Instalacje solarne, jako źródło darmowej energII słonecznej
advertisement
Instalacje solarne, jako źródło darmowej energii słonecznej Część 2 3. Lokalizacja kolektora słonecznego O miejscu montażu kolektora słonecznego decydują dwa parametry: orientacja względem stron świata oraz kąt jego nachylenia do poziomu. 3.1 Orientacja kolektora słonecznego względem stron świata Kolektor słoneczny osiąga największą wydajność cieplną wtedy, kiedy jego usytuowanie nie odbiega (w granicach +/-15o) od kierunku południowego. Przy większym odchyleniu kolektora od tego kierunku, jego wydajność znacznie się zmniejsza. W celu uzyskania tej samej wydajności co z kierunku południowego, powierzchnię płaskiego kolektora słonecznego należy powiększyć o odpowiednie współczynniki korekcyjne (rys. 19). Z rysunku tego wynika również, że odchylenie kolektora od kierunku południowego w kierunku zachodnim jest korzystniejsze niż w kierunku wschodnim. 3.2 Kąt nachylenia powierzchni kolektora słonecznego do poziomu Kąt nachylenia powierzchni kolektora słonecznego do poziomu zależy od mgr inż. Adam KONISZEWSKI Buderus Gdańsk kąta padania promieni słonecznych na Ziemię, którego wielkość zależna jest od pory roku (rys. 20), a także szerokości geograficznej na której znajduje się instalacja solarna. Polska znajduje się na szerokości geograficznej równej około 50o. Kąt padania promieni słonecznych dla tej szerokości zmienia się o ok. +/23o (rys. 21a), dlatego kąt nachylenia kolektora słonecznego powinien zmieniać się w granicach od 27 do 73o (rys. 21b). I tak, dla okresu jesienno-zimowego, kąt nachylenia powinien być wyższy (ok. 60o) niż w okresie wiosenno-letnim (ok. 30o), natomiast optymalny kąt w okresie jego całorocznej eksploatacji powinien wynosić ok. 40o. W przypadku innej wartości, należy zwiększyć powierzchnię kolektora płaskiego o odpowiednie współczynniki korekcyjne (rys. 22). 4. Budowa instalacji solarnej przeznaczonej do przygotowania c.w.u. Instalacja solarna przeznaczona do przygotowania c.w.u. składa się z czterech podstawowych elementów (rys.23): kolektora słonecznego (1), zespołu pompowego (2), układu regulacji pracą instalacji (3), podgrzewacza c.w.u. (4). 4.1 Kolektory słoneczne Wyróżniamy dwa rodzaje kolektorów słonecznych: płaskie typu Logasol SKN 3.0 oraz próżniowe typu Vaciosol CPC12/CPC6, które zostały omówione w punkcie 2 tego artykułu („TCHK”, nr 3/2010 ). 4.2 Zespół (stacja) pompowy Kompletna stacja pompowa umożliwia łatwe i nieskomplikowane podłączenie wszystkich elementów zabezpieczających oraz regulacyjnych instalacji solarnej. Składa się ona z następujących elementów (rys. 24): pompy obiegu solarnego, odpornej na działanie wysokich temperatur (1); zaworu bez­pieczeństwa (3); manometru (7); zaworów kulowych (2) na przewodzie zasilającym (Z) i powrotnym (P) obiegu solarnego wraz ze zin- Rys. 19 Współczynniki korekcyjne dla płaskich kolektorów słonecznych w zależności od kierunku świata Rys. 20 Kąt padania promieni słonecznych w zależności od pory roku cego promieniowania słonecznego, tegrowanymi ter­mometrami (2); to znaczy po przekroczeniu nastaseparatora powietrza (6); rotametru do pomiaru i regulacji wionej różnicy temper­atur, układ reprzepływu strumienia płynu solar- gulacji załącza pompę obiegu solarnego (3). Następuje wówczas proces nego (4); króćca do podłączenia naczynia podgrzewania c.w.u. w zasobniku. Jeżeli w wyniku zmniejszonej inwzbiorczego (8); zaworów do napełniania instalacji tensywności promieniowania słosolarnej płynem niezamarzającym necznego różnica temperatur obniży się poniżej nastawionej wartości (5). zadanej (< 8 K), wtedy układ regu4.3 Układ regulacji pracą instalacji lacyjny spowoduje zmniejszenie prędkości obrotowej pompy obiesolarnej Układ regulacji pracą instalacji solar- gowej (3), co z kolei przyczyni się nej pozwala efektywnie wykorzystać do zmniejszenia przepływu strumieenergię promieniowania słonecznego. nia płynu solarnego przez kolektory Może on być zamontowany na ścianie słoneczne i pozwoli na utrzymanie bądź zintegrowany ze stacją pompo- różnicy temperatur na wymaganym poziomie. Sterownik wyłącza całkową (rys.25). Zadaniem sterownika jest kon- wicie pompę, gdy mierzona różnica trola utrzymywania nastawionej temperatur spadnie poniżej połowy różnicy temperatur pomiędzy ko- ustawionej wartości zadanej (4 K). lektorem słonecznym i zasobnikiem W przypadku niedostatecznej temna poziomie ok. 8 K (rys. 26). Dwa peratury c.w.u. w zasobniku, załączujniki mierzą aktualne wartości czone zostaje jej dogrze­wanie przez temperatur w kolektorze słonecz- konwencjonalny kocioł grzewczy. nym (2) oraz w dolnej części zasobnika (1). W przy­padku wystarczają- 4.4 Zasobniki solarne W zależności od sposobu ładowania zasobników solarnych, wyróżnia się: zasobniki ładowane pojemnościowo za pomocą wężownicy solarnej typu Logalux SM (rys. 31a) oraz zasobniki ładowane warstwowo za pomocą syfonu termicznego typu Logalux SL (rys. 31b). W zasobnikach ładowanych pojemnościowo za pomocą wężownicy solarnej zawartość wody podgrzewana jest równomiernie do określonej temperatury, natomiast w zasobnikach z syfonem termicznym – warstwowo od góry zasobnika (rys. 32). Spowodowane jest to tym, że wymienniki solarne w zasobnikach z syfonem termicznym ogrzewają jedynie małą ilość wody do temperatury zbliżonej do poziomu temperatury zasilania systemu solarnego. Podgrzana woda przemieszcza się do góry w rurze odprowadzającej ciepło osiągając poziom, z którego może być pobierana przez odbiorców. Przy nor­malnym promieniowaniu słonecznym w krót­ kim czasie zostaje osiągnięta tam zadana wartość tem­peratury. W związku z powyższym tylko w rzadkich przy­padkach występuje konieczność dodatkowego podgrze­wania ciepłej wody użytkowej przez kocioł grzewczy. W zależności od intensywności podgrzewania wody przez system solarny, woda wznosi się tylko do takiej wysokości, aż osiągnie warstwę o zbliżonym poziomie temperatury. Otwiera się wtedy sterowana wyporem cieczy, właściwa klapa grawita­ cyjna. W przedstawiony sposób osiągane jest warstwowe ładowanie zasobnika od jego części górnej do dołu. Rys. 21 Kąt padania promieni słonecznych w zależności od szerokości geograficznej (a), Kąt padania promieni słonecznych uwzględniający szerokość geograficzną w zależności od pory roku (b) Wnioski Instalacje solarne ze względu na złożoność procesów wymiany ciepła między kolektorem słonecznym a otoczeniem, wymagają specjalistycznego spojrzenia w celu dokonania prawidłowego doboru zarówno kolektorów słonecznych, jak i elementów instalacji solarnych. Rys. 22 Współczynniki korekcyjne nachylenia kolektora płaskiego do poziomu w czasie jego rocznej eksploatacji Rys. 23 Budowa instalacji solarnej przeznaczonej do przygotowania c.w.u. Rys. 24 Budowa dwupionowej kompletnej stacji pompowej instalacji solarnej typu Logasol KS Rys. 25 Sterownik typu Logamatic SC: a) zintegrowany ze stacją pompową, b) ścienny Wiele osób zadaje podstawowe pytanie, a mianowicie: jakie kolektory słoneczne należy zastosować w konkretnej instalacji solarnej, płaskie czy próżniowe ? Odpowiedź na to pytanie nie jest prosta. Należy wcześniej zapytać: na jakie potrzeby będzie pracować instalacja solarna, czy dla podgrzewania c.w.u. w małym domu, czy na potrzeby dużego hotelu ? Czy hotel jest użytkowany całorocznie, czy tak jak hotele nadmorskie tylko w okresie letnim, czy wręcz przeciwnie jak hotele górskie, tylko w sezonie zimowym. I pytanie najważniejsze: w jakim procencie instalacja solarna ma pokrywać produkcję ciepłej wody w budynku, a w jakim w hotelu. Zatem w omawianym zagadnieniu można sformułować wiele pytań i udzielić na nie wiele odpowiedzi. Nie można w sposób jednoznaczny stwierdzić, który rodzaj kolektorów słonecznych jest najlepszy i odpowiedni. Analizując rysunki 14, 15 i 16 („TCHK”, nr 3/2010) można stwierdzić, że hotel wybudowany w Zakopanem powinien być wyposażony w kolektory próżniowe, które pozwalają na pozyskiwanie energii cieplnej w miesiącach zimowych i równocześnie nie będą przegrzewały wody w zasobnikach w miesiącach letnich. Natomiast hotel wybudowany w Gdańsku, nad morzem, powinien zostać wyposażony w kolektory płaskie. Pozwalają one na uzyskanie znacznych ilości energii cieplnej w miesiącach letnich, którą można wykorzystać nie tylko do podgrzewana c.w.u., ale i do podgrzewania wody w basenie. Jednocześnie umożliwiają one podgrzanie wody do zadawalają- Rys. 26 Schemat ideowy sterowania instalacją solarną Rys. 31 Budowa biwalentnych zasobników solarnych: a) zasobnik c.w.u. typu Logalux SM ładowany poprzez wężownicę solarną; 1- anoda magnezowa, 2 - izolacja cieplna, 3 - wylot ciepłej wody, 4 - zbiornik zasobnika, 5 - górny wymiennik ciepła (rurowe powierzchnie wymiany ciepła) dla konwencjonalnego dogrzewania wody pitnej w zasobniku przez kocioł grzewczy, 6 - solarny wymiennik ciepła (rurowe powierzchnie wymiany ciepła), 7 - wlot zimnej wody; b) zasobnik c.w.u. typu Logalux SL ładowany warstwowo poprzez syfon termiczny; 6 - rura odprowadzająca ciepłą wodę, 7 - klapa grawitacyjna, 8 - solarny wymiennik ciepła (rurowe powierzchnie wymiany ciepła); pozostałe oznaczenia jak na rysunku a. cych temperatur w okresie jesiennym, kiedy to ilość przebywających gości w hotelu jest niewielka. Jeżeli rozpatrujemy małą instalację solarną pracującą na potrzeby 4-osobowej rodziny, wówczas powinniśmy zastosować podobną analogię. Jeżeli latem zużywamy duże ilości ciepłej wody i równocześnie w budynku jest basen, to powinniśmy wybrać kolektory płaskie. Jeżeli jednak zużycie wody latem i zimą jest porównywalne, a chcemy oszczędzać energię cieplną również zimą, to w takim przypadku należy wybrać kolektory próżniowe. Pozwolą one w niewielkim stopniu zaoszczędzić energię cieplną na podgrzewanie wody również w zimowe, ale bezchmurne dni. Należy jednak pamiętać, że nie ma jednoznacznego i ogólnego zalecenia w odniesieniu do wyboru rodzaju kolektora słonecznego. W każdym przypadku wybór taki powinien być poprzedzony szczegółową analizą techniczno-ekonomiczną. Najważniejsze jednak jest, aby przed wyborem rodzaju instalacji solarnej zastanowić się nad: wielkością (pojemnością) instalacji ciepłej wody w budynku (300 czy 3000 litrów), zapotrzebowaniem budynku na ciepłą wodę użytkową (mały domek, czy hotel), położeniem tej instalacji na obszarze Polski, nad tym czy kolektory słoneczne mają wspomagać podgrzewanie wody w basenie, czy ogrzewanie w budynku i najważniejsze – jakie będzie procentowe pokrycie produkcji c.w.u. przez instalację solarną. Należy również pamiętać, że nawet najprostsze i nieskomplikowane instalacje solarne powinny być wcześniej obliczone i sprawdzone pod względem energetycznym. Można to szybko i precyzyjnie wykonać posługując się prostym i niezawodnym kalkulatorem energetycznym instalacji solarnych SOLAD firmy Buderus. Literatura: 1. Atlas Rzeczpospolitej Polskiej, Główny geodeta Kraju, 1993-1997: arkusz 31.2 promieniowanie i temperatura powietrza 2. Lewandowski W.M.: Proekologiczne źródła energii. WNT, Warszawa, 2007. 3. Dobriański J.: Wymiana ciepła w instalacjach słonecznych z płaskimi kolektorami. WUW-M Olsztyn, 2009 4. Wiśniewski G. i inni: Kolektory słoneczne – energia słoneczna w mieszkalnictwie, hotelarstwie i drobnym przemyśle. Wyd. MEDIUM, Warszawa, 2008 5. Materiały firmy BUDERUS Rys. 32 Porównanie podgrzewania c.w.u. przez dwa rodzaje zasobników: a) typu Logalux SM, b) typu Logalux SL. &
