ENERGIA Z NATURY KOLEKTORY SŁONECZNE

Prezentacja na temat: "ENERGIA Z NATURY KOLEKTORY SŁONECZNE"— Zapis prezentacji:

1 ENERGIA Z NATURY KOLEKTORY SŁONECZNE
Powszechnie wiadomą rzeczą jest to, że Słońce świeci dla nas za darmo, podczas gdy korzystanie z innych zasobów oleju opałowego, gazu oraz węgla do wytwarzania energii wiąże się z kosztami. W związku z tym wykorzystywanie energii odnawialnej jaką jest promieniowanie słoneczne do ogrzewania wody a także do wspomagania ogrzewania pomieszczeń jest atrakcyjne i opłacalne. Kolektory słoneczne są urządzeniami służącymi do pozyskiwania energii cieplnej ze słońca. Dobrze zaprojektowany i wykonany system solarny sprawia, że koszt ogrzewania ciepłej wody może spaść w ujęciu rocznym o 60%. Biorąc pod uwagę stały trend wzrostowy cen paliw, to inwestycja w instalację kolektorów słonecznych już dzisiaj będzie z całą pewnością udaną inwestycją na przyszłość.

2 MAPA NASŁONECZNIENIA POLSKI
Na zamieszczonej mapie Polski zaznaczone zostały obszary o różnych sumach rocznego napromieniowania słonecznego. Zróżnicowanie to zamyka się w granicach od 975 kWh/m2 na obszarach słabszych do 1025 kWh/m2 na obszarach najsilniej napromieniowanych. W praktyce można przyjąć, że na obszarze całego kraju roczne sumy napromieniowania słonecznego sięgają wartości 1000 kWh/m2 z odchyłami rzędu +/- 5%.

3 EFEKTYWNOŚĆ INSTALACJI SOLARNYCH
W Polsce mamy do czynienia z nierównym rozkładem promieniowania słonecznego w cyklu rocznym. Około 80% całkowitej rocznej sumy nasłonecznienia przypada na 6 miesięcy sezonu wiosenno-letniego, od początku kwietnia do końca września. Kolektor słoneczny umożliwia tylko częściowe wykorzystanie napromieniowania słonecznego do ogrzewania wody. W skali całego roku udział energii słonecznej przy ogrzewaniu wody w dobrze wykonanych instalacjach z reguły wynosi około 60%. Kolektory słoneczne zamieniają w sposób bezpośredni energię słoneczną na ciepło potrzebne dla podgrzewania ciepłej wody użytkowej. Słońce może dostarczać energię na poziomie 1000W na każdy 1m2 powierzchni, a kolektor słoneczny wykorzystywać ją ze sprawnością do 80% w zależności od rodzaju konstrukcji. Moc cieplna kolektora słonecznego będzie w ciągu dnia i roku zmienna w zależności od warunków atmosferycznych. Sprawność kolektorów słonecznych jest uzależniona od kliku elementów, wśród których najważniejsze są: orientacja kolektorów względem stron świata kąt nachylenia dachu lub konstrukcji wsporczej rodzaj kolektorów słonecznych

4 DZIAŁANIE KOLEKTORA Do powierzchni kolektora dociera promieniowanie słoneczne w postaci bezpośredniej i rozproszonej są to uzyski energii. Energia słoneczna jest przekształcana w ciepło na płycie absorbera i przekazywana do czynnika grzewczego jakim jest glikol. W trakcie przetwarzania energii promieniowania w cieplną dochodzi do strat energii. Są to straty powstałe w wyniku: - Odbicia części promieni słonecznych konwekcji ciepła wewnątrz kolektora przenikania ciepła przez obudowę i szkło na zewnątrz Kolektor wytwarza energię użyteczną, która jest różnicą uzysku energii i strat ciepła.

5 LOKALIZACJA KOLEKTORÓW
wschód zachód południe Generalnie przyjmuję się zasadę, iż najbardziej wydajnym miejscem montażu kolektorów słonecznych jest strona południowa budynków przy nachyleniu kolektorów pod kątem 30-45°. Nawet przy odstępstwach od takiego ustawienia (południowy wschód do południowego zachodu) zmniejszenie napromienienia jest nieznaczne dla możliwości zastosowania kolektorów słonecznych, zapewniając uzysk równy prawie 95% uzysku optymalnego. Przy innych orientacjach kolektorów: wschodniej, zachodniej, płaski dach lub montaż na elewacji wskazane jest stosowanie kolektorów próżniowych, które charakteryzują się dużo lepszymi parametrami pracy w takich warunkach.

6

7 KOLEKTORY SŁONECZNE CIECZOWE PRÓŻNIOWE

8 POTWIERDZENIE JAKOŚCI KOLEKTORA
Certyfikat Solar Keymark potwierdza zgodność z normami EN i EN Znak Keymark jest znakiem  utworzonym przez Europejski Komitet Normalizacyjny (CEN) oraz Europejski Komitet Normalizacji Elektrotechnicznej (CENELEC). Jest to europejski znak jakości, który potwierdza zachowanie wysokiej jakości kolektora słonecznego oraz procesów jego produkcji. Kolektory dostarczone do badania muszą pochodzić z bieżącej produkcji, wizytowane są zakłady produkcyjne i sprawdzana obowiązująca w nich kontrola, jakości, sprawdzane są kolektory pochodzące z sieci sprzedaży lub znajdujące się na budowie. Każde badanie kończy się sprawozdaniem i opublikowaniem wyników. Badania wykonują tylko akredytowane laboratoria.

9 BUDOWA OBUDOWA Z ALUMINIUM IZOLACJA – WEŁNA MINERALNA LUB POLIURETAN
WĘŻOWNICA Z RUREK MIEDZIANYCH POKRYWA ZE SZKŁA TZW. SOLARNEGO PŁYTA ABSORBERA Z MIEDZI POWLEKANEJ POWŁOKĄ ABSORBCYJNĄ

10 KOLEKTORY CIECZOWE PŁASKIE
CECHY: WYSOKA SPRAWNOŚĆ W OKRESIE LETNIM WYKORZYSTANIE SEZONOWE BEZPOŚREDNI PRZEPŁYW CZYNNIKA PRZEZ KOLEKTOR MONTAŻ PIONOWY LUB POZIOMY ZNACZNE STRATY CIEPŁA ZE WZGLĘDU NA BRAK HERMETYCZNEJ OBUDOWY Kolektory płaskie ze względu na ich wysoką wydajność (porównywalną z kolektorami rurowo-próżniowymi) w okresie dużego nasłonecznia, są zalecane do stosowania w instalacjach tzw. sezonowych. Niski koszt inwestycji oraz wysoka sprawność w lecie powoduje iż takie rozwiązanie świetnie sprawdza się w domkach letniskowych, altankach czy też w basenach kąpielowych.

11 BUDOWA RURY KOLEKTORA MOŻNA OBRACAĆ WOKÓŁ WŁASNEJ OSI KORYGUJĄC W TEN SPOSÓB USTAWIENIE WZGLĘDEM SŁOŃCA W GÓRNEJ CZĘŚCI ZNAJDUJĄ SIĘ PRZEWODY ZBIORCZE CZYNNIKA GRZEWCZEGO I WYMIENNIK Z IZOLACJĄ ABORBER W RURACH OTOCZONY PRÓŻNIĄ ABSORBER – POJEDYNCZA MIEDZIANA RURKA TZW. HEAT PIPE „SUCHE„ POŁĄCZENIE Z WYMIENNIKIEM

12 KOLEKTORY PRÓŻNIOWE RUROWE
CECHY: WYSOKA SKUTECZNOŚĆ W WARUNKACH MAŁEGO NASŁONECZNIENIA WYKORZYSTANIE CAŁOROCZNE UNIWERSALNY MONTAŻ NA DACHACH MOŻLIWOŚĆ INSTALOWNIA KOLEKTORÓW Z ORIENTACJĄ ZACHODNIĄ LUB WSCHODNIĄ MNIEJSZA POWIERZCHNIA KOLEKTORÓW DZIĘKI WIĘKSZEJ SPRAWNOŚCI BRAK MOŻLIWOŚCI ROZSZCZELNIENIA INSTALACJI SOLARNEJ

13 KOLEKTORY PŁASKIE KOLEKTORY PRÓŻNIOWE SPRAWNOŚĆ OPTYCZNA 74,3 %
WSPÓŁCZYNNIK STRAT a1 4,16 W/m2K WSPÓŁCZYNNIK STRAT a1 1,54 W/m2K WSPÓŁCZYNNIK STRAT a2 0,012 W/m2K2 WSPÓŁCZYNNIK STRAT a2 0,005 W/m2K2 TEMPERATURA POSTOJOWA 221 oC TEMPERATURA POSTOJOWA 280 oC POJEMNOŚĆ CIEPLNA 4,7 kJ/m2K POJEMNOŚĆ CIEPLNA 7,8 kJ/m2K

14 KOLEKTORY PŁASKIE KOLEKTORY PRÓŻNIOWE SPRAWNOŚĆ OPTYCZNA 74,3 %
WSPÓŁCZYNNIK STRAT a1 4,16 W/m2K WSPÓŁCZYNNIK STRAT a1 1,54 W/m2K WSPÓŁCZYNNIK STRAT a2 0,012 W/m2K2 WSPÓŁCZYNNIK STRAT a2 0,005 W/m2K2 TEMPERATURA POSTOJOWA 221 oC TEMPERATURA POSTOJOWA 280 oC POJEMNOŚĆ CIEPLNA 4,7 kJ/m2K POJEMNOŚĆ CIEPLNA 7,8 kJ/m2K

15 PORÓWNANIE SPRAWNOŚCI KOLEKTORÓW
Różnica temperatur dotyczy temperatury absorbera i temperatury otoczenia. Czym większa temperatura absorbera tym większe straty ciepła do otoczenia. Kolektory próżniowe dzięki lepszej izolacji tracą mniej ciepła i tym samym osiągają większą sprawność.

16 PORÓWNANIE KOLEKTORÓW PRÓŻNIOWYCH
Kolektor typu CPC: - podwójne przeszklenie wpływa na obniżenie jego sprawności wskutek zmniejszenia dostępu promieniowania słonecznego do absorbera podstawowym elementem konstrukcji są dwie rury szklane. Zewnętrzna rura jest przezroczysta dla promieniowania słonecznego, wewnętrzna zaś pokryta warstwą absorbera. Z przestrzeni pomiędzy rurami wypompowywane jest powietrze w celu uzyskania próżni. w kolektorze tego typu zachodzi trójfazowa wymiana ciepła: - 1 faza - ciepło wytwarza się na ściance wewnętrznej szklanej rury. - 2 faza - przekazanie ciepła do parownika „heat pipe”. Przekazanie ciepła w większości kolektorów następuje poprzez kontakt wyprofilowanych kawałków taśmy aluminiowej między szkłem a rurą parownika W przypadku niestarannego dopasowania blachy do ścianek rury przewodzenie ciepła między absorberem a rurką parownika jest słabe ze względu na małą powierzchnię wymiany. Dodatkowo powstają straty w wyniku przenikania ciepła do cząsteczek powietrza wewnątrz drugiej rury. - 3 faza to przekazanie ciepła z rurki heat pipe do obiegu z glikolem w wymienniku w górnej części kolektora. Kolektor próżniowy CPC z „u-rurką” Przekazywanie ciepła odbywa się podobnie jak w cieczowym płaskim kolektorze. Czynnik grzewczy przepływa przez każdą rurę próżniową, zamiast wymiennika w górnej części kolektora są zbiorcze przewody którymi następuje transport ciepła do podgrzewacza solarnego. Wymiana ciepła między absorberem a „u-rurką” także następuje za pośrednictwem aluminiowej taśmy. podstawowym elementem konstrukcji są dwie rury szklane wymiana ciepła dwufazowa zwierciadło ma za zadanie zwiększyć ilość promieniowania docierającą do absorbera tzw. absorber 360o . Większe osiągi występują pod warunkiem, że lustro jest czyste tzn. bez zanieczyszczeń i nie zaśniedziałe. Kolektor heat pipe z jednościenną rurą: składa się z pojedynczej jednościennej rury wewnątrz całej objętości rury jest próżnia – lepsza izolacja absorber to miedziana prostokątna taśma z powłoką absorbcyjną ultradźwiękowo zgrzana z miedzianą rurką parownika. wymiana ciepła dwufazowa: - 1 faza bezpośrednie przekazanie ciepła z absorbera do parownika - 2 faza przekazanie ciepła z rurki heat pipe do wymiennika w górnej części kolektora - W kolektorach jednościennych wyeliminowano jeden z etapów przekazywania ciepła, dzięki czemu ograniczono jego straty.

17 DZIAŁANIE JEDNOŚCIENNEGO KOLEKTORA TYPU HEAT PIPE
Heat pipe składa się z części pochłaniającej w postaci rurki miedzianej i kondensora. Wewnątrz heat pipe znajduje się specjalny czynnik o niskiej temperaturze wrzenia. Czynnik odparowując podnosi się do kondensora i oddając w nim ciepło skrapla się po czym spływa ponownie w dół. Ten proces powtarza się stale więc energia słoneczna jest przenoszona ciągle

18 WYKRESY SPRAWNOŚCI Wyższa sprawność kolektora jednościennego z rurką heat pipe wynika z faktu, że ma on większą zdolność do pochłaniania promieniowania słonecznego. Na podwójnych ściankach kolektorów typu „termos” dochodzi do odbicia części promieni słonecznych. Ilość odbitego promieniowania jest na tyle duża, że w połączeniu z cieńszą warstwą próżni (gorszą izolacyjnością) kolektory te osiągają mniejszą sprawność. Na poprawę parametrów kolektorów CPC wpływa zamontowanie powłoki lustrzanej płaskiej lub parabolicznej w celu wykorzystania odbitego promieniowania słonecznego. W dalszym jednak ciągu kolektory te mają mniejszą sprawność. Dodatkowo lustra są podatne na bardzo szybkie zabrudzanie się i tym samym obniżanie sprawności zainstalowanych kolektorów.

19 ZAŁOŻENIA PROJEKTOWE

20 OSZCZĘDNOŚCI Roczny uzysk ciepła z 1m2 kolektora próżniowego rurowego typu heat pipe wynosi 625 kWh/m2 Dla rodziny 4 osobowej: Uzysk ciepła = 3m2 x 625kWh = 1875 kWh Sprawność kotła na podgrzewanie cwu 80% Po uwzględnieniu strat kotła musi on wytworzyć 2343kWh ciepła rocznie: paliwo wartość opałowa ilość cena wartość brutto gaz ziemny 9,82 kWh/m3 238m3 2,46zł 585zł węgiel 4,0 kWh/kg 585kg 720zł/t 417zł */625zł olej opałowy 10,3 kWh/dm3 227dm3 3,65zł 828zł prąd + węgiel 7 miesięcy węgiel + 5 miesięcy prąd - 841zł LPG 13,14 kWh/kg 178kg 6,02 zł 1071zł prąd 100% 1875kWh 0,61zł 1143zł

21 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ