Solární kolektory – výpočet výkonu

Solární kolektory pro dům: co to je a jak si vybrat

úvod

V naší době, kdy se otázky životního prostředí stávají stále důležitějšími, má využití obnovitelných zdrojů energie zvláštní význam. Jedním z těchto zdrojů je solární energie, kterou lze efektivně využít k vytápění domácností a ohřevu vody. Jako energeticky úsporné řešení lze využít solární kolektor pro dům.

V tomto článku vám povíme o výhodách používání solárních kolektorů pro váš domov a také vám pomůžeme vypočítat, jak efektivně je lze ve vašem případě využít.

Solární kolektor pro domácnost: Co to je a jak to funguje

Solární kolektor je zařízení, které přeměňuje sluneční energii na teplo. Skládá se z absorbéru, který absorbuje sluneční paprsky, a teplonosné látky, která přenáší teplo do topného systému nebo systému ohřevu teplé vody.

Existují různé typy solárních kolektorů: ploché, trubkové, vakuové. Volba typu kolektoru závisí na klimatických podmínkách, ploše střechy a dalších faktorech.

Jak vybrat solární kolektor pro váš dům

Při výběru solárního kolektoru pro váš dům je třeba zvážit následující faktory:

• Plocha střechy: Pro instalaci kolektoru je zapotřebí určitá plocha střechy, která nesmí být zastíněna.
• Klimatické podmínky: účinnost solárního kolektoru závisí na počtu slunečných dnů v roce.
• Potřeba tepla: Je nutné vypočítat, kolik tepla je potřeba k vytápění domu a ohřevu teplé vody.
• Rozpočet: Cena solárních kolektorů se liší v závislosti na typu, výrobci a specifikacích.

Jaké jsou výhody solárního kolektoru pro dům?

• Snížení nákladů na vytápění a ohřev teplé vody.
• Šetrné k životnímu prostředí: využívání solární energie nevede k emisím škodlivých látek do ovzduší.
• Nezávislost na tradičních zdrojích energie.
• Dlouhá životnost: solární kolektory mají životnost více než 20 let.

Typy solárních kolektorů pro domácnosti

Stávající typy solárních kolektorů mají různá konstrukční řešení. Mezi evropskými výrobci termálních plochých solárních kolektorů je lídrem společnost ThermoSolar, která v současnosti vyrábí více než 10 typických řad kolektorů s označením TS. Mezi nimi jsou nejoblíbenější kolektory TS-300, které se vyznačují optimálním poměrem výkonnostních vlastností a ceny. Další výhodou společnosti ThermoSolar je, že na rozdíl od mnoha světových výrobců kolektorů podnik soustředil celou škálu prací na jednom místě – lisování rámů kolektorů, výrobu nosných konstrukcí a selektivních konverzních ploch a také instalaci kolektorů.

Výrobce je obzvláště hrdý na svůj vakuový plochý kolektor, který je unikátní a nemá ve světě obdoby. Tento typ kolektoru, na rozdíl od vakuového trubkového kolektoru, lze snadno zabudovat do střechy nebo fasád budov. Navíc je tento typ kolektoru odolnější vůči extrémním klimatickým a povětrnostním podmínkám. Vysokou kvalitu výrobku zaručují různé testy, kterým jsou kompletní kolektory podrobeny. Provozní vlastnosti a další vlastnosti, včetně odolnosti kolektoru, jsou pečlivě testovány v laboratorních podmínkách, kde jsou simulovány provozní režimy vhodné pro regulaci.

Vlastnosti instalace solárních kolektorů pro domácnosti

Klimatické podmínky střední Evropy jsou takové, že použití solárních systémů je nejčastěji nutné jak pro záložní vytápění, tak pro ohřev teplé vody nebo ohřev vody v bazénech. Před zahájením instalace kolektoru je nutné zvolit správné schéma solárního systému, které závisí především na účelu, pro který je systém instalován, a k čemu bude sloužit. Například pro ohřev teplé vody v soukromých bytových domech společnost nabízí optimálně vybrané sestavy, které jsou ekonomičtější. V ostatních případech je nutné před instalací vypracovat samostatný projekt. Kolektory se obvykle instalují na jižní stranu střechy – šikmou nebo plochou. Pokud taková střecha není k dispozici, lze kolektory instalovat na fasády nebo jiné povrchy vhodné pro tyto účely.

Instalace takových systémů v nových domech má zvláštní výhodu, protože v tomto případě je možné se vyhnout standardnímu rozvodu teplé vody a instalovat další větve, vedoucí například k pračce nebo myčce nádobí. Jako další možnost zvýšení ziskovosti používání solárního systému lze jmenovat využití vody ohřáté v pračce nebo myčce nádobí. Lze s jistotou říci, že tímto způsobem se po celou dobu životnosti systému mnohonásobně vrátí finanční prostředky investované do realizace solární instalace. Za zmínku stojí, že solární systémy nejsou trendem pouze pro města. Kolektory lze instalovat i v obcích, a to jak na starých, tak i na nových budovách.

Online kalkulačka pro výpočet tepelných ztrát budovy

Pro výpočet účinnosti solárních kolektorů pro váš dům můžete použít online kalkulačku tepelných ztrát budovy.

Tato kalkulačka vám pomůže určit, kolik tepla je potřeba k vytápění vašeho domu, a na základě těchto informací si můžete vybrat vhodný model solárního kolektoru.

Závěr

Používání solárních kolektorů pro váš dům je ekologický a cenově dostupný způsob, jak snížit náklady na vytápění a ohřev vody.

Nabízíme jednoduchou metodu, která umožňuje na základě údajů o sluneční aktivitě v daném regionu a absorpční ploše solárního kolektoru vyrábět přibližný výpočet množství tepelné energie, kterou lze získat v určité oblasti: z jedné trubice solární kolektor, jeden metr čtvereční solárního kolektoru, za den, letní sezóna, za rok. Pro posouzení, jak plnohodnotně nám může solární kolektor poskytnout tepelnou energii, nám slouží následující statistiky. Podle statistik „běžná domácnost spotřebuje 2-4 kW tepelné energie za spotřebu teplé vody na osobu a den.

Výchozí údaje pro výpočet tepelného výkonu solárního kolektoru.

Množství tepelné energie vyrobené solárním kolektorem závisí na:

1) Oblast působení solárního kolektoru

2) Absorpční plocha solárního kolektoru

4) Úhel sklonu slunečního kolektoru vůči slunečnímu záření

1) Známe množství sluneční energie na povrchu Země – sluneční záření na metr čtvereční za rok, pro určitou oblast Ruska.

• Délka – 1800±5mm
• Vnější průměr trubky je 58±0.7mm
• Tloušťka vnější skleněné trubice je 1.8±0.15 mm
• Vnitřní průměr trubky – 47±0.7mm
• Tloušťka vnitřní skleněné trubice je 1.6±0.15mm
• Materiál skla: 3.3 mm borosilikátové sklo
• Hladina vakua – mezi stěnami trubice P ≤ 5 x 10-3Pa
• Míra absorpce > 91 %
• Ztráta slunečního záření < 8 % (80С±1,5С)
• Max. teplota 270 С – 300 С℃
• Jmenovitý tlak – 0.6MPa
• Průměrný koeficient tepelné ztráty – ≤0.6W/(m2)

• Kompozit – měď, nerezová ocel, hliník (CU/SS-ALN(H)SS/ALN(L)/ALN)

• Způsob aplikace: DS reaktivní nástřik.

Na listu.

Pokud v tabulkách pro váš region nejsou žádné přesné údaje, můžete použít informace uvedené na mapě slunečního záření ruských regionů, na které je barevně vyznačena přibližná hodnota dostupné energie na jeden čtvereční metr vodorovné plochy.

Abychom určili sluneční záření pro optimální úhel sklonu „roviny“ vakuového kolektoru, empiricky jsme zjistili, že za účelem převedení množství energie indikované pro horizontální plošinu na energii přijatou z místa s optimálním úhlem sklonu , je nutné vynásobit hodnotu uvedenou pro vodorovnou plošinu 1,2.

Například pro Moskvu v tabulce – z tabulky „Měsíční a roční množství slunečního záření, kW*h/m2. Optimální sklon lokality“ vidíme, že za rok pro Moskvu je v případě optimálního úhlu sklonu k dispozici 1173,7 kWh/m2. Vypočteme koeficient pro optimální lokalitu 1173,3 / 959,9 = 1,22.

Metoda se netváří jako vysoce vědecká, ale jak se říká, je lepší mít nepříliš přesný přístroj, než žádný nemít.

Výpočty.

Nejprve si ověřte, zda hodnota absorpční plochy trubicového vakuového solárního kolektoru uváděná výrobci a dodavateli odpovídá skutečnosti.

Dokumentace k „Ohřívači vody na solárním kolektoru bez tlaku z 15 vakuových trubic“, tedy k modelu „Dacha-1“, uvádí absorpční plocha 2,35m2.

Je známo, že délka vakuové trubice je 1800 mm, tedy 1,8 m.

Průměr trubky 58mm. tedy 0,058 m.

Vakuová rozdělovací trubice je válec, boční povrch válce se vypočítá podle vzorce:

S = 2*3,14*H* R nebo průchozí průměr S = 3,14 *H *D

kde 3,14 je číslo Pi, R je poloměr válce, H je výška válce (délka strany), D je průměr válce. Známe průměr trubky, takže použijeme vzorec, který zahrnuje průměr.

Plocha trubky = 3,14 * 1,8 * 0,058 = 0,3278m2

Se zaokrouhlením akceptujeme, že plocha jedné trubice vakuového solárního kolektoru je rovna 0,33m2. Potom je plocha všech trubic solárního kolektoru = 0,33*15 = 4,95m2.

Solární kolektorové trubice přeměňují záření na teplo po celé své ploše, ale přeměna je nejúčinnější na osvětlené straně trubic, to znamená, že pro určení absorpční plochy je potřeba celkovou plochu kolektorových trubic vydělit 2. Absorpční plochu všech trubic solárního kolektoru získáme z 15 trubic 4,95m2 / 2 = 2,47m2. V dokumentaci solárního kolektoru je uvedena absorpční plocha 2,35m2.

To znamená, že dokumentace solárního kolektoru obsahuje informace o absorpční ploše, přičemž se bere v úvahu skutečnost, že část každé trubky je vložena do kolektorové nádrže a část je uzavřena svorkou – připevněna k rámu.

Praktické závěry.

1. Dokumentace k solárním kolektorům ve skutečnosti přesně uvádí absorpční plochu solárního kolektoru.

2. Vezmeme-li jako základ technické údaje z dokumentace skutečného kolektoru, lze pomocí těchto údajů určit absorpční plochu jedné trubice. Pak, pokud tvoří 15 zkumavek2,35m2 absorpční plochy, pak jedna trubka 2,35m2 / 15 = 0,156 (6)m2 nebo zaoblené 0,15m2.

I. Absorpční plocha jedné trubice = 0,15 m2

3. Když znáte absorpční plochu jedné trubice, můžete určit, kolik trubic tvoří jeden čtvereční metr absorpční plochy solárního kolektoru. To je zajímavé, protože všechny tabulky solární energie poskytují údaje za 1m2. Takže, 1m2/ 0,15m2 = 6,66(6), tedy v kulatých číslech – jeden metr čtvereční absorpční plochy kolektoru je sedm vakuových trubic solárního kolektoru.

II. 1 m2 absorbční plocha solárního kolektoru = 7 elektronek

4. Tepelný výkon jedné elektronky. Tyto informace vám umožní vypočítat, kolik trubic by mělo být v solárním kolektoru, abyste získali požadovaný tepelný výkon:

4.1. Denní výkon = 0,15 х Hodnota denního slunečního záření je 1m2 pro vypočtenou oblast х Účinnost

4.2. Roční výkon = 0,15 х Hodnota ročního slunečního záření je 1m2 pro vypočtenou oblast х Účinnost

Pro Moskvu je roční výkon – energie získaná z každé elektronky -:

Absorpční plocha jedné trubky х Každoroční oslunění v Moskvě х Účinnost kolektoru

0,15m2 x 1173,7kW*hodina/m2 x 0,67 = 117,95 kW*hodina/m2

Pomocí tohoto vzorce si například přepočítejme výkon trubic nabízených v našem katalogu solárních kolektorů, jejichž účinnost je ~80 %.

0,15m2 x 1173,7kW*hodina/m2 x 0,8 = 140,8 kW*hodina/m2

Abyste mohli vypočítat roční účinnost jedné trubice v jakémkoli regionu, musíte do výše uvedeného vzorce dosadit hodnotu ročního slunečního záření – solární energii dostupnou v regionu, který vás zajímá. To znamená, že místo 1173,7 nahraďte hodnotu regionu. Můžete také vypočítat denní výkon v konkrétní oblasti.

III. Roční výkon vyrobený jednou kolektorovou trubicí v Moskvě = od 117,95 až 140 kW*hod/m2

IV. Roční průměrná denní produktivita tepelné energie jedné elektronky v Moskvě = 0,323 kW*hodina ,

V. V červenci bude denní výkon jedné elektronky 0,543 kW*hodina

Solární kolektor funguje pouze za světla a za denního světla „navolíme“ zadaný výkon!

5. Dostupné roční úspory energie díky provozu jednoho metru čtverečního solárního kolektoru (7 trubic) pro Moskvu a Moskevskou oblast jsou:

117,95 kW*hod/m2 * 7 = 825,6 kW*hodina/m2

VI. Energie vyrobená za rok jedním čtverečním metrem solárního kolektoru v Moskvě = 825,6 kW*hod/m2,

ve stejnou dobu, například v létě, v červenci, výkon solárního kolektoru o ploše 1 m2 bude 117,9kW*hodina/m2

To znamená, že pro Moskvu a Moskevskou oblast zjistíme, že při použití solárního kolektoru 15 vakuových trubic s absorpční plochou 2,35m2, pro letní sezónu – od dubna do září (včetně), kdy celková hodnota oslunění za všechny měsíce sezóny je 874,2 kWh/m2, získáme 874,2 2,35 ** 0,67(účinnost) = 1376,427kW – téměř 1,4 megawattů volné tepelné energie, tedy asi 8 kW za den.

Podívejme se na statistiky uvedené na začátku článku – domácnost spotřebuje 2-4 kW tepelné energie za spotřebu teplé vody na osobu a den. Jedná se o údaje o celkové spotřebě energie na přípravu teplé vody, která byla vynaložena na všechny potřeby, tedy na sprchování, mytí nádobí a další účely. Z výpočtů pro 15trubkový solární kolektor provozovaný v Moskvě je zřejmé, že v letní sezóně je jeho produktivita dostatečná k zajištění teplé vody dvou až tříčlenné rodině. Ukazuje se, že pokud maximálně zohledníte nepříznivé okolnosti, jako je zamračené léto, deště, stejně budete muset za elektřinu na ohřev vody platit minimum a za slunečného léta nebudete muset platit vůbec !

Zkusme vypočítat výkon solárního kolektoru 18 trubic pro Krasnodar.

Na školení si spočítáme, kolik energie na dům za rok získáme ze solárního kolektoru 18 elektronek v Krasnodaru.

Od stolu v článku „Množství solární energie v regionech Ruska“, je vidět, že roční sluneční energie dostupná pro přeměnu na teplo pro Krasnodar je 1433 kW*h/m2. Absorpční plocha solárního kolektoru 18 trubic je 2,8m2. Účinnost vakuových solárních kolektorů je 67 %.

Vypočítáme množství tepelné energie ze solárního kolektoru v Krasnodaru = 1433 * 2,8 * 0,67 = 2688,3 kW.

CELKEM:

Za rok provozu v Krasnodaru, solárního kolektoru z 18 vakuových trubic, dostaneme 2688,3kW tepelné energie, což je téměř 3 Mega Watt volné tepelné energie!

Při znalosti spotřeby energie na vytápění a ohřev vody, objemu potřeby teplé vody lze tedy spočítat, jaká konfigurace solárního zařízení – jaký solární kolektor z kolika vakuových trubic s jakým hydroakumulátorem – nádrž kotle (jaký objem) bude poskytují nejlepší efekt pro úsporu spotřeby tradiční energie na zásobování teplou vodou a vytápění.