Ориентация и угол наклона солнечного коллектора. Наклон солнечного коллектора
Ориентация и угол наклона солнечных коллекторов | Блог SolarSoul
Чтобы производительность солнечного коллектора была максимальной очень важна ориентация и угол наклона коллектора. Что бы поглощать максимальное количество солнечной энергии плоскость солнечного коллектора должна быть всегда перпендикулярна солнечным лучам. Однако солнце светит на Земную поверхность в зависимости от времени суток и года всегда под различным углом. Поэтому для монтажа солнечных коллекторов необходимо знать оптимальную ориентацию в пространстве абсорбера солнечного коллектора. Для оценки оптимального ориентирования коллекторов учитывается вращение Земли вокруг Солнца и вокруг своей оси, а так же изменение расстояния от Солнца. Для определения положения солнечного коллектора или солнечной батареи необходимо учитывать основные угловые параметры:
-широта места установки φ;
-часовой угол ω;
-угол солнечного склонения δ;
-угол наклона к горизонту β;
-азимут α;
Широта места установки (φ)показывает, насколько место находится севернее или южнее от экватора, и составляет угол от 0° до 90°,отсчитываемый от плоскости экватора до одного из полюсов — северного или южного.
Часовой угол (ω) переводит местное солнечное время в число градусов, которое солнце проходит по небу. По определение часовой угол равен нулю в полдень. Земля поворачивается на 15° за один час. Утром угол солнца отрицательный, вечером — положительный.
Угол склонения Солнца (δ) зависит от вращения Земли вокруг Солнца, поскольку орбита вращения имеет эллиптическую форму и сама ось вращения тоже наклонена, то угол меняется в течение года от значения 23.45° до -23.45°. Угол склонения становится равным нулю два раза в год в дни весеннего и осеннего равноденствия.
Склонение солнца для конкретно выбранного дня определяется по формуле:
Где n – порядковый номер дня в году, отсчитанный от 1-го января.
Наклон к горизонту (β) образуется между горизонтальной плоскостью и солнечной панелью. К примеру, при монтаже на наклонной крыше угол наклона коллектора определяется крутизной ската крыши.
Азимут (α) характеризует отклонение поглощающей плоскости коллектора от южного направления, при ориентировании солнечного коллектора точно на юг азимут = 0°.
Угол падения солнечных лучей на произвольно ориентированную поверхность, имеющую определенное значение азимута α и угол наклона β, определяется по формуле:
Если в данной формуле заменить значение угла β на 0, тогда получится выражение для определения угла падения солнечных лучей на горизонтальную поверхность:
Интенсивность потока солнечного излучения для определенного положения поглощающей панели в пространстве вычисляется по формуле:
Где Js и Jdинтенсивность потоков прямого и рассеянного солнечного излучения падающие на горизонтальную поверхность, соответственно.— коэффициенты положения солнечного коллектора для прямого и рассеянного солнечного излучения.
Для обеспечения попадания на абсорбер максимального (за расчетный период) количества солнечной энергии коллектор монтируют в наклонном положении с оптимальным углом наклона к горизонту β, который определяется расчетным методом и зависит от периода использования гелиосистемы. При южном ориентировании коллектора для круглогодичных гелиосистем β = φ, для сезонных гелиосистем β = φ–15°. Тогда формула примет вид, для сезонных гелиосистем:
Для круглогодичных:
Солнечные коллекторы, ориентированные в южном направлении и смонтированные под углом от 30° до 65° относительно горизонта, позволяют достичь максимального значения поглощения солнечного излучения в Украине. Но даже при определенных отклонениях от этих условий гелиосистема может вырабатывать достаточное количество энергии. Установка с небольшим углом наклона более эффективна в случае, если солнечные коллекторы или солнечные батареинельзя ориентировать на юг.
К примеру, если солнечные панели ориентированы на юго-запад, с азимутом 45° и углом наклона 30°, то такая система сможет поглощать до 95% от максимального количества солнечного излучения. Или при ориентировании в восточном или западном направлении можно обеспечить до 85% попадания энергии на коллектор при установке панелей под углом 25-35°. Если угол наклона коллектора больше, то количество энергии, поступающее на поверхность коллектора, будет более равномерным, для поддержки отопления такой вариант установки более эффективен.
Зачастую ориентирование солнечного коллектора зависит от варианта монтажа солнечных коллекторов, установка коллектора производится на крыше здания, поэтому очень важно на стадии проектирования учесть возможность оптимально установки коллекторов.
Поделиться "Ориентация и угол наклона солнечных коллекторов"
Рекомендуемые статьи
solarsoul.net
Угол наклона солнечного коллектора |
Для наиболее эффективного использования солнечного излучения необходимо установить солнечный коллектор точно под прямым углом к направлению солнечных лучей. Однако Солнце постепенно движется, и в зависимости от сезона меняется его высота над горизонтом. Поэтому в идеальном случае солнечный коллектор следовало бы установить таким образом, чтобы он следовал за Солнцем и постоянно сохранял положение, перпендикулярное по отношению к падающим лучам. Устройство такого солнечного коллектора с системой слежения за Солнцем технически возможно, однако оно обошлось бы довольно дорого, поглотив большую часть сметных расходов на строительство дома. Практически такие солнечные коллекторы не изготовляют, они существуют лишь в экспериментальных вариантах.
В настоящее время при использовании солнечных коллекторов в солнечных домах их устанавливают неподвижно, в одном положении, выбирая оптимальный угол наклона солнечного коллектора к горизонту в зависимости от назначения солнечной установки.
Горячее водоснабжение
Площадь тепловоспринимающей пластины солнечного коллектора малая — 2...6 м2, угол наклона солнечного коллектора к горизонту соответствует широте местности.
При таком положении, когда угол наклона будет примерно соответствовать широте местности, солнечный коллектор в течение всего года будет получать большое количество тепла. При изменении угла наклона от 20 до 35° не наблюдается значительной разницы в теплопроизводительности в течение года, и если наклон крыши здания лежит в этих пределах, то ею вполне можно воспользоваться. Однако, если у солнечного коллектора, используемого для горячего водоснабжения, площадь тепловоспринимающей пластины будет значительно больше (6...10 м), то летом получатся излишки тепла. Если учесть, что максимальное потребление горячей воды приходится на зиму, целесообразно установить угол наклона солнечного коллектора 45...60°, что выгоднее для зимних условий, в результате можно повысить КПД солнечного коллектора в течение всего года.
Отопление и горячее водоснабжение
Поскольку в зимний период тепловая нагрузка максимальна, целесообразно угол наклона солнечного коллектора установить в пределах 45...50°. Этот угол должен соответствовать широте местности ±15°. В пределах диапазона ±15° существенных изменений в выработке тепла не наблюдается, и поэтому, если угол наклона крыши находится в этих границах, можно установить солнечный коллектор, не нарушая дизайна здания.
В солнечных широтах, где выпадает много снега, солнечный коллектор устанавливают под большим углом наклона к горизонту, т.е. более вертикально.
Представляют интерес устройства, собирающие отражаемые от снега солнечные лучи, что увеличивает выработку тепла.
Теплохладоснабжение и горячее водоснабжение
Поскольку для систем охлаждения требуется наибольшее количество тепла, необходимо, ориентируясь на летний сезон, выбирать угол наклона солнечного коллектора к горизонту в пределах 20...25°. Оптимальный угол наклона соответствует φ - 10°, а отклонения до +10 не приводят к существенной разнице в выработке тепла. Однако, если принять во внимание, что при столь малом угле наклона на поверхности остекления солнечного коллектора собирается много пыли, что ухудшает условия его работы, полагают. что целесообразнее фиксировать угол наклона солнечного коллектора в пределах 25...35°.
В идеальном варианте солнечный коллектор ориентируют на юг, но, учитывая рельеф местности, условия застройки (соседние дома) и другие факторы, зависящие от окружающей солнечный коллектор среды, это требование не всегда выполнимо. Рекомендуются отклонения от южной ориентации в пределах до ±30°, чтобы выработка тепла не слишком отличалась от нормы.
Очевидно, что угол наклона солнечного коллектора к горизонту меняется в зависимости от назначения солнечной установки или типа системы.
www.mensh.ru
Ориентация и угол наклона солнечного коллектора.
Чтобы производительность солнечного коллектора была максимальной очень важна ориентация иугол наклона коллектора. Чтобы поглощать максимальное количество солнечной энергии плоскость солнечного коллектора должна быть всегда перпендикулярна солнечным лучам. Однако солнце светит на Земную поверхность в зависимости от времени суток и года всегда под различным углом.
Поэтому для монтажа солнечных коллекторов необходимо знать оптимальную ориентацию в пространстве абсорбера солнечного коллектора.
Для оценки оптимального ориентирования коллекторов учитывается вращение Земли вокруг Солнца и вокруг своей оси, а так же изменение расстояния от Солнца.
Для определения положения солнечного коллектора или солнечной батареи необходимо учитывать основные угловые параметры:
- широта места установки φ;
- часовой угол ω;
- угол солнечного склонения δ;
- угол наклона к горизонту β;
- азимут α;
Широта места установки (φ) показывает, насколько место находится севернее или южнее от экватора, и составляет угол от 0° до 90°,отсчитываемый от плоскости экватора до одного из полюсов — северного или южного.
Часовой угол (ω)переводит местное солнечное время в число градусов, которое солнце проходит по небу. По определение часовой угол равен нулю в полдень. Земля поворачивается на 15° за один час. Утром угол солнца отрицательный, вечером — положительный.
Угол склонения Солнца (δ) зависит от вращения Земли вокруг Солнца, поскольку орбита вращения имеет эллиптическую форму и сама ось вращения тоже наклонена, то угол меняется в течение года от значения 23.45° до -23.45°. Угол склонения становится равным нулю два раза в год в дни весеннего и осеннего равноденствия.
Склонение солнца для конкретно выбранного дня определяется по формуле:
где n – порядковый номер дня в году, отсчитанный от 1-го января.
Наклон к горизонту (β) образуется между горизонтальной плоскостью и солнечной панелью. К примеру, при монтаже на наклонной крыше угол наклона коллектора определяется крутизной ската крыши.
Угол падения солнечных лучей на произвольно ориентированную поверхность, имеющую определенное значение азимута α и угол наклона β, определяется по формуле:
Если в данной формуле заменить значение угла β на 0, тогда получится выражение :
Интенсивность потока солнечного излучения для определенного положения поглощающей панели в пространстве вычисляется по формуле:
где Js и Jd интенсивность потоков прямого и рассеянного солнечного излучения падающие на горизонтальную поверхность, соответственно.
Для обеспечения попадания на абсорбер максимального (за расчетный период) количества солнечной энергии коллектор монтируют в наклонном положении с оптимальным углом наклона к горизонту β, который определяется расчетным методом и зависит от периода использования гелиосистемы. При южном ориентировании коллектора для круглогодичных гелиосистем β = φ, для сезонных гелиосистем β = φ–15°. Тогда формула примет вид,
для сезонных гелиосистем:
для круглогодичных:
Солнечные коллекторы, ориентированные в южном направлении и смонтированные под углом от 30° до 65° относительно горизонта, позволяют достичь максимального значения поглощения солнечного излучения. Но даже при определенных отклонениях от этих условий гелиосистема может вырабатывать достаточное количество энергии.
Установка с небольшим углом наклона более эффективна в случае, если солнечные коллекторы или солнечные батареи нельзя ориентировать на юг.
К примеру, если солнечные панели ориентированы на юго-запад, с азимутом 45° и углом наклона 30°, то такая система сможет поглощать до 95% от максимального количества солнечного излучения. Или при ориентировании в восточном или западном направлении можно обеспечить до 85% попадания энергии на коллектор при установке панелей под углом 25-35°. Если угол наклона коллектора больше, то количество энергии, поступающее на поверхность коллектора, будет более равномерным, для поддержки отопления такой вариант установки более эффективен.
Зачастую ориентирование солнечного коллектора зависит от варианта монтажа солнечных коллекторов, установка коллектора производится на крыше здания, поэтому очень важно на стадии проектирования учесть возможность оптимально установки коллекторов.
Обучающее видео. Монтаж коллектора на скатной крыше
Обучающее видео: Монтаж солнечного коллектора на плоской крыше
Подробнее: http://optonimpex.com/a139084-ustanovka-solnechnogo-kollektora.html
Гелиоконцентраторы.Прямое использование солнечной энергии возможно за счёт фотоэлектрического и теплового способов превращения солнечной радиации. Для этих целей применяют солнечные концентраторы и фотоэлектрические преобразователи.
Гелиоконцентратор - устройство для повышения плотности (концентрации) принимаемой лучистой энергии Солнца. Состоит из системы отражателей: плоских или параболоидных (параболоцилиндрических) зеркал различных форм и размеров; реже используются прозрачные оптические фокусирующие линзы.
Отражатели укрепляются на жёстком каркасе; сооружают также полужёсткие и надувные гелиоконцентраторы с покрытием из металлизированных плёнок. Гелиоконцентратор входит в состав различных гелиоустановок, в которых солнечная энергия преобразуется и используется в виде тепла или электроэнергии в солнечных печах, при гелиосварке, стерилизации, в ряде других технологических процессов, в сочетании с солнечным термоэлектрогенератором и т. п.
Гелиоконцентратор может повышать плотность энергии солнечной радиации в несколько тысяч раз, доводя её до 35·10³ кВт/м², что только в два раза меньше плотности лучистой энергии на поверхности Солнца (74·10³ кВт/м²). Для такой концентрации энергии строят гелиоустановки, зеркальная система которых (параболоидного и других типов) может иметь диаметр до 10 м.
Гелиоконцентраторы можно условно разделить на две группы – точечные и линейные. К точечным относятся те устройства, в которых отраженные лучи собираются в одну условную фокальную точку – пятно. В линейных концентраторах при помощи параболоцилиндрического отражателя лучистая энергия концентрируется в фокальной линии, по оси которой размещается труба для движения теплоносителя. Температура теплоносителя в них может достигать 300-400 °С.
Неотъемлемой частью гелиоконцентраторов является система ориентации, которая позволяет непрерывно отслеживать положение Солнца и в соответствии с ним осуществлять перемещение концентраторов для устойчивого положения фокуса относительно отражательных элементов.
Похожие статьи:
poznayka.org
ОРИЕНТАЦИЯ СОЛНЕЧНОГО КОЛЛЕКТОРА — Мегаобучалка
Правильная ориентация солнечных коллекторов (направление и угол наклона) увеличивает их производительность. Земная атмосфера поглощает и отражает значительную часть солнечной радиации. Поэтому максимальное количество энергии поступает в полдень, когда прямой поток лучей меньше всего задерживается атмосферой. В северном полушарии оптимальным направлением в полдень является географический юг. Хотя для максимальной производительности коллекторов их нужно направлять на географический юг, допускается отклонение на 20 градусов к востоку или западу без увеличения площади поверхности коллекторов.
"Следящий" (поворачивающийся) за солнцем коллектор собирает на 20% солнечной радиации больше, чем ориентированный строго на юг. Однако этот выигрыш в производительности не окупает затрат на сооружение следящего устройства. Обычно выгоднее бывает увеличить площадь коллектора на 20%.
Местные особенности погоды (например, утренние туманы либо преобладающая облачность после обеда) должны также учитываться при размещении коллектора. Если местные погодные условия не играют особой роли, а коллектор невозможно повернуть к югу, рекомендуется обратить его к западу, чтобы воспользоваться более теплым послеобеденным временем (тепловые потери коллектора снижаются при высокой внешней температуре).
Поскольку высота Солнца над горизонтом в течение года значительно меняется в зависимости от географической широты, угол наклона коллекторов по отношению к высоте Солнца зависит от конкретной установки. В целом, сезонные изменения количества радиации должны приниматься в расчет для всех солнечных энергоустановок. Наклон поверхности коллектора на 30-50 градусов к югу в Северном полушарии либо к северу - в Южном приносит лучшие результаты в зимнее время и некоторые потери летом. Установки для отопления помещений размещают так, чтобы получить максимум от зимнего Солнца. В тропиках, где Солнце стоит высоко, наиболее выгодно устанавливать поверхность коллектора почти горизонтально. Оптимальный угол наклона солнечного коллектора равен широте местности. Положительная разность между широтой и углом наклона крыши приводит к лучшим эксплуатационным качествам системы зимой. Угол наклона коллектора меньший, чем значение местной широты, способствует лучшей работе системы летом. Отклонения угла наклона коллекторов из архитектурных соображений можно компенсировать дополнительной площадью коллектора.
Аккумулирующий бак
Солнечное тепло аккумулируется в баке за счет того, что в нем хранится горячая вода. Баки бывают разные по объему. Все они подсоединены к впускной трубе для холодной воды и выпускной - для горячей, а также к циркуляционным трубам. Наиболее эффективен вертикальный бак с градиентом температуры по высоте, при этом холодная вода на входе не смешивается с горячей водой в верхней части бака. При наличии горизонтального бака производительность системы снижается на 10-20%.
Тепло из солнечного коллектора передается воде в баке с помощью теплообменника. В качестве теплообменника обычно используется змеевик на дне бака либо оболочка вокруг бака с жидкостью-теплоносителем. В системах с естественной циркуляцией и малыми потоками жидкости обычно используется оболочка. В случае малых потоков жидкость-теплоноситель медленно протекает через оболочку бака-накопителя, что позволяет добиться градиента температуры жидкости в оболочке в соответствии с распределением в баке. Благодаря этому улучшается теплообмен, а значит, возрастает эффективность по сравнению с традиционными системами.
Бак-накопитель обязательно должен быть хорошо теплоизолирован, чтобы ночью вода в нем не остывала. Потери тепла зависят от множества факторов (температура воздуха, ветер, время года и т.д.) и составляют около 0,5-1 градуса Цельсия в час в течение ночи. Изоляция бака должна быть настолько надежной, чтобы вода, нагретая за солнечный день, оставалась горячей в течение двух дней. Особенное внимание нужно обращать на изоляцию верхней части бака и отсутствие тепловых мостиков. Опыт показывает, что минимальная толщина слоя изоляционного материала должна составлять 100 мм.
Нужно следить за тем, чтобы система труб, подведенных к баку, не допускала самопроизвольной циркуляции, из-за которой он может опустеть, даже если горячая вода не использовалась. Трубка для слива горячей воды должна подводиться к трубам с холодной водой, а к верхней части бака. Выходное отверстие бака-накопителя снабжается регулятором максимальной температуры, чтобы к потребителю поступала вода с температурой не выше, например, 60 оС независимо от температуры воды в баке.
Объем бака-накопителя солнечной установки должен составлять 80 литров на человека, при уровне потребления горячей воды 50 литров в день. Это средние значения. Если в доме имеется посудомоечная или стиральная машина, если есть несколько детей, ежедневно принимающих ванну, эти нужды также должны учитываться при расчете общего расхода воды.
megaobuchalka.ru
ОПТИМАЛЬНЫЙ УГОЛ НАКЛОНА К ГОРИЗОНТУ ПРИ УСТАНОВКЕ СОЛНЕЧНОГО КОЛЛЕКТОРА
Жилые дома с автономным солнечным теплохладо - снабжением
Для наиболее эффективного использования солнечного излучения необходимо установить коллектор точно под прямым углом к направлению солнечных лучей. Однако Солнце постепенно движется, и в зависимости от сезона меняется его высота над горизонтом. Поэтому в идеальном случае коллектор следовало бы установить таким образом, чтобы он следовал за Солнцем и постоянно сохранял положение, перпендикулярное по отношению к падающим лучам. Устройство такого коллектора с системой слежения за Солнцем технически возможно, однако оно обошлось бы довольно дорого, поглотив большую часть сметных расходов на строительство дома. Практически такие коллекторы не изготавливают, они существуют только в экспериментальных вариантах.
В настоящее время при использовании коллекторов в солнечных домах их устанавливают неподвижно, в одном положении, выбирая определенный оптимальный угол наклона коллектора к горизонту в зависимости от назначения солнечной установки.
1- й случай: использование солнечного тепла исключительно для нужд горячего водоснабжения. Площадь ^тепловоспринимающей пластины коллектора малая - от 2 до 6 м, угол наклона к горизонту составляет 30-35°. При таком положении, когда угол наклона будет примерно соответствовать широте местности, коллектор в течение всего года будет получать большое количество тепла. При изменении угла наклона от 20 до 35° не наблюдается значительной разницы в теплопроизводительности в течение года, и если наклон крыши здания лежит в этих пределах, то ею вполне можно воспользоваться. Однако если у коллектора, используемого для горячего водоснабжения, площадь тепловоспринимающей пластины будет значительно больше (6-10 iv?), то летом получатся излишки тепла. Если учесть, что максимальное потребление горячей воды приходится на зиму, целесообразно установить угол наклона коллектора 45-60°, что выгоднее для зимних условий, в результате чего можно повысить КПД коллектора в течение всего года.
2- й случай: использование солнечного тепла для отопления и горячего водоснабжения. Поскольку в зимний период тепловая нагрузка максимальна, целесообразно угол наклона коллектора установить в пределах 45-50°. Этот угол соответствует широте местности +15°. В пределах диапазона +15° существенных изменений в выработке тепла не наблюдается, и поэтому, если угол наклона крыши находится в таких границах, можно установить коллектор, не нарушая дизайна здания.
В северных широтах, где выпадает много снега, солнечный коллектор устанавливают под большим углом наклона к горизонту, т. е. более вертикально.
Представляют интерес выдвигаемые сейчас разработки проектов устройств, которые собирали бы отражаемые от снега лучи, что увеличивало бы выработку тепла.
3-й случай: использование солнечного тепла для систем теплохладоснабжения, а также горячего водоснабжения. Поскольку для систем охлаждения требуется наибольшее количество тепла, необходимо, ориентируясь на летний сезон, выбирать угол наклона коллектора к горизонту в пределах 20-25°. Оптимальный угол наклона соответствует "широте-10", а отклонения до +10° не приводят к существенной разнице в выработке тепла. Однако если принять во внимание, что при столь малом угле наклона на поверхности стекла коллектора собирается много грязи, что ухудшает условия работы коллектора, а зимой заметное падение теплопроизводительности, полагают, что целесообразнее фиксировать угол наклона коллектора в пределах 25-35° (рис. 2.25).
В идеальном варианте коллектор ориентируют на юг, но, учитывая рельеф местности, условия застройки (соседние дома) и другие факторы, зависящие от окружающей коллектор среды, это требование не всегда возможно выполнить. Рекомендуются отклонения от южной ориентации в пределах до ±30°, чтобы выработка тепла не слишком отличалась от нормы.
Оптимальные углы наклона коллекторов к горизонту в зависимости от использования вырабатываемого тепла с учетом тепловоспринимающей площади коллектора приведены в табл. 2.5.
| РИС. 2.25. РЕКОМЕНДУЕМЫЙ УГОЛ НАКЛОНА ПРИ УСТАНОВКЕ СОЛНЕЧНОГО КОЛЛЕКТОРА А — использование тепла, вырабатываемого солнечным колле"ором, для отопления и горячего водоснабжения; б — использование тепла, вырабатываемого солнечным коллектором, для охлаждения, отопления и горячего водоснабжения; К — широта местности |
Очевидно, что угол наклона коллектора к горизонту меняется в зависимости от назначения солнечной установки или типа системы.
| Таблица 2.5. Рекомендуемый угол наклона установки Солнечных коллекторов с учетом площади тепловоспринимающих пластин (Токио, жилой дйм'їОО—1200 м2)
Теплохладоснабже - абсорбционная система (широта-10) 50—70 Ние и горячее водо - +15 Снабжение |
Наши клиенты или просто интересующиеся люди домами из морских модулей часто имеют ошибочные убеждения о таких постройках...
Сегодня, 26.04.2015 года мы провели такие испытания солнечных вакуумных трубок: Исходные материалы: - Солнечный вакуумные трубки 58мм на 1800мм, 47мм внутренний диаметр - 8шт. - Нержавеющая гофрированная сталь 15мм, подробнее …
В книге С. Танака, Р. Суда "Жилые дома с автономным солнечным теплохладо- снабжением" кратко, но достаточно четко представлены большинство разработанных в настоящее время устройств, позволяющих за счет солнечного излучения (в …
msd.com.ua
Угол наклона солнечного коллектора
Угол наклона солнечного коллектора
Для наиболее эффективного использования солнечного излучения необходимо установить солнечный коллектор точно под прямым углом к направлению солнечных лучей. Однако Солнце постепенно движется, и в зависимости от сезона меняется его высота над горизонтом. Поэтому в идеальном случае солнечный коллектор следовало бы установить таким образом, чтобы он следовал за Солнцем и постоянно сохранял положение, перпендикулярное по отношению к падающим лучам. Устройство такого солнечного коллектора с системой слежения за Солнцем технически возможно, однако оно обошлось бы довольно дорого, поглотив большую часть сметных расходов на строительство дома. Практически такие солнечные коллекторы не изготовляют, они существуют лишь в экспериментальных вариантах.В настоящее время при использовании солнечных коллекторов в солнечных домах их устанавливают неподвижно, в одном положении, выбирая оптимальный угол наклона солнечного коллектора к горизонту в зависимости от назначения солнечной установки.
Горячее водоснабжение Площадь тепловоспринимающей пластины солнечного коллектора малая — 2...6 м2, угол наклона солнечного коллектора к горизонту соответствует широте местности.
При таком положении, когда угол наклона будет примерно соответствовать широте местности, солнечный коллектор в течение всего года будет получать большое количество тепла. При изменении угла наклона от 20 до 35° не наблюдается значительной разницы в теплопроизводительности в течение года, и если наклон крыши здания лежит в этих пределах, то ею вполне можно воспользоваться. Однако, если у солнечного коллектора, используемого для горячего водоснабжения, площадь тепловоспринимающей пластины будет значительно больше (6...10 м), то летом получатся излишки тепла. Если учесть, что максимальное потребление горячей воды приходится на зиму, целесообразно установить угол наклона солнечного коллектора 45...60°, что выгоднее для зимних условий, в результате можно повысить КПД солнечного коллектора в течение всего года.
Отопление и горячее водоснабжение Поскольку в зимний период тепловая нагрузка максимальна, целесообразно угол наклона солнечного коллектора установить в пределах 45...50°. Этот угол должен соответствовать широте местности ±15°. В пределах диапазона ±15° существенных изменений в выработке тепла не наблюдается, и поэтому, если угол наклона крыши находится в этих границах, можно установить солнечный коллектор, не нарушая дизайна здания.
В солнечных широтах, где выпадает много снега, солнечный коллектор устанавливают под большим углом наклона к горизонту, т.е. более вертикально.
Представляют интерес устройства, собирающие отражаемые от снега солнечные лучи, что увеличивает выработку тепла.
Теплохладоснабжение и горячее водоснабжение Поскольку для систем охлаждения требуется наибольшее количество тепла, необходимо, ориентируясь на летний сезон, выбирать угол наклона солнечного коллектора к горизонту в пределах 20...25°. Оптимальный угол наклона соответствует φ - 10°, а отклонения до +10 не приводят к существенной разнице в выработке тепла. Однако, если принять во внимание, что при столь малом угле наклона на поверхности остекления солнечного коллектора собирается много пыли, что ухудшает условия его работы, полагают. что целесообразнее фиксировать угол наклона солнечного коллектора в пределах 25...35°.
В идеальном варианте солнечный коллектор ориентируют на юг, но, учитывая рельеф местности, условия застройки (соседние дома) и другие факторы, зависящие от окружающей солнечный коллектор среды, это требование не всегда выполнимо. Рекомендуются отклонения от южной ориентации в пределах до ±30°, чтобы выработка тепла не слишком отличалась от нормы.
Очевидно, что угол наклона солнечного коллектора к горизонту меняется в зависимости от назначения солнечной установки или типа системы.
Интересно почитать
ecoteco.ru
Ориентация и угол наклона солнечного коллектора
В этом разделе Вы можете бесплатно скачать документацию на солнечные коллекторы и комплектующие систем подогрева воды на солнечном коллекторе.
Ориентация и угол наклона солнечного коллектора.Чтобы производительность солнечного коллектора была максимальной очень важна ориентация и угол наклона коллектора. Чтобы поглощать максимальное количество солнечной энергии плоскость солнечного коллектора должна быть всегда перпендикулярна солнечным лучам. Однако солнце светит на Земную поверхность в зависимости от времени суток и года всегда под различным углом. Поэтому для монтажа солнечных коллекторов необходимо знать оптимальную ориентацию в пространстве абсорбера солнечного коллектора. Для оценки оптимального ориентирования коллекторов учитывается вращение Земли вокруг Солнца и вокруг своей оси, а так же изменение расстояния от Солнца. Для определения положения солнечного коллектора или солнечной батареи необходимо учитывать основные угловые параметры:
- широта места установки φ;
- часовой угол ω;
- угол солнечного склонения δ;
- угол наклона к горизонту β;
- азимут α;
Широта места установки (φ)показывает, насколько место находится севернее или южнее от экватора, и составляет угол от 0° до 90°,отсчитываемый от плоскости экватора до одного из полюсов — северного или южного.
Часовой угол (ω) переводит местное солнечное время в число градусов, которое солнце проходит по небу. По определение часовой угол равен нулю в полдень. Земля поворачивается на 15° за один час. Утром угол солнца отрицательный, вечером — положительный.
Угол склонения Солнца (δ) зависит от вращения Земли вокруг Солнца, поскольку орбита вращения имеет эллиптическую форму и сама ось вращения тоже наклонена, то угол меняется в течение года от значения 23.45° до -23.45°. Угол склонения становится равным нулю два раза в год в дни весеннего и осеннего равноденствия.
Склонение солнца для конкретно выбранного дня определяется по формуле:
Где n – порядковый номер дня в году, отсчитанный от 1-го января.
Наклон к горизонту (β) образуется между горизонтальной плоскостью и солнечной панелью. К примеру, при монтаже на наклонной крыше угол наклона коллектора определяется крутизной ската крыши.
Азимут (α) характеризует отклонение поглощающей плоскости коллектора от южного направления, при ориентировании солнечного коллектора точно на юг азимут = 0°.
Угол падения солнечных лучей на произвольно ориентированную поверхность, имеющую определенное значение азимута α и угол наклона β, определяется по формуле:
Если в данной формуле заменить значение угла β на 0, тогда получится выражение для определения угла падения солнечных лучей на горизонтальную поверхность:
Интенсивность потока солнечного излучения для определенного положения поглощающей панели в пространстве вычисляется по формуле:
Где Js и Jd интенсивность потоков прямого и рассеянного солнечного излучения падающие на горизонтальную поверхность, соответственно.
- коэффициенты положения солнечного коллектора для прямого и рассеянного солнечного излучения.
Для обеспечения попадания на абсорбер максимального (за расчетный период) количества солнечной энергии коллектор монтируют в наклонном положении с оптимальным углом наклона к горизонту β, который определяется расчетным методом и зависит от периода использования гелиосистемы. При южном ориентировании коллектора для круглогодичных гелиосистем β = φ, для сезонных гелиосистем β = φ–15°. Тогда формула примет вид, для сезонных гелиосистем:
Для круглогодичных:
Солнечные коллекторы, ориентированные в южном направлении и смонтированные под углом от 30° до 65° относительно горизонта, позволяют достичь максимального значения поглощения солнечного излучения. Но даже при определенных отклонениях от этих условий гелиосистема может вырабатывать достаточное количество энергии. Установка с небольшим углом наклона более эффективна в случае, если солнечные коллекторы или солнечные батареи нельзя ориентировать на юг.
К примеру, если солнечные панели ориентированы на юго-запад, с азимутом 45° и углом наклона 30°, то такая система сможет поглощать до 95% от максимального количества солнечного излучения. Или при ориентировании в восточном или западном направлении можно обеспечить до 85% попадания энергии на коллектор при установке панелей под углом 25-35°. Если угол наклона коллектора больше, то количество энергии, поступающее на поверхность коллектора, будет более равномерным, для поддержки отопления такой вариант установки более эффективен.
Зачастую ориентирование солнечного коллектора зависит от варианта монтажа солнечных коллекторов, установка коллектора производится на крыше здания, поэтому очень важно на стадии проектирования учесть возможность оптимально установки коллекторов.
solar-rnd.ru
