Безкоштовна енергія сонця для систем опалення

Завдяки високій температурі Сонце є особливо сильним джерелом випромінювання. Діапазон видимого сонячного випромінювання представляє лише малу частину всього спектру випромінювання, але має при цьому найвищу інтенсивність випромінювання. У внутрішній частині Сонця протікають процеси ядерного синтезу, при яких з атомів водню синтезуються атоми гелію. Внаслідок цього відбувається вивільнення енергії, яка розігріває внутрішню частину Сонця до температури 15 мільйонів градусів Цельсія. Інтенсивність випромінювання на поверхні Сонця складає 63 МВт/м2. Добова кількість енергії, яка випромінюється з 1 м2 еквівалентно теплоті згорання 151 200 л мазуту і становить 1 512 000 кВт год 

Колектори - це генератори теплоти, які багато в чому відрізняються від традиційних джерел. Найбільша відмінність полягає в тому, що джерелом енергії, для отримання теплоти, є не традиційне паливо, а сонячне випромінювання.

Успішна робота сонячної установки залежить не лише від колекторів, але і від раціонального використання всіх компонентів системи. Тому для ефективного використання колекторів Viessmann розглянемо їх основні характеристики та критерії оцінки.

 

Коефіцієнт корисної дії сонячних колекторів

Коефіцієнт корисної дії сонячних колекторів

Почнемо з коефіцієнту корисної дії (ККД). Коефіцієнтом корисної дії сонячного колектору називається доля сонячного випромінювання, що потрапляє на площу апертури колектору, котра перетворюється в корисну теплову енергію.

Площею апертури називається поверхня колектору, на котру ефективно діє сонячне випромінювання.

Коефіцієнт корисної дії залежить також і від робочого стану колектору. Частина сонячного випромінювання, що потрапляє на сонячний колектор втрачається в наслідок відбивання сонячної енергії абсорбером. 


По відношенню інтенсивності сонячного випромінювання, що потрапляє на колектор і потужності випромінювання, що перетворюється в теплоту на абсорбері, можна розрахувати оптичний коефіцієнт корисної дії (η0). 

Тепловтрати розраховуються за допомогою коефіцієнтів теплових втрат к1 та к2 і різниці температур ΔТ  між абсорбером та навколишнім середовищем.

Всі ці характеристики вказуються у технічному паспорті на колектор. Отже, коефіцієнт корисної дії колектору: η = η0 – (k1· ΔT)/Еg – (k2 · ΔT2 )/Еg. 

Максимальний ККД досягається у тому випадку, якщо різниця температур колектору і температури навколишнього середовища рівна нулю і колектор не має теплових втрат в оточуюче середовище.

Коефіцієнт корисної дії сонячних колекторів

Температура стагнації

Якщо відбір теплоти від колектору припиняється (теплоносій не циркулює, насос не працює), то колектор нагрівається до так званої температури стагнації. У цьому випадку теплові втрати рівні випромінюванню, що поглиналося, продуктивність колектору рівна нулю. Плоскі колектори досягають температури стагнації при температурі вище 200оС, а вакуумні трубчаті – близько 300оС.


Потужність сонячного колектора

Потужність сонячного колектора

Максимальна потужність колектора визначається як добуток оптичного коефіцієнту корисної дії η0 і максимального значення падаючого випромінювання 1000 Вт/м2.

Розрахункова потужність визначається для проектування сонячної системи. Вона використовується для підбору обладнання, і перш за все, для підбору теплообмінника. В якості нижньої межі рекомендується питома потужність колектору  - 600  Вт/м2 – при низьких температурах, тобто в режимі експлуатації з очікувано високим ККД. Всі компоненти системи і пакетні сонячні системи Viessmann розраховані з врахуванням цього значення потужності колектору. 

Ще зустрічається поняття встановленої потужності. Вона складає 700 Вт/м2 площі абсорберу (усереднена потужність при максимально падаючому випромінюванні). Ця величина не впливає на проектування сонячної системи Viessmann.

Продуктивність сонячного колектора

Продуктивність сонячного колектора визначається як добуток середньої очікуваної потужності (кВт) на відповідну одиницю часу (год). Отримане значення в кВт на год відносять до квадратного метру площі колектору або площі апертури і отримують значення в кВт год/м2. Це значення, віднесене до кількості днів, важливе для визначення параметрів баку-акумулятору сонячної системи Viessmann.

Питома продуктивність колектору в рік вказується в кВт/год на м2 площі і являється важливою характеристикою для визначення параметрів і режиму експлуатації установки. Чим вище значення, тим більше теплоти виробляється для системи теплоспоживання. Це значення особливо високе, якщо поверхня колектору оптимально орієнтована і не має затінення.

В сонячних системах Viessmann для підвищення продуктивності і експлуатаційних характеристик доцільно збільшити кут нахилу, оскільки оптимальна продуктивність має вирішуюче значення для перехідного і зимового сезону.

Влітку, якщо сонячна система використовується лише для нагріву води, збільшення кута нахилу колектору дозволяє зменшити надлишок енергії.  Таким чином, протягом року теплота виробляється більш рівномірно і продуктивність сонячної системи виявляється вищою, ніж у випадку вибору орієнтації колектору на максимальне випромінювання.


Доля заміщення теплового навантаження

Для проектування сонячної системи заміщення теплового навантаження – разом з продуктивністю – є ще одним важливим критерієм оцінки. Чим більша доля заміщення, тим більша економія енергії.

Проектування ефективної сонячної системи Viessmann – це пошук компромісу між продуктивністю та долею заміщення теплового навантаження. Розумним компромісом  є, як правило, компроміс між інвестиційними затратами на сонячну систему та економією енергії.

Зазвичай, доля теплового навантаження складає 50-60% на ГВП (невеликі сонячні системи), а для багатоповерхівок – 30-40% на ГВП (великі сонячні системи).

При заміні частини навантаження на опалення вказується середнє (стандартне) значення, оскільки тут доля заміщення в більшій мірі залежить від теплотехнічних характеристик приміщення.