Расчеты систем солнечного горячего водоснабжения

Нагреть 1 кг воды на 1 градус можно, затратив 1,16 Вт*ч. Значит, нагреть тонну воды на 30 градусов (от 20 до 50) можно, затратив 1,16х1000х30=34800 Вт*ч.

Считается, что минимальная мощность, при которой еще более-менее будет работать гелиосистема — это 100 Вт/м². Летом в средней полосе России приход солнечной энергии составляет примерно 5 кВт*ч/м², с учётом среднего КПД солнечного коллектора около 60% получаем 3 кВт*ч энергии с 1 м² солнечного коллектора.

В среднем от вакуумного коллектора в течение года можно получить до 15-30% больше энергии, чем от плоского, причём эта добавка будет за счет более эффективной работы при низких температурах (т.е. как раз тогда, когда нужно поддерживать систему отопления и тепло нужнее всего). С другой стороны, при этом увеличивается стоимость системы. Целесообразность установки вакуумных или плоских коллекторов решается в каждом конкретном случае.

Одна сертификационная европейская лаборатория собрала параметры разных солнечных коллекторов в достаточно удобную форму для анализа. Основным итоговым корректным показателем для сравнения является удельный параметр — КОЛИЧЕСТВО ВЫРАБОТАННОЙ ЭНЕРГИИ ЗА ГОД приведенный к АПЕРТУРНОЙ площади солнечного коллектора (апертурная площадь — это площадь проекции внутреннего габарита коллектора или суммы проекций внутреннего размера вакуумных трубок или рефлектора на горизонтальную поверхность).

Сайт на английском, но при желании можно разобраться. Приведены данные по разным типам коллекторов разных производителей, показана конструкция коллекторов и их основные параметры, включая удельную выработку:
— для горячего водоснабжения,
— преднагрев (когда греется много воды до невысокой температуры),
— отопление.

Последние годы по всему миру стала популярной европейская система сертификации солнечных коллекторов Solar Keymark. Практически все серьезные производители получили такой сертификат на свою продукцию. В интернете есть онлайн база данных по всем сертифицированным Solar Keymark коллекторам.

Каждый тип коллекторов имеет свои области применения. В последнее время появилось много продавцов вакуумных коллекторов китайского производства сомнительного качества. Мы тоже продаем вакуумные китайские коллекторы, но при этом мы, путем проб и ошибок, выбрали одного из лучших производителей. Очень часто продавцы коллекторов вводят в заблуждение покупателей, завышая показатели выработки тепла и возможности солнечных коллекторов. Нужно понимать, что приход солнечной энергии в зимнее время на большей части территории России недостаточен для отопления (исключение составляют южные регионы европейской части России и некоторые регионы Восточной Сибири и Дальнего Востока.

На сайте SintSolar есть перевод документа о сравнительном тестировании немецких плоских и вакуумных солнечных коллекторов. Там же можно почитать про особенности использования коллекторов с вакуумными трубками. Однако, нужно учитывать, что это сравнение тенденциозное, и делалось продавцом плоских коллекторов. Какая-то доля правды там есть, но выводы о нецелесообразности использования вакуумных коллекторов неверные. Обсуждение этой статьи можно почитать здесь и здесь.

Для того, чтобы сделать правильный выбор, мы рекомендуем проанализировать различные коллекторы из баз данных результатов испытаний Institut für Solartechnik и Solar Keymark.

Для целей отопления необходимо примерно 2 кВт*ч энергии на 1 м²отапливаемой площади дома в сутки. Эта цифра средняя для энергоэффективного дома и температуры окружающего воздуха до -20°С. То есть за месяц для среднего дома площадью 200 м² нужно около 12000 кВт*ч энергии.

Как рассчитать систему с солнечными коллекторами?

В осенне-весенний среднемесячный приход солнечной радиации на 1м² наклонной поверхности составляет от 20 до 80 кВт*ч/месяц. Летом в пике приход солнечной радиации может доходить до 160 кВт*ч/месяц, но обычно летом не нужно нагревать здание. Даже если мы хотим получить четверть требуемой для отопления энергии (аккумулировать солнечную энергию для отопления не имеет смысла, поэтому обычно солнечное тепло добавляется в систему отопления в режиме «онлайн», т.е. только когда светит и греет солнце), нам нужно около 3000 кВт*ч тепловой энергии. При зимнем КПД системы с солнечными коллекторами максимум 50% (с учетом потерь как в самом коллекторе, так и в трубопроводах от коллектора до потребителя) для сбора такого количества энергии необходимо 3000/50*0,5=120 м² площади солнечных коллекторов. Один 20-ти трубочный вакуумный коллектор имеет полезную площадь около 1,8 м² и занимает площадь около 3м². Таким образом, потребуется 40 таких коллекторов.

Летом эти коллекторы будут выдавать в 5-8 раз больше тепловой энергии, т.е. до 24 000 кВт*ч. Для сравнения, для целей горячего водоснабжения на 1 человека при норме в 100 л/сутки горячей воды температурой 40°С требуется примерно 100*1,16*30=3,48 кВт*ч. На семью из 4-5 человек потребуется до 15-20 кВт*ч энергии. Необходимо предусмотреть, куда девать остальные 20000 кВт*ч энергии. Хорошо , если есть бассейн, который нужно греть. В противном случае нужно будет накрывать большую часть коллекторов. Хорошим решением является сезонное аккумулирование в конструкциях здания или в земле, но такие решения, естественно, потребуют дополнительных капитальных затрат.

Поэтому мы рекомендуем рассчитывать систему солнечного теплоснабжения в расчете на горячее водоснабжение, можно раза в 2 увеличить количество коллекторов для того, чтобы гарантированно обеспечить ГВС в весенне-осенний период и иметь заметную добавку к генерации тепла в зимний период. Если увеличить количество коллекторов в 3-5 раз, то можно ощутить добавку солнечного тепла в отопительный баланс в межсезонье. Большее количество солнечных коллекторов в нашем климате использовать нецелесообразно.

В зависимости от солнечной радиации и температуры окружающей среды, КПД солнечного коллектора может быть от 20-70%. Таким образом, при ярком солнце может сниматься до 650 Вт/м², а в пасмурную — 10 Вт/м². А когда в баке 50°С, при этом в пасмурную погоду в коллекторе 40°С, то в данный момент КПД коллектора = 0. Эту ситуацию можно исправить путем применения тепловых насосов, но такое решение также повышает общую стоимость системы.

Очень немногие продавцы солнечных коллекторов могут правильно (и правдиво) рассчитать систему солнечного теплоснабжения — как для целей горячего водоснабжения, так и для отопления. Мы утверждаем, что использовать солнечные коллекторы (как вакуумные, так и плоские) для ГВС в весенне-осенний период удобно и выгодно. Мы можем подобрать оптимальный состав системы для ваших конкретных целей. Опасайтесь тех, кто обещает вам за счет солнечной энергии обеспечить дом теплом зимой — в нашем климате это практически невозможно. Заполните форму заявки на подбор оборудования на нашем сайте, наши специалисты помогут вам сделать правильное решение.

Как правильно расположить солнечные коллекторы?

Солнечные коллекторы нужно ориентировать по возможности строго на юг. Однако, без существенного падения производительности можно отклониться от южного направления на 30 градусов. Для фотоэлектрических панелей можно без существенного ухудшения отклоняться до 45 градусов. Превышение этих рекомендуемых цифр сильно ухудшить эффективность системы солнечного тепло или электроснабжения.

Располагать СК и СБ для круглогодичного использования обычно рекомендуют по углом к горизонту, примерно равным широте местности. Если система эксплуатируется в основном летом, то нужно уменьшить этот угол на 15°, если в основном зимой — увеличить на 15°. Если широта местности больше 60 градусов, то СК можно вообще устанавливать вертикально — таким образом решается также проблема со снегом — на вертикальных поверхностях он обычно не задерживается. Если вакуумный коллектор установлен под углом менее 80°, то нужно, чтобы под коллектором было свободное пространство для падающего с него снега. Обычно коллекторы (как плоские, так и вакуумные) и солнечные батареи, установленные прямо на крышах, в наших условиях на большую часть зимы оказываются занесенными снегом и льдом, поэтому фактически не работают. Если для вас важно обеспечить работу системы солнечного энергоснабжения зимой, мы рекомендуем устанавливать их или вертикально, или под углом около 60 градусов, но с обеспечением свободного пространства под коллекторами, куда с коллекторов может спадать снег и лед.

Эта статья прочитана 19836 раз(а)!

Продолжить чтение