Солнечные коллектора на вакуумных тепловых трубках. Расчет солнечных коллекторов
Экономим электричество: расчеты производительности солнечного коллектора
В статье будет рассмотрен наиболее простой метод расчета количества энергии, которую можно получить путем применения солнечного коллектора. Статистика гласит, что в среднем в домашнем хозяйстве для использования горячей воды требуется от 2 до 4 кВт. Тепловой энергии в день на 1 человека.
Расчет мощности солнечного коллектора
В качестве примера будут приведены расчеты коллектора для Московской области.
Данные для расчетов:
- Место применения – Московская область Площадь поглощения – 2,35м2 (на основе таблицы о среднем количестве поступления солнечной энергии для регионов РФ)
- Величина инсоляция в Московской области – 1173,7кВт*час/м2
- КПД – от 67% до 80% (будут использованы минимальные показатели, актуальные для устаревших коллекторов, поэтому результаты будут слегка занижены).
- Угол наклона коллектора – в расчетах будут использованы оптимальные данные угла наклона.
карта инсоляции россии
Рассчитываем площадь поглощения для одной трубки:
15 трубок = 2,35 м. кв.; 1 трубка = 2,35 / 15 = 0,15 м. кв.
Теперь, когда известна площадь, которую поглощает одна трубка, определим количество трубок, составляющий 1 м. кв. поверхности коллектора: 1 / 0,15 = 6, 66. Иными словами, на один метр поверхности поглощения требуется 7 трубок коллектора.
Далее производим расчет тепловой мощности одной трубки коллектора. Это даст возможность рассчитать число трубок, необходимых для получения достаточной тепловой энергии на периоды в один день и один год:
Получаемая мощность в расчете на один день рассчитывается следующим образом: 0,15 (S поглощения 1 трубки) x 1173,7 (величина инсоляции в Московской области) x 0,67 (КПД солнечного коллектора) = 117,95 кВт*час/м. кв.
Для расчета годовой эффективности одной трубки в выбранном регионе в формуле для расчета дневной мощности следует использовать годовые инсоляционные данные. Иначе говоря, на место 1173, 7 необходимо поставить региональное значения инсоляции.
Мощность, вырабатываемая при помощи одной трубки в Москве, составляет от 117,95 (при использовании КПД в размере 67%) до 140кВт*час/м.кв. (при использовании КПД в размере 80%).
В среднем за сутки одна вакуумная трубка теплового коллектора вырабатывает 0,325кВт*час.
В наиболее солнечные месяцы (июнь, июль) одна трубка будет производить 0,545кВт*час.
Работа солнечного коллектора без света невозможна, по этой причине указанные показатели нужно использовать при расчете светового дня.
Сколько можно сэкономить электроэнергии в Москве при использовании одного м. кв. коллектора (как мы выяснили, это 7 вакуумных трубок)?
Годовая экономия энергии составит:
117,95 кВт*час/м2 * 7 = 825,6 кВт*час/м.кв.
Наибольшую мощность солнечный коллектор, соответственно, будет вырабатывать в летние месяцы. К примеру, в июне при использовании 1 м.кв. коллектора выработка электроэнергии составит около 115–117 кВт*час/м.кв.
Иначе говоря, энергетическая польза при использовании солнечного коллектора с 15-ю вакуумными трубками, где S=2,35 м.кв. за период с марта по август при суммарном значении инсоляции за весь указанный период в 874,2 кВт*час/м.кв. составит: 874,2 * 2,35 * 0,67 = 1376 кВт, то есть, практически 1,4 МегаВт. энергии, что в день составляет примерно 8 кВт.
Вспомним статистическую информацию, приведенную в первой части статьи – в домохозяйстве используется от 2 до 4 кВт энергии при потреблении горячей воды одним человеком ежедневно. Данные показатели подразумевают использование коллектора для нагрева горячей воды и, в частности, таких нужд как принятие душа, мытье посуды и т.п.
Расчеты солнечного коллектора, состоящего из 15 вакуумных трубок, позволяют сделать вывод о том, что в огородный сезон данного устройства будет достаточно для того чтобы обеспечить горячей водой семью, состоящую из трех человек. В результате, при учете всех неблагоприятных обстоятельств, таких как пасмурная или дождливая погода, на электроэнергии, используемой для подогрева воды, можно очень неплохо сэкономить.
Если же говорить об оптимальных условиях (солнечная погода и отсутствие дождей), то в данном случае выработка тепловой энергии солнечным коллектором позволит вообще избежать необходимости платить за электроэнергию.
Примечания
Если в таблице с расчетами солнечной энергии в различных регионах РФ нет точной информации о регионе, в котором Вы проживаете, то можно воспользоваться информацией, которая указана на инсоляционной карте России. Это позволит узнать приблизительное значение получаемой тепловой энергии в расчете на один квадратный метр.
Эмпирическим путем определено: чтобы рассчитать инсоляцию для наиболее оптимального угла наклона солнечного коллектора, следует данные, указанные для выбранной площади, умножить на коэффициент 1,2.
Определение угла наклона солнечных коллекторов
К примеру, в таблице указано, что для Москвы значение энергии, которое доступно на протяжении светового дня, составляет 2,63 кВт*ч/м.кв. Иначе говоря, доступная годовая энергия составляет 2,63 * 365 = 960 кВт*ч/м.кв.
Таким образом, при оптимальном наклоне площадки в Москве коллектор будет вырабатывать приблизительно 1174 кВт*ч/м.кв.
Конечно, данный метод расчета не является высоконаучным, однако, с другой стороны, полученные данные вполне можно использовать для определения необходимого количества вакуумных трубок на бытовом уровне.
Итоги
Солнечные коллекторы из года в год обретают все большую популярность среди владельцев дачных участков. Очевидно, что это говорит о том, что данное устройство позволяет существенно сэкономить электроэнергию при нагреве воды, что подробно описано и доказано в вышеизложенных расчетных примерах.
Данный агрегат является актуальным практически для любого региона России. Но прежде чем купить солнечный коллектор, лучше посчитать рентабельности и сроки окупаемости этого оборудования, что позволит убедиться в актуальности представленного инновационного оборудования для применения в Вашем регионе.
Дата публикации: 30 мая 2014
Оставить комментарий
Вы должны быть Войти, чтобы оставлять комментарии.
energorus.com
Расчет солнечного коллектора для отопления дома и ГВС
Использование гелиоколлекторов для системы теплоснабжения – способ существенно сэкономить на отоплении дома. Солнечное излучение бесплатно и доступно всем, а стоимость гелиосистем постоянно снижается. Правильный расчет солнечного коллектора для отопления дома позволит избежать лишних затрат на оборудование и организовать эффективную систему обогрева здания.
Большинство производителей, поставщиков и установщиков делают лишь приблизительный расчет солнечных коллекторов, но мы опишем все детально. В статье мы пошагово расскажем, как выполнить расчет гелиосистем для отопления, чтобы полностью обеспечить дом теплом зимой. Пусть вас не пугает количество формул – для подсчета потребуется обычный калькулятор. Ваши вопросы и мнение вы можете оставить в комментариях.
Содержание статьи
Расчет реальной мощности солнечного коллектора
Производители указывают максимальную мощность гелиоколлектора при полном освещении при направлении на юг и ориентации перпендикулярно солнцу в полдень. Но не всегда можно так направить панели, особенно если их устанавливать крыше дома.
Ниже приводим формулы, которые универсальны и могут использоваться как для подсчета количества коллекторов, так для подсчета общей площади в квадратных метрах.
Подсчет эффективности гелиоколлектора по направлению
Рассчитать базовую тепловую производительность солнечного плоского или вакуумного коллектора можно по следующей формуле:
Pv = sin A x Pmax x S
Значения:
- Pv – мощность солнечного коллектора;
- A – угол отклонения плоскости гелиоколлектора от направления на юг;
- Pmax – средний уровень инсоляции в вашем регионе в холодное время года.
Даже если солнце не скрыто облаками, в течении дня уровень инсоляции меняется, от чего зависит производительность коллектора. Усредненные данные видно на этом графике:
Данные на иллюстрации по дневному уровню инсоляции усредненные, но позволяют понять разницу между количеством тепловой энергии, которую можно получить в разное время года.
Максимальный уровень инсоляции зимой в среднем в 3-4 раза меньше, чем летом. Количество солнечной энергии, которую может получить гелиоколлектор за сутки зимой в 5-7 раз ниже (в зависимости от широты) чем летом.
Расчет производительности гелиоколлектора по углу установки
Оптимальный угол установки солнечного коллектора для отопления дома зимой – так, чтобы он был перпендикулярен солнечным лучам в 10 часов утра. Так он может собрать максимум тепловой энергии на протяжении светового дня.
Иногда не получается этого сделать (при установке на крыше, монтаже на стандартных опорах). Из-за отклонения от оптимального угла энергоэффективность коллектора может измениться. Рассчитать ее можно по такой формуле:
Pm = sin(180 — A — B) x Pv
Значения:
- Pm – производительность гелиоколлектора;
- A – угол между коллектором и плоскостью земли;
- B – высота солнца над горизонтом в 10 часов утра;
- Pv – найденная ранее мощность.
Если у вас есть возможность ориентировать солнечный коллектор так, чтобы он был перпендикулярен солнцу, тогда:
Pm = Pv
На фотографии обозначен угол наклона солнечного коллектора, который нужно использовать при вычислениях.
Особенности плоских панелей
Плоский гелиоколлектор имеет небольшие теплопотери через заднюю стенку, которые составляют в среднем 5 Вт на квадратный метр. Поэтому от полученного ранее значения реальной мощности P надо отнять 5 Вт на каждый квадратный метр площади.
Уровень поглощения солнечного излучения плоского гелиоколлектора ниже 100%. Это нужно учесть при подсчете его тепловой мощности. Если панель поглощает только 95%, то ее реальная мощность:
P = Pm x 0.95 х S
Значения:
- Pm – мощность коллектора из формулы выше;
- P – реальная производительность коллектора;
- S – площадь коллектора.
Производительность вакуумного коллектора
Производители вакуумных коллекторов могут указывать мощность коллектора без учета расстояния между трубками. Чтобы определить, какова реальна площадь поверхности трубок и производительность вакуумного коллектора, воспользуемся формулой:
P = Pm x D / L
Обозначения:
- P – реальная производительность солнечного коллектора;
- Pm – мощность коллектора, рассчитанная ранее;
- D – диаметр вакуумных трубок;
- L – расстояние между трубками.
Термодинамические солнечные панели
С таким типом коллекторов все гораздо сложнее. Сейчас они не слишком распространены, производители экспериментируют с материалами и селективным покрытием. Разные модели отличаются уровнем поглощения и теплопотерями.
В целом, термодинамические солнечные панели имеют право на жизнь. Но мы бы не рекомендовали обустраивать отопление с их помощью. На рынке мало эффективных моделей, а те, которые есть, продают по завышенным ценам.
Сколько нужно солнечных коллекторов для отопления дома?
Независимо от того, какая система отопления установлена в доме, теплопотери у него будут одинаковыми. Для точного просчета лучше обратиться к специалистам, но для получения примерных данных можно использовать онлайн-сервисы http://teplo-info.com/otoplenie/raschet_teplopoter_online.
Разделив полученные данные на значение P, вычисленное по последней формуле, вы узнаете, сколько гелиоколлекторов или квадратных метров коллекторов вам необходимо чтобы обеспечить отопление дома зимой.
Отдельно стоит напомнить, что в холодное время года есть нюансы с эксплуатацией гелиоколлекторов. Узнать об этом больше можно в статье «Как работает солнечный коллектор зимой – эффективность, проблемы и их решение».
Основная проблема змой — чистить коллекторы от холода.
Подключим горячее водоснабжение?
В дополнение к отоплению, к коллекторной солнечной системе можно подключить горячее водоснабжение. Для этого подсчитаем, сколько тепловой энергии вам необходимо тратить каждый день. Формула проста:
Pw = 1,163 x V x (T – t) / 24
Обозначения:
- Pw – количество тепла, необходимое для подогрева воды;
- V – средний объем горячей воды, расходуемый за сутки;
- T – температура, до которой нужно подогреть воду;
- t – температура, с которой вода поступает в систему.
Чтобы рассчитать необходимое количество дополнительных коллекторов для ГВС – разделите это значение на производительность солнечного коллектора P, полученное по последней формуле.
Советы по отоплению дома гелиоколлекторами
Плоские солнечные коллекторы эффективнее в теплое время года, а вакуумные трубки – зимой. В зависимости от модели и производителя разница может достигать 50%. Подробнее об этом вы можете прочитать в статье «Солнечный коллектор – плоский или вакуумный?».
На случай непредвиденной ситуации стоит иметь альтернативные источники тепловой энергии – конвекторы, газовый или твердотопливный котел, тепловой насос.
Обычно коллекторы поставляются вместе с отдельными баками-накопителями. Выгоднее будет приобрести отдельно плоские или вакуумные панели и один или два больших резервуара с хорошей теплоизоляцией. Чем меньше объем бака, тем быстрее он остывает.
Для организации эффективного отопления стоит иметь большой бак накопитель, в котором в светлое время суток коллекторы будут нагревать воду, а ночью она будет расходоваться на обогрев здания.
Наличие качественного контролера в системе отопления позволит поддерживать заданную температуру, регулировать циркуляцию, устанавливать температурные режимы, задавать таймер включения.
Для автономного отопления дома солнечными коллекторами необходимо купить большое количество оборудования, оплатить его монтаж и подключение. Если вам это не по карману – можно использовать гелиоколлекторы как вспомогательную систему отопления.
Хорошей экономии можно достичь если использовать солнечные коллекторы в паре с тепловым насосом. Они будут нагревать воду, а тепловой насос – подогревать ее до необходимой температуры.
Если здание плохо утеплено, то использовать солнечные коллекторы эффективнее с водяным теплым полом. Он отдает максимум тепла в помещение, а не стенам, как радиаторы отопления.
Как видим, расчет солнечных коллекторов для отопления дома довольно прост. Конечно, специалист должен будет посчитать множество других нюансов, но они не смогут существенно повлиять на конечный результат. В некоторых случаях обогрев здания коллекторами нецелесообразен, но в качестве дополнительного источника бесплатного тепла, гелиоколлекторы незаменимы.
Не забудьте поделиться публикацией в соцсетях!
Похожие записи
vteple.xyz
Расчет солнечных коллекторов
Цель работы: рассчитать требуемую площадь солнечных коллекторов, предназначенную для нагрева горячей воды.
Основные теоретические сведения.
Среднесуточная плотность потока солнечной радиации I, Вт/м2, рассчитывается по формуле:
I = = E∙0,386, (8.1)
где Е – суммарная солнечная радиация, МДж/м2, приходящаяся на горизонтальную поверхность [4].
Перепад температур между средней температурой теплоносителя в коллекторе и температурой окружающей среды ∆Т, °C, определяется по формуле:
∆Т=0,5∙(tхв+tгв)-tср, (8.2)
где tгв, tхв – см. исходные данные; tср – среднемесячные температуры наружного воздуха, °C.
КПД солнечного коллектора (зависит от диаметров, от температуры окружающей среды, величины солнечного потока) ориентировочно может быть рассчитан по формуле:
η=ηо-k1∙(∆Т/1)-k2∙(∆Т2/1), (8.3)
где ηо – КПД коллектора при ∆Т=0 (измеряется производителем, зависит от пропускной способности стекла и поглощательной способности абсорбента). В расчете принимаем ηо=0,78, k1=3,56, k2=0,0146 – для плоских коллекторов, ηо=0,7, k1=1,33, k2=0,007 – для вакуумных коллекторов.
Расход теплоты на горячее водоснабжение за месяц Qкв, МДж/мес., рассчитывается по формуле:
Qкв=m∙qгв∙с∙(tгв-tхв) ∙10-3∙30, (8.4)
где c – удельная теплоемкость воды, кДж/(кг∙°C).
Требуемая площадь солнечных коллекторов Ai, м2, рассчитывается для положительных значений n по формуле:
Ai=Qгв/(E∙η), (8.5)
где E, η, Qгв – см. формулы (11.1), (11.3), (11.4) соответственно.
Расчетная площадь коллекторов Ар, м2, определяется по формуле:
Ар=a∙(/N), (8.6)
где – сумма требуемых площадей солнечных коллекторов для каждого месяца, м2; N – количество месяцев эффективной работы солнечных коллекторов; а – рекомендуемая доля солнечной энергии в подготовки водя для горячего водоснабжения (а=0,5).
Порядок выполнения работы.
Из пособия [5, табл. 3] выписать данные по суммарной солнечной радиации. В случае установки коллекторов под углом производится пересчет в зависимости от ориентации и угла наклона.
Для рассматриваемого города выписать среднемесячные температуры наружного воздуха, tср, °C [2, табл. 5].
Произвести вычисления по формулам (8.1) – (8.5), вычисленные результаты занести в таблицу 8.1.
На основе полученных вычислений определить расчетную площадь для двух типов коллекторов по формуле (8.6).
Таблица 8.1 – Определение требуемой площади солнечных коллекторов
| Месяц | Е, Дж/м2 | I, Вт/м2 |
|
| Плоский коллектор | Вакуумный коллектор | ||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
| |||||
| Январь | ||||||||||||
| Февраль | ||||||||||||
| Март | ||||||||||||
| Апрель | ||||||||||||
| Май | ||||||||||||
| Июнь | ||||||||||||
| Июль | ||||||||||||
| Август | ||||||||||||
| Сентябрь | ||||||||||||
| Октябрь | ||||||||||||
| Ноябрь | ||||||||||||
| Декабрь | ||||||||||||
Рекомендуемая литература
1 СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий. – М.: Госстрой России, 2004. – 28 с.
2 СП 131.13330.2012 Строительная климатология (актуализированная версия СНиП 23-01-99*). – М.: Минрегион России, 2012. – 180 стр.
3 СП 23-101-2004 Проектирование тепловой защиты зданий – М.: Госстрой России, 2004. – 110 с.
4 СНиП 2.04.05-91 Отопление, вентиляция и кондиционирование. – М.: Стройиздат, 1987. – 64 с.
5 Научно-прикладной справочник по климату СССР. Серия 3. Многолетние данные. Часть 1-6, вып. 1-34. – СПб: Гидрометеоиздат, 1989-1998. – 112 с.
6 Пособие к МГСН 2.01-99 «Энергосбережение в зданиях». Вып. 1. Проектирование теплозащиты жилых и общественных зданий. – М.: Москомархитектура, 2000.
7 Гагарин В.Г. Об окупаемости затрат на повышение теплозащиты ограждающих конструкций зданий // Новости теплоснабжения, 2002. – № 1, с. 3–12.
8 Гагарин В.Г. Экономические аспекты повышения теплозащиты ограждающих конструкций зданий в условиях рыночной экономики // Светопрозрачные конструкции, 2002. – № 3, с. 2-5; № 4, с. 50-58.
9 Богуславский Л.Д. Снижение расхода энергии при работе систем отопления и вентиляции. – М.: Стройиздат, 1985.
10 Фихтенгольц Г.М. Основы математического анализа. – СПб., 1999.
11 Овсянникова Т.Ю. Экономика строительного комплекса. Экономическое обоснование и реализация инвестиционных проектов. – Томск: изд. ТГАСУ, 2004.
12 Крушвиц Л. Инвестиционные расчеты. – СПб., 2001.
13 Кудинов Ю., Кузовкин А. Соотношение российских и мировых цен на энергоносители // Экономист, 1997. – № 6. – с. 35-40.
14 Волконский В., Кузовкин А. Цены на энергоресурсы в России и зарубежных странах // Экономист, 2000. – № 11, с. 11–40.
15 Дмитриев А.Н., Табунщиков Ю.А., Ковалев И.Н., Шилкин Н.В. Руководство по оценке экономической эффективности инвестиций в энергосберегающие мероприятия. – М.: АВОК-ПРЕСС, 2005.
16 Богословский В.Н. Строительная теплофизика. – М.: Высшая школа, 1982. – 415 с.
17 Тихомиров К.В., Сергеенко Э.С. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция. – М.: Стройиздат, 1991. – 480 с.
18 Внутренние санитарно-технические устройства, Ч.1.: Отопление. Справочник проектировщика / Под ред. Староверова И.Г. – М.: Стройиздат, 1990. – 430 с.
Приложение А
studfiles.net
Эффективность солнечного коллектора | Блог SolarSoul
В предыдущей статье мы уже упоминали о производительности солнечного коллектора, однако есть еще некоторые факторы, которые влияют на работоспособность солнечных коллекторов в гелиосистеме.
Максимальный КПД солнечного коллектора
Как уже упоминалось, основными параметрами для оценки эффективности солнечных коллекторов являются паспортные данные, как правило, указанные в сертификатах, а именно: оптический коэффициент полезного действия (η₀) и коэффициенты тепловых потерь (а₁ и а₂).
η — КПД солнечного коллектора;
∆Т – разность температуры окружающего воздуха и абсорбера солнечного коллектора;
Е – интенсивность солнечного излучения;
По данной формуле обычно производятся приблизительные расчеты производительности гелиосистемы. Расчеты не всегда отображают полную картину, однако с их помощью можно довольно точно судить о средней выработке тепла солнечными коллекторами за выбранный период времени.
Влияние скорости потока теплоносителя на производительность солнечного коллектора
На практике же дело может обстоять немного иначе. Одним из факторов влияющим на производительность является объемный расход теплоносителя в солнечных коллекторах. Значение оптического КПД и коэффициента тепловых потерь солнечного коллектора приведенное в сертификатах соответствует определенному расходу теплоносителя в коллекторе.
Например, по данным сертификационной лаборатории SPF солнечный коллектор торговой марки Viessmann Vitosol 200-F (номер сертификата C513) имеет расход теплоносителя при испытании равный 200 л/ч. При пересчета на 1 м² апертурной площади расход равен 40,6 л/ч м². При этом есть существенная разница между этим значением и рекомендуемым значением производителя 25 л/ч м². В некоторых случаях, разница между этими показателями может отличатся в 3-4 раза.
Безусловно, такие различия в скорости потока, играют важную роль в эффективности солнечного коллектора при работе в реальных условиях. Снижение скорости потока теплоносителя влияет на его температуру на выходе из коллекторов. Чем ниже скорость теплоносителя, тем выше температура теплоносителя.
Более высокая температура на выходе из коллектора часто ошибочно воспринимается, как абсолютный показатель эффективности гелиосистемы. В данный момент среди производителей прослеживается тенденция к уменьшению скорости протока теплоносителя в материалах по проектированию. Сейчас оптимальное значение в большинстве рекомендаций производителей составляет 25-30 л/ч м² в отличие от рекомендаций 5-ти летней давности 40-60 л/ч м². Это дает возможность снизить гидравлическое потери и позволяет использовать менее мощные насосы и меньшие диаметры труб в гелиосистеме.
Однако, при снижении значения объемного расхода теплоносителя увеличивается и температура абсорбера солнечного коллектора, что в свою очередь увеличивает тепловые потери солнечного коллектора в окружающую среду. Таким образом, часть полезного тепла просто теряется, не доходя до бака аккумулятора. Поэтому, более высокая температура на выходе из коллекторов не является показателем высокой эффективности солнечного коллектора.
Для примера рассмотрим эффективность солнечных коллекторов в зависимости от скорости потока теплоносителя. Для исследования были выбраны солнечные коллекторы: А — HEWALEX KS 2000 TP и В – VIESSMANN Vitosol 200-F. Расчеты приведены исходя их значения солнечной интенсивности 800 Вт/м².
Эффективность солнечных коллекторов в зависимости от скорости потока теплоносителя и конструкции абсорбера
При расходе большем расходе теплоносителя (60 л/ч м²) производительность солнечного коллектора выше на 5%.
В случае с вакуумными коллекторами картина примерно такая же. Причем в некоторых случаях выработка тепловой энергии при низком объемном расходе теплоносителя, даже меньше чем для плоских коллекторов.
Разница в производительности вакуумных трубчатых коллекторов
Возможно, причиной занижения скорости потока жидкости является желание показать как бы более эффективную работу коллекторов, вводя тем самым в заблуждения пользователей, ошибочно считающих более высокую температуру как показатель работоспособности.
Способ соединения солнечных коллекторов и тип абсорбера
Второй фактор, которому зачастую, не придают значение, это способ соединения коллекторных групп. Рассмотрим на примере подключения группы из трех солнечных коллекторов с различной конструкцией абсорбера и при различной скорости потока теплоносителя.
Зависимость выработки тепловой энергии от подключения солнечных коллекторов в группу
В первом варианте абсорберы подключены как бы последовательно и поэтому температура теплоносителя в каждом следующем коллекторе выше. Во втором случае температура распределена равномерно. При подключении еще большего числа коллекторов разница становится еще очевидней.
Солнечные коллекторы с абсорбером типа меандр
Коллектора с конструкцией типа «меандр» не рекомендуется устанавливать в один ряд более 5 штук.
Таким образом, эффективность солнечного коллектора на практике может значительно отличатся от расчетных величин. Следует учитывать такие параметры как расход теплоносителя и подключение коллекторных групп, а так же некоторые другие рекомендации.
Поделиться "Эффективность солнечного коллектора на практике"
Рекомендуемые статьи
solarsoul.net
Мощность солнечного коллектора | Блог SolarSoul
Целью гелиосистемы, как известно, является производство теплой энергии. Основной элемент системы — солнечный коллектор. Об эффективности солнечного коллектора мы уже имеем представление и теперь можем поговорить о том, сколько тепловой энергии сможет дать нам солнечный коллектор.
Мощность солнечного коллектора
Максимальная мощность коллектора определяется произведением максимального значения солнечного излучения на единицу площади поверхности (1000 Вт/м²) и оптического коэффициента полезного действия коллектора: Q= η₀E. Напомню, что это при условии, что температура наружного воздуха такая же, как в самом коллекторе. Обычно, для плоского коллектора значение оптического КПД около 80%. Из этого следует, что максимальная мощность одного метра квадратного солнечного коллектора 800 Вт. Это значение достигается крайне редко, и как только температура воздуха и снижается относительно температуры в солнечном коллекторе, возникают тепловые потери, которые снижают это значение. Все это легко увидеть исходя из формулы КПД солнечного коллектора:
Для примера рассчитаем мощность солнечного коллектора при разнице температур 45 °С между температурой воздуха и температурой в солнечном коллекторе и максимальной солнечной мощности: КПД будет равно:
η= 0,79-3,66*45/1000-0,0099*2025/1000= 0,6;
От сюда следует, что значение мощности для одного квадратного метра площади коллектора (для примера были взяты паспортные данные солнечного коллектора Biotech Energietechnik GmbH BSK240 производства Германии) будет равно произведению КПД на мощность солнечного излучения: Q= ηE и равно 600 Вт.
Значение постоянно меняется в течение всего дня и зависит от количества солнечной энергии попадающей на плоскость коллектора и разницы температуры между окружающим воздухом и коллектором, это значение называют удельной мощностью солнечного коллектора оно измеряется в Вт/м².
Обычно для расчетов применяют значение удельной мощности в пределах от 500 до 600 Вт/м².
Поделиться "Мощность солнечного коллектора"
Рекомендуемые статьи
solarsoul.net
производительность солнечного коллектора | Блог SolarSoul
Для расчета гелиосистемы и подбора оборудования очень важным параметром является ожидаемая производительность солнечного коллектора.
Производительность равна произведению средней ожидаемой мощности солнечного коллектора [кВт] на единицу времени [ч]. Полученное значение соответствует определенному количеству энергии и измеряется в [ кВт·ч]. Как правило, это значение относят к квадратному метру апертурной площади солнечного коллектора или общей площади, т.е. является удельным значением с единицей измерения [кВт·ч/м²]. Данное значения, так же зависит от мощности солнечного излучения и очень важно при конструировании гелиосистемы и для расчета объема бака аккумулятора, для этого удельное значение относят к определенному количеству дней.
Основной задачей при проектировании солнечной системы является достижения оптимального значения производительности солнечного коллектора и всей установки в целом, ведь при эксплуатации гелиосистемы могут возникнуть режимы, при которых коллектор может передавать энергию, но бак аккумулятор уже нагрет. В таком случае производительность солнечного коллектора равна нулю.
Может быть и наоборот, что солнечный коллектор не обеспечивает в полной мере потребности в тепловой энергии при хороших погодных условиях. Эти проблемы могут возникнуть из-за различных причин: затенение коллектора, неоптимальное ориентирование по сторонам света и недостаточный (чрезмерный) угол наклона солнечного коллектора, неправильно подобрано насосное оборудование и т.д.
Чтобы наиболее точно оценить ожидаемую производительность солнечного коллектора при проектировании часто используют программное обеспечение. Это позволяет получить усредненные данные и смоделировать работу системы в различных регионах Земли.
С помощью программы T-Sol смоделируем работу солнечной гелиосистемы при двух разных условиях ориентирования солнечных коллекторов. Данный расчет поможет увидеть разницу в производительности при разных условиях ориентации коллекторов в одинаковых условиях работы и конструкции системы. В первом варианте коллекторы установлены под углом 60° и отклоненs от южного направления на 45°. Во втором, угол наклона равен 45° и коллекторы ориентированы строго на юг. В качестве образца все расчеты приведены для г. Москва (широта 55.75°).
Ориентация коллекторов относительно юга и горизонта
Условия для расчета:
- потребление воды 160л/сутки;
- температура нагрева воды 50°С;
- температура холодной воды от 2°С до 10°С.
Схема состоит из двух солнечных коллекторов HEWALEX KS 2000 TP (коллекторы выбраны произвольно в качестве образца) и бака аккумулятора на 200 литров.
Схема гелиосистемы для моделирования
Подставив все значения, получаем графики производительности солнечных системы для двух вариантов:
Графики производительности солнечных коллекторов
Из расчетов видно, что система 2 выработала на 118 кВт·ч энергии больше в год, чем первая, за счет более удачного ориентирования коллекторов. При пересчете на 1 м² апертурной площади, в первом варианте производительность равна 381,8 кВт·ч/м², во втором 414,3 кВт·ч/м².
Поделиться "Производительность солнечного коллектора"
Рекомендуемые статьи
solarsoul.net
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ. ДАВАЙТЕ ПОСЧИТАЕМ!
Давайте реально просчитаем экономическую эффективность использования солнечной гелиосистемы на вакуумных тепловых трубках. К своему удивлению я не нашел в интернете даже хоть какого-нибудь толкового расчета, показывающего конкретный эффект в цифрах (кубах газа и бумажных купюрах). А столько много пишется о солнечных коллекторах! Придется разобраться самому - какой же все-таки экономический эффект дает гелиоустановка на вакуумных солнечных коллекторах.
Что бы в очередной раз не тыкать пальцем в небо и реально выполнить эту задачу, я считаю, надо взять пример уже готовой гелиосистемы на вакуумных тепловых трубках частного жилого дома, проработавшей уже несколько лет. Зачем - вы спросите? Все просто - чтобы потом реально сравнить наши расчетные данные с данными по экономии газа и денег от заказчика. Тем более подробная и полная информация по этому вопросу была с любезностью предоставлена мне одним из заказчиков - за что ему большое спасибо! Информация об объекте: частный жилой дом общей площадью 170 м2, с проживанием 4 человек. Гелиосистема состоит из трех солнечных коллекторов на вакуумных тепловых трубках и комбинированного бака косвенного нагрева на 380/120 литров (380л - контур отопления теплых полов, 120 л - ГВС). Тип гелиосистемы - закрытая под давлением, с принудительной циркуляцией. Объем потребляемого газа до установки гелиосистемы 3300м3 в год. Честно - цифра мне показалась заниженной как для такого дома (кстати заказчик очень экономил газ - теплый пол, утепленный дом и все такое...). Получить реальные данные - каким образом это сделать? Посчитать экономический эффект сразу за год, или за зимний период, или за какой - нибудь показательный месяц. Все эти варианты будут не совсем правильны. Значит посчитаем так как есть. Отдельно в период с сентября по май - когда тепло энергии солнца жизненно необходимо, и отдельно за летний период - когда тепла переизбыток. И сведем все к общему знаменателю. Почему именно так - поймете ниже. Итак поехали... И внимательно следите за ходом мысли... Расчет количества вырабатываемой солнечной гелиосистемой энергии. а) Определяем значение выхода мощности 1 вакуумной трубки солнечного коллектора в день, основываясь на значении средней суммарной солнечной радиации в период с сентября по май (смотрим по таблице гелиообстановки ). Qтр = Rср х К х Sтр, где: Rср - Среднее количество солнечной радиации за период с сентября по май (по таблице гелиообстановки ) = 2,9 кВт/м2день
к - коэффичиент передачи тепла 1 трубки = 0,75 Коэффициент передачи тепла - очень не простое и спорное на сегодня значение и варьируется по разным источникам от 0,6 до 0,9. Коэффициент передачи тепла - это только составляющая КПД коллектора. И на самом деле общий КПД коллектора n общ=a х T х Fr (a - коэффициент поглощения покрытия, T – коэффициент прозрачной изоляции, Fr – коэффициент эффективности абсорбера). Но давайте оставим эту формулу для "грандов" гелиосистемостроения. В действительности коэффициент передачи тепла зависит от качества самих трубок и коллектора, а общий КПД коллектора от изоляции трассы гелиоконтура и не только, ну и от рук и головы монтажников гелиосистем. На свои гелиосистемы я даю 0,75.
Sтр - площадь поглощения 1 трубки 0,094 м2 Не буду загружать простых читателей блога рассказами как считается площадь поглащения, о площади апертуры трубки и прямой проекции. Оставим это на проверку тем же "грандам" гелиосистемостроения. Принимаем данную величину как аксиому. Qтр = 0.75 х 0.094 х 2,9 = 0,20 КВт/день
б) Определяем среднюю дневную мощность гелиосистемы. Qср-день = N х Qтр х n, где: N - количество коллекторов = 3 шт n - количество трубок в 1 коллекторе = 30 шт Qтр = 0,20 КВт/день Qср-день = 3 х 0,20 х 30 = 18 КВт/день
в) Общая мощность гелиосистемы Q: Пари таком количестве коллекторов ( три по тридцать трубок )система солнечного нагрева за 9 месяцев (по 30 дней в среднем в каждом) с сентября по май может выработать : Qсент-май = 17 х 9 х 30 = 4590 КВт Но все-таки надо еще прибавить производимое количество тепла в летний период. Гелиосистема покрывает летние потребности сполна. Примерное требуемое количество энергии на семью из 4 человек из расчета 100 литров воды на человека, нагретой с 15 до 50 градусов цельсия (дельта 35С) составляет: 400л х 35градС х 90 дней / 860Ккал ( для нагрева 1л воды на 1С требуется 1 Ккал тепла, а 1КВт энергии равен 860 Ккал). Не расслабляемся....
Итак летом: Qлетом = 1465 КВт Хотя если честно, сколько реально летом экономится энергоресурсов - трудно сказать, возможно больше чем мы предполагаем зимой. Летом заказчик по полной программе использует бесплатную горячую воду и не ограничивает себя. Газовый котел на лето всегда отключен почти до апреля месяца. И не известно сколько бы он еще платил за эти развлечения, если бы не было гелиосистемы. А это еще один плюс для гелио и не малый. Но я его пока не учитываю, т.к. не могу перевести в цифры.
Итак: Qобщ = 4590 + 1465 = 6055 КВт Теперь понятно почему я разбил выработку энергии гелиосистемой на летнее и зимнее? Потому что на самом деле летом гелиосистема способна вырабатывать раза в 2-3 больше, чем я прикинул. Но к сожалению как правило это лишняя энергия, которая в летний период отводится из системы (идеальный вариант - сброс тепла в бассейн), чтобы не было стагнации. Поэтому дабы не завышать показатели и не преукрашивать общую картину было произведено это разделение.
Возможный экономический эффект на экономии газа.
Имеем: Qобщ = 6055 КВт При сгорании 1 м3 газа при КПД котла равным 80% выделяется теоретическая мощность равная 7,88 КВт. Но к сожалению эта теоретическая цифра не совсем правильна. Где мы с Вами живем?Посмотрите на качество поставляемого населению газа. Я конечно не специалист и не собираюсь здесь пояснять какие добавки присутствуют сегодня в природном газе, выходящим из вашей комфорки, но от этой цифры можно смело отнимать 15-20%. Информация проверена. И реально, что нам дуют в трубу и какое качество газа - мы не будем знать никогда. Посмотрите на эти такие "разные" лица на картинках и вспомните еще раз где мы с Вами живем. Поэтому реально возьмем цифру 6,3КВт и это еще по божески:
Объем сэкономленного газа за год. V = 6055,0 / 6,3 = 961,1 м3
Вот тут начинается самое интересное. Итак, считаем денежки… Экономия газа 960м3. Это около 30%. В принципе цифра конечно не точная но совпала с данными заказчика, даже в лучшую сторону. Мне была объявлена экономия в 1200м3 и больше. Ну что бы не обижать скептиков задекларируем следующее: гелиосистемы на вакуумных тепловых трубках успешно работают в условиях Восточной Европы и приносят среднегодовую экономию энергоресурсов - 30%.
Поехали дальше. За уже позапрошлый сезон было заплачено за 3300м3 газа по тарифу 1,098грн за м3 сумму 3624 грн ( по тарифу при условии, потребления природного газа с 2500 до 6000 м3 в год). После установки гелиосистемы в следующем сезоне было заплачено за 3300-960=2340м3 газа по тарифу 0,725 грн за м3 (при объеме до 2500 м3 в год ) на сумму 1696 грн. Экономия денег 1927 грн, что составляет 53%. Это не сравнимо больше чем сама экономия газа ( 30%), что явилось следствием перехода на более низкий тариф. Это были теоретические цифры. Фактически же судя по полному удовлетворению заказчика в сложившейся ситуации, реальная картина еще более оптимистична. Похоже что до установки гелиосистемы таки заказчик тратил больше чем 3300 м3 газа... Ну да ладно! Главное чтобы все были довольны! Таким образом делаем вывод: правильный расчет и подбор гелиосистемы под конкретные задачи может принести финанасовую экономию ресурсов еще большую чем самих энергоресурсов. И в этом - главный подход к проектированию гелиосистемы.Послесловие. По предварительным данным сезона 2011-2012 по приведенной в этом примере гелиосистеме из за небывалой солнечной активности нынешней зимой, экономия газа может достигнуть около 2000 м3 газа. Ну поживем - увидим...
sgelio.blogspot.com
