Moลพnosti zvรฝลกenia vรฝkonu slneฤnรฝch kolektorov
Energetickรฉ hodnotenie systรฉmov na bรกze obnoviteฤพnรฝch zdrojov energie podlieha metodikรกm odporรบฤanรฝch eurรณpskych noriem, vย ktorรฝch sa vรฝpoฤet รบฤinnostรญ odliลกuje vzhฤพadom na druh obnoviteฤพnej energie. Akรฉ sรบ moลพnosti zvyลกovania vรฝkonu slneฤnรฉho energetickรฉho systรฉmu (SES) zย hฤพadiska pouลพitia otรกฤacieho zariadenia, resp. zariadenia na sledovanie slnka po oblohe? Pokรบsime sa odpovedaลฅ na tรบto otรกzku aย zรกroveล sledovaลฅ cieฤพ zvyลกovania tepelnej รบฤinnosti SES, aย teda aj jeho vรฝkonu, ktorรฝ je podmienkou vรฝraznejลกรญch รบspor energie aย nรกvratnosti systรฉmu.
ย Analรฝza vplyvu otรกฤacieho zariadenia slneฤnรฝch kolektorov predstavuje prepoฤty parametrov zloลพiek intenzรญt slneฤnรฉho ลพiarenia meranรฝch na horizontรกlnu plochu kย rozliฤne naklonenรฝm rovinรกm, resp. pohyblivรฝm rovinรกm, ktorรฉ sledujรบ pohyb slnka โ ฤi uลพ vย horizontรกlnom smere, vertikรกlnom smere, alebo vย ich kombinรกcii [1]. Na porovnanie zmeny relatรญvneho vรฝkonu vplyvom otรกฤania sa pouลพil najbeลพnejลกรญ systรฉm โ stacionรกrna naklonenรก rovina sย uhlom 45ยฐ. Na รบฤely vรฝpoฤtov sa rรกta sย referenฤnรฝm plochรฝm kolektorom sย plochou apertรบry 1โฏm2. Vo vรฝpoฤte sa vyuลพili klimatickรฉ รบdaje, ktorรฉ sa experimentรกlne merali na Dรกnskej technickej univerzite vย rokoch 1990 aลพ 2011 [4]. Zย hฤพadiska intenzity slneฤnรฉho ลพiarenia bol vย rรกmci tรฝchto meranรญ najpriaznivejลกรญ rok 2009, ktorรฝ sa pouลพil na รบฤely analรฝzy vplyvu otรกฤania referenฤnej plochy kolektora na preukรกzanie zvรฝลกenia vรฝkonu tohto zariadenia.Vรฝpoฤty na stanovenie parametrov SES
Vย rรกmci vรฝpoฤtov sa zisลฅoval zรญskanรฝ vรฝkon zย 1โฏm2 slneฤnรฉho kolektora Q, ktorรฝ sa vypoฤรญta podฤพa vyjadrenia รบฤinnosti slneฤnรฉho kolektora ฮท pri vลกetkรฝch uhloch dopadu [2] podฤพa tรฝchto vzorcov:
ฮท = ฮท0 . kฮธ โ a1 . (ฮธm โ ฮธa)/Gt โ a2 .
ย ย ย ย ย ย . (ฮธm โ ฮธa)2/Gtย (โ)ย ย ย (1)
kฮธ = 1 โ tgp . (ฮธ/2)ย (โ) ย ย ย (2)
Q = ฮท0 . kฮธ . Gb + ฮท0 . kฮธ (60ยฐ) . Gd โ a1 .
ย ย ย ย ย ย . (ฮธm โ ฮธa) โ a2 . (ฮธm โ ฮธa)2ย (kWh) ย ย ย (3)
kdeย ย ย ฮท0ย ย ย jeย ย ย faktor optickej รบฤinnosti kolektora vyjadrenรฝ nulovรฝm rozdielom medzi ฮธm aย ฮธa,
ย ย ย kฮธย ย ย โย ย ย modifikรกtor uhla dopadu pri priaยญmom slneฤnom ลพiarenรญ,
ย ย ย kฮธ (60ยฐ)ย ย ย โย ย ย modifikรกtor uhla dopadu pri difรบznom slneฤnom ลพiarenรญ,
ย ย ย Gt,โGb,โGdย ย ย โย ย ย celkovรฉ, priame aย difรบzne slneฤnรฉ ลพiarenie (W/m2),
ย ย ย a1ย ย ย โย ย ย koeficient tepelnej straty kolektora vztiahnutรฝ na jeho apertรบrnu plochu (W/(m2โ.โK)),
ย ย ย a2ย ย ย โย ย ย teplotnรก zรกvislosลฅ koeficienta tepelnej straty vztiahnutรก na apertรบrnu plochu (W/(m2โ.โK2)),
ย ย ย ฮธmย ย ย โย ย ย strednรก teplota teplonosnej lรกtky vย slneฤnรฝch kolektoroch (ยฐC),
ย ย ย ฮธaย ย ย โย ย ย okolitรก teplota vonkajลกieho vzduยญchu (ยฐC).
Merala sa intenzita slneฤnรฉho ลพiarenia dopadajรบceho na horizontรกlnu plochu. Na รบฤely vรฝpoฤtu tepelnรฉho vรฝkonu slneฤnรฉho kolektora na stanovenie hodnoty intenzity slneฤnรฉho ลพiarenia, ktorรก dopadรก na slneฤnรฝ kolektor, sa muselo vypoฤรญtaลฅ aj niekoฤพko ฤalลกรญch odliลกnรฝch parametrov ako deklinรกcia, solรกrny ฤas aย vรฝลกka, azimutovรฝ uhol slnka aย uhol dopadu [2], [3].
รฤinnosลฅ slneฤnรฉho kolektora, ktorรก sa vย tomยญto prรญpade stanovila vรฝpoฤtom, sa inak zisลฅuje zย certifikรกtu slneฤnรฉho kolektora (Solar Keymark), ktorรฝ vydรกva certifikovanรฝ skรบลกobnรฝ รบstav podฤพa postupov stanovenรฝch vย norme STN EN 12975-2 [6].
Analรฝza vรฝsledkov
Na analรฝzu sa pouลพil najpriaznivejลกรญ rok zย hฤพadiska globรกlneho slneฤnรฉho ลพiarenia (rok 2009 [4], [5]), aย to podฤพa รบdajov zย experimentรกlnych meranรญ na Dรกnskej technickej univerzite. Vย danom roku sa vypoฤรญtali parametre roฤnรฉho tepelnรฉho vรฝkonu aย relatรญvneho vรฝkonu vzhฤพadom na stacionรกrny (nepohyblivรฝ) slneฤnรฝ kolektor so stรกlym sklonom 45ยฐ, intenzitu slneฤnรฉho ลพiarenia na plochu slneฤnรฉho kolektora aย vyuลพitie slneฤnรฉho ลพiarenia.
Parametre referenฤnรฉho slneฤnรฉho kolektora sรบ uvedenรฉ vย tab.โฏ1. Poฤรญtalo sa sย otรกฤanรญm slneฤnรฝch kolektorov vย horizontรกlnom smere (horizontรกlne sledovanie slnka poฤas dลa), vo vertikรกlnom smere (vertikรกlne otรกฤanie aย sledovanie slnka podฤพa jeho vรฝลกky na oblohe poฤas roka) aย vo vertikรกlno-horizontรกlnom smere. Na porovnanie tepelnรฉho vรฝkonu sa poฤรญtali aj hodnoty pre stacionรกrny slneฤnรฝ kolektor, ktorรฉ sรบ uvedenรฉ na obr.ย 1. Vรฝsledky pri jednotlivรฝch typoch sledovania slnka (otรกฤania) aย pri stacionรกrnom kolektore sรบ uvedenรฉ na obr. 2 aลพ 5 aย vย tab.ย 1.
Obr. 1ย Mesaฤnรฉ hodnoty tepelnรฉho vรฝkonu na 1 m2 referenฤnรฉho slneฤnรฉho kolektora vย zรกvislosti od okolitej teploty vzduchu aย intenzity jednotlivรฝch zloลพiek slneฤnรฉho ลพiarenia na horizontรกlnu rovinu aย naklonenรบ rovinu kolektora
Obr. 2ย Mesaฤnรฉ hodnoty tepelnรฉho vรฝkonu na 1 m2 referenฤnรฉho slneฤnรฉho kolektora vย zรกvislosti od typu otรกฤacieho zariadenia slneฤnรฉho kolektora
Obr. 3ย Mesaฤnรฉ hodnoty priameho slneฤnรฉho ลพiarenia na 1 m2 referenฤnรฉho slneฤnรฉho kolektora vย zรกvislosti od typu otรกฤacieho zariadenia slneฤnรฉho kolektora
Obr. 4ย Mesaฤnรฉ hodnoty difรบzneho slneฤnรฉho ลพiarenia na 1 m2 referenฤnรฉho slneฤnรฉho kolektora vย zรกvislosti od typu natรกฤacieho zariadenia slneฤnรฉho kolektora.
Obr. 5ย Mesaฤnรฉ hodnoty celkovรฉho slneฤnรฉho ลพiarenia na 1 m2 referenฤnรฉho slneฤnรฉho kolektora vย zรกvislosti od typu otรกฤacieho zariadenia slneฤnรฉho kolektora
Zรกver
Zย tab.โฏ1 je zrejmรฉ, ลพe otรกฤacie zariadenia zvyลกujรบ vรฝkon celรฉho slneฤnรฉho energetickรฉho systรฉmu. Zย hฤพadiska relatรญvneho vรฝkonu je najรบฤinnejลกie horizontรกlne sledovanie slnka po oblohe, aย teda otรกฤanie slneฤnรฝch kolektorov poฤas dลa. Podฤพa uvedenรฝch vรฝpoฤtov sa horizontรกlnym sledovanรญm slnka zvรฝลกil vรฝkon SES aลพ oย 52 %. Vertikรกlne sledovanie slnka nemรก vรฝraznรฝ vplyv na zvyลกovanie vรฝkonu SES. Pri vรฝluฤne vertikรกlnom sledovanรญ slnka sa vรฝkon SES zvรฝลกi iba oย 2ย %, ฤo predstavuje zanedbateฤพnรบ hodnotu. Vย prรญpade, keฤ sa kombinovalo horizontรกlne aย vertikรกlne sledovanie slnka, teda dennรฉ horizontรกlne otรกฤanie aย sezรณnne vertikรกlne otรกฤanie aย sledovanie slnka, sa vลกak vรฝkon zvรฝลกil aลพ oย 64 %.
Ing. Lukรกลก Skalรญk
Autor pรดsobรญ na Katedre technickรฝch zariadenรญ budov Stavebnej fakulty STU vย Bratislave.
Recenzovala: doc. Ing. Otรญlia Lulkoviฤovรก, PhD.
Foto aย obrรกzky: autor, Richard Skalรญk
(firma Schener)
Kolektory na fotografiรกch sรบ inลกtalovanรฉ vย Rakรบsku (24 ks kolektorov SCHENER RS10 zapojenรฝch systรฉmom Tichelmann sย natรกฤacรญm zariadenรญm) aย slรบลพia na prรญpravu teplej vody, prikurovanie aย ohrev vody vย bazรฉne.
Literatรบra
1.ย ย ย Braun, J. E. โ Mitchell, J. C.: Solar Geometry for Fixed and Tracking Surfaces. Solar Energy 1983, roฤ. 31, ฤ.ย 5, s. 439 โ 444.
2.ย ย ย Duffie, J. A. โ Beckman, W. A.: Solar Engineering of Thermal Process. Chichester: John Wiley & Sons, Inc., 2006.
3.ย ย ย Andersen, E.: Thermal Performance of Stationary Solar Collectors and Solar Collectors on Trackers
โ User Manual. DTU Civil Engineering,
Report SR-10-01 (UK), Technical Report. 2010.
4.ย ย ย Skalรญk, L. โ Furbo, S. โ Dragsted, J. โ Chen, Z. โ Perers, B.: Longterm Weather Data Measurements from Danish Climate Station. In: 30th ISES Biennial Solar World Congress 2011: Proceedings. Kassel, Germany, 28. 8. โ 2. 9. 2011. Freiburg: International Solar Energy Society, 2011.
5.ย ย ย Skalรญk, L. โ Lulkoviฤovรก, O. โ Perers, B. โ Dragsted, J.:
ย ย ย Evaluation of Long-term Global Radiation Measurements in Denmark and Sweden. In: ISES โ Europe Solar Conference: Proceedings, EUROSUN 2012, Opatija, Chorvรกtsko, 18. โ 20. september 2012. Rijeka: Croatian Solar Energy Association Rijeka, 2012.
6.ย ย ย STN EN 12975-2 Tepelnรฉ solรกrne systรฉmy aย komponenty. Solรกrne kolektory. ฤasลฅ 2: Skรบลกobnรฉ metรณdy.
ฤlรกnok bol uverejnenรฝ v ฤasopise TZB HAUSTECHNIK.