Napromieniowanie całkowite na terenie Polski

Kolektor płaski naszej produkcji wcale nie musi być mniej wydajny od próżniowego. W instalacjach solarnych przeznaczonych do wspomagania ogrzewania wody użytkowej, w warunkach klimatycznych na obszarze całej Polski zastosowanie kolektorów płaskich jest bezkonkurencyjne ekonomicznie.

Na zamieszczonej obok mapie Polski zaznaczone zostały obszary o różnych sumach rocznego napromieniowania słonecznego. Zróżnicowanie to zamyka się w granicach od 996 kWh/m² powierzchni płaskiej na obszarach słabszych do 1048 kWh/m² na obszarach najsilniej napromieniowanych.

W praktyce wykorzystania energii słonecznej w instalacjach do wspomagania ogrzewania wody użytkowej można przyjąć, że na obszarze całego kraju roczne sumy napromieniowania słonecznego sięgają 1000 kWh/m² z odchyłami +/- 10%

Energia użyteczna z kolektora słonecznego

Ilość energii użytecznej możliwej do otrzymania z jednostki powierzchni kolektora słonecznego w określonym czasie jest wielkością zmienną i raczej mało zróżnicowaną w zależności od rodzaju i wykonania samego kolektora, natomiast bardzo zależną od budowy instalacji, jej przeznaczenia i sposobu użytkowania.

Wszystkie kolektory słoneczne, produkowane przez różnych znanych producentów legitymują się certyfikatami badań sprawności i wydajności energetycznej w określonych warunkach: wielkości instalacji, jej przeznaczenia i położenia geograficznego wybranej miejscowości, do której wyniki badań się odnoszą. Certyfikaty te mają ujednoliconą formę, zgodnie z europejską normą na kolektory słoneczne - EN 12975-1 i są dostępne pod adresem internetowym danej jednostki badawczej.

Określenie wielkości użytecznego uzysku energii cieplnej z konkretnej instalacji, w której wybrane kolektory słoneczne mają być zastosowane, wymaga dość skomplikowanego liczenia.

W praktyce, na ogół sprowadza się to do wykonania obliczeń symulacyjnych przy wykorzystaniu programu komputerowego GetSolar.

Prawidłowość budowy danej instalacji i wiarygodność przypisywanej tej instalacji wielkości spodziewanej do uzyskania energii użytecznej powinny zawsze być udokumentowane wykonanymi obliczeniami symulacyjnymi.

Ile ciepła można uzyskać z instalacji słonecznej do ogrzewania wody użytkowej?

Aby odpowiedzieć na tak postawione pytanie wykonaliśmy obliczenia symulacyjne na przykładzie instalacji słonecznej, dla której przyjęliśmy następujące założenia:

1. Instalacja jest przeznaczona do wspomagania ogrzewania wody użytkowej w budynku mieszkalnym.
2. Obliczenia wykonano dla wielkości napromieniowania słonecznego w środkowej Polsce - dla miasta Łodzi ( szerokość geograficzna 51,8^o).
3. Instalacja charakteryzuje się następującymi danymi:
   • woda jest ogrzewana od 10^oC do 50^oC,
   • instalacja wyposażona jest w podgrzewacz wężownicowy o pojemności tak dobranej, że na 1 m² kolektora przypada 40l wody w podgrzewaczu,
   • do obliczeń przyjęto sprawność i wydajność energetyczną kolektora słonecznego KS2000TP.
   • wnioski pod wykresem

Wyniki obliczeń symulacyjnych przedstawiono poniżej.

Efektywność instalacji przy dobowym zużyciu ogrzewanej wody V = 50 - 220 l/m² baterii kolektorów słonecznych - ujęcie tabelaryczne całoroczne.

Efektywność instalacji przy dobowym zużyciu ogrzewanej wody V = 50 - 220 l/m² baterii kolektorów słonecznych - ujęcie graficzne w poszczególnych miesiącach roku.

krzywa napromieniowania słońca na instalację kWh/m² x miesiąc

krzywa zysku solarnego z instalacji przy dobowym zużyciu wody 50l/m² kolektora

krzywa udziału % energii słonecznej w ogrzewaniu wody do 50^oC

krzywa zysku solarnego z instalacji przy dobowym zużyciu wody 220l/m² kolektora

krzywa udziału % energii słonecznej w ogrzewaniu wody do 50^oC

Omówienie wyników obliczeń symulacyjnych.

Analiza efektywności instalacji na podstawie wartości liczbowych zawartych w tabeli, odnoszących się do skali całorocznej i wielkości przedstawionych graficznie w ujęciu poszczególnych miesięcy w roku pozwala na wyciągnięcie następujących wniosków ogólnych:

1. Kolektor słoneczny umożliwia tylko częściowe wykorzystanie napromieniowania słonecznego do ogrzewania wody. W skali całego roku udział energii słonecznej przy ogrzewaniu wody w dobrze wykonanych instalacjach z reguły nie przekracza 50%.
2. W instalacjach w domach jednorodzinnych z kilkoma kolektorami stopień pokrycia może być wysoki, nawet powyżej 60% i ma to miejsce wówczas, gdy zużycie ciepłej wody nie przekracza 50 l/m² powierzchni kolektora.
3. Instalacje z dużą liczbą kolektorów słonecznych, najczęściej z przyczyn technicznych i także ekonomicznych, charakteryzują się niższym stopniem udziału energii słonecznej w ogrzewaniu wody, ale za to ich sprawność energetyczna jest wysoka, nawet powyżej 60%. Sprawnością energetyczną instalacji nazywa się tu stosunek uzyskanej energii słonecznej z instalacji do rzeczywistego zużycia ciepła na ogrzanie zużytej wody i ta wielkość liczbowa wyrażona jest procentowo.
4. Pokazane na wykresie pole zakreskowane, pomiędzy krzywą w kolorze czerwonym i krzywą w kolorze zielonym, jest obszarem w którym mieszczą się parametry pracy instalacji od małych stosowanych w budynkach jednorodzinnych do instalacji dużych budowanych dla obiektów gdzie zużycie ciepłej wody sięga 220 l/m² kolektora.