 do 27 listopada
bieżącego roku, maksymalna moc prom ieniowania słonecznego odnotowana została
12 czerwca o godzinie 12:33 i wyniosła 1196,5 W /m2. Zazwyczaj w słoneczny dzień
osiąga średnią wartość z przedziału 700-5-900 W /m2. Moc 19 lipca była znacząco niż
sza (max. ok. 200 W /m2) od pozostałych dni, było to spowodowane znacznym za
chmurzeniem nieba w ciągu dnia.
134
6. Badania kolektorów słonecznych, przykłady ćwiczeń Laboratoryjnych
Moc
promieniowania
[W/m 2]
Czas [h]
—»-17.07.2009 -«-10.07.2009 !
Rys. 6.7 Średnia moc promieniowania w poszczególnych godzinach 10 oraz 17 lipca [2]
Wykres (rysunek
6.8) przedstawia moc promieniowania zmierzoną 10 lipca,
kiedy przed godziną
11 niebo się zachmurzyło, co spowodowało zmniejszenie ilości
promieni słonecznych docierających na powierzchnię ziemi oraz pomiar z 17 lipca,
kiedy to po pochmurnym poranku, ok. godziny
10 niebo rozjaśniło się.
Rys.
6.8 Temperatura cieczy w kolektorze (kolor czerwony) oraz w zasobniku
(kolor niebieski) w dniu 16.07.2009 [2]
6.4 Badania instalacji solam ych w Laboratorium O dnawialnych Źródeł Energii
135
Temperatura |°CJ
Czas [h]
c.w.u.
—
płynsolam y
Rys. 6.9 Temperatura cieczy w kolektorze (kolor czerwony) oraz w zasobniku
(kolor niebieski) w dniu 17.07.2009 [2]
W godzinach 10:0CH-18:00 promienie słoneczne dostarczyły energię równą 3,63
kWh (16 lipca) oraz 4,5 kW h (17 lipca) na m2. Uwzględniając czynną pow ierzch
nię absorpcyjną odpowiadającą 4,14 m 2, kolektor otrzymał odpowiednio 15,03 kW h
oraz 18,63 kWh energii. Natomiast instalacja dostarczyła energię 8,56 kW h oraz
10,26 kWh co oznacza, iż dzienna efektywność instalacji 16 lipca wynosiła 56,9%,
a 17 lipca 55,1%.
Bezpośrednią konsekwencją większej mocy układu solamego jest wyższa tem
peratura zarówno cieczy solamej przepływającej przez kolektor, ja k również na
grzewanej wody. Różnice te widać na wykresie obrazującym temperaturę w ukła
dzie cieczy solamej oraz wody użytkowej w zasobniku w dniu 16 i 17 lipca. Pomia
ry zostały poprzedzone częściowym opróżnieniem 300 litrowego zbiornika z na
grzaną wodą oraz napełnieniem zimną w odą z sieci wodociągowej. Pomiary tempe
ratur wykazały, że w dniu 16 lipca w godzinach 9:45-^18:15 woda w zbiorniku zo
stała nagrzana 24,60O 4 3 ,8 °C podczas, gdy 17 lipca w godzinach 9:50^-18:00 woda
nagrzała się 23,4°O -50,l°C. Zatem dodatkowe 1,7 kW h pozwoliło uzyskać tem pe
raturę w zbiorniku wyższą o 6,3°C. Podobnie przedstawia się porównanie tem pera
tur płynu solamego w kolektorze. 16 lipca o godzinie 9:45 miał 45,1°C nagrzewał się
do maksymalnej temperatury 72,6°C utrzymującej się między 14:45-15:15 po czym
od 15:45, ochłodził się do 62,6°C i do 18:15 utrzymywał temperaturę w granicach
60°C. N atom iast 17 lipca ciecz solama nagrzewała się od godziny 9:50 od tem pera
tury 59,7°C do godziny 10:20 do temperatury 79°C, osiągając o godzinie 18:00 tem
peraturę 95,5°C.
136
6. Badania kolektorów słonecznych, przykłady ćwiczeń Laboratoryjnych
Moc jkW]
Czas [k]
- « — 16.07
17.07
Rys. 6.10
Średnia moc kolektora w dniach 16 i 17 lipca 2009 [2]
Energia [MJ]
Czas [h]
—♦—16.07
- » - 1 7 .0 7
Rys. 6.11
Energia w MJ uzyskana z instalacji solamej w dniach 16 i 17 lipiec
bieżącego roku [2]
N a podstawie wyników pomiarów przedstawionych na wykresie rys. 6.11 ob
liczono, że w dniu 16 lipca uzyskano 34 M J energii, a 17 lipca 41 MJ. Z wykresu
wynika, że maksymalna energia 16.07 wynosiła 5 MJ w 12, 14 i 15 godzinie doby,
a 17.07 kolektor dostarczył największą ilość energii w 12 godzinie doby i wyniosła
ona 7 MJ.
6.4 Badania instalacji solam ych w Laboratorium O dnawialnych Źródeł Energii
137
W dniach 19+27 listopada niebo było zachmurzone z okresami przejaśnień,
średnia moc prom ieniowania słonecznego w tych dniach wahała się od 152 W /m
2 do
ok. 342 W /m2. Woda w ciągu 9 dni w godzinach południowych ogrzała się do temp.
23,3°C w dniu 20.11 do 35,3°C w dniu 23.11, rys. 100. Temperatura powietrza w ba
danym okresie czasu wahała się od -3°C w nocy do +
8°C w dzień.
Omówione wyniki pomiarów wymagają krótkiego komentarza. Należy stwier
dzić, że kolektor słoneczny 16 lipca dostarczył wystarczającą ilość energii ciepl
nej do nagrzania 300 litrów wody w zasobniku do temperatury 43,8°C. Wartość ta
uznawana je st za wystarczającą do pełnego korzystania z ciepłej wody użytkowej w
domu lub mieszkaniu. W celu w ykonania pełniejszej analizy pracy kolektora ciepłą
wodę użytkową spożytkowano do celów socjalnych. Po napełnieniu zbiornika zim
ną wodą uzyskano średnią temperaturę w wymienniku ok. 21,2°C. W kolejnym dniu
rozpoczęto analizę wyników pomiarów. Uzyskano temperaturę wody w wym ienni
ku w ynoszącą 50,1°C. Analiza wyników wskazuje na wysoką efektywność instalacji
solamej, energia słoneczna zamieniona w energię cieplną w pełni zaspokaja potrze
bę nagrzania 300 litrów wody do temperatury ok. 45°C.
Wyniki badań zamieszczone na rysunku 6.12 wskazują, że w końcu listopada
w pogodny dzień instalacja solam a ogrzała wodę w zasobniku do temp. 35°C. Jest
to odpowiedź na często zadawane pytanie. Czy instalacja dostarcza energię cieplną
w miesiącach listopad - luty? Instalacja solam a może pracować przez wszystkie dni
w roku. Ilość energii cieplnej, jaką dostarczy do zasobnika zależy od natężenia pro
mieniowania słonecznego.
40
35
30
25
_ 2 0
U
F*
15
10
5
0
temp.
w zasobniku
m temp. płynu solamego
Rys. 6.12
Temperatura cieczy w kolektorze i wody w zbiorniku w dniach 19-27.11.2009 [2]
138
6. Badania kolektorów słonecznych, przykłady ćwiczeń Laboratoryjnych
Należy zaznaczyć, że podobne param etry energetyczne uzyskano również z pra
cy: kolektorów płaskich, próżniowo-rurowych z „ U -rurką” w przeliczeniu na po
wierzchnię czynną kolektora. Świadczy to, że kolektory słoneczne produkowane
w Polsce i importowane z zagranicy posiadają wysoką sprawność energetyczną.
Średni stopień pokrycia zapotrzebowania na energię do ogrzania 3001 c.w.u. z insta
lacji solamej wynosi ok. 55%.
Analizę pracy instalacji solamych wykonali również naukowcy z Zachodnio
pomorskiego Uniwersytetu Technologicznego w Szczecinie. Wyniki przedstawili
w książce „Zastosowania odnawialnych źródeł energii” .
Analizując wyniki pomiarów opracowane w Szczecinie można stwierdzić:
• ilość energii uzyskanej w kolektorze słonecznym płaskim firmy Wagner
o powierzchni absorbera 7,6 m
2 w latach 200CM-2001 wyniosła odpowiednio
2247 kW h/rok i 1982kW h/rok;
• średnia ilość energii uzyskiwanej z powierzchni
1 m2 kolektora płaskiego
kształtowała się w badanym okresie na poziomie ok. 278 kWh/rok;
• w maju 2001 uzyskano 476,48 kW h energii.
Ilość energii uzyskanej w kolektorach próżniowych (40 rur) w miesiącu lipcu
2006 r. wyniosła:
• przepływowym (U-rurka,Vitasol-200) 375,5 kWh;
• typu „ heat-pipe” (Vitasol-300) 392,5 kWh.
Zakładając że pomiary wykonane zostały przy podobnym nasłonecznieniu, w y
niki uzyskane w Krakowie i Szczecinie w przeliczeniu na jednostkę powierzchni są
podobne.
Z dotychczas przeprowadzonych analiz, m ożna wysnuć wniosek, że wszystkie
typy kolektorów zainstalowanych w laboratorium (próżniowo-rurowe, próżniowo-
płaskie, płaskie) posiadają podobne parametry pracy w odniesieniu do wielkości po
wierzchni kolektora. Wyniki te potwierdzają również fakt, że kolektory te posiadają
param etry pracy, w warunkach krakowskich podobne do tych, jakie zamieszczone są
w świadectwach certyfikacyjnych tych kolektorów. Różnice tem peratur c.w.u w 300
litrowych wymiennikach wahają się w granicach 3-^5°C. Wyniki badań są również
odpowiedzią na często zadawane pytanie. Jaki typ kolektorów zamontować w swo
jej instalacji solamej? Odpowiedz jest złożona. Dobór urządzeń instalacji solar-
nej powinien wykonać inżynier reprezentujący firmę instalacyjną, który w eź
mie pełną odpowiedzialność za efektywność pracy w/w instalacji.
Wyniki tych badań mają posłużyć do celów edukacyjnych, a poprzez ich publi
kację do tego, aby przekonać potencjalnych użytkowników instalacji, że jest to in
westycja opłacalna, pro-ekologiczna, a decydentów powinny skłonić do przemyśleń
w zakresie dofinansowania tych instalacji.
Należy zaznaczyć, że firmy: produkujące, importujące, instalujące kolekto
ry słoneczne prowadzą analizy pracy instalacji solam ych do celów komercyjnych
w warunkach rzeczywistych, a wyniki udostępniają na swych stronach intemeto-
6.4 Badania instalacji solam ych w Laboratorium Odnawialnych Źródeł Energii
139
wych oraz w katalogach. Wyniki badań uzyskane przez te firmy są zbliżone do w y
ników uzyskanych w laboratorium w ZSE n r 1 w Krakowie.
6.4.2. Symulacyjne programy komputerowe
Polskie firmy produkujące kolektory słoneczne, firmy montujące instalacje so-
lam e posiadają własne programy komputerowe, które optymalizują dobór urządzeń
do instalacji solamych dla konkretnego obiektu. Przykładem może być program Ko-
lektorek.
Kolektorek to program łatwy w obsłudze a zarazem posiadający duże możli
wości. Pozwala szybko i prawidłowo dobrać kolektory słoneczne oraz całą instala
cję solamą. Daje również możliwość oszacowania czasu zwrotu inwestycji solamej.
Kolektorek 2.0 posiada możliwości w zakresie:
• dobom poszczególnych elementów instalacji solamej,
• porównywania kolektorów słonecznych i innych elementów instalacji sło
necznej,
• wyboru trybu pracy instalacji solamej c.w.u.+ c.o. a także basenów,
• typu, lokalizacji, zapotrzebowania na c.w.u. i wielu innych parametrów,
• szacowania strat energii z instalacji solamej i ich optymalizacji,
• szacowania okresu zwrotu inwestycji i rocznych oszczędności,
• kalkulacji zysku energetycznego z instalacji w zależności od ustawiania ko
lektorów.
Kolektorek 2.0, to informatyczne narzędzie dla instalatorów, projektantów,
a w szczególności producentów, dla których może zostać dodatkowo dostosowany
według indywidualnych potrzeb. Program posiada internetowe bazy danych, dzięki
którym instalatorzy posiadają zawsze aktualną ofertę danego producenta. Firmy zaj
mujące się produkcją oraz dystrybucją sprzętu solamego mogą aktualizować na bie
żąco swoją ofertę dzięki panelowi producenta. Program rozwijany jest pod patrona
tem i przy współpracy Instytutu Energetyki Odnawialnej.
140
6. Badania kolektorów słonecznych, przykłady ćwiczeń Laboratoryjnych
6.4.3. Bilans energetyczny instalacji solarnej według badań firmy
Sonnenkraft (Technika Grzewcza J. Szymczyk, Gliwice)
Firma Sonnenkraft wykonała symulację pomiarów parametrów cieplnych insta
lacji solarnej zamontowanej w domu jednorodzinnym w Krakowie. Poniżej przed
stawiono wybrane wyniki badań.
Rys. 6.13 Schemat instalacji solarnej wg firmy Sonnenkraft [2]
Tab. 6.5 Dane projektu [2]
Projekt:
2 kolektory Sonnenkraft SK 500
współpracujące z instalacją solarną
lokalizacja:
Kraków;
pow. kolektora:
5,14 m2;
pochyłość:
45,0°;
azymut:
0,0°;
współ, korelacji:
k = 1;
nasłonecznienie:
877 kWh/(m2 • rok);
typ instalacji:
ciepła woda użytkowa, zasobnik solarny 300 1;
zapotrzebowanie ciepła:
energia konwencjonalna:
gaz ziemny;
9,1 kWh/dzień = 250 l/dzień z 12°C do 45°C;
wydajność kolektorów:
lato -9 2 % ; wiosna, jesień - 80%; zim a -6 0 % .
T
a
b
.
6.
6
Wy
ni
ki
b
ad
ań
in
sta
la
cj
i
sola
rn
ej
fi
rm
y
S
o
n
n
e
n
k
r
a
ft
[2
]
6.4 Badania instalacji solam ych w Laboratorium O dnawialnych Źródeł Energii
141
142
6. B ad an ia kolektorów słonecznych, p rz y k ła d y ćwiczeń L ab o ra to ry jn y ch
| zysk solarny
oszczędność energii
100 %
8 0 %
6 0 %
4 0 %
20%
|
| sprawność
I
I stopień pokrycia
1
— 1
c.w.u.
I
II
III
IV
V
VI
VII VIII
IX
X
XI
XII
średnia
Rys. 6.14 Wykresy zysku energii i zapotrzebowania na ciepło z instalacji solamej
wg firmy Sonnenkraft [2]
Tab. 6.7 W yniki [2]
Wyniki uzyskane na podstawie symulacji:
zapotrzebowanie, ciepła c.w.u. ze stratami zasobnika
3750 kWh/rok;
stopień pokrycia c.w.u.
45,3%;
sprawność układu solarnego
36,6%;
przeciętny roczny zysk kolektora
331 kW h/m2;
zysk solarny c.w.u.
1700 kWh/rok;
oszczędność energii
1889 kWh/rok;
zmniejszenie emisji
C O j-1 5 1 1 kg/rok;
143
7. INSTRUKCJA ĆWICZEŃ
BADAŃ KOLEKTORÓW SŁONECZNYCH
NA STANOWISKU WYDZIAŁU INŻYNIERII
MECHANICZNEJ I ROBOTYKI AKADEMII
GÓRNICZO-HUTNICZEJ
A k a d e m ia G ó rn iczo H u tn icza im . Sta n isła w a Staszica w Krako w ie
Katedra Sy ste m ó w E n e rge tyczn ych i U rząd ze ń O ch ro n y Śro d o w iska
Numer
ćwiczenia:
1
Tytuł ćwiczenia:
Data wykonania
ćwiczenia:
Nazwisko i imię:
Data oddania
sprawozdania:
1.
2.
Numer grupy
laboratoryjnej:
3.
4.
7.1 Cel ćwiczenia
Celem przeprowadzanego ćwiczenia jest zapoznanie się z podstawową wiedzą do
tyczącą badań kolektorów słonecznych, wyznaczaniu podstawowych parametrów prze
pływowych oraz energetycznych pracy kolektorów słonecznych zgodnie z EN i PN.
7.2 Zakres wymaganych wiadomości
• rodzaje, budowa kolektorów słonecznych, zasada działania,
• rozwiązania technologiczne stosowne w systemach solarnych,
• podstawy teoretyczne konwersji energii słonecznej na cieplną w kolektorach
słonecznych,
• budowa stanowiska pomiarowego oraz przebieg ćwiczenia,
• rodzaje strat cieplnych występujących w kolektorze.
144
7. In s tru k c ja ćwiczeń b a d ań kolektorów słonecznych
7.3 Schemat stanowiska
Instalacja (rysunek 7.1) została opomiarowana 24 czujnikami temperatury (nie
które czujniki temperatury są zdublowane). Zainstalowano chłodnie wentylatoro
w ą w celu zrzutu nadmiarowego ciepła. Zastosowano 5 pomp obiegowych, z cze
go
2 ze zmienną wydajnością sterowaną sygnałem analogowym oraz przepływo
mierze z wyjściem napięciowym oraz impulsowym. U kład składa się z trzech kolek
torów płaski KS 2000 TLP oraz trzech próżniowo-rurowych KSR 10 firmy Hewa-
lex, dwóch zasobników na ciepłą wodę HEWALEX VF300-2S o pojemności 300 li
trów. Cały system optymalizowany jest za pomocą przygotowanej na ten cel aplika
cji komputerowej.
Czynnik roboczy w obiegu zasadniczym kolektorów słonecznych to roztwór
glikolu propylenowego o stężeniu 30%, natomiast w obiegu odbierającym ciepło
z zasobniku krąży glikol o stężeniu 50%. Wydajność wentylatora chłodzącego w y
nosi 15 kW, wymiennik ciepła w obiegu zasadniczym kolektorów próżniowych to
wymiennik typu płaszczowo-rurowego [14].
Rys. 7.1 Schemat stanowiska.
7.3 Schemat stanowiska
145
Rys. 7.2 Interfejs programu pomiarowego.
Tab. 7.1 Parametry kolektorów
KS2000TLP
KSR10
Parametry
Dtugość:
2018 mm
2130 mm
Szerokość:
1037 mm
856 mm
Wysokość:
89 mm
116 mm
Powierzchnia brutto kolektora:
2.09 m2
1.823 m2
Powierzchnia czynna (apertury):
1.82 m2
1.014 m2
Pojemność cieczowa:
1.11
1.81
Waga:
39 kg
30 kg
Sprawność optyczna:
80.2%
7 8 %
W spółczynnik strat A l:
3.8 W/(m2K)
1.27 W/(m2K)
Współczynnik strat zależny
od temperatury A2:
0.0067 W /(m2K)
0.0012 W/(m2K)
Gwarancja:
10 lat
S ia t
146
7. Instrukcja ćwiczeń badań kolektorów słonecznych
Tab. 7.2 Przyrządy i oznaczenia pomiarowe
Nr
Wielkość mierzona
Rodzaj i typ przyrządu
Oznaczenie
Natężenie
G1
1
promieniowania
słonecznego
pyranometr CM3
2
Temperatura na wejściu
i wyjściu kolektora
słonecznego
czujnik temperatury PT 100
T 1 5 ( 7 1 7 ) , r i
6 (r L 9 ) ;
T 1 8 , T 2 0
3
Temperatura otoczenia
czujnik temperatury PT 100
T 2 S
4
Temperatura wody
w zbiorniku
czujnik temperatury PT 100
T 2 .T 1 4
( 7 1 , 7 1 3 )
5
Natężenie strumienia
cieczy roboczej
przepływomierz
Vv V2, V3; P 3 ,P 4
6
Prędkość powietrza
otaczającego kolektor
anemometr
v l
Tab. 7.3 W łaściwości płynu solarnego
T E R M S O L EKO
Stężenie koncentratu
Ciężar właściwy (20°C)
Ciepło właściwe (kJ/kgK) (20°C)
30%
1,041 g/cm3
3,9
50%
1,026 g/cm3
3,6
7.4 Wyznaczenie sprawności teoretycznej kolektorów słonecznych
147
7.4 Wyznaczenie sprawności teoretycznej
kolektorów słonecznych
7.4.1 Wstęp
Celem ćwiczenia jest wyznaczenie sprawności wodnego kolektora słoneczne
go z obiegiem wymuszonym pompą cyrkulacyjną dla kilku wybranych warunków
pracy.
K olektor słoneczny je st urządzeniem do ogrzewania wody wykorzystując ener
gię słoneczną (Ć s ) . Ażeby określić jego sprawność należy znać jego konstrukcję,
warunki pogodowe, kąt jego nachylenia względem słońca oraz temperaturę absor
bera (przyjęto t m).
Ogólny schem at zasady działania kolektora przedstawiono poniżej:
Warunkiem prawidłowego przeprowadzenia pomiarów jest utrzymanie w trak
cie badania możliwie stałej temperatury wody na wejściu kolektora (±3°C) oraz
sprawdzenie zależności promieniowania dyfuzyjnego do promieniowania bezpo
średniego.
W czasie pomiarów może być koniczne krótkotrwałe podgrzanie wody w zbior
niku przy pomocy grzałki.
148
7. Instrukcja ćwiczeń badań kolektorów słonecznych
7.4.2 Przebieg ćwiczenia
1. Zapoznać się z stanowiskiem laboratoryjnym (rysunek 7.1), zidentyfikować
najistotniejsze elementy układu:
• pompy obiegowa ze zmienną wydajnością
(2 szt.),
• przepływomierze,
• manometry,
• elektroniczne sterowniki,
• ciepłomierze,
• zasobniki na ciepła wodę,
• armatura.
2. Uruchomić stanowisko pomiarowe (prowadzący ćwiczenia), włączyć kom
puter oraz program pomiarowy (rysunek 7.2).
3. Zapoznać się z programem do pomiarów param etrów pracy sytemu solame-
go, określić poszczególne wskaźniki temperatur.
4. Dokonać odczytania parametrów stałych wymaganych do obliczeń:
• odczytać temperaturę otoczenia kolektora /
[°C],
• odczytać z danych katalogowych pole powierzchni brutto A c, pole
powierzchni absorbera Aa, pole powierzchni apertury A a,
• odczytać ciepło właściwe czynnika roboczego oraz gęstość, tabela 7.3.
5. Za pomocą grzałki elektrycznej bądź wentylatora zrzucającego ciepło z za
sobników, ustawić temperaturę w zasobniku tak aby wynosiła ok. 20°C.
a) Temperaturę w ody dopływającej do kolektora należy tak regulować aby w y
nosiła ona odpowiednio dla kolejnych punktów pomiarowych ( t;n ):
• temperatury (otoczenia) / =
20°C,
• tem peratury
t.n
=
40PC,
• temperatury
t.n
=
60°C,
• temperatury
t.m= 80°C.
W celu wyznaczenia sprawności kolektora od w ydatku masowego czynnika
przepływającego kanałami kolektora wykonać pomiary wody zasilającej o tem pe
raturze zbliżonej temperaturze otoczenia kolektora (temperatury t in « t a), wyda
tek objętościowy ustawić:
Wykonać pomiary parametrów dla następujących przepływów:
•
V =
4,5
l/min
•
V
=
9
l/min
•
V =
12
l/min
•
V
= 15
l/min
6. Przeprowadzić pomiar następujących wielkości:
a)
charakterystyka sprawności od temperatury
• strumień objętości czynnika roboczego
V [l/miri\,
• temperaturę czynnika roboczego na wylocie z kolektora t e [°C],
• natężenie promieniowania półsferycznego na aperturę kolektora
G [W/m2].
7.4 W yznaczenie sprawności teoretycznej kolektorów słonecznych
149
b)
Charakterystyka w funkcji wydatku
• strumień objętości czynnika roboczego V [ l /m in ] ,
• temperaturę czynnika roboczego na wylocie z kolektora t e [°C],
• temperaturę czynnika roboczego na wlocie do kolektora t in [°C],
• natężenie prom ieniowania półsferycznego na aperturę kolektora G [ W / m 2].
Pierwszy pomiar temperatur oraz natężenia światła dokonać po 15 minutach od
uzyskania temperatury na wlocie do kolektora ( tin ) bliskiej temperaturze otoczenia
(z reguły około 20°C).
Odczyty param etrów dla kolejnych wartości tem peratur na wlocie do kolektora
( tin ) przeprowadzać co
10 minut.
7. Wyniki pomiarów zapisać w tabeli 7.4, 7.5.
8. Dokonać obliczeń oraz wykreślić charakterystykę sprawności kolektora.
9. Wyciągnąć oraz zapisać wnioski.
7.4.3 Obliczenia
1. Obliczenie ciepła dostarczonego do zewnętrznej powierzchni kolektora Qs :
Qs — AG [W ]
(7.1)
2. Obliczenie ciepła użytecznego odebranego przez przepływającą ciecz robo
czą Q, wzór 6.2:
Q = r h c f ( t e - t in) [ W ]
(7.2)
bądź:
Q = V p c f ( t e - t in) [W ]
(7.3)
3. Obliczenie sprawności cieplnej kolektora rp.
Ó
m C fh T
?7 = -T- = — f — [ - ]
(7.4)
Qs
AG
5. N a podstawie wyników badań oraz obliczeń początkowych wyznaczyć zgod
nie z poniższym równaniem, wartość współczynników a-^ oraz a 2 dla krzywej dru
giego stopnia (korzystając z programu EXCEL):
6
.
V = Vo - « iT ’m -
oc
2G (T
£ ) 2 [ - ]
(7.5)
Gdy tem peratura absorbera zdąża do temperatury otoczenia, tzn. różnica t m — t a
zbliża się do zera, wówczas sprawność chwilowa staje się sprawnością optyczną T]0 .
Do wyznaczenie charakterystyki wykorzystywana je st temperatura T^ płynu
przenoszącego ciepło w kolektorze:
<7.6)
7.4.4 W yniki pomiarów
1.
Wyniki pomiarów przeprowadzonych podczas laboratorium należy zapisać
w tabeli 7.4, brakujące kolumny należy wypełnić zgodnie z obliczeniami.
150
7. Instrukcja ćwiczeń badań kolektorów słonecznych
Tab. 7.4 Wyniki pomiarów
tm
Lp.
ta
te
m
G
V
Tm
[°C]
[°C]
[°C]
[kg/s]
[W/m 2]
-
[m ^K /W ]
20°C
1
2
3
4
40°C
5
6
7
8
60°C
9
10
11
12
80°C
13
14
15
16
Tab. 7.5 Zbiorcze (uśrednione) wyniki pomiarów i obliczeń charakterystyki
kolektora w funkcji wydatku masowego.
L-P.
ttn
te
to
G
V
Q
uż
V
At — te
tin
[°C]
[°C]
[°C]
[W/m 2]
[l/m in]
[W]
[-]
[K]
1
2
3
4
5
6
7.4 Wyznaczenie sprawności teoretycznej kolektorów słonecznych
151
Sporządzić wykres sprawności kolektora słonecznego (z zależności 7.4) w na
leżności od temperatury zredukowanej 7 ^ , rysunek 7.4. Sporządzić wykres przyro
stu temperatury czynnika roboczego w kolektorze w funkcji wydatku objętościowe
go, rysunek 7.5:
1 ......... Mul
l i n II TT^rTTT-rpTTTl-rT-m
0 , 9
F- — t — F-—
----- —
—
--------------
0,8 - — ~t---- : ----L~— ------
k
-- ‘—T T 7--- 1
—
0,7 - —
—---------- — L— — ------------------- —
2 o,6 r — —
— x ----- F
: ’ " T
rr
-o
: : : ... : -- - - - - ■
......................... ........................
'g 0,5 -I— :=i±j------------
J------- r — --T-" ”
e
£
O
h
cfl
j
M
rT" '— )
0,3 4— -7---- ----- ----------------------------- ------
0,2 - — — — —
-
-
- —
0,1 4—4—— —----- —t—-—^—r --i— ~ ——
- -----
0 1 1
4-' v. j:.:.:-- 4-
:
1
i
.....
0
0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1
T*m [m2K/W]
Rys. 7.4 Wykres sprawności w zależności od temperatury zredukowanej.
40
u
"I IM II T Tl— II 11 IT P T Tl I II II ITTTfl
ITT
30
<
I
O
h
10
o — -4— —H---!—
---
h
--- ----—
4,5
5,5
6,5
7,5
8,5
9,5 10,5 11,5 12,5 13,5 14,5
V
[l/min]
Rys. 7.5 Przyrost temperatury czynnika roboczego w kolektorze w funkcji wydatku.
7.4.5. Wnioski
Przeprowadzić analizę wyników, określając wszystkie czynniki, jakie mogą
mieć wpływ na sprawność kolektora.
1 5 2
7. Instrukcja ćwiczeń badań kolektorów słonecznych
7.5 Bilans energetyczny kolektora słonecznego
7.5.1 Wstęp
Celem pracy będzie przeprowadzenie badań płaskiego kolektora słonecznego,
które pozwolą na wyznaczenie wielkości ja k i określenie zmienności strumienia tra
conej energii, Otrzymane wyniki badań posłużą do opracowania charakterystyk opi
sujących zależność strumienia traconej energii (Q s tr ) w kolektorze słonecznym, ry
sunek 7.6.
7.5 Bilans energetyczny kolektora słonecznego
153
Określenie strat cieplnych występujących w kolektorze słonecznym do otocze
nia w zależności od:
• zależność strumienia traconej energii w kolektorze słonecznym od różnicy
temperatur między czynnikiem roboczym na wejściu do kolektora a otocze
niem,
• zależność strumienia traconej energii w kolektorze słonecznym od natęże
nia przepływu.
7.5.2 Przebieg ćwiczenia
1. Zapoznać się z stanowiskiem laboratoryjnym (rysunek 7.1), zidentyfikować
najistotniejsze elementy układu:
• pompy obiegowa ze zmienną wydajnością
(2 szt.),
• przepływomierze,
• manometry,
• elektroniczne sterowniki,
• ciepłomierze,
• zasobniki na ciepła wodę,
• armatura.
2. Uruchomić stanowisko pomiarowe (prowadzący ćwiczenia), włączyć kom
puter oraz program pomiarowy (rysunek 7.2).
3. Zapoznać się z programem do pomiarów parametrów pracy sytemu solame-
go, określić poszczególne wskaźniki temperatur.
4. Dokonać odczytania parametrów stałych wymaganych do obliczeń:
• odczytać temperaturę otoczenia kolektora t a [°C],
• odczytać z danych katalogowych pole powierzchni brutto A a> pole po
wierzchni absorbera A a, pole powierzchni apertury A a,
• odczytać ciepło właściwe czynnika roboczego oraz gęstość, tabela 7.3.
5. Przeprowadzić pomiar następujących wielkości:
• natężenie promieniowania półsferycznego na aperturę kolektora G [ W / m 2] .
• strumień objętości czynnika roboczego V [ l /m in ] ,
• temperaturę czynnika roboczego na wylocie z kolektora t e [°C],
6. Za pomocą grzałki elektrycznej bądź wentylatora zrzucającego ciepło z za
sobników, ustawić temperaturę w zasobniku tak aby wynosiła ok. 20°C.
a)
Odczyt dla wyznaczenia strat związanych z różnicą temperatury.
Temperaturę wody dopływającej do kolektora należy tak regulować aby wyno
siła ona odpowiednio dla kolejnych punktów pomiarowych ( t £?l) :
•
temperatury (otoczenia) t in = 2 0°C,
•
temperatury t in = 40°C,
•
temperatury t in = 60°C,
•
temperatury t in = 80°C.
b)
Odczyt dla wyznaczenia strat związanych z zmiennym przepływem czynni
ka roboczego w kolektorze słonecznym.
Temperatura wody dopływającej powinna być stała w czasie trwania badania,
temperatura wody dopływającej powinna wynosić:
• temperatury (otoczenia) tjn = 2 0°C,
Wykonać pomiary parametrów dla następujących przepływów:
•
V =
4 ,5
l/min
•
V =
9
l/min
•
V = 12 l/min
• V
= 15
l/min
7. Wyniki pomiarów zapisać w tabeli 7.5, 7.6.
8. Dokonać obliczeń oraz wykreślić charakterystykę sprawności kolektora.
9. Wyciągnąć oraz zapisać wnioski.
1 5 4
7. Instrukcja ćwiczeń badań kolektorów słonecznych
7.5.3 Obliczenia
1 . Obliczyć ciepło dostarczone do zewnętrznej powierzchni kolektora Qs '■
Qs =
a g
[IV]
(7.7)
2.
Obliczyć ciepło użyteczne odebrane przez przepływającą przez kolektor
ciecz roboczą Q, wzór 7.8:
bądź:
Q = m c f ( t e - t in) [W ]
Q = V p c f ( t e - t in) [W ]
Z drugiej strony moc kolektora jest równa:
Q = AGr] [IV]
(7.8)
(7.9)
(7.10)
3. Bilans energii kolektora:
Charakterystykę mocy użytecznej wykreśla się wykorzystując równie, w zależ
ności od różnicy średniej tem peratury czynnika roboczego t m w kolektorze i tem pe
ratury otoczenia t a :
AG Vo - « i -
— a 2 -
(tm - ta ) 2
[W ]
(7.11)
ę s = <3 + Qstr - > Q Str = Q s - Q [ W ]
(7.12)
Qs t r = A G - V p c f ( t e - t in)[ W ]
(7.13)
Qstr = M ( t m - t a) + a 2A ( t m - t a) 2 [W ]
(7.14)
Q stn = <h.A(tm - t a) [ w ]
(7.15)
Qstr0 = a 2A ( t m - t a) 2 [W ]
(7.16)
7.5 Bilans energetyczny kolektora słonecznego
155
U w aga: Jeżeli nie przeprowadzono ćwiczenia 1.4 to należy przyjąć rj0, a 1, a 2
z katalogu (tabela 7.1).
gdzie:
t-m = tin +
- średnia temperatura płynu roboczego w kolektorze, [°C]
7.5.4. W yniki pomiarów
1.
Wyniki pomiarów przeprowadzonych podczas laboratorium dla wariantu
a) należy zapisać w tabeli 7.6, natom iast dla wariantu b) w tabeli 7.7, brakujące ko
lumny należy wypełnić zgodnie z obliczeniami.
Tab. 7.6 W yniki pomiarów
Lp.
tin
ta
te
V
G
Q
Qstr
tm
tm
ta
[°C]
t°c]
[°c]
[i/min]
[W
/n r
-1
[W]
[W]
[°C]
[°C]
1
20°C
2
40°C
3
60°C
4
80°C
Tab. 7.7 Tabela pomiarowa
L.p
V
t,n
t e
G
Qs
\ U : 1 -
tm
tm
ta
¡l/m in ]
i°ci
[°q
\W / m 2
1
m .
J W J
.
[°C]
PCI
1
4,5
2
9
3
12
4
15
2. Sporządzić wykres charakterystyki mocy chwilowej kolektora słonecznego
do różnicy temperatur AT = t m — t a , rysunek 7.7:
3. Sporządzić wykres zależności traconej energii od różnicy temperatur
A T = t m — t a , rysunek 7.8:
4. Sporządzić wykres zależności traconej energii od natężenia przepływu czyn
nika roboczego przez kolektor, rysunek 7.9:
1200
156
7. Instrukcja ćwiczeń badań kolektorów słonecznych
1000
800
CN
S
gt
600
O
400
200
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
tm - t a [K]
Rys. 7.7
Wykres charakterystyki mocy chwilowej kolektora słonecznego
do różnicy temperatur tm — ta.
“T
1
1
-
:
:
7.5 Bilans energetyczny kolektora słonecznego
800
700
600
500
i
ÿ 400
O
300
200
100
0
4
t t t
M l 1 i i i
i TT““Ti~4~r:
XlljïÈ
4-
ïtÎiEÈ
4 r f t ~
1 ^
1 1
-H-H—=ji4-4
1 hi
î
-
—
j_j_L._J_
—
1—
p •
4 4 1 4 :
. . • i i :
i:
'“ ï 't T"
. . , :. .
" i I |
T(~pr
~ 1 !—
ITT-T-I-I-..
4 4 4 4 - W
—
1—
1—
1 II i ■■■■■■■ -j-H
....
:ÈÉE:
' 7T 1117
Ii ;1 i
0
10
20
30
40
50
60
tm -t.[K ]
Rys. 7.8
Wykres zależności traconej energii od różnicy temperatur między
czynnikiem roboczym na wejściu do kolektora a otoczeniem.
800
700
600
500
S
£ 400
O
300
200
100
! ! 11
■
; :■
|
1
1 1 i
■
* | i i
titt
ffij
..
:
W
MT
t
H
t
TrH"
44
4h[
44
44
1'7
tt
■
' J_j.il]::]■{ÎL:
44}];
4,5
5,5
6,5
7,5
8,5
9,5 10,5 11,5 12,5 13,5 14,5
V [l/m in]
Rys. 7.9
Wykres zależności traconej energii od natężenia przepływu
czynnika roboczego przez kolektora.
7.5.5. W nioski
Przeprowadzić analizę wyników, określając wszystkie czynniki, jakie mogą
mieć wpływ na sprawność kolektora.
1 5 8
7. Instrukcja ćwiczeń badan kolektorów słonecznych
7.6 Literatura
[1] Zimny J.: Odnawialne źródła energii w budownictwie niskoenergetycznym.
Kraków, PGA, AGH, WNT 2010
[2] Wiśniewski G. i inni.: K olektory słoneczne. Warszawa, M EDIUM 2008
[3] Tytko R.: Odnawialne źródła energii. Warszawa, wydawnictwo PWG 2010
[4] Klugmann-Radziemska E .: Odnawialne źródła energii przykłady obliczenio
we. Gdańsk, PG 2009
15 9
8. WNIOSKI
8.1 Wnioski poznawcze
Odnawialne źródła energii stanowią dobrą alternatywę dla tradycyjnych pier
w otnych nieodnawialnych nośników energii. Ich zasoby uzupełniają się w natural
nych procesach, co praktycznie pozwala traktować je jako niewyczerpalne. Ponad
to pozyskiwanie energii z tych źródeł jest, w porównaniu do źródeł tradycyjnych
(kopalnych), bardziej przyjazne środowisku naturalnemu. W ykorzystywanie OŹE
w znacznym stopniu zmniejsza szkodliwe oddziaływanie energetyki na środowisko
naturalne, głównie poprzez ograniczenie emisji szkodliwych substancji, zwłaszcza
gazów cieplarnianych.
Rynek kolektorów słonecznych w świecie jest bardzo dynamicznie rozwijają
cym się rynkiem, w roku 2008 moc zainstalowana kolektorów słonecznych wyno
siła 130 GW, w roku 2009 wynosiła 160 GW a w roku 2010 już 185 GW zgodnie z
raportem REN21 [31]. Państwami dominującymi na tym że rynku są: Chiny, N iem
cy, Turcja, Indie, Australia, USA.
W ubiegłym roku dynamika rynku solamego termalnego w Europie zanotowała,
podobnie ja k w roku 2009, znaczący spadek. W roku ubiegłym liczba nowych insta
lacji solamych na Starym Kontynencie spadła w porównaniu do 2009 r. o 13%. N a
w ynik ten złożyły się przede wszystkim w ynik osiągnięte na kluczowych rynkach
- w Niemczech, Austrii, Francji i Hiszpanii. N a tle wspomnianych krajów dosyć do
brze wypadły natom iast Włochy, które podtrzymały dynamikę wzrostu z 2009 roku
na poziom ie ok. 500 tys. m
2 nowych instalacji i są już drugim największym europej
skim rynkiem kolektorów. Mimo problemów finansowych, w ubiegłym roku dyna
mikę wzrostu rynku solamego termalnego na poziomie 3% (rok do roku) podtrzy
mała także Grecja. W śród europejskich liderów w branży solarnej największy spa
dek nowych instalacji odnotowano w ubiegłym roku w Niemczech (29%) i w Au
strii (
2 1%).
Polska obecnie jest rynkiem bardzo szybko rozwijającym się na tle innych kra
jów środkowo-wschodniej Unii Europejskiej. Ilość obecnie działających oraz plano
wanych inwestycji potwierdza, że stale rośnie świadomość opłacalności pozyskiwa
nia energii z OŹE. Prognozy wskazują, że do roku 2020 Polska m a szansę zostać pią
tym pod w zględem wielkości rynkiem energetyki słonecznej w Unii Europejskiej,
z liczbą ok. 20 m in m
2 powierzchni kolektorów słonecznych. Konieczne jednak są
programy rządowe umożliwiające uzyskanie dotacji na instalacje solame.
1 6 0
8. W nioski
8.2 Wnioski praktyczne
Użytkownik dokonywujący zakup instalacji solamej ponosi duże koszty inwe
stycyjne, dlatego niezmiernie ważne jest potwierdzenie niezawodności wybranych
kolektorów oraz ich efektywności energetycznej przez niezależne jednostki certyfi
kujące. Najpopularniejszym obecnie znakiem jakości kolektorów słonecznych jest
„Solar Keymark”, wprowadzonym i zastrzeżonym przez ESTIF (European Solar
Thermal Industry Fédération) oraz CEN (European Committee for Standardisation)
i wspieranym przez Komisje Europejską. Posiadanie przez kolektor słoneczny zna
ku Solar Keymark informuje użytkownika, że taki kolektor przeszedł badania w y
trzymałościowe a także energetyczne zgodnie z normami PN-EN 12975 oraz PN
-EN 12976.
W ytrzymałość kolektora słonecznego sprawdza się badając jego odporność na:
wzrost ciśnienia wewnętrznego, wysoką temperaturę, długotrwałe działanie prom ie
niowania słonecznego przy braku odbioru ciepła, zewnętrzy szok termiczny, w e
wnętrzny szok termiczny, szczelność na przeciekanie wody deszczowej, wytrzym a
łość na działanie obciążeń oraz odporność na działanie uderzeń. Efektywność ener
getyczną kolektora określana jest poprzez wyznaczenie charakterystyki sprawności
kolektora oraz charakterystyki cieplnej w stanie ustalonym. W stanie nieustalonym
określa się natomiast: stałą czasową oraz efektywna pojem ność cieplna kolektora,
bada się również wpływ kąta padania na sprawność kolektora.
Badania kolektorów słonecznych nie są obligatoryjne, niemniej jednak pozw a
lają na ocenę kolektorów słonecznych pod względem energetycznym oraz pośred
nio ekonomicznym. Badania mogą także wskazać ewentualne nieprawidłowości bu
dowy oraz konstrukcji kolektora, a także umożliwić zoptymalizowanie jego w yko
rzystania.
8.3 Proponowane kierunki badań
Podstawowym kierunkiem dalszych prac będzie automatyzacja stanowisk ba
dawczych kolektorów słonecznych oraz większe ujednolicenie badań kolektorów sło
necznych zgodnie z normami EN i PN. Działania te umożliwią rozszerzenie profi
lu badań kolektorów słonecznych oraz skrócenie czasu potrzebnego na badania,
a także lepsze zestawienie charakterystyk cieplnych różnych kolektorów słonecznych.
161
9. BIBLIOGRAFIA
[1] Duffie, J.A., Beckman W. A.: Solar engineering o f thermal processes. John Wiley and sons
inc., New York 1980
[2] Tytko R.: Odnawialne źródła energii. Warszawa, wydawnictwo PWG 2010
[3] Lewandowski W. M.: Proekologiczne odnawialne źródła energii. Warszawa, WNT 2007
[4] Zimny J.: Odnawialne źródła energii w budownictwie niskoenergetycznym. Warszawa,
PGAAGH WNT, 2010
[5] Wiśniewski G. i inni.: Kolektory słoneczne. Warszawa, MEDIUM 2008
[6] Pluta Z.: Podstawy teoretyczne fototermicznej konwersji energii słonecznej. Warszawa,
Oficyna wydawnictwo PW 2007
[7] Pluta Z.: Słoneczne instalacje energetyczne. Warszawa, Oficyna wydawnictwo PW 2000
[8] RETScreen Engineering & Cases Textbook: Clean Energy Project Analysis, Third Edition.
Dostępny: http://www.retscreen.net/pl/t_software.php
[9] Zawadzki M.: Kolektory słoneczne pompy ciepła na tak. Warszawa, Polska Ekologia 2003
[10]
Klugmann-Radziemska
E .:
Odnawialne źródła energii przykłady obliczeniowe. Gdańsk,
PG 2009
[11] Smolec W.: Fototermiczna konwersja energii słonecznej. Warszawa, PWN 2000
[12] Brzegowy R.: Inżynierski przewodnik metodyczny badań eksploatacyjnych kolektorów
słonecznych zgodnie z EN i PN, Kraków, AGH, 2012 (praca dyplomowa, promotor:
prof. J. Zimny)
[13] Dobriański J.: Wymiana ciepła w instalacjach słonecznych z płaskimi kolektorami. Olsz
tyn, UMW 2009
[14] Bielik S. Projekt układu hybrydowego kolektory słoneczne-silnik Stirlinga dla celów ener
getycznych, Kraków, AGH, 2012 (praca dyplomowa, promotor: prof. J. Zimny)
[15] PN-EN 12975-2:2007: Słoneczne systemy grzewcze i ich elementy. Kolektory Słoneczne.
Część 2: Metody badań
[16] Solar Heat Worldwide 2011, 2013 Edition. Dostępny: http://www.iea-shc.org/publica-
tions/downloads/Solar_Heat_Worldwide-2013.pdf (odwiedzono 24.01.2014)
[17] Solar Heat Worldwide 2010. Dostępny: http://www.iea-shc.org/publications/downloads/
Solar_Heat_Worldwide-2010.pdf (odwiedzono 05.12.2011)
[18] Solar Heat Worldwide 2009. Dostępny: http://www.iea-shc.org/publications/downloads/
Solar_Heat_Worldwide-2009.pdf (odwiedzono 05.12.2011)
[19] Solar Heat Worldwide 2008. Dostępny: http://www.iea-shc.org/publications/downloads/
Solar_Heat_Worldwide-2008.pdf (odwiedzono 05.12.2011)
[20] Solar Heat Worldwide 2007. Dostępny: http://www.iea-shc.org/publications/downloads/
Solar_Heat_Worldwide-2007.pdf (odwiedzono 05.12.2011)
[21] Solar Heat Worldwide 2006. Dostępny: http://www.iea-shc.org/publications/downloads/
Solar_Heat_Worldwide-2006.pdf (odwiedzono 05.12.2011)
[22] Solar Heat Worldwide 2005. Dostępny: http://www.iea-shc.org/publications/downloads/
Solar_Heat_Worldwide-2005.pdf (odwiedzono 05.12.2011)
[23] Solar Thermal Markets in Europe - Trends and Market Statistics 2012. Dostępny:
http://www.estif.org/fileadmin/estif/content/market_data/downloads/2010%20Europe-
an%20Solar%20Thermal%20Markets.pdf (odwiedzono 05.11.2011)
162
9. Bibliografia
[24] Solar Thermal Markets in Europe - Trends and Market Statistics 2009. Dostępny:
http://www.estif.org/fileadmin/estif/content/market_data/downloads/2009%20solar_
thermal_markets.pdf (odwiedzono 05.12.2011)
[25] Solar Thermal Markets in Europe - Trends and Market Statistics 2008. Dostępny:
http://www.estif.org/fileadmin/estif/content/market_data/downloads/2008%20Solar_
Thermal_Markets_in_Europe_2008.pdf (odwiedzono 05.12.2011)
[26] Solar Thermal Markets in Europe - Trends and Market Statistics 2007. Dostępny:
http://www.estif.org/fileadmin/estif7content/publications/downloads/Solar_thermal_mar-
kets_in_Europe_2007.pdf (odwiedzono 05.12.2011)
[27] Solar Thermal Markets in Europe - Trends and Market Statistics 2006. Dostępny:
http://www.estif.org/fileadmin/estif/content/market_data/downloads/Solar_Thermal_
Markets_in_Europe_2006.pdf (odwiedzono 05.12.2011)
[28] Solar Thermal Markets in Europe - Trends and Market Statistics 2005. Dostępny:
http://www.estif.org/fileadmin/estif/content/market_data/downloads/Solar_Thermal_
markets_in_Europe_2005.pdf (odwiedzono 05.12.2011)
[29] Solar Thermal Markets in Europe - Trends and Market Statistics 2004. Dostępny:
http://www.estif.org/fileadmin/estif/content/market_data/downloads/Solar_Thermal_
Markets_in_Europe_2004.pdf (odwiedzono 05.12.2011)
[30] Solar Thermal Markets in Europe - Trends and Market Statistics 2003. Dostępny:
http://www.estif.org/fileadmin/estif/content/market_data/downloads/Solar_Thermal_
Markets_in_Europe_2003 .pdf (odwiedzono 05.12.2011)
[31] REN21 Renewables 2011 Global Status Report. Dostępny: http://www.ren21.net/Por-
tals/97/documents/GSR/REN2 l_GSR2011.pdf (odwiedzono 05.12.2011)
[32] Rynek kolektorów słonecznych w Polsce - podsumowanie 2009 r. Dostępny:
http://www.ieo.pl/pl/raporty/doc_download/371-rynek-kolektorow-sonecznych-w-
polsce-podsumowanie-2009r.html (odwiedzono 05.12.2011)
[33] Polski rynek energetyki słonecznej termicznej, Marsylia, 20-21 października 2011. Do
stępny: http://www.ieo.pl/pl/prezentacje/doc_download/567-polski-rynek-energetyki-
sonecznej-termicznej-marsylia-20-21-padziemika-2011.html (odwiedzono 05.12.2011)
[34] Wyznaczanie współczynnika sprawności kolektora słonecznego w różnych warunkach
eksploatacji. Dostępny http://www.dlf.ug.edu.pl/spis-cwiczen/cwiczenie-6/ (odwiedzono
04.12.2011)
[35] Sprawozdanie z przeprowadzonych badań i wykonania charakterystyk cieplnych kolekto
ra promieniowania słonecznego HELIOSTAR 202 firmy THERMO-SOLAR POLSKA.
Dostępny:http://www.energiasloneczna.com/wspolpraca/P.A.N%20sprawozdanie%i20
z%20badan.pdf (odwiedzono 04.12.2011)
[36] Instrukcja do ćwiczeń nr 25 Wydziału Energetyki i Paliw Akademii Górniczo-Hutniczej
im. Stanisława Staszica w Krakowie
[37] Kolektory słoneczne: energia ze słońca. Dostępny: http://cdn2.muratordom.smcloud.net/t/
photos/fe/la/b5/felab5773d347c88.jpg (odwiedzono 04.11.2011)
[38] Collector efficiency. Dostępny: http://www.estif.org/solarkeymark/theory/eff-en.xls (od
wiedzono 03.01.2012)
163
10. PODSUMOWANIE, STRESZCZENIA
Jacek Zimny, Rafał Brzegowy, Sebastian Bielik
„Kolektory słoneczne - podstawy teoretyczne, budowa, badania”
N a podstawie analizy stanu wiedzy z zakresu teorii, budowy i badań kolekto
rów słonecznych, przedstawiono kolejno informacje dotyczące: stanu obecnego oraz
kierunków rozwoju tych urządzeń (produkcja ciepła) w świecie, UE i Polsce (rozdz.
3); podstaw teoretycznych działania i budowy (rozdz. 4); ujednoliconą metodolo
gię obliczeń cieplnych i przepływowych kolektorów słonecznych; ich doboru wraz
z instalacjami (rozdz. 4.1-4.5); bilansu energetycznego systemu grzewczego (rozdz.
4.6-4.9) oraz weryfikacji modelu teoretycznego (rozdz. 4.10-4.11) - z wykorzysta
niem materiałów naukowych i praktycznych Światowego Centrum Czystych Tech
nologii Energetycznych w Varennes (www.retscreen.net).
W rozdziale 5. opisano zakres i m etodykę badań kolektorów słonecznych zgod
nie ze standardami badań w Unii Europejskiej i Polsce. Zdefiniowano kolektory sło
neczne jako obiekt badań (rozdz. 5.2); określono zakres badań: eksploatacyjnych,
niezawodnościowych oraz energetycznych (rozdz. 5.3-5.5).
Rozdział
6. zawiera omówienie wybranych badań naukowo-przemysłowych
kolektorów słonecznych w raz z przykładami z wiodących laboratoriów naukowych
w Polsce (rozdz.
6.1-6.4).
W rozdziale 7. przedstawiono wzorcową, przykładową instrukcję zajęć dydak
tycznych badań kolektorów słonecznych w Laboratorium Ekoenergetyki Wydzia
łu Inżynierii Mechanicznej i Robotyki Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie
(modelowanie, określenie sprawności i bilansów energetycznych).
Rozdział
8. określa standard wniosków z badań; podsumowanie i ocenę rezulta
tów: poznawczych, utylitarnych i rozwojowych. Obszerną literaturę z zakresu tem a
tu monografii zawiera bibliografia, literatura - rozdział 9.
Istotnym elementem opracowania są Załączniki (rozdz. 10) dotyczące: wzorco
wych audytów energetycznych budynków przed i po termomodemizacji, projektów
zamiany ogrzewania na ekologicznie czyste (100% OŹE), wraz z oceną projektów
wdrożeniowych z wykorzystaniem oprogramowania POLYSUN (Szwajcaria) oraz
e-platformy RETScreen (USA, Kanada).
164
10. Podsumowanie
10.1. Summary
Jacek Zimny, Rafał Brzegowy, Sebastian Bielik
„Solar collectors - theoretical bases, construction, research”
Based on an analysis o f the state o f knowledge regarding solar collectors theory,
construction and research, the following were presented consecutively: information
regarding current situation and directions o f development for such devices (heat
production) in the world, EU and Poland (chapter 3); information on the theoretical
bases for their construction and operation (chapter 4); a unified methodology for
heat calculations and flow-through collectors; selecting them along with installations
(chapter 4.1-4.5), energy balance for a heating system (chapter 4.6-4.9), as well as
theoretical model verification (chapter 4.10 - 4.11) w ith the use o f scientifical and
practical material by the International Clean Energy Technology Centre in Varennes
(www.retscreen.net).
Chapter 5 covers the scope and methodology o f research on solar collectors in
compliance w ith European Union and Polish research standards. Solar collectors
were defined as a research object (chapter 5.2); the scope o f performance, reliability
and energy tests was determined (chapter 5.3 - 5.5).
Chapter
6 includes a review o f selected scientific-commercial research on
solar collectors along w ith examples from leading scientific laboratories in Poland
(chapter
6.1-6.4).
Chapter 7 presents a model exemplary lesson plan for a teaching class on
solar collector testing from Eco-energy Laboratory at the Faculty o f Mechanical
Engineering and Robotics at AGH University o f Science and Technology in Kraków
(modeling, determining efficiency and energy balance).
Chapter
8 determines the standard for research conclusions and includes
a summary as w ell as assessment o f cognitive, utilitarian and developmental results.
Extensive list o f references concerning the subject o f the monograph was included
in bibliography - chapter 9.
Annexes (chapter 10) are an important component o f the study. They concern
model energy audits o f buildings ahead o f and after thermomodemisation, plans for
replacing heating w ith ecologically clean one (100% RES), along w ith an assessment
o f implementation plans using POLYSUN (Switzerland) software and RETScreen
(USA, Canada) e-platform.
Podsumowanie, streszczenia
165
10.2.
Pe3K)Me
H u e K 3
h m h u
, P a < j) a ji E s K e r o B b i , C e S a c T H H E e j i H K
„ C o j i H e n H b i e K O J i J i e K T o p b i - T e o p e T H H e c K i i e o c H O B a H H H ,
K O H C T p y K I JH H , H C C J ie f lO B a H H » ”
H a ocHOBaHHH anajima cocToamia 3HaHHii no Teopmi, KOHCTpyKiiHH
h HccjieflOBamiaM cojiHenHwx KoaaeKTopoB npeacTaBaaeTca HHc[)opMamia
o HHacecjieflyionieM: coBpeMeimoM cocToaHHH h HanpaBaemiax pa3BHTna s th x
ycTaHOBOK (npoH3BOflCTBo Tenaa) b MHpe, EC h noabine (raaBa 3); TeoperanecKHx
ocHOBamiax hx pafioTti h KOHCTpyicmiH (raaBa 4); ymujmuHpoBaHHOH MeToaoaoniH
TennoBtix pacneTOB n pacneTOB noToica cojmeuHbix KOJiJieKTopoB; hx noaGopa
BMecTe c HHCTajuiapHeH (raaBa 4.1-4.5); SHepreranecKOM 6aaaHce chctcmbi
OTonaeHHa (raaBbi 4.6-4.9) a Taione o BepjKjmKaijHH TeopeTHHecicoii MoaenH (raaBbi
4.10-4.11) - c Hcnoab30BaHHeM Hayrabix MaTepnaaoB IJeHTpa SHepreTHuecKHX
TexHoaoraii CANMET b Bapemr (www.retscreen.net).
B raaBe 5 npeacTaBaeH ofiueM
h
MeToanKa HccneaoBaHHH coaHenHbix
KoaaeKTopoB no craiiaapTaM HccaeaoBaHHH
b
EBponeficKOM coio3e
h
noabm e.
CoanenHbie KoaaeKTopbi Swan npeacTaBaeHbi xax oóueKT HccaeaoBaHHH (raaBa
5.2); 6bia onpeaeaeH obbeM HccaeaoBaHHH: sKcnayaTanHOHHbie
h
sHepreTHHecioie
HCcaeflOBanHa
h
HCcaeaoBamia HaaescHOCTH (raaBbi 5.3-5.5).
FaaBa 6 coaepaorr npeacTaBaeime H36paHHbix HayuHO-npoMbimaeHHbix
HccaeaoBaHHH coaHeuHbix KoaaerropoB, a Taicace npHMepbi H3 Beaymnx HaynHbix
aaSopaTopHH
b
n oabm e (raaBbi 6.1-6.4).
B
raaBe
7
npeacTaBaaeTca o 6pa3uoBoe, npuMepHoe pyKOBoacreo no
npoBeaeHHio anaaKTHnecKHX 3aHa™ ii n o HccaeaoBaHHio coaHeuHbix KoaaeKTopoB
b
JIafiopaTopHH
3K03HepreTHKH
OaxyabTeTa
MexammecicoH
HHxeHepHH
Hpo
6oTOTexHHKHropHO-MeTaaayprHHecKOHAKaaeMHHBKpaKOBe(MoaeaHpoBaHHe,
onpeaeaeHH e K03(j>cj)HiineHTa n o a e 3Horo aeiiCTBHa h SH eprerauecicoro GaaaHca).
TaaBa 8 onpeaeaaeT craHaapT irroroB HccaeaoBaHHn; noabiToacHBaeT
opeHKy pe3yabTaTOB: no3HaBaTeabHbix, ymaHTapHbix
h
cBa3aHHbix c pa3BHTneM.
BoraTaa anTeparypa no TeMe MOHorpatjiHH coaepMTCa
b
finGaHorpacjmii, cnncxe
aHTepaTypw - raaBa 9.
CymecTBeHHbiii aaeMem HacToameft paóoTbi -
sto
npnaoaceHHa (raaBa 10),
xacaioiUHeca: o6pa3noBbix SHeproayanTOB 3aaHHH ao n nocae TepMOMoaepHH3aqHH,
npoeKTOB no H3MeHeHHio OTonaeHHa Ha SKoaonmecKH HHCToe (100% B H 3), a TaKace
oijeHKH BHeapcHuecKHX npoeKTOB c Hcnoab30BaHHeM nporpaMMHoro odecneneHHa
POLYSUN (IIlBeHnapHa)
h
RETScreen (CIHA, KaHaaa).
11. ZAŁĄCZNIKI
166
11.1. Przykłady obliczeniowe według
e-platformy RETScreen®
11.1.1. Karta audytu energetycznego budynku przed i po
term om odernizacji - według poprzedniej normy
K
A
R
T
A
A
U
D
Y
T
U
E
N
E
R
G
E
T
Y
C
Z
N
E
G
O
B
U
D
Y
N
K
U
Dane Identyfikacyjne:
Zamawiający / Inwestor:
Inwentaryzacja budowlana:
kwiecień, maj 2013
Data opracowania:
cze-13
D
a
n
e
o
o
b
ie
k
c
ie
:
Typ budynku:
budynek zamieszkani
Lokalizacja:
Rok budowy:
1974
Technologia:
Stan Istniejący c.o.+wentylacja+c.w.u. = 115,2+33,75+50,7= 199,6kW
nt5 c.o.+wentylacja+c.w.u. = 112,77+33,75+50,7=191,21kW
Wariant 4 c.o.+wentylacja+c.w.u. = 112,80+33.75+50,7= 197,26kW
Wariant 3 c.o.+wentylacja+c.w.u. = 110,95+33,75+50,7=195,41 kW
nt 2 c.o.+wentylacjatc.w.u. = 110,95+33,75+50,7= 195,41kW
Wariant 1 c.o.+wentylacja+c.w.u. = 110,95+33,75+8,7=153,4 kW
1992.05
4965,5
1992.05
Wielkość:
Powierzchnia użytkowa
Kubatura pomieszczeń ogrzewanych
Powierzchnia ogrzewana
Współczynnik kształtu budynku A/V
liczba kondygnacji
Uczba pomieszczeń mieszkalnych
Stanlstnieląc^budynku:
Współczynniki przenikania ciepła U [W/m2*K|
ściany zewnetrzne
0,86-0,41
Sprawności systemu ogrzewania:
sprawność przesyłania
sprawność regulacji I wykorzystania
sprawność akumulacji
sprawność całkowita
uwzględnienie przerw w okresie tygodnia
uwzględnienie przerw w ciągu doby
Wskaźniki energetyczne:
qoto= 115,2 kW (zapotrz, na co)
w tym qo„„, = 33,75 kW (wentylacja)
9oo*uB SO,7 kW (depla woda)
Qo“ 14S8 Gl/rok (z uwzgl. sprawności)
Qo= 405000 kWh/rok (z uwzgl.spr)
Ev= 56,4 kWh/(mJa) 202,9 M)/(m’ a)
E» ■ 140,5 kWh/(m'a) 505,8 MJ/(m'a)
Ko = 195673 zl/rok (koszt c.o. I c.w.u.)
Op_tymalnywariant termomodernizacyjny dla obiektu: Wariant 1
„Audyt energetyczny budynku o funkcji mieszkalnej."
Charakterystyka wariantów Inwestycji termomodernizacyjnej budynku
Wykres przedstawia zapotrzebowanie mocy dla c.o„ wentylacji i c-w.u. w funkcji okreslonegc
250
200 ■
8
1 100 -
I I I 1 1 1
□wentylacja
a c.o.
a 80
- i
i i
y
i i
i i
'¡ i
X
Stan obecny
5
4
3
2
1
Warianty termomodernizacji
it obejmuje: modernizację systemu grzewczego poprzez montaż pompy ciepła, regulatorów
termostatycznych, podzielników ciepła, modernizację instalacji c.w.u. poprzez montaż trzech zestawów
solarnych po jednym na każdą klatkę, montaż nawiewników, po jednym w każdym pomieszczeniu,
ocieplenie stropu nad nleogrzewaną piwnicą, ocieplenie stropodachu, ocieplenie ścian zewnętrznych.
Współczynniki przenikania ciepła U [W/mJ,K]
Ściany zewnetrzne
0,213-0,232
Sprawności systemu ogrzewania:
wność Wytwarzania
sprawność przesyłania
sprawność regulacji i wykorzystania
iprawność akumulacji
sprawność całkowita
inienie przerw w okresie tygodnia
inienle przerw w ciągu doby
Wskaźniki energetyczne:
Efe.ktywność ogrzęwania:.(Warlant 1)
N = 369 359 zł
ÓE* = 5,6 kWh/(mŁa)
Oszczędność energii:
488 GJ/rok
Oszczędność mocy:
4,2 kW
Oszczędność kosztów: 34 883 zł/rok
Wskaźniki ekonomiczne:
Kalkulowany kśzt robót:
823 189 zl
Udział środków własnych Inwestora: 246 957 zl
Kredyt bankowy: 576 223 zł
Premia termomodernizacyjna: 115 246zł
Czas zwrotu nakładów SPBT:
30,0%
70,0%
20,0%
Q,= 264 GJ/rok (z uwzgl. sprawności)
Qi = 73333
kWh/rok (z uwzględnieniem sprawności)
Ev = 54,1 kWh/(m‘ a) 194,8 MJ/(m*a)
E»= 134,9 kWh/(m’ a)
485,6 MJ/(m'a)
K,= 21805 zł/rok (koszt c.o. I c.w.u.)
11.1 Przykłady obliczeniowe w edług e-platformy RETScreen®
167
ŚW IAD ECTW O CH A R A K TE R Y ST YK I EN ERG ETYCZN EJ
DLA BUDYNKU MIESZKALNEGO
Trzy klatkowy, pięciokondygnacyjny
1 23 Czerwca 2023
NUMER ŚWIADECTWA | L/2013
BUDYNEK OCENIANY
R
O
D
Z
A
J B
U
D
Y
N
K
U
Blok mieszkalny
A
D
R
E
S
B
U
D
Y
N
K
U
Grybów, osiedle równie
C
A
Ł
O
Ś
Ć
/C
Z
Ę
Ś
Ć
B
U
D
Y
N
K
U
Całość budynku
R
O
K
Z
A
K
O
Ń
C
Z
E
N
IA
B
U
D
O
W
Y
1975
R
O
K
O
D
D
A
N
IA
D
O
U
Ż
Y
T
K
O
W
A
N
IA
1975
R
O
K
B
U
D
O
W
Y
IN
S
T
A
L
A
C
JI
1975
LIC
Z
B
A
M
IE
S
Z
K
A
Ń
45
P
O
W
IE
R
Z
C
H
N
IA
U
Ż
Y
T
K
O
W
A
(A
f
, m
2
)
1992,05
C
E
L
W
Y
K
O
N
A
N
IA
Ś
W
IA
D
E
C
T
W
A
| | BUDYNEK NOWY
\/\ BUDYNEK ISTNIEJĄCY
[ | WYNAJEM / SPRZEDA2 \ś\ ROZBUDOWA
OBLICZENIOWE ZAPOTRZEBOWANIE NA NIEODNAWIALNĄ ENERGIĘ PIERWOTNĄ
EP - budynek oceniany
409,8 kWh/(m2 rok)
W
g
w
y
m
a
g
a
ń
W
T
2
0
0
8
2
)
W
g
w
y
m
a
g
a
ń
W
T
2
0
0
8
2
)
b
u
d
y
n
e
k
n
o
w
y
b
u
d
y
n
e
k
p
rze
b
u
d
o
w
a
n
y
I
STWIERDZENIE DOTRZYMANIA WYMAGAŃ WG WT2008 2>
1
Z
A
P
O
T
R
Z
E
B
O
W
A
N
IE
N
A
E
N
E
R
G
IĘ
P
IE
R
W
O
T
N
Ą
(E
P
)
Z
A
P
O
T
R
Z
E
B
O
W
A
N
IE
N
A
E
N
E
R
G
IĘ
K
O
Ń
C
O
W
Ą
(E
K
)
B
U
D
Y
N
E
K
O
C
E
N
IA
N
Y
409,8 kWh/(m2rok)
B
U
D
Y
N
E
K
O
C
E
N
IA
N
Y
351,6 kWh/(m2rok)
b
u
d
yn
ek
w
g
W
T
2
0
0
8
114,5 kWh/(m2rok)
1) Charakterystyka energetyczna budynku określana je s t na podstawie porównania jednostkowej Hośd nieodnawialnej energii pierwotnej EP niezbędnej do
zaspokojenia potrzeb energetycznych budynku w zakresie ogrzewania, chłodzenia, wentylacji i cieplej wody użytkowej (efektywność całkowita) z
odpowiednie wartośda referencyjna.
2) Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie
(Dz. U. N r 75, poz. 690, z późn. zm.), spełnienie warunków je s t wymagane tylko dla budynku nowego lub przebudowanego._________________________
U w a g a :
c
h
a
ra
k
te
ry
s
ty
k
a
e
n
e
rg
e
ty
c
z
n
a
o
k
re
ś
la
n
a
je
st d
la
w
a
ru
n
k
ó
w
k
lim
a
ty
c
z
n
y
c
h
o
d
n
ie
s
ie
n
ia
- sta
c
ja
:
o
ra
z
d
la
n
o
rm
a
ln
y
c
h
w
a
ru
n
k
ó
w
e
k
sp
lo
a
ta
c
ji b
u
d
y
n
k
u
p
o
d
a
n
y
c
h
n
a
str 2
.
I SPORZĄDZAJĄCY ŚWIADECTWO
IM
IĘ
I N
A
Z
W
IS
K
O
JAN KOWALSKI
N
R
U
P
R
A
W
N
IE
Ń
B
U
D
O
W
L
A
N
Y
C
H
A
L
B
O
N
R
W
P
IS
U
D
O
R
E
JE
S
T
R
U
XXX
D
A
T
A
W
Y
S
T
A
W
IE
N
IA
20 Czerwca 2013
d
a
ta
,
pieczą
tka
i
po
d
pis
24 Czerwca 2013
Świadectwo sporządzone za pomocą programu Audytor Edu OZC 4.8 Pro
168
11. Załączniki
Świadectwo charakterystyki energetycznej nr 1/2013
CHARAKTERYSTYKA TECHNICZNO-UŻYTKOWA BUDYNKU
PRZEZNACZENIE BUDYNKU
Wielorodzinny
LICZBA KONDYGNACJI
POWIERZCHNIA UŻYTKOWA BUDYNKU
1992,05 m2
POWIERZCHNIA UŻYTKOWA O REGULOWANEJ TEMPERATURZE (A,)
1992,05 m2
NORMALNE TEMPERATURY EKSPLOATACYJNE
ZIMA: 20,0
LATO: 20,0 °C
PODZIAŁ POWIERZCHNI UŻYTKOWEJ
MIESZKALNA: 100,0
NIEMIESZKALNA: 0,0 %
KUBATURA BUDYNKU
7894,3 m3
WSKAŹNIK ZWARTOŚCI BUDYNKU A/Ve
0,38
LICZBA UŻYTKOWNIKÓW / MIESZKAŃCÓW
180
RODZAJ KONSTRUKCJI
BUDYNKU
System OW-T - Oszczędnościowy Wielkopłytowy-Typowy
OSŁONA BUDYNKU
brak osłonięcia
INSTALACJA OGRZEWANIA
c.o. zdała czynne
Parametry: 90/70
in s ta la c ja w e n ty la c ji
graw itacyjna pobudzana z wyw ietrznikam i dachowym i - kuchnia, łazienka i
WC
INSTALACJA CHŁODZENIA
Brak.
in
stalacja
p
r
zyg
o
to
w
a
n
ia
piecyk gazowy w łazience
CIEPŁEJ WODY UŻYTKOWEJ
OBLICZENIOWE ZAPOTRZEBOWANIE NA ENERGIĘ
R
O
C
Z
N
E
JE
D
N
O
S
T
K
O
W
E
Z
A
P
O
T
R
Z
E
B
O
W
A
N
IE
N
A
E
N
E
R
G
IĘ
K
O
Ń
C
O
W
Ą
[k
W
h
/
(m
2
ro
k
)]
N
O
Ś
N
IK
E
N
E
R
G
II
O
G
R
Z
E
W
A
N
IE
I
W
E
N
T
Y
L
A
C
JA
C
IE
P
Ł
A
W
O
D
A
U
R
Z
Ą
D
Z
E
N
IA
ł>
P
O
M
O
C
N
IC
Z
E
S
U
M
A
SYSTEMY CIEPŁOWNICZE
LOKALNE - ciepło z ciepłowni
gazowej/olejowej
185,1
0 ,0
0 ,0
185,1
PALIWA - Gaz ziemny
0 ,0
164,1
0 ,0
164,1
ENERGIA ELEKTRYCZNA -
produkcja mieszana
0 ,0
0 ,0
2 ,4
2 ,4
PODZIAŁ ZAPOTRZEBOWANIA NA ENERGIĘ
ROCZNE JEDNOSTKOWE ZAPOTRZEBOWANIE NA ENERGIĘ UŻYTKOWĄ [kWh/(m2rok)]
OGRZEWANIE I
WENTYLACJA
CIEPŁA WODA
URZĄDZENIA 11
POMOCNICZE
SUMA
WARTOŚĆ
[kWh/(m2rok)]
128,0
59,1
2 ,4
18 9 ,4
UDZIAŁ
[%]
6 7 ,6
3 1 ,2
1,3
100,0
ROCZNE JEDNOSTKOWE ZAPOTRZEBOWANIE NA ENERGIĘ KO 1COWĄ [kWh/(m2rok)]
OGRZEWANIE I
WENTYLAGA
CIEPŁA WODA
URZĄDZENIA1»
POMOCNICZE
SUMA
WARTOŚĆ
[kWh/(m2rok)]
185,1
164,1
2 ,4
35 1 ,6
UDZIAŁ
[%]
52 ,7
4 6 ,7
0 ,7
10 0 ,0
ROCZNE JEDNOSTKOWE ZAPOTRZEBOWANIE NA ENERGIĘ PIERWOTNĄ [kWh/(m2rok)]
OGRZEWANIE I
WENTYLAGA
CIEPŁA WODA
URZĄDZENIA1»
POMOCNICZE
SUMA
WARTOŚĆ
[kWh/(m2rok)]
2 2 2 ,2
180,5
7,1
4 0 9 ,8
UDZIAŁ
[%]
5 4 ,2
44 ,1
1,7
10 0 ,0
SUMARYCZNE ROCZNE JEDNOSTKOWE ZAPOTRZEBOWANIE NA NIEODNAWIALNĄ ENERGIĘ PIERWOTNĄ [kWh/(m2rok)]
1
) łącznie z chłodzeniem pomieszczeń
4 0 9 ,8
Świadectwo sporządzone za pomocą programu Audytor Edu OZC 4.8 Pro
11.1 Przykłady obliczeniowe w edług e-platformy RETScreen'
169
Świadectwo charakterystyki energetycznej n r 1/2013
UWAGI W ZAKRESIE MOŻLIWOŚCI ZMNIEJSZENIA ZAPOTRZEBOWANIA NA ENERGIĘ KOŃCOWĄ
MOŻLIWE ZMIANY W
ZAKRESIE OSŁONY
ZEWNĘTRZNEJ BUDYNKU
ocieplenie ścian szczytowych i osłonowych styropianem ,
d od ep le nie sropu.
MOŻLIWE ZMIANY W
ZAKRESIE TECHNIKI
INSTALACYJNEJ I ŹRÓDŁA
ENERGII
płukanie instalacji c.o. m ontaż z aw orów term ostatycznych. M odernizacja instalacji
przesyłow ej na odcinku kotłownia blok mieszkalny.
MOŻLIWE ZMIANY
OGRANICZAJĄCE
ZAPOTRZEBOWANIE NA
ENERGIĘ KOŃCOWĄ W CZASIE
EKSPLOATAGI BUDYNKU
wykorzystanie
OZE
w zakresie cwu.
MOŻLIWE ZMIANY
OGRANICZAJĄCE
ZAPOTRZEBOWANIE NA
ENERGIĘ KOŃCOWĄ
ZWIĄZANE Z KORZYSTANIEM
Z CIEPŁEJ WODY UŻYTKOWEJ
zastosow anie ogniw galwaniczych do ogrzew ania cwu
in n e
u w a g i
o s o b y
w yp osażenie kotłowni w autom atykę pogodową.
SPORZĄDZAJĄCEJ
ŚWIADECTWO
CHARAKTERYSTYKI
ENERGETYCZNEJ
Świadectwo sporządzone za pomocą programu Audytor Edu OZC 4.8 Pro
170
11. Załączniki
________________________________________________________________________________
Świadectwo charakterystyki energetycznej nr 1/2013
OBJAŚNIENIA
za
po
trzeb
o
w
a
n
ie
n
a
E
N
E
R
G
IĘ
Zapotrzebowanie na energię w świadectwie charakterystyki energetycznej jest
wyrażane poprzez roczne zapotrzebowanie na nieodnawialną energię pierwotną i
poprzez zapotrzebowanie na energię końcową. Wartości te są wyznaczone
obliczeniowo na podstawie jednolitej metodologii. Dane do obliczeń określa się na
podstawie dokumentami budowlanej lub obmiaru budynku istniejącego i przyjmuje
się standardowe warunki brzegowe (np. standardowe warunki klimatyczne,
zdefiniowany sposób eksploatacji, standardową temperaturę wewnętrzną i
wewnętrzne zyski ciepła itp.). Z uwagi na standardowe warunki brzegowe, uzyskane
wartości zużycia energii nie pozwalają wnioskować o rzeczywistym zużyciu energii
budynku.
Z
A
P
O
T
R
Z
E
B
O
W
A
N
IE
n
a
N
IE
O
D
N
A
W
IA
L
N
Ą
E
N
E
R
G
IĘ
P
IE
R
W
O
T
N
Ą
Zapotrzebowanie na nieodnawialną energię pierwotną określa efektywność
całkowitą budynku. Uwzględnia ona obok energii końcowej, dodatkowe nakłady
nieodnawialnej energii pierwotnej na dostarczenie do granicy budynku każdego
wykorzystanego nośnika energii (np. oleju opałowego, gazu, energii elektrycznej,
energii odnawialnych itp.). Uzyskane małe wartości wskazują na nieznaczne
zapotrzebowanie i tym samym wysoką efektywność i użytkowanie energii chroniące
zasoby i środowisko. Jednocześnie ze zużyciem energii można podawać
odpowiadającą emisję C02 budynku.
Z
A
P
O
T
R
Z
E
B
O
W
A
N
IE
N
A
E
N
E
R
G
IĘ
K
O
Ń
C
O
W
Ą
Zapotrzebowanie na energię końcową określa roczną ilość energii dla ogrzewania
(ewentualnie chłodzenia), wentylacji i przygotowania ciepłej wody użytkowej. Jest
ona obliczana dla standardowych warunków klimatycznych i standardowych
warunków użytkowania i jest miarą efektywności energetycznej budynku i jego
techniki instalacyjnej. Zapotrzebowanie na energię końcową jest to ilość energii
bilansowana na granicy budynku, która powinna być dostarczona do budynku przy
standardowych warunkach z uwzględnieniem wszystkich strat, aby zapewnić
utrzymanie obliczeniowej temperatury wewnętrznej, niezbędnej wentylacji i
dostarczenie ciepłej wody
użytkowej.
Małe wartości sygnalizują niskie
zapotrzebowanie i tym samym wysoką efektywność.
B
U
D
Y
N
E
K
M
IE
S
Z
K
A
L
N
Y
Z
L
O
K
A
L
A
M
I U
S
Ł
U
G
O
W
Y
M
I
Świadectwo charakterystyki energetycznej budynku mieszkalnego, w którym
znajdują się lokale o funkcji niemieszkalnej może być sporządzone dla całego
budynku lub oddzielnie dla części mieszkalnej i dla każdej pozostałej części budynku
stanowiącej samodzielną całość techniczno-użytkową o odmiennej funkcji
użytkowej. Fakt ten należy zaznaczyć na stronie tytułowej w rubryce (całość/część
budynku).
1INFORMAGE DODATKOWE
1) Niniejsze świadectwo charakterystyki energetycznej budynku zostało wydane na podstawie dokonanej oceny
charakterystyki energetycznej budynku zgodnie z przepisami ustawy z dnia 7 lipca 1994 r. - Prawo budowlane
(Dz. U. z 2006 r. Nr 156, poz. 1118, z późn. zm.) oraz rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 6 listopada
2008 r. w sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku i lokalu mieszkalnego lub
części budynku stanowiącej samodzielną całość techniczno-użytkową oraz sposobu sporządzania i wzorów
świadectw ich charakterystyki energetycznej. (Dz. U. Nr 201 poz 1240).
2) Świadectwo charakterystyki energetycznej traci ważność po upływie terminu podanego na str. 1 oraz w
przypadku, o którym mowa w art. 63 ust. 3 pkt 2 ustawy z dnia 7 lipca 1994 r. - Prawo budowlane
3) Obliczona w świadectwie charakterystyki energetycznej wartość „EP" wyrażona w [kWh/m2rok] jest
wartością obliczeniową określającą szacunkowe zużycie nieodnawialnej energii pierwotnej dla przyjętego
sposobu użytkowania i standardowych warunków klimatycznych i jako taka nie może być podstawą do
naliczania opłat za rzeczywiste zużycie energii w budynku.
4)
Ustalona w niniejszym świadectwie skala do oceny właściwości energetycznych budynku wyraża
porównanie jego oceny energetycznej z oceną energetyczną budynku spełniającego wymagania warunków
technicznych.
5) Wyższą efektywność energetyczną budynku można uzyskać przez poprawienie jego cech technicznych
wykonując modernizację w zakresie obudowy budynku, techniki instalacyjnej, sposobu zasilania w energię lub
zmieniając parametry eksploatacyjne.
Świadectwo sporządzone za pomocą programu Audytor Edu OZC 4.8 Pro
11.1.2. Karta audytu energetycznego budynku
po term odernizacji - według aktualnej normy
11.1 Przykłady obliczeniowe w edług e-platformy RETScreen®
ŚW IADECTW O CH A RAKTERYSTYKI ENERGETYCZNEJ
DLA BUDYNKU MIESZKALNEGO
Trzy klatkowy, pięciokondygnacyjny
BUDYNEK OCENIANY
r
o
d
za
j
b
u
d
y
n
k
u
Blok mieszkalny
A
D
R
E
S
B
U
D
Y
N
K
U
Grybów, osiedle równie
C
A
Ł
O
S
C
/C
Z
Ę
S
C
B
U
D
Y
N
K
U
Całość budynku
R
O
K
Z
A
K
O
Ń
C
Z
E
N
IA
B
U
D
O
W
Y
1975
R
O
K
O
D
D
A
N
IA
D
O
U
Ż
Y
T
K
O
W
A
N
IA
1975
R
O
K
B
U
D
O
W
Y
IN
S
T
A
L
A
C
JI
1975
L
IC
Z
B
A
M
IE
S
Z
K
A
Ń
45
P
O
W
IE
R
Z
C
H
N
IA
U
Ż
Y
T
K
O
W
A
(A
f
, m
2
)
1992,05
C
E
L
W
Y
K
O
N
A
N
IA
Ś
W
IA
D
E
C
T
W
A
| ~| BUDYNEK NOWY
[/ \ BUDYNEK ISTN1BĄCY
| | WYNAJEM / SPRZEDAŻ \S] ROZBUDOWA
OBLICZENIOWE ZAPOTRZEBOWANIE NA NIEODNAWIALNĄ ENERGIĘ PIERWOTNĄ
'>
E P - b ud yn ek o cen ia ny
151,8 kWh/(m2 rok)
O
Wg wymagań WT2008 2
>
W
g
w
y
m
a
g
a
ń
W
T
2
0
0
8
2>
budynek nowy
b
u
d
y
n
e
k
p
rz
e
b
u
d
o
w
a
n
y
STWIERDZENIE DOTRZYMANIA WYMAGAŃ WG WT2008 2>
Z
A
P
O
T
R
Z
E
B
O
W
A
N
IE
N
A
E
N
E
R
G
IĘ
P
IE
R
W
O
T
N
Ą
(E
P
)
Z
A
P
O
T
R
Z
E
B
O
W
A
N
IE
N
A
E
N
E
R
G
IĘ
K
O
Ń
C
O
W
Ą
(E
K
)
b
u
d
yn
ek
o
cen
ia
n
y
151,8 kWh/(m2rok)
b
u
d
yn
ek
o
c
en
ia
n
y
96,4 kWh/(m2rok)
b
u
d
yn
ek
w
g
W
T
2
0
0
8
114,5 kWh/(m2rok)
1 ) Charakterystyka energetyczna budynku określana je st na podstawie porównania jednostkowej ilości nieodnawialnej energii pierwotnej EP niezbędnej do
zaspokojenia potrzeb energetycznych budynku w zakresie ogrzewania, chłodzenia, wentylacji i cieplej wody użytkowej (efektywność całkowita) z
odpowiednią wartością referencyjną.
2 ) Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie
(Dz. U. N r 75, poz. 690, z późn. zm.), spełnienie warunków je st wymagane tylko dla budynku nowego lub przebudowanego.
Uwaga: c
h
a
ra
k
te
ry
s
ty
k
a
e
n
e
rg
e
ty
c
z
n
a
o
k
re
ś
la
n
a
je
st d
la
w
a
ru
n
k
ó
w
k
lim
a
ty
c
z
n
y
c
h
o
d
n
ie
s
ie
n
ia
- s
ta
c
ja
:
o
ra
z
d
la
n
o
rm
a
ln
y
c
h
w
a
ru
n
k
ó
w
e
k
s
p
lo
a
ta
c
ji b
u
d
y
n
k
u
p
o
d
a
n
y
c
h
n
a
str 2
.
SPORZĄDZAJĄCY ŚWIADECTWO
Nowy Sącz
IM
IĘ
I N
A
Z
W
IS
K
O
JAN KOWALSKI
N
R
U
P
R
A
W
N
IE
Ń
B
U
D
O
W
L
A
N
Y
C
H
A
L
B
O
N
R
W
P
IS
U
D
O
R
E
JE
S
T
R
U
XXX
D
A
T
A
W
Y
S
T
A
W
IE
N
IA
20 Czerwca 2013
d
a
ta
,
pieczą
tka
i
po
d
pis
10 Lipca 2013
Śv/iadectwo sporządzone za pomocą programu Audytor Edu OZC 4.8 Pro
172
11. Załączniki
Świadectwo charakterystyki energetycznej nr 1/2013
CHARAKTERYSTYKA TECHNICZNO-UŻYTKOWA BUDYNKU
PRZEZNACZENIE BUDYNKU
Wielorodzinny
LICZBA KONDYGNACJI
POWIERZCHNIA UŻYTKOWA BUDYNKU
1992,05 m2
POWIERZCHNIA UŻYTKOWA O REGULOWANEJ TEMPERATURZE (A,)
1992,05 m2
NORMALNE TEMPERATURY EKSPLOATACYJNE
ZIMA: 20,0
LATO: 20,0 °C
PODZIAŁ POWIERZCHNI UŻYTKOWEJ
MIESZKALNA: 100,0
NIEMIESZKALNA: 0,0 %
KUBATURA BUDYNKU
WSKAŹNIK ZWARTOŚCI BUDYNKU A/Vc
7894,3 m3
0,38
LICZBA UŻYTKOWNIKÓW / MIESZKAŃCÓW
RODZAJ KONSTRUKCJI
BUDYNKU
System OW-T - Oszczędnościowy Wielkopłytowy-Typowy
OSŁONA BUDYNKU
brak osłonięcia
INSTALACJA OGRZEWANIA
c.o. zdała czynne
Parametry: 55/45
INSTALACJA WENTYLACJI
grawitacyjna pobudzana z wywietrznikam i dachowym i - kuchnia, łazienka i
WC
INSTALACJA CHŁODZENIA
Brak.
in s t a la c ja
pr z y g o t o w a n ia
njecyk gazow y w łazience
CIEPŁEJ WODY UŻYTKOWEJ
OBLICZENIOWE ZAPOTRZEBOWANIE NA ENERGIĘ
R
O
C
Z
N
E
JE
D
N
O
S
T
K
O
W
E
Z
A
P
O
T
R
Z
E
B
O
W
A
N
IE
N
A
E
N
E
R
G
IĘ
K
O
Ń
C
O
W
Ą
[k
W
h
/
(m
2
ro
k
)l
N
O
Ś
N
IK
E
N
E
R
G
II
O
G
R
Z
E
W
A
N
IE
I
W
E
N
T
Y
L
A
C
JA
C
IE
P
Ł
A
W
O
D
A
U
R
Z
Ą
D
Z
E
N
IA
’>
P
O
M
O
C
N
IC
Z
E
S
U
M
A
ENERGIA ELEKTRYCZNA -
produkcja mieszana
31,8
13,4
5,4
50,6
PALIWA
- kolektor słoneczny,
termiczny
0,0
45,7
0,0
45,7
PODZIAŁ ZAPOTRZEBOWANIA NA ENERGIĘ
R
O
C
Z
N
E
JE
D
N
O
S
T
K
O
W
E
Z
A
P
O
T
R
Z
E
B
O
W
A
N
IE
N
A
E
N
E
R
G
IĘ
U
Ż
Y
T
K
O
W
Ą
[k
W
h
/
(m
2
ro
k
)]
O
G
R
Z
E
W
A
N
IE
I
W
E
N
T
Y
L
A
C
JA
C
IE
P
Ł
A
W
O
D
A
U
R
Z
Ą
D
Z
E
N
IA
P
O
M
O
C
N
IC
Z
E
S
U
M
A
W
A
R
T
O
Ś
Ć
[k
W
h
/
(m
2
ro
k
)]
122,1
59,1
5,4
186,5
U
D
Z
IA
Ł
[%
]
65,4
31,7
2,9
100,0
R
O
C
Z
N
E
JE
D
N
O
S
T
K
O
W
E
Z
A
P
O
T
R
Z
E
B
O
W
A
N
IE
N
A
E
N
E
R
G
IĘ
K
O
'JC
O
W
Ą
[k
W
h
/
(m
2
ro
k
)]
O
G
R
Z
E
W
A
N
IE
I
W
E
N
T
Y
L
A
C
JA
C
IE
P
Ł
A
W
O
D
A
U
R
Z
Ą
D
Z
E
N
IA
1
'
P
O
M
O
C
N
IC
Z
E
S
U
M
A
W
A
R
T
O
Ś
Ć
[k
W
h
/
(m
2
ro
k
)]
31,8
59,1
5,4
96,4
U
D
Z
IA
Ł
[%
]
33,1
61,4
5,6
100,0
R
O
C
Z
N
E
JE
D
N
O
S
T
K
O
W
E
Z
A
P
O
T
R
Z
E
B
O
W
A
N
IE
N
A
E
N
E
R
G
IĘ
P
IE
R
W
O
T
N
Ą
[k
W
h
/
(m
2
ro
k
)j
O
G
R
Z
E
W
A
N
IE
I
W
E
N
T
Y
L
A
C
JA
C
IE
P
Ł
A
W
O
D
A
U
R
Z
Ą
D
Z
E
N
IA
1
'
P
O
M
O
C
N
IC
Z
E
S
U
M
A
W
A
R
T
O
Ś
Ć
[k
W
h
/
(m
2
ro
k
)]
95,5
40,2
16,1
151,8
U
D
Z
IA
Ł
[%
]
62,9
26,5
10,6
100,0
S
U
M
A
R
Y
C
Z
N
E
R
O
C
Z
N
E
JE
D
N
O
S
T
K
O
W
E
Z
A
P
O
T
R
Z
E
B
O
W
A
N
IE
N
A
N
IE
O
D
N
A
W
IA
L
N
Ą
E
N
E
R
G
IĘ
P
IE
R
W
O
T
N
Ą
[k
W
h
/
(m
2
ro
k
)]
1
) łącznie z chłodzeniem pomieszczeń
151,8
Świadectwo sporządzone za pomocą programu Audytor Edu OZC 4.8 Pro
11.1 Przykłady obliczeniowe według e-platformy RETScreen®
173
Świadectwo charakterystyki energetycznej nr 1/2013
UWAGI W ZAKRESIE MOŻLIWOŚCI ZMNIEJSZENIA ZAPOTRZEBOWANIA NA ENERGIĘ KOŃCOWĄ
MOŻLIWE ZMIANY W
ZAKRESIE OSŁONY
ZEWNĘTRZNEJ BUDYNKU
ocieplenie ścian szczytowych i osłonowych styropianem,
docieplenie sropu.
MOŻLIWE ZMIANY W
ZAKRESIE TECHNIKI
INSTALACYJNEJ I ŹRÓDŁA
ENERGII
płukanie instalacji c.o. montaż zaw orów term ostatycznych. Modernizacja instalacji
przesyłowej na odcinku kotłownia blok mieszkalny.
MOŻLIWE ZMIANY
OGRANICZAJĄCE
ZAPOTRZEBOWANIE NA
ENERGIĘ KOŃCOWĄ W CZASIE
EKSPLOATACJI BUDYNKU
wykorzystanie
OZE
w zakresie cwu.
MOŻLIWE ZMIANY
OGRANICZAJĄCE
ZAPOTRZEBOWANIE NA
ENERGIĘ KOŃCOWĄ
ZWIĄZANE Z KORZYSTANIEM
Z CIEPŁO WODY UŻYTKOWEJ
zastosowanie ogniw galwaniczych do ogrzewania cwu
in n e
u w a g i
o s o by
w yposażenie kotłowni w autom atykę pogodową.
SPORZĄDZAJĄCEJ
ŚWIADECTWO
CHARAKTERYSTYKI
ENERGETYCZNEJ
Świadectwo sporządzone za pomocą programu Audytor Edu OZC 4.8 Pro
174
11. Załączniki
_______
Świadectwo charakterystyki energetycznej n r 1/2013
OBJAŚNIENIA
za
p
o
tr
zeb
o
w
a
n
ie
n
a
Zapotrzebowanie na energię w świadectwie charakterystyki energetycznej jest
en
erg
ię
wyrażane poprzez roczne zapotrzebowanie na nieodnawialną energię pierwotną i
poprzez zapotrzebowanie na energię końcową. Wartości te są wyznaczone
obliczeniowo na podstawie jednolitej metodologii. Dane do obliczeń określa się na
podstawie dokumentacji budowlanej lub obmiaru budynku istniejącego i przyjmuje
się standardowe warunki brzegowe (np. standardowe warunki klimatyczne,
zdefiniowany sposób eksploatacji, standardową temperaturę wewnętrzną i
wewnętrzne zyski ciepła itp.). Z uwagi na standardowe warunki brzegowe, uzyskane
wartości zużycia energii nie pozwalają wnioskować o rzeczywistym zużyciu energii
________________________ budynku.____________________________________________________________________
za
p
o
tr
zeb
o
w
a
n
ie
n
a
Zapotrzebowanie na nieodnawialną energię pierwotną określa efektywność
n
ie
o
d
n
a
w
ia
ln
ą
en
erg
ię
całkowitą budynku. Uwzględnia ona obok energii końcowej, dodatkowe nakłady
p
ier
w
o
tn
ą
nieodnawialnej energii pierwotnej na dostarczenie do granicy budynku każdego
wykorzystanego nośnika energii (np. oleju opałowego, gazu, energii elektrycznej,
energii odnawialnych itp.). Uzyskane małe wartości wskazują na nieznaczne
zapotrzebowanie i tym samym wysoką efektywność i użytkowanie energii chroniące
zasoby i środowisko. Jednocześnie ze zużyciem energii można podawać
________________________ odpowiadającą emisję C02 budynku.___________________________________________
za
p
o
tr
zeb
o
w
a
n
ie
n
a
Zapotrzebowanie na energię końcową określa roczną ilość energii dla ogrzewania
en
erg
ię
k
o
ń
c
o
w
ą
(ewentualnie chłodzenia), wentylacji
i
przygotowania ciepłej wody użytkowej. Jest
ona obliczana dla standardowych warunków klimatycznych i standardowych
warunków użytkowania i jest miarą efektywności energetycznej budynku i jego
techniki instalacyjnej. Zapotrzebowanie na energię końcową jest to ilość energii
bilansowana na granicy budynku, która powinna być dostarczona do budynku przy
standardowych warunkach z uwzględnieniem wszystkich strat, aby zapewnić
utrzymanie obliczeniowej temperatury wewnętrznej, niezbędnej wentylaęji i
dostarczenie ciepłej wody użytkowej.
Małe wartości sygnalizują niskie
zapotrzebowanie i tym samym wysoką efektywność.
b
u
d
yn
ek
m
ieszk
a
ln
y
z
Świadectwo charakterystyki energetycznej budynku mieszkalnego, w którym
lo
k
a
la
m
i
u
słu
g
o
w
ym
i
znajdują się lokale o funkcji niemieszkalnej może być sporządzone dla całego
budynku lub oddzielnie dla części mieszkalnej i dla każdej pozostałej części budynku
stanowiącej samodzielną całość techniczno-użytkową o odmiennej funkcji
użytkowej. Fakt ten należy zaznaczyć na stronie tytułowej w rubryce (całość/część
budynku).
INFORMACJE DODATKOWE
1) Niniejsze świadectwo charakterystyki energetycznej budynku zostało wydane na podstawie dokonanej oceny
charakterystyki energetycznej budynku zgodnie z przepisami ustawy z dnia 7 lipca 1994 r. - Prawo budowlane
(Dz. U. z 2006 r. Nr 156, poz. 1118, z późn. zm.) oraz rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 6 listopada
2008 r. w sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku i lokalu mieszkalnego lub
części budynku stanowiącej samodzielną całość techniczno-użytkową oraz sposobu sporządzania i wzorów
świadectw ich charakterystyki energetycznej. (Dz. U. Nr 201 poz 1240).
2) Świadectwo charakterystyki energetycznej traci ważność po upływie terminu podanego na str. 1 oraz w
przypadku, o którym mowa w art. 63 ust. 3 pkt 2 ustawy z dnia 7 lipca 1994 r. - Prawo budowlane
3) Obliczona w świadectwie charakterystyki energetycznej wartość „EP" wyrażona w [kWh/m2rok] jest
wartością obliczeniową określającą szacunkowe zużycie nieodnawialnej energii pierwotnej dla przyjętego
sposobu użytkowania i standardowych warunków klimatycznych i jako taka nie może być podstawą do
naliczania opłat za rzeczywiste zużycie energii w budynku.
4)
Ustalona w niniejszym świadectwie skala do oceny właściwości energetycznych budynku wyraża
porównanie jego oceny energetycznej z oceną energetyczną budynku spełniającego wymagania warunków
technicznych.
5) Wyższą efektywność energetyczną budynku można uzyskać przez poprawienie jego cech technicznych
wykonując modernizagę w zakresie obudowy budynku, techniki instalacyjnej, sposobu zasilania w energię lub
zmieniając parametry eksploatacyjne.
Świadectwo sporządzone za pomocą programu Audytor Edu OZC 4.8 Pro
1
1
.1
.3
.
O
ce
n
a
p
ro
je
k
tu
in
w
e
st
y
c
y
jn
e
g
o
(t
e
c
h
n
ic
z
n
a
,
e
k
o
n
o
m
ic
z
n
a
,
e
k
o
lo
g
ic
z
n
a
)
z
wyk
orz
ys
tan
iem
e-pla
tfor
my
R
E
T
S
c
r
e
e
n
®
11.1 Przykłady obliczeniowe w edług e-platformy RETScreen®
175
RETScreen Konfiguracja system u - C z ę ść ciepłow nicza
T
e
c
h
n
o
lo
g
ia
Charakterystyka zapotrzebowania
Z
a
s
to
s
o
w
a
n
ie
T
y
p
z
a
p
o
trz
e
b
o
w
a
n
ia
S
to
p
ie
ń
w
y
k
o
rz
y
s
ta
n
ia
D
o
b
o
w
e
z
u
ż
y
c
ie
c
ie
p
łe
j w
o
d
y
- o
s
z
a
c
o
w
a
n
e
D
o
b
o
w
e
z
u
ż
y
c
ie
c
ie
p
łe
j w
o
d
y
T
e
m
p
e
ra
tu
ra
Ilo
ś
ć
d
n
i p
ra
c
y
w
ty
g
o
d
n
iu
□ Procent wykorzystania w miesiącu
M
e
t
o
d
a
t
e
m
p
e
ra
tu
ry
z
a
s
ila
n
ia
T
e
m
p
e
ra
tu
ra
w
o
d
y
- m
in
im
u
m
T
e
m
p
e
ra
tu
ra
w
o
d
y
- m
a
k
s
im
u
m
Z
a
p
o
trz
e
b
o
w
a
n
ie
n
a
c
ie
p
ło
Ocena zasobów
S
y
s
te
m
ś
le
d
z
ą
c
y
s
ło
ń
c
e
N
a
c
h
y
le
n
ie
A
z
y
m
u
t
0 Pokaż dane
Solamy podgrzewacz wody
O
B
a
s
e
n
k
ą
p
ie
lo
w
y
O
G
o
rą
c
a
w
o
d
a
Stan planowany
R
o
c
z
n
e
p
ro
m
ie
n
io
w
a
n
ie
s
ło
n
e
c
z
n
e
- n
a
p
o
w
. p
o
z
io
m
ą
R
o
c
z
n
e
p
ro
m
ie
n
io
w
a
n
ie
s
ło
n
e
c
z
n
e
- n
a
p
o
w
. p
o
c
h
y
łą
F
o
rm
u
ła
-c
5,1
°c
1
2
,2
Jednostka
Stan bazowy
Stan planowany
M
W
h
1
2
3
,7
1
2
3
,7
U
m
o
c
o
w
a
n
y
4
5
,0
0,0
Dzienne
Dobowe
promieniowanie
promieniowanie
słoneczne -
słoneczne - pow.
Doziome
nachvlona
Miesiąc
kWh/nP/d
kWh/mł/d
S
ty
c
z
e
ń
1
.1
1
2
,3
5
L
u
ty
1
,8
6
3
,1
3
M
a
rz
e
c
2
,7
8
3
,5
8
K
w
ie
c
ie
ń
3
,6
7
3
,9
0
M
a
j
4
,6
1
4
,3
8
C
z
e
rw
ie
c
4
,6
4
4
,2
0
L
ip
ie
c
4
,6
9
4
,3
3
S
ie
rp
ie
ń
4
,2
7
4
,3
4
W
rz
e
s
ie
ń
2
,9
7
3
,4
8
P
a
ź
d
z
ie
rn
ik
1
,8
3
2
,6
4
L
is
to
p
a
d
1
,0
6
1
,8
6
G
ru
d
z
ie
ń
0
,8
6
1
,8
9
Roczny
2,87
3,34
M
W
h
/
m
J
1
,0
5
M
W
h
/
m
2
1
,2
2
Oszczędność
energii
Dodoatkowe koszty
początkowe
I P
L
N
4
0
0
|
a
E
S o la rn y p o d g rz e w a c z w o d y
Typ
Producent
Model
Pow ierzchnia brutto kolektora sło n ecznego
Pow ierzchnia użytkowa p rzypadająca na kolektor sło n eczny
W spółczynnik F r (tau alfa)
W spółczynnik F r U L
W spółczynnik temperatury dla F r U L
L ic zb a kolektorów
Pow ierzchnia kolektora
Moc
Pozostałe straty
P o z o s ta łe k o s zty
S y s te m c ie p ło w n ic z y
□ W eryfikacja projektu
Ro d zaj paliwa
Sp ra w n o ść sezonow a
Z u ży cie paliwa - rocznie
C e n a paliwa
K o szty paliwa
Zakryty
Hew alex 5 T P A C -H X 5 0 0 So lar
Hew alex 5 T P A C -H X 5 0 0 So lar
m2
2,09
58
m2
1,83
0,79
(W/m2)/°C
4 ,36
(W/m2)/°C2
0,005
15
| P L N
39 390 |
31,37
19,18
M agazynow anie
Tak
Po jem n o ść zaso bn ika / pow ierzchnia kolektora
l/m2
73
W ym iennik ciepła
tak/nie
T a k
Sp ra w n o ść wymiennika ciepła
%
7 0,0 %
Pozostałe straty
%
5 ,0 %
Moc pom py / powierzchnia kolektora słonecznego
W/m2
6,30
C e n a energii elektrycznej
PLN/kW h
0,600
P o d su m o w a n ie
Zapotrzebow anie na en. elektr. - pompowanie
MWh
0,4
Ciepło dostarczone
MWh
15,8
Udział ciepła z kolektorów
%
13%
Sta n b a zo w y
S ta n p la n o w an y
PLN /m 3
P LN
G a z ziem n y - m3
G a z ziem n y - m3
8 4 %
8 4%
I P LN
200
15 596,9
13 600,2
m3
7,375
7,375
PLN/m 3
£
3
o>
a
o-
s
H
E
m
is
ja
G
H
G
w
sp
ó
łc
zy
n
n
ik
St
ra
ty
W
s
p
ó
łc
z
y
n
n
ik
178
11. Załączniki
11.2 Weryfikacja obliczeń w ykonanych w edług e-platformy RETScreen®
179
11.2. Weryfikacja obliczeń wykonanych według
e-platformy RETScreen® z wykorzystaniem
oprogramowania POLYSUN®
Raport finansowy
8p: C iep ła w o d a (k o le k to r sło n ec zn y, d uża instalacja)
Kolektor: KS2000 T L P A C
Orientacja (E=+90‘,S=0\W=-90,J:0‘
Ilość kolektorów:15
Kąt pochylenia (poz.=0\ plon.«90'):45‘
Powierzchnia całkowita brutto: 31,37 m
□
s
-łh*
Przeciętna objętość pobrana: 6 269,9 l/dzlel\
15001 unlw* realny zbiornik buforowy
Lokalizacja Instalacji
G
ry
b
ó
w
D
łu
g
o
ść
g
e
o
g
ra
fic
zn
a
: 2
0
,9
5
°
S
ze
ro
k
o
ść
g
e
o
g
ra
fic
zn
a
: 4
9
,6
3
3
°
W
y
so
k
o
ść
n
.p
.m
.: 3
3
6
m
R a p o rt zo sta ł u tw o rz o n y przez:
K
rzy
szto
f S
zc
zo
tk
a
M
ic
k
ie
w
ic
za
3
0
/B
3
/2
0
6
3
0
-0
5
9
K
ra
k
ó
w
W
O
□
" O
U l
/ 8
V6.2.9.18650 / 27.01.2014/16:18:50
la Solaris A6, ich dystrybutorzy i SPF nie ponosi odpowiedzialności za poprawność specyfikacji i v
p o ly s u n
180
11. Załączniki
Raport finansowy
Przegląd instalacji (wartości roczne)
Całkowite zużycie paliwa i /lub energii elektrycznej przez
instalację [Etot]
133 578,9 kWh
Całkowite zużycie energii [Quse]
125 660,9 kWh
Wydajność systemu [(Quse+Einv) / (Eaux+Epar)]
0,94
Wymagania komfortu
Zapotrzebowanie na energię pokryte
Przegląd cieplnej energii s onecznej (roczne wartości)
Powierzchnia kolektora
31,4 m2
Całkowita frakcja solarna
13,4%
Całkowity zysk z powierzchni kolektora
18 215,9 kWh
Uzysk z pola kolektora odnoszący się do powierzchni
brutto
580,8 kWh/m2/Rok
Uzysk z pola kolektora odnoszący się do powierzchni
apertury
664,7 kWh/m2/Rok
Maksymalne oszczędności paliwa
1927,6 m3(gas): [Gaz ziemny H]
Maksymalne oszczędności energii (VDI 6002)
20 239,9 kWh
Maksymalna redukcja emisji C02
4 687,3 kg
Linia horyzontu
g 50
Dane meteorologiczne-Przegląd
• ■ ■
U
h
Średnia temperatura zewnętrzna
9 °C
Promieniowanie ca kowite, suma roczna
1125,3 kWh/m2
Promieniowanie rozproszone, suma roczna
548,8 kWh/m2
Analiza finansowa - Kolektor s oneczny
U l
Koszty zakupu
Vela Solaris AG, ich dystrybutorzy IS
V6.2.9.18650 / 27.01.2014 /16:18:50
le ponosi odpowiedzialności za poprawność specyfikacji I wyniki.
p o ly s u n
E
d
u
c
a
t
io
n
a
l
V
e
r
s
io
n
11,2 Weryfikacja obliczeń wykonanych w edług e-platformy RETScreen®
181
Raport finansowy
Analiza finansowa - Kolektor słoneczny
Żywotność
15 lata
Dotacja proporcjonalna
3 0%
Dotacja od powierzchni
0PLN
Dotacja stała
0PLN
Inflacja
4 %
Odsetki
8,5%
Wzrost cen energii
5 %
Gaz ziemny H
7,375 PLN/m3(gas); 0,704 PLN/kWh
Właściwy koszt zakupu po odliczeniu dotacji
27 993 PLN
Roczne oszczędności na kosztach paliwa
14 248,459 PLN
Koszt energii s onecznej za kWh
0,152 PLN
Okres zwrotu
3 lata
Aktualna wartość instalacji
212 205,062 PLN
Wartość bieżąca netto NPV
184 212,062 PLN
Przegląd komponentów (wartości roczne)
Kocioł Kocioł olejowy
Kocioł gazowy 50kW z wewnętrzną pompą
Moc
kW
50
Wydajność całkowita
%
87,9
Energia z/do systemu [Qaux]
kWh
117 313,3
Zużycie energii elektrycznej i paliwa [Eaux]
kWh
133 427,4
Zużycie paliwa przez kocioł dogrzewający [Baux]
m3(gas)
12 707,4
Oszczędności energii dzięki kolektorom słonecznym
kWh
20 239,9
Ograniczenie emisji C 02 -kolektory słoneczne
kg
4 687,3
Oszczędności paliw dzięki użyciu kolektorów sł
onecznych
m3(gas)
1 927,6
3 / 8
V6.2.9.18650 / 27.01.2014/16:18:50
Vela Solaris AG, ich dystrybutorzy i SPF nie ponosi odpowiedzialności za poprawność specyfikacji I wyniki.
p o lp s u n
182
11. Załączniki
Raport finansowy
Kolektor Powierzchnia kolektora
KS2000 TLP AC
j l 1 I B I
Źródło danych
SPF
Ilość kolektorów
15
Ilość układów równoległych
4
Powierzchnia całkowita brutto
m2
31,37
Całkowita powierzchnia apertury
m2
27,405
Całkowita powierzchnia absorbera
m2
27,41
Kąt pochylenia (hor.=0°, wert.=90°)
45
Orientacja (E=+90°, S=0°, W=-90°)
0
Uzysk z powierzchni kolektora [Qsol]
kWh
18 215,9
Promieniowanie na powierzchnię kolektora [Esolj
kWh
36 213
Sprawność kolektora [Qsol / Esol]
%
50,3
Bezpośrednie promieniowanie po IAM
kWh
19 738,4
Rozproszone promieniowanie po IAM
kWh
14 359,6
C l
o
<?
u
3
T3
U l
Zapotrzebowanie na ciepłą wodę
Szczyty dzienne
f s m
Pobór objętościowy/dzienna konsumpcja
l/d
6 276,1
t u
Ustawienie temperatury
°C
55
* W
Zapotrzebowanie na energię [Qdem]
kWh
122 404,7
Pompa Obieg solarny
Pompa Eko, średnia
Spadek ciśnienia w obiegu
bar
0,062
Przepływ
l/h
411,1
Zużycie energii elektrycznej i paliwa [Epar]
kWh
46,9
Pompa Obwód obiegu
Pompa Eko, średnia
Spadek ciśnienia w obiegu
bar
0,003
Przepływ
l/h
411,1
Zużycie energii elektrycznej i paliwa [Epar]
kWh
46,9
Pompa Obwód obiegu
Pompa Eko, średnia
H
R
H
M
H
i
Spadek ciśnienia w obiegu
bar
0,102
Przepływ
l/h
1 534,3
Zużycie energii elektrycznej i paliwa [Epar]
kWh
40,9
Vela Solaris AS, Ich dystrybutorzy i SPF ni
V6.2.9.18650 / 27.01.2014 /16:18:50
isi odpowiedzialności za poprawność specyfika:
polLjsun*
E
d
u
c
a
t
io
n
a
l
V
e
r
s
io
n
11.2 Weryfikacja obliczeń w ykonanych według e-platformy RETScreen®
183
Raport finansowy
Pompa Cyrkulacja
Pompa Eko, średnia
Spadek ciśnienia w obiegu
bar
0,04
Przepływ
l/h
1000
Zużycie energii elektrycznej i paliwa [Epar]
kWh
16,9
Zbiornik magazynowy Buffer tank
15001 uniwersalny zbiornik buforowy
m m
Pojemność
1
1500
Wysokość
m
2
Materia
Stal
Izolacja
PU sztywna pianka
Grubość izolacji
mm
80
Strata ciepła
kWh
763,1
Straty na połączeniach
kWh
299,6
Zewnętrzny wymiennik ciepła Obieg solarny
Płytowy wymiennik ciepła, średni
|¡¡¡g|g?g
m m
Pojemność transferu
W/K
10 000
Zewnętrzny wymiennik ciepła Obwód obiegu
Płytowy wymiennik ciepła, średni
w m m
Pojemność transferu
W/K
10 000
Obieg
Pętla solarna
Mieszanina płynów
Mieszanina propylenowa
Stężenie płynu
%
40
Objętość płynu
1
103,5
Ciśnienie w najwyższym punkcie obiegu
bar
4
5 / 8
V6.2.9.18650 / 27.01.2014 /16:18:50
Vela Solaris AG, ich dystrybutorzy i SPF nie ponosi odpowiedzialności za poprawność specyfikacji i wyniki.
p o lijs u r i’
184
11. Załączniki
Raport finansowy
Frakcja s o la rn a : fra k c ja e n e rg ii so la rn e j d o in sta la cji [SFn]
O
3
■ O
U J
m
Rok
sty
kit
Bp
sio
wiz
6 / 8
V6.2.9.18650 / 27.01.2014/16:18:50
Vela Solaris AG, ich dystrybutorzy i SPF nie ponosi odpowiedzialności za poprawność specyfikacji i wyniki.
p o ly s u r f
E
d
u
c
a
t
io
n
a
l
V
e
r
11.2 W eryfikacja obliczeń wykonanych w edług e-platform y RETScreen®
185
Raport finansowy
C a łk o w it e z u ż y c ie p a liw a i / lu b e n e r g ii e le k try c z n e j p rz e z in sta la c ję [Etot]
13000
12000
11000
10000
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
sty
lut
mar
kwi
maj
cze
lip
sie
wrz
paź
lis
g
Rok
C ie p io s o la r n e d o in sta la c ji [Q s o l]
kWh
18216
727
940
1511
1907
2276
2093
2263
2252
1604
1329
731
582
E n e r g ia z g e n e r a t o r a c ie p ła d o in sta la c ji (b e z e n e r g ii c ie p ln e j ze s o ń c a ) [ Q a u x ]
kWh
117313 11403 10217 10876
9901
9498
8848
8638
8689
9557
10143 11136
Z u ż y c ie p a liw a i e n e rg ii e le k t ry c z n e j p rz e z g e n e r a t o r c ie p ła [E a u x ]
kWh
133427 12940 11596 12351 11256 10813 10080
9851
9595
9902
10878 11526 12641
F ra k c ja s o la r n a : fra k c ja e n e r g ii so la r n e j d o in sta la c ji [SF n ]
%
13,4
6
8,4
12,2
16,2
19,3
19,1
20,8
21,1
15,6
12,2
6,7
5
C a łk o w it e z u ż y c ie p a liw a i / lu b e n e r g ii e le k try c z n e j p rz e z in sta la c ję [E to t]
kWh
133579 12949 11606 12364 11271 10829 10096
9867
9610
9915
10889 11534 12649
P r o m ie n io w a n ie n a p o w ie r z c h n ię k o le k t o r a [E s o l]
kWh
36213 1688
2061
3180
3730
4227
3953
4214
4159
3231
2719
1662
1389
Z u ż y c ie e n e rg ii e le k try c z n e j p rz e z p o m p y [E p a r]
kWh
151,6
9,2
9,9
12,4
14,7
16,1
16,2
16
15,7
12,6
11,6
8,8
8,5
C a łk o w it e z u ż y c ie e n e r g ii [Q u s e ]
kWh
125661 11384 10465 11571 10982 10888 10077
9979
9736
9438
10038 10129 10972
S t r a t y c ie p ła d o b u d y n k u (r a z e m z e s t r a t a m i g e n e r a t o r a c ie p a ) [Q in t]
kWh
25159 2226
2014
2209
2100
2122
2029
2057
2036
1995
2096 2077
2198
S t r a t y c ie p ła d o o t o c z e n ia (b e z s t r a t w k o le k t o r z e ) [Q e x t]
kWh
977
66
72
92
94
89
84
89
90
87
64
59
7 / 8
V6.2.9.18650/27.01.2014/16:18:50
Vela Solaris AG, ich dystrybutorzy i SPF nie ponosi odpowiedzialności za poprawność specyfikacji i wyniki.
p o ly s u r í
Raport finansowy
oo
O
n
Kolektor Powierzchnia kolektora
Temperatura maksymalna w ciągu dnia [°C]
c
fis
n
N
1 8 8
11.3 Karty katalogowe podstawowych elementów
stanowiska WIMiR AGH
Płaskie kolektory słoneczne KS2 0 0 0 TLP przeznaczone jest do ogrzewania wody użytkowej, wspo
magania centralnego ogrzewania oraz ogrzewania wody w basenach kąpielowych. Kolektor KS2000TLP
składa się ze zgrzewanego ultradźwiękowo absorbera miedzianego typu harfowego pokrytego wyso-
koselektywną warstwą TIN O X Classic (absorbcja 95%, emisja 5%), obudowy aluminiowej izolowanej
cieplnie wełną mineralną, szyby strukturalnej o wysokiej przepuszczalności promieniowania słonecznego
(91,6%, klasa U1) ze szkła hartowanego oraz aluminiowego obramowania. Obudowa kolektora jest lakie
rowane proszkowo w kolorze R A L 7022 (popielato-brązowym). Kolektor posiada cztery króćce przyłącze
niowe z gwintem zewnętrznym 3A". Podstawową zaletą absorbera pokrytego warstwą TIN O X Classic jest
o około 5% niższa emisja w stosunku do pokrycia z czarnego chromu, co przyczynia się do nieco więk
szej wydajności energetycznej kolektora K S2000TLP w porównaniu z kolektorem KS2000SLP. Ponadto
kolektor KS20 0 0TLP wyróżnia w yższa estetyka i lepsze zabezpieczenie obudowy aluminiowej w stosun
ku do kolektora KS2000TP. Kolektor słoneczny KS2 0 0 0 TLP przeszedł pełne badania energetyczne i ja
kościowe które potwierdza uzyskany certyfikat S O LA R KEYM ARK. Podane w tabeli współczynniki spraw
ności i strat odniesione są do powierzchni czynnej kolektora.
Parametry
Długość
2 018 [mm]
Szerokość
1 037 [mm]
Wysokość
89 [mm]
Waga
40[kg]
Pojemność cieczowa
1.1 W
Powierzchnia brutto kolektora
2,09 [m2]
Powierzchnia czynna (aparatury)
1,82 [m2]
Sprawność optyczna
80,2 [%]
Współczynnik strat A1
3,8 [W/(m2K]
Współczynnik strat zależnych od temp. A2
0,01 W/(m2K2)
Gwarancja: 10 lat
Kolektor słoneczny KS2000TLP
Cena netto: 1 399,00
Symbol 14.22.00
Kolektor słoneczny KSR10
Cena netto: 2 190,00
Symbol 15.11.00
11.3 Karty katalogowe podstawowych elementów stanowiska W IM iR AGH
1 8 9
Kolektor próżniowy K SR 1 0 przeznaczony jest do ogrzewania wody użytkowej, wody w basenie ką
pielowym, a zw łaszcza wspomagania ogrzewania budynku. Kolektor słoneczny K SR 1 0 należy do naj
bardziej wydajnych urządzeń tego typu. Wynika to z takich czynników jak bezpośredni przepływ nośni
ka ciepła w absorberze wykonanym z miedzi i pokrytym wysokoselektywną warstwą eta plus firmy Blu-
eTec (absorbcja 95%, emisja 5%). Absorber umieszczony jest w pojedynczej rurze wykonanej ze szkła
z pokryciem antyrefleksyjnym o najwyższej przepuszczalności promieniowania słonecznego (ponad
95%). Dzięki takiej konstrukcji wydajność z 1m2 powierzchni czynnej kolektora K SR 1 0 jest w wielu wy
padkach o 40 - 50% w yższa w porównaniu z najczęściej proponowanymi kolektorami próżniowymi z ru
rami termosowymi o podwójnych ściankach szklanych oraz tak zwaną rurką cieplną, które to rozwiąza
nia powodują powstawanie dodatkowych stopni przekazywania ciepła obniżających sprawność wykona
nego w ten sposób kolektora. Próżniowy kolektor K SR 1 0 przeszedł pełną procedurę badań energetycz
nych i jakościowych uzyskując znak jakości S O LA R KEYM ARK. Roczna wydajność energetyczna ko
lektora K SR 1 0 należy do najwyższych spośród wszystkich kolektorów próżniowych badanych zgodnie
z procedurą S O LA R KEYM A RK. Kolektor próżniowy K SR 1 0 jest konstrukcją zaprojektowaną do proste
go złożenia i montażu na miejscu budowy instalacji słonecznej. W skład dostarczanych elementów wcho
dzi: 10 rur próżniowych z wbudowanymi absorberami, kompaktowy rozdzielacz obiegu nośnika ciepła
w obudowie z blachy aluminiowej w kolorze R A L 7022 (popielato-brązowym), stelaż kolektora wykonany
z kształtowników aluminiowych lakierowanych w kolorze R A L 7022, łączonych ze sobą śrubami ze sta
li nierdzewnej. Podane w tabeli dane dotyczące współczynników sprawności i strat odnoszą się do po
wierzchni czynnej kolektora.
Parametry:
Wartość:
Długość:
2130 mm
Szerokość:
856 mm
Wysokość:
116 mm
Powierzchnia brutto kolektora:
1.823 m2
Powierzchnia czynna (apertury):
1.014 m2
Pojemność cieczowa:
1.8 I
Waga:
30 kg
Sprawność optyczna:
78 %
Współczynnik strat A 1 :
1.27 W/(m2K)
Współczynnik strat A2 zależny od temperatury:
0.0012 W/(m2K)
Gwarancja:
5 lat
190
11. Załączniki
Podgrzewacz H EW ALEX VF300-2S
Cena netto: 3 070,00
Symbol 86.30.00
Podgrzew acz H EW A LEX VF300-2S wyposażony jest w dwa wymienniki służące do ogrzewania
wody użytkowej, dolny energią cieplną z kolektorów słonecznych oraz górny energią cieplną z kotła. Do
datkowo podgrzewacz posiada króciec umożliwiający wbudowanie grzałki elektrycznej. Zbiornik podgrze
wacza wykonany jest ze stali od wewnątrz pokrytej emalią ceramiczną, chroniąca stal przed korozją. Jest
izolowany cieplnie warstwą sztywnej pianki poliuretanowej o grubości 50 mm. Zewnętrzne wykończenie
stanowi płaszcz typu skay. Podgrzewacz wyposażony jest w anodę magnezową, która dodatkowo zabez
piecza zbiornik przed korozją.
Parametry:
Wartość:
Objętość:
2951
Średnica:
600 mm
Wysokość:
1834 mm
Maksymalna wysokość w przechyle:
1892 mm
Ciśnienie maksymalne::
6 bar
Gwarancja:
5 lat
Powierzchnia wymiennika dolnego:
1,55 m2
Powierzchnia wymiennika górnego
0,8 m2
11.3 Karty katalogowe podstawowych elementów stanowiska W IM iR AGH
191
w/¿o
POMPY DO CENTRALNEGO OGRZEWANIA I CIEPŁEJ WODY UŻYTKOWEJ
P o m p y W ilo -S t r a t o s
Wilo-Stratos
Pompy obiegowe o najw yższej spraw ności do centralnego
ogrzewania (również w wykonaniu do c.w.u. - Stra tos-Z)
Zastosowanie
W
o
d
n
e
in
sta
la
c
je
g
rze
w
c
ze
, in
sta
la
c
je
k
lim
a
ty
za
c
y
jn
e
, z
a
m
k
n
ię
te
o
b
ie
g
i c
h
ło
d
n
ic
ze
, p
rz
e
m
y
s
ło
w
e
in
sta
la
c
je
o
b
ie
g
o
w
e
.
Dane techniczne
•
E
le
k
tro
n
ic
z
n
a
re
g
u
la
c
ja
w
y
d
a
jn
o
śc
i (A
p
-c, A
p
-v
, A
p
-T
, n
-co
n
st)
•
D
o
p
u
szc
za
ln
y
za
k
re
s te
m
p
e
ra
tu
r o
d
-1
0
°C
d
o
+
1
1
0
°C
•
M
a
x
.te
m
p
e
ra
tu
ra
o
to
c
ze
n
ia
+
4
0
°C
■
P
o
d
łą
c
ze
n
ie
d
o
sie
c
i 1
~
2
3
0
V
, 5
0
H
z
•
Ś
re
d
n
ic
a
p
rzy
łą
c
zy
R
pl d
o
D
N
1
0
0
Oznaczenie typu
P
rz
y
k
ła
d
W
ilo
-S
tra
to
s 3
0
/1
-1
2
S
tra
to
s
- e
le
k
tro
n
ic
zn
ie
re
g
u
lo
w
a
n
a
p
o
m
p
a
z
k
ró
ć
c
a
m
i
g
w
in
to
w
a
n
y
m
i lu
b
k
o
łn
ie
rz
o
w
y
m
i
3
0
/
- ś
re
d
n
ic
a
zn
a
m
io
n
o
w
a
k
ró
ć
c
ó
w
1
-1
2
- za
k
re
s zn
a
m
io
n
o
w
y
c
h
w
y
so
k
o
śc
i p
o
d
n
o
s
z
e
n
ia
Zalety
N
ie
w
y
m
a
g
a
ją
c
a
o
b
słu
g
i, b
e
zd
ła
w
n
ic
o
w
a
p
o
m
p
a
o
b
ie
g
o
w
a
.
P
o
m
p
a
o
n
a
jw
y
ż
s
z
e
j s
p
ra
w
n
o
ś
c
i w
s
e
k
to
rz
e
p
o
m
p
b
e
z
d
ła
w
n
ic
o
w
y
c
h
.
W
y
św
ie
tla
c
z
L
C
D
n
a
p
o
m
p
ie
d
o
m
o
n
ito
ro
w
a
n
ia
p
a
ra
m
e
tró
w
p
ra
c
y
.
Ł
a
tw
a
o
b
słu
g
a
p
o
m
p
y
za
p
o
m
o
c
ą
„
c
z
e
rw
o
n
e
g
o
p
o
k
rę
tła
”
.
Izo
la
c
ja
c
ie
p
ln
a
k
o
rp
u
s
u
w
s
ta
n
d
a
rd
zie
. La
k
ie
r n
a
k
ła
d
a
n
y
n
a
k
o
rp
u
s
w
p
ro
c
e
sie
k
a
ta
fo
re
zy
za
p
o
b
ie
g
a
k
o
ro
z
ji w
p
rzy
p
a
d
k
u
tw
o
rze
n
ia
się
k
o
n
d
e
n
s
a
tu
. T
e
m
p
e
ra
tu
ra
tło
c
zo
n
e
g
o
m
e
d
iu
m
n
ie
za
le
ży
o
d
te
m
p
e
ra
tu
ry
p
o
m
ie
szc
ze
n
ia
, w
k
tó
ry
m
p
ra
c
u
je
p
o
m
p
a
. M
o
ż
liw
o
ś
ć
izo
la
cji k
o
rp
u
s
u
p
o
m
p
y
w
in
sta
la
c
ja
c
h
k
lim
a
ty
za
c
y
jn
y
c
h
i w
o
d
y
lo
d
o
w
e
j p
rz
e
z z
a
sto
so
w
a
n
ie
o
b
u
d
o
w
y
C
lim
a
F
o
rm
.
P
e
łn
e
za
b
e
zp
ie
c
ze
n
ie
siln
ik
a
ze
zin
te
g
ro
w
a
n
ą
e
le
k
tro
n
ik
ą
w
y
z
w
a
la
ją
c
ą
. Z
a
sila
n
ie
c
a
łe
g
o
ty
p
o
s
ze
re
g
u
n
a
p
ię
c
ie
m
je
d
n
o
fa
z
o
w
y
m
: n
ie
m
a
ż
a
d
n
y
c
h
p
ro
b
le
m
ó
w
z
za
b
e
z
p
ie
c
z
e
n
ie
m
p
rz
e
d
p
o
ra
ż
e
n
ie
m
. M
o
ż
liw
o
ś
ć
d
o
d
a
tk
o
w
e
g
o
d
o
p
a
s
o
w
a
n
ia
w
m
o
d
u
ły
k
o
m
u
n
ik
a
c
y
jn
e
LO
N
-C
A
N
i P
L
R
. Z
d
a
ln
a
o
b
s
łu
g
a
w
p
o
d
c
z
e
rw
ie
n
i z
a
p
o
m
o
c
ą
IR
-M
o
n
ito
ra
.
IR-M onitor
U
rzą
d
ze
n
ie
d
o
o
b
słu
g
i i s
e
rw
is
u
p
o
zw
a
la
ją
c
e
n
a
b
e
z
p
rz
e
w
o
d
o
w
ą
,
zd
a
ln
ą
o
b
słu
g
ę
re
g
u
lo
w
a
n
y
c
h
e
le
k
tro
n
ic
zn
ie
p
o
m
p
i zd
a
ln
e
g
o
d
ia
g
n
o
zo
w
a
n
ia
w
szy
stk
ic
h
p
o
m
p
W
iło
z in
te
rfe
js
e
m
IR
(ró
w
n
ie
ż
p
o
d
w
ó
jn
y
c
h
). Z
a
p
o
m
o
c
ą
IR
-M
o
n
ito
ra
m
o
ż
n
a
b
e
z
p
rz
e
w
o
d
o
w
o
-
zd
a
ln
ie
n
a
sta
w
ia
ć
sze
ro
k
i za
k
re
s fu
n
k
c
ji p
o
m
p
y
, (m
.in
.: w
y
so
k
o
ś
ć
p
o
d
n
o
s
ze
n
ia
, ro
d
z
a
j c
h
a
ra
k
te
ry
sty
k
i) o
ra
z o
d
c
zy
ty
w
a
ć
a
k
tu
a
ln
e
d
a
n
e
o
p
ra
c
y
(n
p
. u
s
ta
w
ie
n
ia
h
y
d
ra
u
lic
z
n
e
i e
le
k
try
c
zn
e
, w
a
rto
śc
i
sta
ty
sty
c
zn
e
, in
fo
rm
a
c
je
s
e
rw
is
o
w
e
). M
o
ż
n
a
ró
w
n
ie
ż
sk
o
rzy
sta
ć
z fu
n
k
c
ji k
o
n
tro
ln
y
c
h
(te
st p
o
m
p
y
, te
st IR
-M
o
n
ito
ra
, k
o
n
tro
la
sta
n
u
b
a
te
rii). M
o
ż
n
a
te
ż sp
ra
w
d
z
ić
k
ie
ru
n
e
k
o
b
ro
tó
w
p
o
m
p
(ta
k
że
k
o
n
w
e
n
c
jo
n
a
ln
y
c
h
z
s
iln
ik
a
m
i je
d
n
o
- lu
b
tró
jfa
z
o
w
y
m
i),
c
zę
sto
tliw
o
ść
p
o
la
w
iru
ją
c
e
g
o
o
ra
z sta
n
z
a
t/
w
y
t k
a
żd
e
g
o
s
iln
ik
a
p
o
m
p
y
, a
ta
k
że
d
o
k
o
n
a
ć
b
lo
k
a
d
y
n
a
s
ta
w
p
o
m
p
y
d
la
w
y
e
lim
in
o
w
a
n
ia
m
o
ż
liw
o
śc
i w
p
ro
w
a
d
z
e
n
ia
z
m
ia
n
p
rze
z o
so
b
y
n
ie
u
p
ra
w
n
io
n
e
.
W
b
u
d
o
w
a
n
y
czy
te
ln
y
w
y
św
ie
tla
c
z L
C
D
z o
d
p
o
rn
ą
n
a
z
a
ry
s
o
w
a
n
ia
szy
b
k
ą
, p
rz
e
d
sta
w
ia
g
ra
fic
zn
ie
w
p
rze
jrzy
sty
s
p
o
só
b
w
szy
stk
ie
c
zy
n
n
o
śc
i o
b
słu
g
o
w
e
o
ra
z w
szy
stk
ie
sta
n
y
p
ra
c
y
.
O
b
słu
g
a
u
rzą
d
ze
n
ia
o
d
b
y
w
a
się
ty
lk
o
je
d
n
y
m
c
z
e
rw
o
n
y
m
p
o
k
rę
tłe
m
p
o
p
rze
z
je
g
o
o
b
ra
c
a
n
ie
(d
la
w
y
b
ra
n
ia
żą
d
a
n
e
j fu
n
k
c
ji
c
zy
n
a
s
ta
w
y
) o
ra
z
w
c
iś
n
ię
c
ie
(a
b
y
w
y
b
ó
r z
a
tw
ie
rd
zić
). D
zię
k
i
s
o
lid
n
e
j o
b
u
d
o
w
ie
z w
y
so
k
ie
j ja
k
o
śc
i tw
o
rzy
w
a
sztu
c
zn
e
g
o
IR
-M
o
n
ito
r je
st o
d
p
o
rn
y
n
a
u
szk
o
d
ze
n
ie
w
p
rzy
p
a
d
k
u
u
d
e
rz
e
n
ia
lu
b
u
p
a
d
k
u
.
Uwaga
P
o
m
p
a
S
tra
to
s je
st d
o
s
tę
p
n
a
ró
w
n
ie
ż
w
w
y
k
o
n
a
n
iu
ja
k
o
p
o
m
p
a
p
o
d
w
ó
jn
a
o
o
z
n
a
c
ze
n
iu
S
tra
to
s-D
.
192
11. Załączniki
POMPY DO CENTRALNEGO OGRZEWANIA I CIEPŁEJ WODY UŻYTKOW EJ
Pompy Wilo-Stratos
C h arak tery sty k i A p -c (stała)
w/zo
r i
S
-Strat i W fi
/
8
/
/
t
/
/
/
\
/ / /
/ \
/ /
.
■ b*
u
2
»
6
8
10
12
U [m>/h
°:S 1 ł;ł ? ŁS 3 3.5 ■
, [I/.
—
— =7 - 7
/ -
= 7
/
7=
1 -
r -
= t 7Z
- J -
U
72
3 a1 5 6
[m
ł/h
11.3 Karty katalogowe podstawowych elementów stanowiska W IM iR AGH
193
w/zo
POMPY DO CENTRALNEGO OGRZEWANIA I CIEPŁEJ WODY UŻYTKOW EJ
Pompy Wilo-Stratos
C h ara k te ry sty k i A p - c (stała)
Rozszerzenie typoszeregu
C h ara k te ry sty k i A p - c (stała)
194
11. Załączniki
POMPY DO CENTRALNEGO OGRZEWANIA I CIEPŁEJ WODY UŻYTKOW EJ
Pompy Wilo-Stratos-D
C h arak tery sty k i A p -c (stała)
YiiLO
11.3 Karty katalogowe podstawowych elementów stanowiska W IM iR AGH
195
POMPY DO CENTRALNEGO OGRZEWANIA I CIEPŁEJ WODY UŻYTKOWEJ
Pompy Wilo-Star-RSG
W /IO
Wilo-Star RSG
Pom py obiegow e do centralnego ogrzew ania i system ów
geoterm alnych
Zastosow anie
W
in
sta
la
c
ja
c
h
g
e
o
te
rm
a
ln
y
c
h
, g
rze
w
czy
ch
i k
lim
a
ty
za
c
y
jn
y
c
h
.
Zalety
Niewymagająca obsługi, bezdtawnicowa pompa obiegowa,
z przyłączem gwintowanym, z ręcznym 3-stopniowym
przełączaniem prędkości obrotowej. Powłoka kataforetyczna (KTL)
korpusu pompy zapobiegająca korozji w przypadku tworzenia się
kondensatu
Zastosow anie
• Średnica znamionowa przyłączy Rp 1 i Rp 1
%
• Długość montażowa 180 mm
• Możliwość przyłączenia przewodu z obu stron skrzynki
sterującej
• Szybkozłącze z zaciskami sprężynowymi
• Silnik odporny na prąd przy zablokowaniu
• Wysokość podnoszenia max. 8,0 m
• Przepływ, max. 5,5 m3/h
• Dopuszczalne przetłaczane ciecze: mieszaniny woda-giikol
(max. 1:1)
• Temperatura przetłaczanej cieczy: od -10 do +110°C
• Podłączenie do sieci 1~ 230 V
• Stopień ochrony IP 44,
• Klasa izolacji F
• Korpus pompy:Żeliwo (EN-GJL-200), powłoka kataforetyczna
• Wirnik: Polipropylen wzmocniony włóknem szklanym
• Wat: Stal nierdzewna (X40 C rl3)
• Łożyska ślizgowe: Grafit
C h arakterystyki
196
11. Załączniki
’reflex’
Dane techniczne
’reflex S ’
► do układów grzewczych, chłodniczych
i solarnych, z zawartością środka
przeciw zamarzaniu - do 50%
► przyłącza gwintowane
► niewymienna membrana zgodnie
z DIN 4807 cz. 3, dop. temperatura
pracy 70 °C
► zbiornik 33 litry - z uchwytami mocującymi
► dopuszczenie zgodne z dyrektywą
dot. urządzeń ciśnieniowych 97/23/WE
► powłoka czerwona lub biała
C€
J_i'
i ..— ¿ 3 -
2 - 33 litrów
50 - 250 litrów
350 - 600 litrów
Typ
i r / 120 °C
Indeks
czerwone
białe
Waga
kg
0 D
mm
H
mm
h
mm
A
Ctśa wstępne
S
2
97.07.700
- -
1,1
132
260
G %
0,5
S
8
97.03.900 97.02.600
2,7
206
321
...
G %
S
12
97.04.000 97.02.700
2,8
280
298
...
G %
S
18
97.04.100 97.02.800
3,8
280
378
...
G %
1,5
S
25
97.04.200 97.02.900
4,8
280
498
...
G %
s
33
97.06.200 97.06.300
9,2
354
458
-
G %
s
50
72.09.500
12,5
409
469
158
R 1
s
80
72.10.300
~~
17,0
480
538
166
R 1
100
72.10.500
22,7
480
671
210
R 1
s
140
72.11.500
29,0
480
913
210
R 1
s
200
72.13.400
40,0
634
758
205
R 1
3,0
s
250
72.14.400
...
45,0
634
888
205
R 1
s
300
72.15.400
—
54,0
634
1092
235
R 1
s
400
72.19.000
—
69,0
740
1066
245
R 1
s
500
72.19.100
—
80,0
740
1290
245
R 1
s
600
72.19.200
—
95,0
740
1530
245
R 1
- V n
pojemność nominalna / litry
’reflex F ’
► płaskie naczynia do układów grzewczych
i chłodniczych, w szczególności do montażu
w kotle grzewczym
► niewymienna membrana zgodnie
z DIN 4807 cz. 3, dop. temp. pracy 70°C
► zbiorniki od 18 litrów - z nakładką mocującą
► dopuszczenie zgodne z dyrektywą
dot. urządzeń ciśnieniowych 97/23/WE
► biały, lakierowany piecowo
—IU-A
I
-AU-
a
1 2 -2 4 litrów
Typ
l 3 b a r / 1 2 0 °C
Indeks
Waga
kg
H
mm
B
mm
T
mm
A
Ciśn.wstępne
F
8
96.00.011
2,5
389
389
88
G 3/,
F
12
96.00.030
3,8
444
350
108
G %
F
15
96.00.040
5,0
444
350
134
G %
1,0
F
18
96.00.000
6,0
444
350
158
G %
F
24
96.00.010
7,5
444
350
180
G 3/4
-V n
pojemność nominalna / litry
...Publikacja stanowi ważny i cenny element, możliwej do zrealizowania strategii
samowystarczalności energetycznej kraju i opartym na niej rozwojem społeczno-go
spodarczym.
Realizacja tej strategii jest ze wszech miar zasadna i celowa zwłaszcza w Polsce, po
przez syntezę potencjału nośników energii (a w tym szczególnie bogatych jej odna
wialnych zasobów) i potencjału przedsiębiorczości opartej na w iedzy...
...M onografia wnosi oryginalny i istotny wkład, do rozwoju wiedzy o stosowaniu ko
lektorów słonecznych. Zawiera bowiem zarówno aspekty naukowe, poznawcze i dy
daktyczne - j a k również zagadnienia techniczne, proekologiczne i ekonomiczne wią
żące się z utylitarnymi aplikacjami projektowania oraz szeroko pojętej budowy i eks
ploatacji systemów kolektorów słonecznych z wykorzystaniem e-platformy RETScre-
en ® International (USA, Kanada) oraz oprogramowania POLYSUN ® (Szw ajcaria)...
...K siążka o charakterze podręcznika i metodycznego przewodnika dla wykładow
ców akademickich i studentów, może również stanowić cenną pomoc dla specjali
stów - praktyków i winna być dedykowana wszystkim Osobom cechującym się tro
ską o dobro Rzeczpospolitej, zwłaszcza zajmujących się planowaniem Jej rozwoju...
Płk dr hab. inż. Mieczysław Struś
Instytut Inżynierii Lotniczej, Procesowej i Maszyn Energetycznych
Wydział Mechaniczno-Energetyczny
Politechnika Wrocławska
Se ria w y d a w n ic z a
PROBLEMY INŻYNIERII MECHANICZNEJ,
EKOENERGETYKII INŻYNIERII ŚRODOWISKA®
IS
B
N
9
7
8
-8
3
-6
3
3
1
8
-0
2
-4
7 8 8 6 3 " 3 1 8 0 2 4
9788363318024
http://www.pga.org.pl/ksiazka_kolektory.html
