Спестяване със слънчева енергия: Как да изчислите своя слънчев добив?

 Слънчевата топлинна технология преобразува слънчевата енергия в топлина.

Енергията, която действително може да се използва, се нарича слънчев добив или топлинен добив.

Тя зависи от различни фактори и винаги е по-ниска от общото количество генерирана топлина.

Това е така, защото генерираната топлина не може да се използва напълно по всяко време и слънчевите системи за поддържане на отоплението,  през лятото  например,  произвеждат значително повече енергия,  отколкото е необходимо.

В тази статия ще разберете как се изчислява добивът на слънчева топлинна енергия,  какви фактори влияят на добива и какви са загубите.

Ще разгледаме накратко и разясним следните теми:

• Как годишната слънчева радиация влияе на слънчевия добив.
• Защо местоположението е от решаващо значение за топлинната мощност.
• Как неподходящите условия могат да бъдат компенсирани.
• На какво трябва да обърнете внимание при инсталиране на соларна технология.
• Какъв добив е необходим за съответната употреба.
• Как се изчислява слънчевият добив.
   

 

Какви фактори трябва да се вземат предвид, когато става дума за слънчев добив?

Слънчевият добив варира от система до система. За да се изчисли подходящата стойност,  трябва да се вземат предвид не само факторите на системата,  но и местните условия и мястото на инсталиране.

1.  Слънчево греене

Колко добив произвежда слънчева топлинна система зависи основно от слънчевата радиация.

В зависимост от местоположението средногодишното количество на слънчевото греене варира по интензитет.

Горно тракийската низина  и Южна България по-специално се възползват от певече  часове слънце.

За да се направят точни изводи за топлинната мощност на една слънчева система,  се вземат предвид средните стойности на слънчевото греене през различните периоди от годината за съответното местоположение.

Например през зимата добивът е значително по-нисък поради по-малкото слънчево греене.

2. Условия на обекта

Условията за монтаж също са важни  за добрия топлинен добив.

Това включва преди всичко ориентацията и наклона на покрива и колекторите.

Ориентация на покрива:  Към коя страна е обърнат покрива? Слънцето пада под най-благоприятен ъгъл от южната, югозападната или югоизточната страна на покрива.

Инсталираните в тази посока  колектори постигат най-висок слънчев добив.

Наклон на покрива:  Какъв е наклонът на покрива и следователно този на колекторите?

В допълнение към ориентацията на покрива, ъгълът на наклон играе решаваща роля.

Слънчевите колектори на покрива трябва да се разпложат под ъгъл близък по стойност на паралела където се монтира колектора.

България се намира приблизително между 41° и 44° северна ширина. Това означава, че страната е разположена на 41-ви до 44-ти паралел.

За най-добро представяне ъгълът трябва да бъде около 30 градуса през лятото.

Това означава, че слънчевите лъчи могат да падат директно вертикално върху колекторите.

Ако искате да подпомагате отопление с вашата соларна система, през  зимата  е необходим ъгъл на наклон от 45-65 градуса.

Тъй като отоплението се използва предимно през зимата, по-ниското зимно слънце трябва да се компенсира с регулиране на ъгъла на слънчевите панели.

За да генерирате максимално енергия от слънчевите панели, е необходимо да насочите слънчевия панел в посоката, която улавя най-много слънчева светлина. 

Знанието как да прецените правилния ъгъл за слънчевите панели може да ви помогне да получите максимална ефективност от панелите си.

Повечето собственици на жилища със системи за слънчева енергия монтират панелите си във фиксирано положение, където панелите могат да бъдат ръчно накланяни според нуждите (например, те могат да се настройват сезонно). 

Ето няколко начина за изчисляване на най-добрия ъгъл за вашите слънчеви панели.

Първи начин

Оптималния наклон се изчислява като към големината на ъгъла на наклона на панела  през зимата добавите 15 градуса или извадите 15 градуса от големината през лятото.

Например, ако е 42 градуса, оптималният ъгъл на наклона през зимата е (42+15)=57 градуса. Летният оптимален наклон в този случай ще е равен на 42-19=27 градуса.

Втори начин

Това е подобрение на първи метод, който дава по-добри резултати.

В този случй оптималният ъгъл на наклона през зимата се изчислява като ъгъла  се умножи по 0,9 градуса и се прибавят 29 градуса.

В гореописания пример от ъгъл 42 градуса оптималният наклон ще бъде равен на (42x0,9)+29=66,8 градуса.

Този наклон е с 10 градуса повече от ъгъла при основния начин на изчисление.

Все пак е доста по-ефективен за обедното слънце, което грее най-силно в краткотрайните зимни дни.

За лятото този ъгъл се пресмята, като ъгъла  се умножи по 0,9 и се изваждат 23, 5 градуса. В случая от примера става (42 x 0,9)-23,5=14,3 градуса. За оптималния наклон в преходните сезони (пролет и есен) се изваждат по 2,5 градуса от наклона.

 

Засенчване:  Вашият покрив засенчен ли е по всяко време на деня или годината? Също така наблюдавайте дали вашият покрив е засенчен периодично през целия ден или година. Например, ако листата на дърветата хвърлят сянка върху колекторите през лятото, топлинната мощност спада значително.

Добре е да се знае

По-малките отклонения от оптималните условия за монтаж често могат да бъдат компенсирани с по-голяма площ на колектора или, ако наклонът на покрива е неподходящ, да се коригира с подходящи стойки.

3. Слънчева технология

Тип на колектора:  Видът на използвания колектор също оказва влияние върху слънчевия добив.

Вакуумно-тръбните колектори са по-ефективни от плоските колектори.

Благодарение на добрата топлоизолация, те постигат по-добри добиви дори при неблагоприятни климатични условия в сравнение с плоските колектори.

Въпреки това, поради по-силните отражения върху стъклената тръба, този тип колектор води до по-големи оптични загуби.

Освен това тръбните колектори са по-скъпи за закупуване и не могат да бъдат интегрирани в покрива като плоските колектори.

Ефективност на колектора:  Ефективността на колектора показва колко от падащата слънчева радиация може действително да се преобразува в използваема топлина.

Състои се от оптичната ефективност и топлинните загуби.

Оптичната ефективност означава частта от слънчевата светлина, която абсорберът може да преобразува в топлинна енергия.

В зависимост от вида на колектора това е между 70 и 90%.

За да се получи ефективността на колектора, топлинните загуби трябва да се извадят от тази стойност.

Колкото по-горещ е колекторът, толкова по-голяма е температурната разлика и колкото по-слаба е слънчевата радиация, толкова по-големи са загубите.

Температурна разлика:  Колкото по-малка е температурната разлика, толкова по-високи са възможните добиви.

Следователно получените доходи варират в течение на годината.

Ако навън е студено и колекторите са лошо изолирани, в околната среда се отделя повече топлина.

Когато външните температури падат, слънчевият топлинен добив намалява до точката на стагнация.

В този момент изходът на колектора е нула.

Колекторна площ:  Размерът на слънчевата топлинна система играе важна роля за осигуряване на висок слънчев добив .

По-голямата система генерира повече топлинна енергия и трябва да бъде правилно оразмерена  според  предназначението си и големинта на домакинството.

Например, по-голямата площ на колектора може да компенсира неблагоприятните условия на местоположение.

Видът на използваните колектори също оказва влияние върху размера на системата.

Вакуумно-тръбните колектори осигуряват около 30 процента повече добив и площта на колектора може да бъде съответно по-малка.

 

4. Топлинен добив в зависимост от използването
 

Слънчевата топлинна енергия може да се използва за загряване на битова гореща вода и/или за подпомагане на отоплението.

В зависимост от вида на употреба, системата трябва да бъде правилно  оразмерена,  за да се постигнат необходимите добиви.

Следните стойности се прилагат като основно правило:

За подгряване на топла вода системата трябва да бъде 1,5 m 2  на човек за плоски колектори и 1 m 2 за тръбни колектори .

Ако отоплението се подпомага със слънчева топлина,  системата трябва да постигне значително по-висок слънчев добив.

За ефективно подпомагане  на отоплението трябва да предвидите 3 m ²  на човек за плоски колектори и около 2 m ²  за вакуумни тръби.

Слънчевите топлинни системи, които се използват само за затопляне на  вода,  са по-малки от комбинираните за подпомагане на отоплението.

5. Как може да се изчисли сънчевия добив на топлинна енергия?

За да се изчисли добивът на колектора, средногодишното количество на слънчево греене на местоположението се умножава по оптичната ефективност на колекторите.

При средногодишното количество на слънчево греене например  от 1000 вата на квадратен метър и ефективност от максимум 75%, това води до максимална мощност на колектора от 750 W/m ². Въпреки това, поради различни загуби, само около 500 W/m ² се постигат при реални условия.

Тази мощност се превръща в киловати и се умножава по броя на годишните слънчеви часове.

Въз основа на среден годишен брой часове слънчево греене в България от 2150 часа, това води до добив на колектор от 1075kWh/m². За да се изчисли добивът на цялата система, годишният добив на колектора се умножава по наличните квадратни метри. За домакинство от 4 души с размер на системата от 6 m² това води до общ добив от 6450 kWh/m².

Надяваме се, че тези съвети и насоки ще са Ви от полза при изчисление на вашата слънчева система. За проект и прецизно изчисление не се колебайте да се обърнете към нас.