Napromieniowanie całkowite na terenie Polski

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.

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 51,8o).

3. Instalacja charakteryzuje się następującymi danymi:
• woda jest ogrzewana od 10oC do 50oC,
• 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 50oC

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

  krzywa udziału % energii słonecznej w ogrzewaniu wody do 50oC

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.