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 то 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.


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.