Solarna tehnologija

3 Julij, 2009 / Solarno

Solarna tehnologija Pozitivni razvoj solarnega trga se nadaljuje in se iz leta v leto vse bolj povečuje. Tudi neugodne gospodarske razmere in iz tega izhajajoča manjša kupna moč ne more prizadeti solarnega trga. Če pogledamo na skupne številke je j

Tudi neugodne gospodarske razmere in iz tega izhajajoča manjša kupna moč ne more prizadeti solarnega trga. Če pogledamo na skupne številke je jasno, da solarne naprave kljub pozitivnim rezultatom stojijo komaj na začetku prodora na širši trg.

Solarni trg ima prihodnost: dobra »slika« solarnih naprav, politična naklonjenost solarnim napravam in povečane aktivnosti instalaterjev in načrtovalcev so zagotovilo za uspeh solarne tehnologije. Če se bo pozitivni razvoj solarnih naprav nadaljeval (o čemer pričajo vsi tržni podatki), lahko brez pretiravanja govorimo o 20 do 30 % rasti površin sončnih sprejemnikov na leto. Izraženo v številkah to pomeni, da bo do konca leta 2010 samo za ogrevanje vode, instaliranih skupno preko 3 milijone kvadratnih metrov sprejemnikov sončne energije. Če v to številko vključimo še ogrevanja kopališč, dobimo več kot 3 milijone površin sončnih sprejemnikov.

Trend pri opremljanju hiš gre vse bolj v smeri nizko energijskih hiš in s tem tudi v nizko temperaturne ogrevalne površine: poraba toplote se vse bolj manjša. Del skupne porabe energije za ogrevanje tople vode narašča procentualno. V enaki meri, kot upada poraba energije za ogrevanje, raste poraba energije za ogrevanje vode. Z intelegentnimi rešitvami lahko še bolj zmanjšamo porabo toplotne energije. V preglednici in sliki št. 1 je prikazan način za določanje števila sončnih sprejemnikov za uporabo pitne sanitarne vode.

Preglednica 1: Določanje površine sončnih sprejemnikov za ogrevanje tople sanitarne vode

Regija (Kraj namestitve)	1	2	3	4	5	6
Povprečno sevanje v kWh(m2 • a)	1175	1125	1075	1025	975	926
Popravek (korektura)	1,0	1,05	1,1	1,15	1,2	1,25
Primer: 200 l/na dan, kraj namestitve, nagibni kot 25 °, odmik južne strani v smeri zahod 50 °, površina sprejemnikov 2,4 m². Priporočeno: 5 m² • 1,05 (Regija) • (slika št. 2) • 1,1 (slika št. 3) = 6.1 m² ; število sončnih sprejemnikov: 6,1/2,4 = 2,5 (izbrano št. sprejemnikov 3)
Popravek zaradi odstopanja od: Kot naklona (nagib strehe) a (slika in preglednica št. 2) Južna stran (kot Azimuta) a (slika št. 3)		Topla voda - poraba tople sanitarne vode, ogrete s sončnimi sprejemniki, v litrih na osebo na dan, je prikazana v preglednici št. 2

V žarišču nadaljnjih opazovanj stoji »normalna« priprava tople vode. Ta je najpogostejši vzrok za uporabo sončne energije. Sončne sprejemnike lahko namestimo praktično na vseh strehah, tudi položnih, pomembna sta samo velikost in nagib strehe.

Slika 1 - Velikost sončnih sprejemnikov in poraba tople vode

Določanje velikosti sončnih sprejemnikov za ogrevanje tople vode

V poletnih mesecih je možno s SSE pokriti praktično celotno potrebo po sanitarni vodi. V zimskem obdobju pa s termo solarnim sistemom vodo večinoma predgrevamo. Višjo temperatura pa dosežemo s pomočjo ogrevalnega sistema oziroma lokalnega grelnika. Z dobro načrtovanim sistemom SSE lahko pokrijemo tudi do 80 % letnih potreb po sanitarni topli vodi.

Preglednica št. 2: Približni izračun površine sončnih sprejemnikov za toplo sanitarno vodo

Vrsta zgradbe

Uporaba, udobje in

lastnosti

Topla voda v l/dan po osebi

majhen

srednji

visok

Enodružinska hiša in

etažno stanovanje

- preprost standard

- srednji standard

- visok standard

Večdružinska hiša

- socialno stanovanje

- samogradnja

- visoko standardno

Bistveno vplivni pomen so poleg uporabnega profila še lokacija, nagibni kot

sprejemnika, in oprema sončnih sprejemnikov

Pomembni kriteriji so:

Način uporabe solarne naprave
Mesto za namestitev naprave (na primer na strehi)
Postavitev sončnih zbiralnikov glede na strani neba
Želen tip sončnih sprejemnikov.

Slika 2 - Približno določanje površine sončnih sprejemnikov na število sprejemnikov in oseb

Za natančnejše dimenzioniranje sistemov se uporabljajo računalniška orodja in programi, ki določijo optimalno velikost solarnih sistemov glede na povprečno dnevno porabo tople vode. V preglednici št. 2 in sliki 2a je prikazano približno število sončnih sprejemnikov (površina) za pripravo tople sanitarne vode.

Vpliv nagibnega kota na dimenzijo sončnega sprejemnika - korekcijski

faktor f_N

Sprejemniki sončne energije naj bodo obrnjeni proti jugu in nagnjeni pod kotom 45 ° proti vodoravni ravnini. Odstopanje od južne smeri povzroča zmanjšanje vpadle sončne energije. Optimalni nagibni kot SSE je odvisen od časa koriščenja, ker se položaj Sonca preko leta spreminja. Za naše področje je najprimernejši nagib SSE med 35 in 45 °, kar predstavlja kompromis med najvišjim položajem sonca poleti (nagibni kot 30 °) in najnižjim položajem sonca pozimi (nagib 60 °). Preglednica in slika št. 2 in prikazujeta različne možne kote nagiba sončnega sprejemnika.

Slika 2a - pokaže vpliv nagibnega kota glede na dimenzijo sončnega sprejemnika

Maksimalno količino sončne energije, ki jo lahko sprejme absorber SSE dobimo v primeru, ko je površina SSE pravokotna na vpadno sončno sevanje. Razen vgradnje SSE v smeri proti jugu je spremenljiva še vgradnja v smereh JV in JZ z naklonom 20 do 65 °. Odstopanja v smeri jug do 20 ° v poletnih mesecih nimajo velikega vpliva na izkoristek sončne energije, saj glede na letno učinkovitost sončnega sevanja znaša razlika manj kot 2 odstotka.

Preglednica št. 2a: Nagibni kot sončnega sprejemnika

Uporabljen čas (≈ 50o severne š.)		Priporočljivo	Začetek
Januar do december, (celo leto) Aprila do sept. (samo v poletju) Maja do avgusta (skozi sezono) Oktobra do marca (kurilna sezona)		40^o - 50^o 30^o - 40^o 25^o - 30^o 55^o - 65^o	30^o - 60^o 20^o - 50^o 15^o - 45^o 40^o - 75^o
Ugodnejši kot se določa po uporabi: Ogrevanje pitne tople vode ali za bazene od 30^o - 45^o Ogrevanje pitne tople vode + za ogrevanje od 45^o - 55^o
30^o 30^o 30^o	Pri močnem sončnem sevanju v poletju (optimalni kot) Pri najnižji točki sonca v zimi (optimalni kot) Kompromis v poletnem obdobju

Velik vpliv za dobro delovanje solarnega sistema je odvisen tudi od nagibnega kota sončnih sprejemnikov, predvsem odstopanje od južne smeri.

Pri namestitvi sončnih sprejemnikov je dobro vedeti, da:

Lahka strešna konstrukcija in posledično smer sprejemnikov na Z ali V povzročita, da sončni žarki

ne sevajo optimalno na sončne sprejemnike

Usmerjenost sprejemnikov čisto na jug z 10^o,odstopanja proti Z je optimalno
V poletju, če je mogoče, da se ne prekorači 55^o in skozi zimo 35^o(f_SA= 1,1)

Primer:

1. Odstopanje od juga proti zahodu z 50^o (b₁) a f_SA = 1,1

2. Prav tako proti vzhodu 50^o (b₂) a f_SA = 1,2 kar pomeni, da je potrebno vgraditi od 10% do 20 % večjo površino sončnih sprejemnikov

Vpliv odstopanja nagibnega kota je prikazan na sliki št. 3.

Slika 3 - Nagibni kot sončnih sprejemnikov

Minimalni vrstni razmik med sončnimi sprejemniki (površina strehe ali nezazidane površine)

Minimalni vrstni razmik med dvema sončnima sprejemnikoma je odvisen od nagiba in lege Sonca proti horizontali brez zasenčenja (15-17^o), dolžine sončnega sprejemnika (v prikazanem primeru je 2070 mm) ter globine sončnega sprejemnika. Odvisno je tudi od odmika roba strehe in od mere sončnih sprejemnikov (glej sliko št. 4).

Slika 4 - prikazuje minimalni vrstni razmik

Razlaga k sliki št. 4:

a	Razdalja L		B	L a e X L_D n B	Minimalni razmik med dvema zbiralnikoma (preglednica) Kot nagiba proti horizontali Lega Sonca proti horizontali brez zasenčenja (15-17^o) Dolžina sprejemnika (tukaj 2070 mm) Globina sprejemnika (globina strehe) Razdalja od roba strehe Mere vrstnih sončnih sprejemnikov v m (prostor)
	Navpično	Vodoravno
25^o1) 30^o 55^o 40^o 45^o 50^o 55^o	4,74 5,18 5,58 5,94 6,26 6,52 6,74	2,63 2,87¹⁾ 3,09 3,29 3,46 3,61 3,73	1,84 1,75 1,68 1,58 1,48 1,48 1,48
				¹⁾ Nastavitev: Krajši teleskopski podpornik

V preglednici št. 5 so prikazane tlačne izgube ploščatih sončnih sprejemnikov, ki so odvisne predvsem od proizvajalca sončnih sprejemnikov. Tlačne izgube pa so odvisne tudi od izbire in vgradnje obtočne črpalke.

Slika 5 - Na sliki št. 5 so prikazane tlačne izgube v ploščatih sončnih sprejemnikih

Razlaga k sliki št 5:

Stalna temperatura (visoka in nizka temp.)
Zaščitna tekočina 50 % brez prekoračitve
Tlačne izgube (naprava) - dopustno do 7 m

po m² vključno z Glikolom.

Pri 45 % rp = 1,3 krat nasproti vode

Volumski tok v obtoku za sprejemnike

30...50 l/(m2 • h) - pri običajnih sprejemnikih

Solarna naprava regulirana s pretokom črpalke
Običajna črpalka za ogrevanje pogosto

neprimerna (h)

Izklop črpalke pri ≈ 120 ^oC
Uporaba obstojne zaščitne tekočine Glikol
Črpalko načeloma vgradimo na povratni vod
Maksimalno zmanjšati dolga mirovanja naprave

Tudi vgradnja raztezne posode ima pomemben delež pri vgradnji solarnega sistema. Na trgu je dobavljivih več vrst razteznih posod. Najpogosteje se odločamo za vgradnjo membranske raztezne posode. Velikost in način delovanje je odvisen od proizvajalca raztezne posode, zato se je potrebno držati navodil proizvajalca. V preglednici št. 6 so prikazane velikosti razteznih posod in velikosti glede na število sončnih sprejemnikov ter potrebna dimenzija varnostnega ventila.

Preglednica 6: Tehnični podatki za raztezno posodo

Št. sprejemnikov

2-4

4-6

6-8

Plinski predtlak (delovni) ≈ 2 bar

Varnostni

ventil

Sprejemnik m²

100

200

350

Volumen solarne

naprave

Maksimalni delovni tlak ≈ 8 bar

Na sliki št. 6 je prikazana instalacijska shema solarne naprave po DIN 4757-1¹⁾

Slika 6 - Instalacijska shema solarne naprave

Razlaga k sliki št. 6:

1 - Sončni sprejemnik, 2 - Toplotni potrošnik, 3 - Obtočna črpalka, 4 - Odprta raztezna posoda, 5 - Odzračnik, 6 in 7 - Termometer, 8 - Manometer, 9 - Izpustna pipa, 10 - Izliv, 11 - Varnostni ventil, 12 - Membranska raztezna posoda, 13 - Povratni ventil, 14 - Napajalna črpalka, 15 - Zaporni ventil, 16 - Toplotni hranilnik.

Približno določanje števila sprejemnikov za pitno vodo

Pri načrtovanju sistema upoštevamo število oseb v gospodinjstvu in njihove navade.

Kot osnovno vodilo pri načrtovanju lahko služijo naslednji podatki: dnevna poraba tople vode na osebo, površina sončnega sprejemnika, približno 1,5 m²/osebo in velikost hranilnika za toplo vodo. V sliki št. 7 je podanih nekaj podatkov za lažje določanje velikosti sončnih sprejemnikov.

Slika 7 - Določanje števila sončnih sprejemnikov za pitno vodo

Obrazložitev preglednice št. 7:

Krivulja potreb za toplo vodo (profil potreb)

Poraba na dan:

a. (a) majhna (< 40 litrov na osebo)

b. (b) povprečna (50 litrov na osebo)

c. (c) velika (65-75 litrov na osebo)

Izjeme:

Bivalentni večplastni hranilnik: 300 l na primer 400 l za več kot s tremi sprejemniki

Smer strehe proti jugu (korekcijski faktor s slike 2)

Nagib strehe 45^o (korekcijski faktor s slike 1)

Vroča voda - temperatura na iztoku maksimalno 45 ^oC

Površina sprejemnika (neto) 2,23 m²

Priporočljiva streha ≈ 60 % (letno sevanje sonca ≈ 1600 ur

Primer: 4 osebe, zelo velika poraba 70 • 4 = 280 l /dan.

Po diagramu: 3 visokozmogljivi sprejemnik ali 4 standardni sončni sprejemniki (oboje - ploščati sprejemniki)

Kombinirani hranilnik za toplo pitno vodo v kombinaciji z ogrevalnim in

solarnim sistemom

Solarna regulacija poskrbi za optimalno shranjevanje toplote v toplotnem solarnem hranilniku. Lahko jo uporabljamo istočasno na treh področjih. Na primer pri zaporednem vklapljanju dveh posod in istočasnem ogrevanju vode za bazen. Regulacija s pomočjo temperaturnih tipal meri temperaturno razliko med sprejemnikom sončne energije in toplotnim hranilnikom. Ko je temperatura izteka iz sončnega prejemnika večja od temperature v hranilniku tople vode, za najmanj 3^oC, regulacija vklopi črpalko. Enakomerno drseča diferenčna regulacija zagotavlja tako konstantno oskrbo s sončno energijo in enak temperaturni nivo v hranilniku.

Kompletna postaja z integrirano solarno regulacijo za ogrevanje sanitarne tople vode in centralno ogrevanje z nizko temperaturnim ogrevalnim kotlom ali s kotlom na trda goriva je prikazana na sliki 8.

Slika 8 - Ogrevanje tople vode na več načinov

Solarna kompaktna instalacija

Poleg solarnega sprejemnika, hranilnika tople vode, dodatnega centralnega ogrevanja in solarne regulacije, solarna kompaktna instalacija z ostalimi funkcijskimi deli zaokrožuje celotno ponudbo.

Določanje solarnih sprejemnikov za pitno sanitarno vodo (PSV) in za podporo ogrevalnim sistemom.

S pomočjo slike št 9 in z izračunom določimo odstotek energije, potrebne za ogrevanje PSV in hiše.

Slika 9 - Z izračunom se lahko določi odstotek energije, ki ga potrebujemo za ogrevanje vode in hiše

K sliki št. 9:

Podatki za diagram:

Za eno ali dvodružinsko hišo
Kombinirani hranilnik 750 l (1000 l > 8 sprejemnikov
4 družinska hiša potrebuje 200 l

vode na dan

Smer strehe, na jug
Nagib strehe 45^o
Nizka temperatura 40^oC/30^oC

Primer:

Z dobljeno toploto 9 kW, ki jo dobimo pri solarnem ogrevanju pitne tople vode, lahko pokrijemo tudi potrebe za talno ogrevanje (nizko temperaturno ogrevanje), s čimer pokrijemo po prikazanem diagramu 25% potreb s 7 sprejemniki, za 20 % pokrivanje potreb pa potrebujemo samo 5 sončnih sprejemnikov.

Določanje sončnih sprejemnikov za ogrevanje pitne sanitarne vode je prikazano na sliki št. 2

Toplotne potrebe - solarna ponudba - pokrivne površine - solarni presežki

Solarni sistemi v povprečju letno proizvedejo od 350 do 400 kWh na vsak m² sprejemnikov. Pri nizkoenergijski hiši znaša potrebna letna toplota za ogrevanje 30 kWh/m²a in manj, zato lahko s solarnimi sistemi zagotovimo skoraj celotno letno potrebno energijo za ogrevanje in pripravo tople sanitarne vode. V tem primeru zadostuje dobro toplotno izoliran sezonski hranilnik toplote kapacitete 14 m³. Običajno se vgrajujejo solarni sistemi brez sezonskih hranilnikov toplote (večje sezonske hranilnike toplote vgrajujemo predvsem pri ogrevanju več družinskih hiš in solarnih sistemih za ogrevanje naselij). Za nekaj dnevno shranjevanje toplote vgradimo hranilnik s prostornino do 130 litrov za vsak m² sprejemnikov sončne energije. Pri tem je izvedba in tip SSE zaradi manjšega sončnega obsevanja in nižjih temperatur pozimi zelo pomembna (slika 10).

Slika 10 - Učinki solarnega ogrevanja

Razlaga k sliki št. 10:

Št. 1 + 2 Toplotne potrebe (ogrevalni učinek) v slabo toplotno izolirani hiši

Levo (začetek leta) je ogrevalni učinek večji kot desno

Št. 2 Učinek ogrevanja v nizko energijski hiši (dobro izolirana)

Št. 3 Toplotne potrebe za pitno toplo vodo (≈ konstantna poraba tople vode)

Št. 4 Potek letnega sončnega ogrevanja, velja samo za ogrevanje pitne tople vode; popolnoma

neučinkovito za ogrevanje;

zelene površine kažejo: dodatne toplotne potrebe (ogrevanje z ogrevalnim kotlom).

Št. 5 V nasprotju s 4 velikimi sprejemniki; Rdeče polje prikazuje solarno ogrevanje kot dodatno

ogrevanje

Št. 6; 6' Občasno poteka toplotna potreba za obe vrsti zgradb:

Št. 7 krivulja 4 in 6 prikazujeta presežek sončne energije → neuporabljena solarna energija je prikazana v rumenem polju, med aprilom in oktobrom (različno na letni čas).

Ukrepi za višje pokritje: znižanje toplotnih potreb; Nagib sprejemnikov od 45-55o (zajem Sonca v nižji legi), cevni sončni sprejemniki; Optimalno načrtovanje in delovanje.

Toplotni hranilnik in podpora ogrevalnemu sistemu z bivalentnim toplotnim hranilnikom in toplotnim hranilnikom za ogrevanje

Na sliki št. 11 je prikazan kompletni sistem solarnega ogrevanja s toplotnim hranilnikom in s podporo ogrevalnemu sistemu.

Slika 11 - Kompletni sistem solarnega ogrevanja

Legenda:

1 Sončni sprejemniki

2 Toplotni hranilnik

3 Topla voda - vmesni

hranilnik

4 Toplovodni kotel

5 Toplotni menjalnik

6 Ogrevanje

7 Črpalka za ogrevanje

8 Solarni krog

9 Črpalka za ogrevanje

vmesnega hranilnika

TV/HV - topla in hladna voda

Preglednica št. 7: Solarno ogrevanje v prehodnem obdobju do V_a = + 10 ^oC (volumen hranilnika in sprejemnikov)¹

Sončni pogoji		Pridobljena energija ¹⁾ v kW/h/sprejemnik			Vsebina hranilnika v l//sprej. in dnevih		Primer: Q_N= 8 kW; V_amin= - 12 ^oC V₁= 20^oC; Čas ogrevanja 10 ur/dan; površina sprejemnika 2,41 m2 Smer jug; nastavljeni kot 45^o; Klimatska cona II; Ogrevanje - Kombinirani hranilnik
Klim. Cona	Sevanje sonca v urah	2,41 m² ²⁾		2,33 m²	2,41 m²	2,33 m²	Rešitev: DV₁= + 20 - (-12) = 32K; D V₂= +20-(+10 ^oC) Toplotne potrebe pri + 10 ^oC : (8 kW/32 K) • 10 K = 2,5 kW; Energijske potrebe na dan: 2,5 kW • 10 ur; Pridobljena energija/sprejemniki = 5,55 kWh; 25 kWh/5,5 kWh = 4,55; izberemo 5 sprejemnikov hranilnega volumna: 145 • 5 = 725 l
I II II IV V VI VII	< 1500 1500-1700 1700-1900 1900-2100 2100-2300 2300-2500 > 2500	4,85 5,55 6,25 6,90 7,60 8,30 9,00	3,90 4,45 5,00 5,50 6,00 6,60 7,20		130 145 160 170 185 200 215	105 115 125 135 150 160 170
¹⁾Naprava 50 ^oC/40^oC; Smer sprejemnikov na jug; Kot postavitve 40^o-50^o; ²⁾Absorpcijska površina (sprejemnik)

Da bi naš planet obvarovali pred nadaljnjim uničevanjem, je treba naš način pridobivanja energije prilagoditi naravnemu ritmu zemlje. Ena od rešitev je izkoriščanje sončne energije. Dejstvo je da v današnjih dneh pokurimo vse preveč fosilnih goriv, ki pa zelo slabo vplivajo na naše okolje. Vpliv tople grede, preveliko odvajanje emisij CO₂, preveliko onesnaženje zraka in nastajanje ozonske luknje so posledice, ki jih ta goriva puščajo za seboj in jih občutimo že danes.

Solarna tehnologija

Preberite še: