27.09.2019
Solární topné systémy jsou systémy, které využívají sluneční záření jako zdroj tepelné energie. Jejich charakteristickým rozdílem od jiných systémů je nízkoteplotní vytápění je použití speciálního prvku - solárního přijímače, určeného k zachycování slunečního záření a jeho přeměně na Termální energie.
Podle způsobu využití slunečního záření se solární nízkoteplotní topné systémy dělí na pasivní a aktivní.
Pasivní solární systémy vytápění se nazývají solární systémy vytápění, ve kterých samotná budova nebo její jednotlivé ploty slouží jako prvek, který přijímá sluneční záření a přeměňuje je na teplo (budova kolektoru, kolektorová stěna, střešní kolektor, obrázek 1).
V pasivních solárních systémech je využití solární energie realizováno výhradně architektonickým a konstrukčním řešením budov.
V pasivním solárním nízkoteplotním topném systému sluneční záření stavebního kolektoru, pronikající světelnými otvory do místnosti, dopadá jakoby do tepelné pasti. Krátkovlnné sluneční záření volně prochází okenní sklo a když se dostane na vnitřní ploty místnosti, přemění se na teplo. Veškeré sluneční záření vstupující do místnosti se přeměňuje na teplo a může je částečně nebo zcela kompenzovat tepelné ztráty.
Pro zvýšení účinnosti stavebně-kolektorového systému jsou na jižní fasádě umístěny velkoplošné světelné otvory opatřené žaluziemi, které by při zavření měly zamezit ztrátám z protizáření ve tmě a v horkém období v v kombinaci s jinými protislunečními zařízeními zabraňují přehřívání místnosti. Vnitřní povrchy jsou natřeny tmavými barvami.
Úkolem výpočtu pro tento způsob vytápění je určit potřebnou plochu světelných otvorů pro přenos toku slunečního záření do místnosti, což je nutné s přihlédnutím k akumulaci pro kompenzaci tepelných ztrát. Výkon pasivního systému kolektorů v chladném období zpravidla nestačí a v objektu je instalován přídavný zdroj tepla, který ze systému udělá kombinovaný. Výpočtem se určí ekonomicky únosné plochy světelných otvorů a výkon doplňkového zdroje tepla.
Pasivní solární nízkoteplotní systém ohřevu vzduchu „nástěnný kolektor“ obsahuje masivní vnější stěna, před kterou je v krátké vzdálenosti instalována průsvitná zástěna se žaluziemi. Ve stěnách u podlahy a pod stropem jsou instalovány štěrbinovité otvory s ventily. Sluneční paprsky, procházející průsvitnou clonou, jsou pohlcovány povrchem masivní stěny a přeměňovány na teplo, které je konvekcí předáváno vzduchu umístěnému v prostoru mezi clonou a stěnou. Vzduch se ohřívá a stoupá vzhůru, vstupuje do obsluhované místnosti štěrbinou pod stropem a jeho místo zaujímá ochlazený vzduch z místnosti, pronikající do prostoru mezi stěnou a zástěnou štěrbinou u podlahy místnosti. Přívod ohřátého vzduchu do místnosti je řízen otevřením ventilu. Pokud je ventil uzavřen, teplo se hromadí ve hmotě stěny. Toto teplo lze odstranit konvekčním prouděním vzduchu otevřením ventilu v noci nebo za oblačného počasí.
Při výpočtu takového pasivního nízkoteplotního solárního systému ohřevu vzduchu se určí požadovaná plocha stěny. Tento systém je také duplikován s přídavným zdrojem tepla.
Aktivní se nazývají solární nízkoteplotní topné systémy, ve kterých je solární přijímač nezávislým samostatným zařízením nesouvisejícím s budovou. Aktivní solární systémy lze dále rozdělit:
Pro aktivní solární topné systémy se používají dva typy solárních přijímačů: koncentrační a ploché.
Vzduch je široce používané chladivo, které nezamrzá v celém rozsahu provozních parametrů. Při použití jako chladicí kapaliny je možné kombinovat topné systémy s ventilačním systémem. Vzduch je však nízkoteplotní chladivo, což vede ke zvýšení spotřeby kovů pro instalaci systémů ohřevu vzduchu ve srovnání s vodními systémy. Voda je tepelně náročné a široce dostupné chladivo. Při teplotách pod 0 ◦ C je však nutné do něj přidávat nemrznoucí kapaliny. Navíc je třeba vzít v úvahu, že voda nasycená kyslíkem způsobuje korozi potrubí a zařízení. Spotřeba kovů v solárních vodních systémech je ale mnohem nižší, což výrazně přispívá k jejich širšímu využití.
Sezónní solární systémy zásobování teplou vodou jsou obvykle jednookruhové a fungují v letních a přechodných měsících, v obdobích s kladnými venkovními teplotami. Mohou mít přídavný zdroj tepla nebo se bez něj obejít v závislosti na účelu obsluhovaného objektu a provozních podmínkách.
Solární zařízení pro ohřev vody SVU (obrázek 2) se skládá z sluneční kolektor a tepelný výměník-akumulátor. Chladicí kapalina (nemrznoucí kapalina) cirkuluje solárním kolektorem. Chladivo se ohřívá ve slunečním kolektoru energií Slunce a následně uvolňuje tepelnou energii do vody přes výměník tepla namontovaný v akumulátoru. Zásobník uchovává teplou vodu až do použití, proto musí být dobře izolován. V primárním okruhu, kde je umístěn solární kolektor, lze využít přirozenou nebo nucenou cirkulaci chladiva. Do zásobníku lze instalovat elektrický nebo jiný automatický záložní ohřívač. Pokud teplota v akumulační nádrži klesne pod nastavenou teplotu (dlouhodobě zatažené počasí nebo několik hodin slunečního svitu v zimě), záložní ohřívač se automaticky zapne a ohřeje vodu na nastavenou teplotu.
Solární systémy vytápění budov jsou většinou dvouokruhové nebo nejčastěji víceokruhové a pro různé okruhy lze použít různá chladiva (např. v solárním okruhu - vodné roztoky nemrznoucích kapalin, v meziokruhech - voda a ve spotřebitelském okruhu - vzduch). Kombinované celoroční solární systémy pro účely zásobování budov teplem a chladem jsou víceokruhové a zahrnují doplňkový zdroj tepla v podobě klasického tepelného generátoru na fosilní paliva nebo tepelného transformátoru. Schéma solárního topného systému je znázorněno na obrázku 3. Obsahuje tři cirkulační okruhy:
Solární topný systém funguje následovně. Chladivo (nemrznoucí kapalina) okruhu pro příjem tepla, ohřívající se v solárních kolektorech 1, vstupuje do výměníku 3 tepla, kde je teplo nemrznoucí směsi předáváno vodě cirkulující v mezitrubkovém prostoru výměníku 3 tepla působením čerpadlo 8 sekundárního okruhu. Ohřátá voda vstupuje do zásobníku 2. Ze zásobníku je voda odebírána čerpadlem teplé vody 8, přiváděna v případě potřeby na požadovanou teplotu v záloze 7 a vstupuje do systému zásobování teplou vodou objektu. Akumulátorová nádrž se dobíjí ze zdroje vody. Pro vytápění je voda z akumulační nádrže 2 přiváděna třetím okruhovým čerpadlem 8 do ohřívače 5, kterým vzduch prochází pomocí ventilátoru 9 a po ohřátí vstupuje do budovy 4. Při absenci solárního záření nebo nedostatek tepelné energie generované solárními kolektory, je zapnutá záloha 6. Výběr a uspořádání prvků solárního systému je v každém konkrétním případě dáno klimatickými faktory, účelem zařízení, režimem spotřeby tepla a. ekonomické ukazatele.
Obrázek 4 ukazuje schéma solárního topného systému pro energeticky účinný a ekologický dům.
Systém využívá vodu jako chladicí kapalinu při kladných teplotách a nemrznoucí kapalinu během topného období (solární okruh), vodu (druhý okruh podlahového vytápění) a vzduch (třetí okruh vzduchového solárního ohřevu).
Jako záložní zdroj byl použit elektrokotel a k akumulaci tepla na jeden den baterie 5 m 3 s oblázkovým nástavcem. Jeden metr krychlový oblázků akumuluje průměrně 5 MJ tepla za den.
Nízkoteplotní akumulační systémy pokrývají teplotní rozsah od 30 do 100 ◦C a používají se ve vzduchových (30 ◦ C) a vodních (30–90 ◦ C) systémech vytápění a ohřevu vody (45–60 ◦ C).
Tepelný akumulační systém zpravidla obsahuje zásobník, teploakumulační materiál sloužící k akumulaci a ukládání tepelné energie, teplosměnná zařízení pro přívod a odvod tepla při nabíjení a vybíjení baterie a tepelnou izolaci.
Baterie lze klasifikovat podle povahy fyzikálních a chemických procesů probíhajících v materiálech akumulujících teplo:
Nejpoužívanější akumulátory tepla jsou kapacitního typu.
Množství tepla Q (kJ), které lze akumulovat v kapacitním akumulátoru tepla, je určeno vzorcem
Nejúčinnějším materiálem akumulujícím teplo v kapalných solárních systémech je voda. Pro sezónní akumulaci tepla je perspektivní využití podzemních nádrží, skalní půdy a dalších přírodních útvarů.
Koncentrační solární přijímače jsou kulová nebo parabolická zrcadla (obr. 5.), vyrobená z leštěného kovu, v jejichž ohnisku je umístěn teplosběrný prvek (solární bojler), kterým cirkuluje chladicí kapalina. Jako chladicí kapalina se používá voda nebo nemrznoucí kapaliny. Při použití vody jako chladicí kapaliny v noci a v chladných obdobích je nutné systém vyprázdnit, aby nedošlo k jeho zamrznutí.
Aby byla zajištěna vysoká účinnost procesu zachycování a přeměny slunečního záření, musí být koncentrační sluneční přijímač neustále nasměrován striktně ke Slunci. K tomuto účelu je solární přijímač vybaven sledovacím systémem včetně snímače směru ke Slunci, elektronickou převodní jednotkou signálu a elektromotorem s převodovkou pro otáčení konstrukce solárního přijímače ve dvou rovinách.
Výhodou systémů s koncentračními solárními přijímači je schopnost vytvářet teplo o relativně vysoké teplotě (až 100 ◦ C) a dokonce i páru. Nevýhody zahrnují vysoké náklady na strukturu; potřeba neustále čistit reflexní povrchy od prachu; pracovat pouze během denního světla, a proto potřeba velkých baterií; velké energetické náklady na pohon solárního sledovacího systému, úměrné vyrobené energii. Tyto nevýhody brání širokému použití aktivních nízkoteplotních solárních topných systémů s koncentračními solárními přijímači. V Nedávno Ploché solární přijímače se nejčastěji používají pro solární nízkoteplotní topné systémy.
Plochý solární kolektor je tepelný výměník určený k ohřevu kapaliny nebo plynu pomocí solární energie. Oblastí použití plochých solárních kolektorů jsou systémy vytápění obytných a průmyslových objektů, klimatizační systémy, systémy zásobování teplou vodou, ale i elektrárny s nízkovroucí pracovní kapalinou, obvykle pracující podle Rankinova cyklu. Ploché solární kolektory (obrázky 6 a 7) se skládají ze skleněného nebo plastového povlaku (jednoduchý, dvojitý, trojitý), tepelně přijímacího panelu natřeného černě na straně obrácené ke Slunci, izolace na zadní strana a pouzdro (kov, plast, sklo, dřevo).
Jako panel pro příjem tepla lze použít jakýkoli kovový nebo plastový plech s kanály pro chladicí kapalinu. Panely pro příjem tepla jsou vyrobeny z hliníku nebo oceli dvou typů: plechové a lisované panely (trubka v plechu). Plastové panely, kvůli jejich křehkosti a rychlému stárnutí pod vlivem slunečního záření, stejně jako nízké tepelné vodivosti, nejsou široce používány. Tepelné panely se vlivem slunečního záření zahřívají na teploty 70–80 ◦ C, překračují teplotu životní prostředí, což vede ke zvýšení konvekčního přenosu tepla panelu do okolí a vlastního sálání do nebe. Pro dosažení vyšších teplot chladicí kapaliny je povrch desky pokryt spektrálně selektivními vrstvami, které aktivně absorbují krátkovlnné záření ze Slunce a snižují vlastní tepelné záření v dlouhovlnné části spektra. Takové konstrukce založené na „černém niklu“, „černém chromu“, oxidu mědi na hliníku, oxidu mědi na mědi a dalších jsou drahé (jejich cena je často srovnatelná s cenou samotného panelu pro příjem tepla). Dalším způsobem, jak zlepšit výkon plochých kolektorů, je vytvoření vakua mezi panelem přijímajícím teplo a průhlednou izolací pro snížení tepelných ztrát (sluneční kolektory čtvrté generace).
Princip činnosti kolektoru je založen na tom, že vnímá sluneční záření s dostatečně vysokým koeficientem absorpce viditelného slunečního záření a má relativně nízké tepelné ztráty, a to i díky nízké propustnosti průsvitu. skleněná krytina pro tepelné záření při provozní teplotě. Je jasné, že teplota výsledného chladiva je dána tepelnou bilancí kolektoru. Vstupní část bilance představuje tepelný tok slunečního záření s přihlédnutím k optické účinnosti kolektoru; spotřební část je určena extrahovatelnou užitečné teplo, celkový koeficient tepelné ztráty a rozdíl mezi provozní teplotou a okolním prostředím. Dokonalost kolektoru je dána jeho optickou a tepelnou účinností.
Optická účinnost η o ukazuje, jaká část slunečního záření, které se dostane na povrch zasklení kolektoru, je absorbována černým povrchem absorbujícím záření, a zohledňuje energetické ztráty spojené s absorpcí ve skle, odrazem a rozdílem v tepelné emisivitě. součinitel pohltivé plochy z jednot.
Nejjednodušší solární kolektor s jednoskleněným průsvitným povlakem, izolací zbylých ploch polyuretanovou pěnou a absorbérem potaženým černou barvou má optickou účinnost cca 85 %, součinitel tepelných ztrát řádově 5–6 W/( m 2 K) (obr. 7). Kombinace plochého povrchu pohlcujícího záření a potrubí (kanálů) pro chladicí kapalinu tvoří jeden celek konstrukční prvek- absorbér. Takový kolektor v létě ve středních zeměpisných šířkách dokáže ohřát vodu na 55–60 ◦ C a má denní vydatnost v průměru 70–80 litrů vody na 1 m2 plochy ohřívače.
Pro dosažení vyšších teplot se používají kolektory z vakuových trubek se selektivním povlakem (obrázek 8).
Ve vakuovém kolektoru je objem obsahující černý povrch, který absorbuje sluneční záření, oddělen od okolního prostředí evakuovaným prostorem (každý prvek absorbéru je umístěn v samostatné skleněné trubici, uvnitř které se vytváří vakuum), což umožňuje možné téměř zcela eliminovat tepelné ztráty do okolí v důsledku tepelné vodivosti a konvekce. Radiační ztráty jsou do značné míry potlačeny použitím selektivního povlaku. Ve vakuovém kolektoru lze chladicí kapalinu zahřát na 120–150 ◦C. Účinnost vakuového kolektoru je výrazně vyšší než u plochého kolektoru, ale také stojí mnohem více.
Účinnost instalací solární energie do značné míry závisí na optických vlastnostech povrchu, který pohlcuje sluneční záření. Pro minimalizaci energetických ztrát je nutné, aby ve viditelné a blízké infračervené oblasti slunečního spektra byl absorpční koeficient tohoto povrchu co nejblíže jednotce a v oblasti vlnových délek vlastního tepelného záření povrchu koeficient odrazu by měl mít tendenci k jednotce. Povrch tedy musí mít selektivní vlastnosti – dobře absorbovat krátkovlnné záření a dobře odrážet dlouhovlnné záření.
Na základě typu mechanismu odpovědného za selektivitu optických vlastností se rozlišují čtyři skupiny selektivních povlaků:
Malý počet má svou vlastní selektivitu optických vlastností. známé materiály například W, Cu2S, HfC.
Nejpoužívanější jsou dvouvrstvé selektivní nátěry. Na povrch, kterému je potřeba dodat selektivní vlastnosti, se nanese vrstva s vysokou odrazivostí v dlouhovlnné oblasti spektra, například měď, nikl, molybden, stříbro, hliník. Na tuto vrstvu je nanesena vrstva, která je transparentní v oblasti dlouhých vln, ale má vysoký absorpční koeficient ve viditelné a blízké infračervené oblasti spektra. Takové vlastnosti má mnoho oxidů.
Povrchovou selektivitu lze zajistit čistě geometrickými faktory: nepravidelnosti povrchu musí být větší než vlnová délka světla ve viditelné a blízké infračervené oblasti spektra a menší než vlnová délka odpovídající vlastnímu tepelnému záření povrchu. Takový povrch bude černý pro první z těchto spektrálních oblastí a zrcadlový pro druhou.
Povrchy s dendritickou nebo porézní strukturou s vhodnou velikostí dendritických jehlic nebo pórů mají selektivní vlastnosti.
Interferenční selektivní povrchy jsou tvořeny několika střídajícími se vrstvami kovu a dielektrika, ve kterých je krátkovlnné záření vlivem interference potlačeno a dlouhovlnné záření se volně odráží.
Podle IEA byla do konce roku 2001 celková plocha instalovaných kolektorů ve 26 zemích, které jsou v tomto ohledu nejaktivnější, asi 100 milionů m 2 , z toho 27,7 milionů m 2 tvořily neglazované kolektory, používané především pro ohřev vody. v bazénech. Zbytek - ploché prosklené kolektory a kolektory s evakuovaným potrubím - byly použity v systémech zásobování teplou vodou nebo pro vytápění. Z hlediska plochy instalovaných kolektorů na 1000 obyvatel vede Izrael (608 m2), Řecko (298) a Rakousko (220). Dále následují Turecko, Japonsko, Austrálie, Dánsko a Německo se specifickou plochou instalovaných kolektorů 118–45 m2/1000 obyvatel.
Celková plocha solárních kolektorů instalovaných do konce roku 2004 v zemích EU dosáhla 13,96 milionů m2 a ve světě již přesáhla 150 milionů m2. Roční nárůst plochy solárních kolektorů v Evropě je v průměru 12 %, v některých zemích je na úrovni 28–30 % i více. Světovým lídrem v počtu kolektorů na tisíc obyvatel je Kypr, kde je solárními instalacemi vybaveno 90 % domů (na tisíc obyvatel připadá 615,7 m 2 solárních kolektorů), následuje Izrael, Řecko a Rakousko. Absolutním lídrem v oblasti instalovaných kolektorů v Evropě je Německo – 47 %, následuje Řecko – 14 %, Rakousko – 12 %, Španělsko – 6 %, Itálie – 4 %, Francie – 3 %. Evropské země jsou nespornými lídry ve vývoji nových technologií pro solární systémy vytápění, ale jsou daleko za Čínou v objemu uvádění nových solárních zařízení do provozu.
Z celkové plochy solárních kolektorů instalovaných ve světě v roce 2004 bylo 78 % instalováno v Číně. Trh IED v Číně v poslední době roste tempem 28 % ročně.
V roce 2007 byla celková plocha solárních kolektorů instalovaných ve světě již 200 milionů m2, z toho více než 20 milionů m2 v Evropě.
Dnes na světovém trhu stojí IED (obrázek 9), které obsahuje kolektor o ploše 5–6 m2, akumulační nádrž o objemu cca 300 litrů a potřebné armatury, 300 USD– 400 US za 1 m2 kolektoru. Tyto systémy se instalují především v jednotlivých jedno- a dvourodinných domech a mají záložní ohřívač (elektrický nebo plynový). Při instalaci akumulační nádrže nad kolektor může systém pracovat na přirozené cirkulaci (princip termosifonu); při instalaci akumulační nádrže v suterénu - nucené.
Ve světové praxi jsou nejrozšířenější malé solární systémy vytápění. Mezi takové systémy patří zpravidla solární kolektory o celkové ploše 2–8 m2, akumulační nádrž, jejíž kapacita je dána plochou instalovaných kolektorů, oběhové čerpadlo(v závislosti na typu tepelného okruhu) a další pomocná zařízení.
Aktivní systémy velká velikost, ve kterých je akumulační nádrž umístěna pod kolektory a chladicí kapalina je cirkulována pomocí čerpadla, slouží pro zásobování teplou vodou a potřeby vytápění. V aktivních systémech podílejících se na pokrytí části topné zátěže je zpravidla zajištěn záložní zdroj tepla na elektřinu nebo plyn.
Relativně novým fenoménem v praxi využívání solárního ohřevu jsou velké systémy schopné pokrýt potřeby zásobování teplou vodou a vytápění. bytové domy nebo celé obytné oblasti. Tyto systémy zajišťují denní nebo sezónní akumulaci tepla. Denní akumulace předpokládá schopnost systému pracovat se spotřebou tepla naakumulovaného za několik dní, sezónní - za několik měsíců. Pro sezónní akumulaci tepla slouží velké podzemní zásobníky naplněné vodou, do kterých je odváděno veškeré přebytečné teplo přijaté z kolektorů během léta. Další možností sezónní akumulace je ohřev půdy pomocí studní s trubkami, kterými cirkuluje horká voda přicházející z kolektorů.
V tabulce 1 jsou uvedeny hlavní parametry velkých solárních systémů s denní a sezónní akumulací tepla v porovnání s malým solárním systémem pro rodinný dům.
Tabulka 1. — Hlavní parametry solárních systémů vytápění V současné době je v Evropě 10 solárních topných systémů s plochou kolektorů od 2400 do 8040 m2, 22 systémů s plochou kolektorů od 1000 do 1250 m2 a 25 systémů s plochou kolektorů od 500 do 1000 m2. Níže jsou uvedeny specifikace pro některé větší systémy.
Hamburk (Německo). Plocha vytápěných prostor je 14800 m2. Plocha solárních kolektorů je 3000 m2. Objem vodního tepelného akumulátoru je 4500 m3.
Fridrichshafen (Německo). Plocha vytápěných prostor je 33 000 m2. Plocha solárních kolektorů je 4050 m2. Objem vodního tepelného akumulátoru je 12000 m3.
Ulm-am-Neckar (Německo). Plocha vytápěných prostor je 25 000 m2. Plocha solárních kolektorů je 5300 m2. Objem zemního akumulátoru tepla je 63400 m3.
Rostock (Německo). Plocha vytápěných prostor je 7000 m2. Plocha solárních kolektorů je 1000 m2. Objem zemního akumulátoru tepla je 20 000 m3.
Hemnitz (Německo). Plocha vytápěných prostor je 4680 m2. Plocha vakuových solárních kolektorů je 540 m2. Objem štěrkopovodního tepelného akumulátoru je 8000 m3.
Attenkirchen (Německo). Plocha vytápěných prostor je 4500 m2. Plocha vakuových solárních kolektorů je 800 m2. Objem zemního akumulátoru tepla je 9850 m3.
Saro (Švédsko). Systém se skládá z 10 malých domů, včetně 48 bytů. Plocha solárních kolektorů je 740 m2. Objem vodního tepelného akumulátoru je 640 m3. Solární systém pokrývá 35 % celkové tepelné zátěže topného systému.
V současné době v Rusku existuje několik společností vyrábějících solární kolektory vhodné pro spolehlivý provoz. Mezi hlavní patří Strojní závod Kovrov, NPO Mashinostroenie a ZAO ALTEN.
Kolektory Strojírny Kovrov (obrázek 10), které nemají selektivní nátěr, jsou levné a designově jednoduché, jsou zaměřeny především na tuzemský trh. V Krasnodarský kraj V současné době je instalováno více než 1500 kolektorů tohoto typu.
Charakteristiky kolektoru NPO Mashinostroyenia se blíží evropským standardům. Absorbér kolektoru je vyroben z hliníkové slitiny se selektivním povlakem a je určen především pro provoz ve dvouokruhových topných okruzích, protože přímý kontakt vody s slitin hliníku může vést k důlkové korozi kanálů, kterými prochází chladicí kapalina.
Kolektor ALTEN-1 má zcela nový design a splňuje evropské normy, lze jej použít v jednookruhovém i dvouokruhovém schématu zásobování teplem. Kolektor má vysoké tepelné vlastnosti, široký rozsah možné aplikace, nízká hmotnost a atraktivní design.
Zkušenosti s provozováním instalací na bázi solárních kolektorů odhalily řadu nevýhod takových systémů. V první řadě je to vysoká cena kolektorů spojená se selektivními nátěry, zvyšováním průhlednosti zasklení, vysáváním apod. Značnou nevýhodou je nutnost častého čištění skla od prachu, což prakticky vylučuje použití kolektoru v průmyslových oblasti. Při dlouhodobém provozu solárních kolektorů, zejména v zimních podmínkách, je pozorován jejich častý výpadek z důvodu nerovnoměrného rozpínání osvětlených a zatemněných ploch skel v důsledku porušení celistvosti zasklení. Velké procento kolektorů také selže během přepravy a instalace. Významnou nevýhodou provozních systémů s kolektory je také nerovnoměrné zatížení v průběhu roku a dne. Zkušenosti s provozováním kolektorů v Evropě a evropské části Ruska s vysokým podílem difúzního záření (až 50 %) ukázaly nemožnost vytvořit celoroční autonomní systém dodávky teplé vody a vytápění. Všechny solární systémy se solárními kolektory ve středních zeměpisných šířkách vyžadují instalaci velkoobjemových zásobníků a zařazení doplňkového zdroje energie do systému, což snižuje ekonomický efekt jejich využití. V tomto ohledu je nejvhodnější je používat v oblastech s vysokou intenzitou slunečního záření (ne nižší než 300 W/m2).
V obytných a administrativní budovy Sluneční energie se používá hlavně ve formě tepla pro potřeby zásobování teplou vodou, vytápění, chlazení, větrání, sušení atd.
Použití solárního tepla s ekonomický bod Z tohoto hlediska je nejvýhodnější při vytváření teplovodních systémů a v instalacích ohřevu vody, které jsou v technickém provedení podobné (v bazénech, průmyslových zařízeních). Zásobování teplou vodou je nezbytné v každém obytném domě, a protože se poptávka po teplé vodě během roku mění relativně málo, účinnost takových instalací je vysoká a rychle se zaplatí.
U solárních topných systémů je doba jejich používání v průběhu roku krátká, v topném období je intenzita slunečního záření nízká a tudíž plocha kolektorů je mnohem větší než u teplovodních systémů a ekonomická účinnost je dolní. Obvykle se při projektování kombinuje solární vytápění a systém zásobování teplou vodou.
V solárních chladicích systémech je provozní doba ještě kratší (tři letní měsíce), což vede k dlouhým prostojům zařízení a velmi nízké míře využití. Vzhledem k vysokým nákladům na chladicí zařízení je ekonomická účinnost systémů minimální.
Roční míra využití zařízení v systémech kombinovaného zásobování teplem a chladem (zásobování teplou vodou, vytápění a chlazení) je nejvyšší a tyto systémy jsou na první pohled výnosnější než systémy kombinovaného vytápění a zásobování teplou vodou. Pokud však vezmeme v úvahu náklady na potřebné solární kolektory a mechanismy chladicího systému, ukáže se, že takové solární instalace budou velmi drahé a je nepravděpodobné, že se stanou ekonomicky rentabilními.
Při vytváření solárních topných systémů by měla být použita pasivní schémata pro zvýšení tepelné izolace budovy a efektivní využití slunečního záření procházejícího okenními otvory. Problém tepelné izolace musí být řešen na základě architektonických a konstrukčních prvků s použitím materiálů a konstrukcí s nízkou tepelnou vodivostí. Chybějící teplo se doporučuje doplnit pomocí aktivních solárních systémů.
Hlavní problém rozšířeného používání solárních zařízení souvisí s jejich nedostatečnou ekonomickou účinností ve srovnání s tradičními systémy zásobování teplem. Náklady na tepelnou energii v instalacích se solárními kolektory jsou vyšší než v instalacích s tradičními palivy. Dobu návratnosti solárního tepelného zařízení T ca lze určit podle vzorce:
Ekonomický efekt instalace solárních kolektorů v oblastech centralizovaného zásobování energií E lze definovat jako příjem z prodeje energie po celou dobu životnosti instalace mínus provozní náklady:
Tabulka 2 ukazuje náklady na solární systémy vytápění (v cenách roku 1995). Data ukazují, že domácí vývoj je 2,5–3krát levnější než zahraniční.
Nízká cena domácích systémů se vysvětluje tím, že jsou vyrobeny z levných materiálů, mají jednoduchý design a jsou zaměřeny na domácí trh.
Tabulka 2. - Náklady na solární systémy vytápění Specifický ekonomický efekt (E/S) v zóně centralizovaného zásobování teplem se v závislosti na životnosti kolektorů pohybuje od 200 do 800 rublů/m2.
Zařízení pro zásobování teplem se solárními kolektory mají mnohem větší ekonomický efekt v regionech vzdálených od centralizovaných energetických sítí, které v Rusku tvoří přes 70 % jeho území s přibližně 22 miliony obyvatel. Tato zařízení jsou navržena tak, aby fungovala autonomně pro jednotlivé spotřebitele, kde jsou potřeby tepelné energie velmi významné. Současně jsou náklady na tradiční paliva mnohem vyšší než jejich náklady v zónách dálkového zásobování teplem kvůli nákladům na dopravu a ztrátám paliva během přepravy, tj. náklady na palivo v regionu centrálního okresu zahrnují regionální faktor r r:
kde r р > 1 a může měnit svou hodnotu pro různé oblasti. Jednotkové náklady na instalaci C se přitom ve srovnání s C tr téměř nemění. Proto při nahrazení C t C tr ve vzorcích
Vypočítaná doba návratnosti pro autonomní instalace v oblastech vzdálených od centralizovaných sítí klesá r krát a ekonomický efekt se zvyšuje v poměru k r.
V dnešních podmínkách v Rusku, kdy ceny energií neustále rostou a jsou nerovnoměrné napříč regiony kvůli podmínkám přepravy, je rozhodnutí o ekonomické proveditelnosti použití solárních kolektorů velmi závislé na místních socioekonomických, geografických a klimatických podmínkách.
Z hlediska nepřetržité dodávky energie spotřebiteli jsou nejúčinnější kombinované technologické systémy využívající dva a více druhů obnovitelných zdrojů energie.
Díky solární tepelné energii je možné v létě plně pokrýt potřeby teplé vody v domě. V období podzim-jaro lze ze Slunce získat až 30 % potřebné energie na vytápění a až 60 % potřeb pro zásobování teplou vodou.
V minulé roky Systémy geotermálního zásobování teplem na bázi tepelných čerpadel se aktivně rozvíjejí. V takových systémech, jak je uvedeno výše, se jako primární zdroj tepla používá nízkopotenciální (20–40 ◦ C) termální voda nebo petrotermální energie z horních vrstev. zemská kůra. Při využití zemního tepla se používají zemní tepelné výměníky umístěné buď ve vertikálních vrtech hlubokých 100–300 m, nebo horizontálně v určité hloubce.
Pro efektivní poskytování tepla a horká voda Pro decentralizované spotřebitele s nízkou spotřebou energie byl v Geologickém ústavu DSC RAS vyvinut kombinovaný solárně-geotermální systém (obrázek 11).
Takový systém se skládá ze solárního kolektoru 1, tepelného výměníku 2, akumulační nádrže 3, tepelného čerpadla 7 a studničního tepelného výměníku 8. Chladicí kapalina (nemrznoucí směs) cirkuluje solárním kolektorem. Chladivo se ohřívá v solárním kolektoru energií Slunce a poté předává tepelnou energii vodě přes výměník tepla 2, zabudovaný v akumulační nádrži 3. Akumulační nádrž uchovává teplou vodu až do jejího použití, takže musí mít dobrá tepelná izolace. V primárním okruhu, kde je umístěn solární kolektor, lze využít přirozenou nebo nucenou cirkulaci chladiva. Akumulační nádrž je vestavěná a elektrický ohřívač 6. Pokud teplota v akumulační nádrži klesne pod nastavenou teplotu (dlouhodobě zatažené počasí nebo několik hodin slunečního svitu v zimě), elektrický ohřívač se automaticky zapne a ohřeje vodu na nastavenou teplotu.
Jednotka solárních kolektorů je provozována celoročně a zásobuje spotřebitele teplou vodou a jednotka nízkoteplotního podlahového vytápění s tepelným čerpadlem (TČ) a jímkou výměníku hluboká 100–200 m je uvedena do provozu pouze během vytápění. sezóna.
V cyklu HP studená voda o teplotě 5 ◦ C klesá do mezikruží studny výměníku tepla a odebírá nekvalitní teplo z okolní horniny. Dále se voda v závislosti na hloubce vrtu ohřeje na teplotu 10–15 ◦ C a stoupá středovým sloupem trubek na povrch. Aby se zabránilo zpětnému toku tepla, je středový sloup zvenčí tepelně izolován. Na povrchu se voda ze studny dostává do výparníku VT, kde se ohřívá a odpařuje nízkovroucí pracovní látka. Po výparníku se ochlazená voda opět posílá do studny. Během topného období při stálé cirkulaci vody ve studni dochází k postupnému ochlazování horniny kolem studny.
Výpočtové studie ukazují, že poloměr ochlazovací fronty během topného období může dosáhnout 5–7 m. Během meziotápěcího období, kdy je topný systém vypnutý, dochází k částečné (až 70 %) obnově teplotního pole kolem. studna vzniká v důsledku tepelného toku z hornin mimo chladící zónu; dosáhnout plné zotavení Kolem vrtu během jeho odstávky není žádné teplotní pole.
Solární kolektory jsou instalovány na základě zimní období provoz systému při minimálním slunečním záření. Během letní části horká voda ze skladovací nádrže se posílá do studny, aby se úplně obnovila teplota v Skála kolem studny.
Během meziohřívací periody jsou ventily 13 a 14 uzavřeny a při otevřených ventilech 15 a 16 je horká voda z akumulační nádrže čerpána oběhovým čerpadlem do mezikruží studny, kde dochází při sestupu k výměně tepla s skála obklopující studnu. Dále je ochlazená voda posílána zpět do akumulační nádrže přes centrální, tepelně izolovanou kolonu. V topné sezóně jsou naopak ventily 13 a 14 otevřeny a ventily 15 a 16 uzavřeny.
V navrženém technologickém systému je potenciál solární energie využíván k ohřevu vody v horkovodním systému a hornin kolem vrtu v nízkoteplotním topném systému. Rekuperace tepla v hornině umožňuje provoz systému zásobování teplem v ekonomicky optimálním režimu.
Slunce je významným zdrojem energie na planetě Zemi. Solární energie se velmi často stává předmětem nejrůznějších diskusí. Jakmile se objeví projekt nové solární elektrárny, vyvstávají otázky o účinnosti, kapacitě, objemech investovaných prostředků a době návratnosti.
Existují vědci, kteří považují solární tepelné elektrárny za hrozbu pro životní prostředí. Zrcadla používaná v tepelných solárních elektrárnách velmi ohřívají vzduch, což vede ke změně klimatu a úhynu ptáků, kteří prolétají kolem. Navzdory tomu se solární tepelné elektrárny v posledních letech stále více rozšiřují. V roce 1984 byla uvedena do provozu první solární elektrárna u kalifornského města Cramer Junction v poušti Mojabe (obr. 6.1). Stanice se nazývá Solar Energy Generating System, nebo zkráceně SEGS.
Rýže. 6.1. Solární elektrárna v poušti Mojabe V této elektrárně se sluneční záření využívá k výrobě páry, která roztáčí turbínu a vyrábí elektřinu. Výroba solární tepelné energie ve velkém měřítku je poměrně konkurenceschopná. Aktuálně americké energetické společnosti již postavily solární tepelné elektrárny o celkovém instalovaném výkonu více než 400 MW, které dodávají elektřinu 350 000 lidem a nahrazují 2,3 milionu barelů ropy ročně. Devět elektráren umístěných v poušti Mojabe má instalovaný výkon 354 MW. Projekty na využití solárního tepla k výrobě elektřiny mají brzy začít také v dalších regionech světa. Indie, Egypt, Maroko a Mexiko vyvíjejí odpovídající programy. Granty na jejich financování poskytuje Global Environment Facility (GEF). V Řecku, Španělsku a USA vyvíjejí nové projekty nezávislí výrobci elektřiny.
Podle způsobu výroby tepla se solární tepelné elektrárny dělí na solární koncentrátory (zrcadla) a solární jezírka.
Tepelné solární elektrárny koncentrují sluneční energii pomocí čoček a reflektorů. Protože toto teplo lze akumulovat, mohou takové rostliny vyrábět elektřinu podle potřeby, ve dne i v noci, za každého počasí. Velká zrcadla – bodové nebo liniové ohnisko – soustřeďují sluneční paprsky do takové míry, že se voda mění v páru a uvolňuje dostatek energie na roztočení turbíny. Tyto systémy dokážou přeměnit sluneční energii na elektřinu s účinností asi 15 %. Všechny tepelné elektrárny kromě solárních jezírek využívají k dosažení vysokých teplot koncentrátory, které odrážejí světlo Slunce z větší plochy na menší plochu přijímače. Typicky se takový systém skládá z koncentrátoru, přijímače, chladiva, skladovacího systému a systému přenosu energie. Mezi moderní technologie patří parabolické koncentrátory, solární parabolická zrcadla a solární energetické věže. Mohou být kombinovány se zařízeními na spalování fosilních paliv a v některých případech přizpůsobeny pro akumulaci tepla. Hlavní výhodou takové hybridizace a tepelného akumulace je to, že tato technologie může poskytovat dispečerskou výrobu elektřiny, to znamená, že elektřinu lze vyrábět v době, kdy je potřeba. Hybridizace a akumulace tepla mohou zvýšit ekonomickou hodnotu vyrobené elektřiny a snížit její průměrné náklady.
Některé tepelné solární elektrárny používají parabolická zrcadla, která koncentrují sluneční světlo na přijímací trubice obsahující chladicí kapalinu. Tato kapalina je zahřátá na téměř 400 °C a čerpána přes řadu výměníků tepla; tím vzniká přehřátá pára, která pohání běžný turbogenerátor k výrobě elektřiny. Pro snížení tepelných ztrát může být přijímací trubice obklopena průhlednou skleněnou trubicí umístěnou podél ohniskové linie válce. Typicky takové instalace zahrnují jednoosé nebo dvouosé solární sledovací systémy. Ve vzácných případech jsou stacionární (obr. 6.2).
Rýže. 6.2. Solární instalace s parabolickým koncentrátorem Odhady této technologie ukazují vyšší náklady na vyrobenou elektřinu než jiné solární tepelné elektrárny. Je to dáno nízkou koncentrací slunečního záření a nižšími teplotami. S více provozními zkušenostmi, vylepšenou technologií a nižšími provozními náklady však mohou být parabolické koncentrátory nejlevnější a nejspolehlivější technologií blízké budoucnosti.
Solární instalace parabolického typu jsou baterie parabolických parabolických zrcadel tvaru podobného satelitní parabole, která soustředí sluneční energii na přijímače umístěné v ohnisku každé paraboly (obr. 6.3). Kapalina v přijímači se zahřeje na 1000ºC a přímo se používá k výrobě elektřiny v malém motoru a generátoru připojeném k přijímači.
Rýže. 6.3. Solární instalace typu paraboly Vysoká optická účinnost a nízké počáteční náklady činí zrcadlové/motorové systémy nejúčinnější ze všech solárních technologií. Systém Stirlingova motoru a parabolického zrcadla drží světový rekord v účinnosti přeměny sluneční energie na elektřinu. V roce 1984 dosáhl Rancho Mirage v Kalifornii praktické účinnosti 29 %. Díky modulární konstrukci takové systémy jsou nejlepší možnost uspokojit poptávku po elektřině jak pro autonomní, tak pro hybridní spotřebitele pracující na společné síti.
Solární elektrárny věžový typ s centrálním přijímačem Věžové solární elektrárny s centrálním přijímačem využívají točivé pole reflektorů heliostatu. Zaměřují sluneční záření na centrální přijímač vybudovaný v horní části věže, který absorbuje tepelnou energii a pohání turbogenerátor (obr. 6.4, obr. 6.5).
Rýže. 6.4. Věžový typ solární elektrárny s centrálním přijímačem Počítačem řízený biaxiální sledovací systém umístí heliostaty tak, aby odražené sluneční paprsky byly nehybné a vždy dopadaly na přijímač. Kapalina cirkulující v přijímači předává teplo tepelnému akumulátoru ve formě páry. Pára otáčí turbínou za účelem výroby elektřiny nebo se přímo používá průmyslové procesy. Teploty přijímače se pohybují od 500 do 1500 ºC. Díky akumulaci tepla se věžové elektrárny staly unikátní solární technologií, která umožňuje výrobu elektřiny podle předem stanoveného harmonogramu.
Rýže. 6.5. Solární věžová elektrárna "Solar Two" v Kalifornii Ani zaostřovací zrcadla, ani solární fotovoltaické články nedokážou generovat energii v noci. Za tímto účelem je třeba solární energii naakumulovanou během dne ukládat do zásobníků tepla. Tento proces se přirozeně vyskytuje v tzv. solárních jezírkách (obr. 6.6).
Rýže. 6.6. Schéma návrhu solárního jezírka Solární jezírka mají vysokou koncentraci soli ve spodních vrstvách vody, nekonvekční střední vrstvu vody, ve které koncentrace soli roste s hloubkou, a konvekční vrstvu s nízkou koncentrací soli na povrchu. sluneční světlo dopadá na hladinu jezírka a díky vysoké koncentraci soli se teplo zadržuje ve spodních vrstvách vody. Voda vysoká slanost, ohřívaný sluneční energií absorbovanou dnem jezírka, nemůže stoupat kvůli své vysoké hustotě. Zůstává na dně jezírka, postupně se zahřívá, až se téměř uvaří. Horká spodní „solanka“ je využívána ve dne i v noci jako zdroj tepla, díky kterému může speciální organická chladicí turbína vyrábět elektřinu. Střední vrstva solárního jezírka působí jako tepelná izolace, brání konvekci a tepelným ztrátám ze dna na hladinu. Teplotní rozdíl mezi dnem a povrchem vody v jezírku je dostatečný pro napájení generátoru. Chladivo, procházející potrubím spodní vrstvou vody, je pak přiváděno do uzavřeného Rankinova systému, ve kterém se otáčí turbína a vyrábí elektřinu.
Věžové solární elektrárny s centrálním přijímačem a solární elektrárny s parabolickými koncentrátory pracují optimálně jako součást velkých, do sítě připojených elektráren o výkonu 30-200 MW, zatímco solární elektrárny parabolického typu jsou sestaveny z modulů a lze je použít v obou samostatné instalace a ve skupinách s celkovou kapacitou několika megawattů.
Tabulka 6.1 Charakteristika solárních tepelných elektráren Solární parabolické koncentrátory jsou dnes nejpokročilejšími technologiemi solární energie a pravděpodobně budou použity v blízké budoucnosti. Elektrárny věžového typu s centrálním přijímačem se pro svou efektivní tepelnou akumulační kapacitu mohou stát i solárními elektrárnami blízké budoucnosti. Modulární povaha jednotek typu zásobník umožňuje jejich použití v malých instalacích. Věžové solární elektrárny s centrálním přijímačem a parabolické instalace umožňují dosáhnout vyšších hodnot účinnosti přeměny sluneční energie na elektrickou energii s nižšími náklady než elektrárny se solárními parabolickými koncentrátory. V tabulce Tabulka 6.1 ukazuje hlavní charakteristiky tří možností výroby solární tepelné energie.
Hlavním kritériem pro pohodlí v soukromé chatě nebo bytě je teplo. Ve studeném domě ani to nejluxusnější zařízení nepomůže vytvořit pohodlné podmínky. Ale abyste udrželi optimální teplotu pro život v místnosti nejen v létě, ale i v zimě, budete muset nainstalovat topný systém.
To lze dnes snadno provést pořízením plynového, naftového nebo elektrického kotle jako zdroje tepla. Problém je ale v tom, že palivo pro taková zařízení je drahé a není dostupné ve všech lokalitách. Co si tedy vybrat? Nejlepším řešením jsou alternativní zdroje tepla a zejména solární ohřev.
Co je to takový systém? V první řadě je třeba říci, že solární ohřev má dvě možnosti. Zahrnují použití prvků, které se liší jak designem, tak účelem:
A pokud je zařízení prvního typu určeno čistě k udržení příjemné teploty v místnosti, pak lze solární panely pro vytápění domu použít k výrobě elektřiny a tepla. Jejich princip fungování je založen na přeměně sluneční energie a jejímu ukládání do baterií, které lze následně využít pro různé potřeby.
Pojďme se podívat na video, vše o tomto sběrateli:
Použití kolektoru vám umožňuje uspořádat pouze solární topný systém pro soukromý dům s využitím tepelné energie. Toto zařízení funguje následovně. Sluneční paprsky ohřívají vodu, která je chladicí kapalinou a přichází z potrubí. Stejný systém lze použít také jako zásobování teplou vodou. Složení zahrnuje speciální fotobuňky.
Sběrné zařízení
Kromě nich však balíček solárního ohřevu obsahuje:
Na střeše jsou umístěny solární panely pro vytápění domu. V něm se topná voda pohybuje do přední komory, kde je nahrazena horkou chladicí kapalinou. To umožňuje udržovat konstantní dynamický tlak v systému.
Nejjednodušší způsob, jak přeměnit sluneční energii na teplo, je použít k vytápění vašeho domova solární panely. Stále častěji se využívají jako doplňkové zdroje energie. Ale co jsou tato zařízení zač a jsou skutečně účinná?
Podívejme se na video, typy a jejich provozní vlastnosti:
Úkolem kolektoru solárního topného systému instalovaného na střeše domu je absorbovat co nejvíce slunečního záření a následně jej přeměnit na energii tolik potřebnou pro lidi. Ale je třeba vzít v úvahu, že může být přeměněn na tepelnou i elektrickou energii. Solární topné systémy se používají k výrobě tepla a ohřevu vody. K výrobě elektrického proudu se používají speciální baterie. Během dne akumulují energii a v noci ji uvolňují. Dnes však existují i kombinované systémy. V nich solární panely vyrábějí teplo i elektřinu.
Co se týče solárních ohřívačů vody pro vytápění domácnosti, těch je na trhu celá řada. Kromě toho mohou mít modely různé účely, provedení, provozní principy a rozměry.
Různé možnosti
Například podle vzhled a návrhy topného systému soukromého domu se dělí na:
Podle jejich zamýšleného účelu se dělí na ty, které se používají pro:
Rozdíly jsou v principu fungování. Solární ohřev pomocí kolektorů je ideální volbou pro venkovské domy, protože nevyžadují připojení k elektrické síti. Modely s nuceným oběhem jsou napojeny na společný topný systém, ve kterém chladicí kapalina cirkuluje pomocí čerpadla.
Podívejte se na video a porovnejte ploché a trubkové kolektory:
Ne všechny kolektory jsou vhodné pro solární ohřev venkovský dům. Podle tohoto kritéria se dělí na:
První se používají k vytápění venkovských domů, druhé v soukromých domácnostech.
Pokud toto zařízení porovnáme s plynovým nebo elektrickým, má mnohem více výhod. Za prvé je to úspora paliva. V létě dokáže solární ohřev plnohodnotně zajistit lidem bydlícím v domě teplou vodu. Na podzim a na jaře, kdy je málo jasných dnů, lze zařízení použít ke snížení zátěže běžného kotle. Pokud jde o zimní čas, pak obvykle v této době je účinnost kolektorů velmi nízká.
Podívejte se na video o účinnosti kolektorů v zimě:
Ale kromě úspory paliva snižuje používání zařízení na solární pohon závislost na plynu a elektřině. Pro instalaci solárního ohřevu nepotřebujete získat povolení a nainstalovat jej zvládne každý se základními znalostmi instalatérství.
Podívejte se na video, kritéria výběru vybavení:
Dalším plusem je dlouhá životnost kolektoru. Garantovaná životnost zařízení je minimálně 15 let, což znamená, že po tuto dobu budou vaše účty za energie minimální.
Jako každé zařízení má však kolektor některé nevýhody:
Je tu ještě jedna nuance. Účinnost solárního ohřevu se liší podle regionu. V jižních oblastech, kde je sluneční aktivita vysoká, bude mít zařízení nejvyšší účinnost. Proto je nejvýhodnější používat takové zařízení na jihu a na severu bude méně efektivní.
Než přistoupíte k instalaci zařízení zahrnutého v topném systému, je nutné prostudovat jeho možnosti. Abyste zjistili, kolik tepla je potřeba k vytápění domu, musíte vypočítat jeho plochu. Je důležité zvolit správné místo pro instalaci solárního kolektoru. Během dne by měla být co nejvíce osvětlena. Zařízení se proto obvykle instaluje na jižní část střechy.
Výkon instalační práce Je lepší to nechat na odbornících, protože i malá chyba při instalaci solárního systému povede k výraznému snížení účinnosti systému. Pouze když správná instalace Solární kolektor vydrží až 25 let a první 3 roky se plně zaplatí.
Hlavní typy kolektorů a jejich vlastnosti
Pokud z nějakého důvodu není budova vhodná pro instalaci zařízení, můžete panely umístit na sousední budovu a umístit pohon do suterénu.
Nuance, kterým byste měli věnovat pozornost při výběru tohoto systému, byly diskutovány výše. A pokud jste vše udělali správně, pak vám váš solární systém přinese jen příjemné chvíle. Mezi jeho výhody je třeba poznamenat:
Jediná věc, která spotřebitelům brání v nákupu solárního systému pro vytápění soukromého domu, je závislost jejich provozu na geografii jejich bydliště. Pokud jsou jasné dny ve vašem regionu vzácné, pak bude účinnost zařízení minimální.
Připravili studenti skupiny B3TPEN31
Solární topné systémy jsou systémy, které využívají sluneční záření jako zdroj tepelné energie. Jejich charakteristickým rozdílem od ostatních nízkoteplotních topných systémů je použití speciálního prvku - solárního přijímače, určeného k zachycování slunečního záření a jeho přeměně na tepelnou energii.
Podle způsobu využití slunečního záření se solární nízkoteplotní topné systémy dělí na pasivní a aktivní.
Pasivní solární topné systémy jsou takové, ve kterých samotná budova nebo její jednotlivé obaly (kolektorová budova, kolektorová stěna, kolektorová střecha atd.) slouží jako prvek, který přijímá sluneční záření a přeměňuje je na teplo.
Pasivní nízkoteplotní solární topný systém „nástěnný kolektor“: 1 – sluneční paprsky; 2 – průsvitná obrazovka; 3 – vzduchová klapka; 4 – ohřátý vzduch; 5 – ochlazený vzduch z místnosti; 6 – vlastní dlouhovlnné tepelné záření hmoty stěny; 7 – černá plocha stěny přijímající paprsek; 8 – žaluzie.
Aktivní jsou solární nízkoteplotní topné systémy, ve kterých je solární přijímač samostatné samostatné zařízení nesouvisející s budovou. Aktivní solární systémy lze dále rozdělit:
podle účelu (zásobování teplou vodou, topné systémy, kombinované systémy pro zásobování teplem a chladem);
podle typu použité chladicí kapaliny (kapalina - voda, nemrznoucí směs a vzduch);
podle délky práce (celoroční, sezónní);
o technickém řešení obvodů (jedno-, dvou-, víceokruhové).
lze klasifikovat podle různých kritérií:
podle účelu:
1. systémy zásobování teplou vodou (TUV);
2. topné systémy;
3. kombinované systémy;
Podle typu použité chladicí kapaliny:
1. kapalina;
2. vzduch;
Podle délky práce:
1. celoročně;
2. sezónní;
Podle technického řešení schématu:
1. jednookruhový;
2. dvouokruhový;
3. víceokruhový.
Vzduch je široce používané chladivo, které nezamrzá v celém rozsahu provozních parametrů. Při použití jako chladicí kapaliny je možné kombinovat topné systémy s ventilačním systémem. Vzduch je však chladivo s nízkou tepelnou kapacitou, což vede ke zvýšení spotřeby kovů pro instalaci systémů ohřevu vzduchu ve srovnání s vodními systémy.
Voda je tepelně náročné a široce dostupné chladivo. Při teplotách pod 0°C je však nutné do něj přidávat nemrznoucí kapaliny. Navíc je třeba vzít v úvahu, že voda nasycená kyslíkem způsobuje korozi potrubí a zařízení. Spotřeba kovů v solárních vodních systémech je ale mnohem nižší, což výrazně přispívá k jejich širšímu využití.
Sezónní solární systémy zásobování teplou vodou jsou obvykle jednookruhové a fungují v letních a přechodných měsících, v obdobích s kladnými venkovními teplotami. Mohou mít přídavný zdroj tepla nebo se bez něj obejít v závislosti na účelu obsluhovaného objektu a provozních podmínkách.
Solární systémy vytápění budov jsou většinou dvouokruhové nebo nejčastěji víceokruhové a pro různé okruhy lze použít různá chladiva (např. v solárním okruhu - vodné roztoky nemrznoucích kapalin, v meziokruhech - voda a ve spotřebitelském okruhu - vzduch).
Kombinované celoroční solární systémy pro účely zásobování budov teplem a chladem jsou víceokruhové a zahrnují doplňkový zdroj tepla v podobě klasického tepelného generátoru na fosilní paliva nebo tepelného transformátoru.
první okruh sestávající ze solárních kolektorů 1, oběhového čerpadla 8 a kapalinového výměníku 3 tepla;
druhý okruh, sestávající ze zásobníku 2, oběhového čerpadla 8 a tepelného výměníku 3;
třetí okruh, sestávající z akumulační nádrže 2, oběhového čerpadla 8, tepelného výměníku voda-vzduch (topení) 5.
Schéma solárního systému vytápění: 1 – solární kolektor; 2 – akumulační nádrž; 3 – výměník tepla; 4 – budova; 5 – ohřívač; 6 – záloha topného systému; 7 – záloha systému zásobování teplou vodou; 8 – oběhové čerpadlo; 9 – ventilátor.
Solární topný systém funguje následovně. Chladivo (nemrznoucí kapalina) okruhu pro příjem tepla, ohřívající se v solárních kolektorech 1, vstupuje do výměníku 3 tepla, kde je teplo nemrznoucí směsi předáváno vodě cirkulující v mezitrubkovém prostoru výměníku 3 tepla působením čerpadlo 8 sekundárního okruhu. Ohřátá voda vstupuje do akumulační nádrže 2. Voda je odebírána z akumulační nádrže čerpadlem teplé vody 8, v případě potřeby přiváděna na požadovanou teplotu v záloze 7 a vstupuje do teplovodního systému objektu. Zásobník se dobíjí z vodovodu.
Pro vytápění je voda z akumulační nádrže 2 přiváděna třetím okruhovým čerpadlem 8 do ohřívače 5, kterým vzduch prochází pomocí ventilátoru 9 a po ohřátí vstupuje do budovy 4. Při absenci solárního záření nebo nedostatek tepelné energie generované solárními kolektory, záloha 6 je zapnutá.
Výběr a uspořádání prvků solárního systému je v každém konkrétním případě dáno klimatickými faktory, účelem zařízení, režimem spotřeby tepla a ekonomickými ukazateli.
Zvláštností systémů je, že v případě termosifonový systém nejnižší bod akumulační nádrže by měl být umístěn nad horním bodem kolektoru a ne dále než 3-4 m od kolektorů a při cirkulaci chladiva čerpadlem může být umístění akumulační nádrže libovolné.
Hlavní podíl nákladů na údržbu vlastní domovúčtují náklady na vytápění. Proč nevyužít k ohřevu konstrukce volnou energii z přírodních zdrojů, jako je slunce? Moderní technologie to ostatně umožňují!
Pro akumulaci energie slunečních paprsků se používají speciální solární panely, instalované na střeše domu. Po přijetí se tato energie přemění na elektrickou energii, která je následně distribuována elektrickou sítí a využívána, jako v našem případě, v topných zařízeních.
Oproti jiným zdrojům energie – standardním, autonomním i alternativním – jsou výhody solárních panelů zřejmé:
Tato technologie má samozřejmě i své nevýhody:
Baterie, které přeměňují sluneční energii, se montují přímo na povrch střechy domu jejich vzájemným propojením a tvoří tak systém potřebného výkonu. Pokud konfigurace střechy nebo jiné konstrukční prvky neumožňují jejich přímé upevnění, jsou rámové bloky instalovány na střechu nebo dokonce na stěny. Volitelně je možné instalovat systém na samostatné regály v blízkosti domu.
Solární panely jsou generátorem elektrické energie, která se uvolňuje v procesu fotovoltaických reakcí. Nízká účinnost obvodových prvků o celkové ploše 15-18 metrů čtverečních. m vám však umožňuje vytápět místnosti, jejichž plocha přesahuje 100 metrů čtverečních. m! Stojí za zmínku, že moderní technologie takového zařízení umožňuje využití sluneční energie i v obdobích mírné oblačnosti.
Kromě instalace solárních panelů vyžaduje realizace topného systému instalaci dalších prvků:
Nejlepší možnost topení při použití alternativního zdroje energie – elektrický systém. To umožní vytápět velké místnosti instalací vodivých podlah. Elektrický systém navíc umožňuje flexibilní změny teplotní režim v obytných prostorách a také eliminuje potřebu instalace objemných radiátorů a potrubí pod okny.
V ideálním případě by elektrický topný systém využívající solární energii měl být navíc vybaven termostatem a automatickou regulací teploty ve všech místnostech.
Topné systémy založené na solárních kolektorech umožňují nejen vytápění obytné budovy a chaty, ale i celé hotelové komplexy a průmyslové objekty.
Takové kolektory, jejichž princip fungování je založen na „skleníkového efektu“, akumulují sluneční energii pro další využití prakticky bez ztrát. To umožňuje řadu možností:
Úkolem solárního kolektoru je přeměnit energii slunečního záření vstupující do uzavřeného prostoru na tepelnou energii, která se dlouhodobě akumuluje a uchovává. Konstrukce kolektorů nedovoluje, aby akumulovaná energie unikla skrz průhlednou instalaci. Centrální hydraulický systém ohřev využívá termosifonový efekt, díky kterému ohřátá kapalina vytlačuje chladnější a nutí ji přesunout se na místo ohřevu.
Existují dvě implementace popsané technologie:
Nejběžnější je plochý solární kolektor. Pro svou jednoduchou konstrukci se úspěšně používá pro vytápění prostor v obytných budovách a v systémech ohřevu užitkové vody. Zařízení se skládá z desky absorbéru energie namontované v proskleném panelu.
Druhý typ - vakuový rozdělovač s přímým přenosem tepla - je nádrž na vodu s trubkami instalovanými pod úhlem, kterými stoupá ohřátá voda a vytváří prostor pro studenou kapalinu. Taková přirozená konvekce způsobuje nepřetržitou cirkulaci pracovní tekutiny v uzavřeném kolektorovém okruhu a distribuci tepla v topném systému.
Další konfigurace vakuového potrubí je uzavřená měděné trubky se speciální kapalinou s nízkým bodem varu. Při zahřátí se tato kapalina odpařuje a absorbuje teplo z kovových trubek. Páry zvednuté nahoru kondenzují s přenosem tepelné energie do chladicí kapaliny - vody v topném systému nebo hlavním prvku okruhu.
Při vytápění domu solární energií je nutné pro dosažení maximálního efektu počítat s možnou rekonstrukcí střechy či stěn objektu. Návrh musí zohledňovat všechny faktory: od umístění a zastínění budovy až po geografické povětrnostní podmínky oblasti.
Ekologie spotřeby: Většinu roku jsme nuceni utrácet peníze za vytápění našich domů. V takové situaci pomůže jakákoli pomoc. Solární energie je pro tyto účely perfektní: absolutně šetrná k životnímu prostředí a zdarma.
Většinu roku jsme nuceni utrácet peníze za vytápění našich domovů. V takové situaci pomůže jakákoli pomoc. Solární energie je pro tyto účely perfektní: absolutně šetrná k životnímu prostředí a zdarma. Moderní technologie umožňují provádět solární vytápění soukromého domu nejen v jižních oblastech, ale také ve střední zóně.
Průměrně 1 m2 zemského povrchu přijme 161 W sluneční energie za hodinu. Samozřejmě, že na rovníku bude toto číslo mnohonásobně vyšší než v Arktidě. Hustota slunečního záření navíc závisí na roční době. V moskevské oblasti se intenzita slunečního záření v prosinci až lednu liší od května až července více než pětkrát. Moderní systémy jsou však natolik účinné, že mohou fungovat téměř kdekoli na zemi.
Problém využití energie slunečního záření s maximální účinností je řešen dvěma způsoby: přímým ohřevem v termických kolektorech a solárními fotovoltaickými bateriemi.
Solární panely nejprve přeměňují energii slunečních paprsků na elektřinu, poté ji předávají speciálním systémem spotřebitelům, například elektrokotlem.
Tepelné kolektory, vytápění pod vlivem slunečního záření, ohřívají chladicí kapalinu systémů vytápění a zásobování teplou vodou.
Tepelné kolektory se dodávají v několika typech, včetně otevřených a uzavřené systémy, ploché a kulové provedení, polokulové kolektory, koncentrátory a mnoho dalších možností.
Tepelná energie získaná ze solárních kolektorů se využívá k ohřevu teplé vody nebo topné kapaliny.
Přestože došlo k jasnému pokroku ve vývoji řešení pro sklizeň, skladování a využívání solární energie, existují výhody a nevýhody.
Účinnost solárního ohřevu v našich zeměpisných šířkách je poměrně nízká, což se vysvětluje nedostatečným počtem slunečných dnů pro pravidelný provoz systému
Nejviditelnější výhodou využití solární energie je její univerzální dostupnost. Ve skutečnosti lze solární energii shromažďovat a využívat i v tom nejchmurnějším a nejoblačnějším počasí.
Druhou výhodou jsou nulové emise. Ve skutečnosti je to nejekologičtější a přirozený vzhled energie. Solární panely a kolektory neprodukují hluk. Ve většině případů jsou instalovány na střechách budov, aniž by zabíraly užitnou plochu příměstské oblasti.
Nevýhody spojené s využíváním sluneční energie jsou variabilita osvětlení. V noci není co sbírat, situaci zhoršuje fakt, že vrchol topné sezóny nastává v nejkratším denním světle v roce.
Významnou nevýhodou vytápění založeného na využití solárních kolektorů je chybějící schopnost akumulovat tepelnou energii. V okruhu je zahrnuta pouze expanzní nádrž
Je nutné sledovat optickou čistotu panelů, mírné znečištění výrazně snižuje účinnost.
Navíc nelze říci, že provoz solárního systému je zcela zdarma, jsou zde stálé náklady na odpisy zařízení, provoz oběhového čerpadla a řídicí elektroniky.
Otevřený solární kolektor je soustava trubic, nechráněných před vnějšími vlivy, kterými cirkuluje chladivo ohřáté přímo sluncem. Jako chladicí kapaliny se používá voda, plyn, vzduch a nemrznoucí kapalina. Trubky jsou buď připevněny k nosnému panelu ve formě cívky, nebo připojeny v paralelních řadách k výstupní trubce.
Otevřené solární kolektory nejsou schopny vyrovnat se s vytápěním soukromého domu. Kvůli chybějící izolaci se chladicí kapalina rychle ochladí. Používají se v létě především k ohřevu vody ve sprchách nebo bazénech.
Otevřené kolektory obvykle nemají žádnou izolaci. Konstrukce je velmi jednoduchá, proto má nízkou cenu a často se vyrábí nezávisle.
Kvůli chybějící izolaci prakticky neukládají energii přijatou ze slunce a vyznačují se nízkou účinností. Používají se především v létě k ohřevu vody v bazénech nebo letních sprchách. Instalováno do solárních a teplé oblasti s malými rozdíly v teplotě okolního vzduchu a ohřáté vody. Dobře fungují pouze za slunečného počasí bez větru.
Nejjednodušší solární kolektor s chladičem vyrobeným ze spirály polymerových trubek zajistí dodávku ohřáté vody do chaty pro zavlažování a domácí potřeby
Trubicové solární kolektory jsou sestaveny z jednotlivých trubic, kterými proudí voda, plyn nebo pára. Jedná se o jeden z typů otevřených solárních systémů. Chladicí kapalina je však již mnohem lépe chráněna před vnějšími negativy. Speciálně v vakuové instalace, uspořádané na principu termosek.
Každá trubice je připojena k systému samostatně, vzájemně paralelně. Pokud jedna trubka selže, je snadné ji vyměnit za novou. Celou konstrukci lze sestavit přímo na střeše budovy, což značně zjednodušuje instalaci.
Trubkový kolektor má modulární konstrukci. Hlavním prvkem je vakuová trubice, počet trubic se pohybuje od 18 do 30, což umožňuje přesně zvolit výkon systému
Významnou výhodou trubicových solárních kolektorů je válcový tvar hlavních prvků, díky kterému je sluneční záření zachycováno po celý den bez použití drahých systémů pro sledování pohybu svítidla.
Speciální vícevrstvý povlak vytváří jakousi optickou past na sluneční světlo. Diagram částečně ukazuje vnější stěnu vakuové baňky odrážející paprsky na stěny vnitřní baňky
Na základě konstrukce trubic se rozlišují pérové a koaxiální solární kolektory.
Koaxiální trubice je nádoba Diaur nebo známá termoska. Vyrobeno ze dvou baněk, mezi kterými je evakuován vzduch. Na vnitřní povrch vnitřní baňky je aplikován vysoce selektivní povlak, který účinně absorbuje sluneční energii.
Tepelná energie z vnitřní selektivní vrstvy je přenášena do tepelné trubice nebo vnitřního výměníku tepla hliníkové desky. V této fázi dochází k nežádoucím tepelným ztrátám.
Péřová trubice je skleněný válec s vloženým pohlcovačem peří.
Pro dobrou tepelnou izolaci byl vzduch z trubky odveden. Přenos tepla z absorbéru probíhá beze ztrát, takže účinnost pérových trubic je vyšší.
Podle způsobu přenosu tepla existují dva systémy: přímoproudé a s tepelnou trubicí.
Tepelná trubice je uzavřená nádoba se snadno odpařující se kapalinou.
Uvnitř tepelné trubice je snadno se odpařující kapalina, která přijímá teplo z vnitřní stěny baňky nebo z absorbéru peří. Pod vlivem teploty se kapalina vaří a stoupá ve formě páry. Po předání tepla do topného média nebo chladiva přívodu horké vody pára kondenzuje na kapalinu a stéká dolů.
Voda se často používá jako snadno se odpařující kapalina při nízkém tlaku.
Průtokový systém používá trubici ve tvaru U, kterou cirkuluje voda nebo topná kapalina.
Jedna polovina trubice ve tvaru U je určena pro studenou chladicí kapalinu, druhá odvádí ohřátou. Při zahřátí se chladicí kapalina rozšiřuje a vstupuje do akumulační nádrže, což zajišťuje přirozenou cirkulaci. Stejně jako u termotrubkových systémů, minimální úhel sklon by měl být alespoň 20⁰.
Systémy s přímým prouděním jsou účinnější, protože okamžitě ohřívají chladicí kapalinu.
Pokud se plánuje použití solárních kolektorových systémů po celý rok, pak se do nich načerpá speciální nemrznoucí směs.
Použití trubicových solárních kolektorů má řadu výhod i nevýhod. Konstrukce trubicového solárního kolektoru se skládá z identických prvků, které jsou poměrně snadno vyměnitelné.
výhody:
Strukturálně má trubková struktura omezený povrch otvoru. Má následující nevýhody:
I přes počáteční vysoké náklady se trubkové kolektory zaplatí rychleji. Mají dlouhou životnost.
Plochý kolektor se skládá z hliníkového rámu, speciální absorpční vrstvy - absorbéru, transparentního nátěru, potrubí a izolace.
Jako absorbér je použit černěný měděný plech, který má ideální tepelnou vodivost pro vytváření solárních systémů. Když je sluneční energie absorbována absorbérem, sluneční energie, kterou přijímá, se přenáší do chladiva cirkulujícího trubkovým systémem sousedícím s absorbérem.
S mimo uzavřený panel chráněna transparentním nátěrem. Je vyroben z nárazuvzdorného materiálu tvrzené sklo se šířkou pásma 0,4-1,8 um. Tento rozsah odpovídá maximálnímu slunečnímu záření. Nárazuvzdorné sklo poskytuje dobrou ochranu proti krupobití. Na zadní straně je celý panel spolehlivě izolován.
Ploché solární kolektory se vyznačují maximálním výkonem a jednoduchým designem. Jejich účinnost se zvyšuje díky použití absorbéru. Jsou schopny zachytit difúzní i přímé sluneční záření
Seznam výhod uzavřených plochých panelů zahrnuje:
Ploché solární kolektory jsou zvláště výhodné, pokud je jejich použití plánováno již ve fázi návrhu. Životnost kvalitních výrobků je 50 let.
Mezi nevýhody patří:
Rozsah použití uzavřených kolektorů je mnohem širší než u solárních systémů otevřeného typu. V létě jsou schopny plně uspokojit potřebu teplé vody. V chladných dnech, kdy je veřejné služby nezahrnují do topného období, mohou pracovat místo plynových a elektrických ohřívačů.
Nejdůležitějším ukazatelem solárního kolektoru je účinnost. Užitný výkon solárních kolektorů různých konstrukcí závisí na teplotním rozdílu. Ploché kolektory jsou přitom mnohem levnější než trubkové.
Hodnoty účinnosti závisí na kvalitě výroby solárního kolektoru. Účelem grafu je ukázat efektivitu použití různých systémů v závislosti na rozdílu teplot
Při výběru solárního kolektoru byste měli věnovat pozornost řadě parametrů ukazujících účinnost a výkon zařízení.
Sluneční kolektory mají několik důležitých vlastností:
Plocha apertury je pracovní plocha solárního kolektoru. Plochý kolektor má maximální plochu apertury. Plocha otvoru se rovná ploše absorbéru.
Vzhledem k tomu, že solárně napájená zařízení nedokážou zajistit stabilní a nepřetržitou dodávku energie, je zapotřebí systém, který je odolný vůči těmto nedostatkům.
Pro střední Rusko nemohou solární zařízení zaručit stabilní tok energie, proto se používají jako doplňkový systém. Integrace do stávajícího systému vytápění a ohřevu vody je u solárního kolektoru a solární baterie odlišná.
V závislosti na účelu použití kolektoru tepla se používají různé systémy připojení. Může být několik možností:
Letní varianta je nejjednodušší a lze ji dokonce provést bez oběhového čerpadla s využitím přirozené cirkulace vody.
Voda se ohřívá v solárním kolektoru a vlivem tepelné roztažnosti se dostává do zásobníku nebo kotle. V tomto případě dochází k přirozené cirkulaci: místo horké vody je ze zásobníku nasávána studená voda.
V zimě kdy záporné teploty Přímý ohřev vody není možný. Speciální nemrznoucí směs cirkuluje uzavřeným okruhem a zajišťuje přenos tepla z kolektoru do výměníku tepla v nádrži
Jako každý systém založený na přirozené cirkulaci nefunguje příliš efektivně a vyžaduje dodržování nezbytných sklonů. Akumulační nádrž musí být navíc výše než solární kolektor.
Aby voda vydržela horká co nejdéle, je třeba nádrž důkladně izolovat.
Pokud chcete skutečně dosáhnout co nejefektivnějšího provozu solárního kolektoru, schéma zapojení se zkomplikuje.
Nemrznoucí chladicí kapalina cirkuluje systémem solárních kolektorů. Nucený oběh poskytuje čerpadlo ovládané ovladačem.
Regulátor řídí činnost oběhového čerpadla na základě odečtů alespoň dvou teplotních čidel. První senzor měří teplotu uvnitř skladovací nádrž, druhý - na přívodním potrubí horkého chladicího média solárního kolektoru. Jakmile teplota v nádrži překročí teplotu chladicí kapaliny, regulátor v kolektoru vypne oběhové čerpadlo a zastaví cirkulaci chladicí kapaliny systémem.
Jakmile teplota v zásobníku klesne pod nastavenou hodnotu, zapne se topný kotel.
Bylo by lákavé aplikovat podobné schéma připojení solární baterie k elektrické síti, jaké je realizováno v případě solárního kolektoru, akumulujícího energii přijatou během dne. Bohužel pro napájecí systém soukromého domu je velmi nákladné vytvořit baterii s dostatečnou kapacitou. Schéma zapojení tedy vypadá takto.
Když se výkon elektrického proudu ze solární baterie sníží, jednotka AVR ( automatické zapínání rezerva) zajišťuje připojení spotřebitelů k veřejné elektrické síti
S solární panely nabíjení je dodáváno do regulátoru nabíjení, který plní několik funkcí: zajišťuje neustálé dobíjení baterií a stabilizuje napětí. Dále elektřina je přiváděn do střídače, kde se stejnosměrný proud 12V nebo 24V převádí na jednofázový střídavý proud 220V.
Bohužel, naše elektrické sítě nejsou vhodné pro příjem energie, mohou fungovat pouze v jednom směru od zdroje ke spotřebiteli. Z tohoto důvodu nebudete moci vytěženou elektřinu prodat nebo alespoň nechat měřidlo točit opačným směrem.
Využití solárních panelů je výhodné v tom, že poskytují všestrannější typ energie, ale zároveň se v účinnosti nemohou srovnávat se solárními kolektory. Ty však nemají schopnost ukládat energii, na rozdíl od solárních fotovoltaických baterií.
Při výpočtu potřebného výkonu solárního kolektoru se často mylně kalkuluje na základě příchozí sluneční energie v nejchladnějších měsících roku.
Faktem je, že ve zbývajících měsících roku se bude celý systém neustále přehřívat. V létě může teplota chladicí kapaliny na výstupu ze solárního kolektoru dosáhnout 200°C při ohřevu páry nebo plynu, 120°C u nemrznoucí směsi, 150°C u vody. Pokud se chladicí kapalina vaří, částečně se odpaří. V důsledku toho bude muset být vyměněn.
Odpočinek požadované teplo by měl vytvořit standard topné zařízení. Nicméně s takovými ukazateli se ročně ušetří v průměru asi 40 % na vytápění a zásobování teplou vodou.
Výkon generovaný jedinou trubicí vakuového systému závisí na geografické poloze. Míra dopadu sluneční energie na 1 m2 půdy za rok se nazývá sluneční záření. Znáte-li délku a průměr trubice, můžete vypočítat aperturu - efektivní absorpční plochu. Zbývá použít absorpční a emisní koeficienty pro výpočet výkonu jedné trubice za rok.
Příklad výpočtu:
Standardní délka trubky je 1800 mm, efektivní délka je 1600 mm. Průměr 58 mm. Clona je zastíněná oblast vytvořená trubicí. Oblast stínového obdélníku tedy bude:
S = 1,6 * 0,058 = 0,0928 m2
Účinnost střední trubice je 80 %, sluneční oslunění pro Moskvu je cca 1170 kWh/m2 za rok. Jedna trubka tedy vyrobí ročně:
W = 0,0928 * 1170 * 0,8 = 86,86 kWh
Nutno podotknout, že jde o velmi hrubý odhad. Množství vyrobené energie závisí na orientaci instalace, úhlu, průměrné roční teplotě atd. zveřejněno
