Solarni Kolektori_solarni Sustavi.pdf

Fakultet strojarstva i brodogradnje/Sveučilište u Zagrebu

UPORABA SUNČEVE ENERGIJE ZA GRIJANJE VODE, PROSTORA I PROIZVODNJU EL. ENERGIJE

Sunčani kolektori Sunčani sustavi Doc.dr.sc. Damir Dović travanj 2010

Iskorištavanje energije sunca AKTIVNI SUSTAVI-grijanje PTV-a i prostora, hlađenje, proizvodnja pare i el. energije: pločasti i vakuumski kolektor, parabolični i koncentrirajući kolektori, fotonaponske ćelije (PV) PASIVNI SUSTAVI-iskorištavanje sunčeve energije za grijanje primjerenom: arhitekturom, rasporedom prostorija, odabirom ostakljenja, materijalom zidova, orijentacijom zgrade

Seminar: Uporaba sunčeve energije

2

Sunčani toplovodni sustavi

Seminar: Uporaba sunčeve energije

3

Tipovi sunčevih kolektora

Seminar: Uporaba sunčeve energije

4

Pločasti sunčani kolektor

Seminar: Uporaba sunčeve energije

5

Pločasti kolektor-dijelovi

Seminar: Uporaba sunčeve energije

6

Pločasti kolektor-dijelovi

Seminar: Uporaba sunčeve energije

7

Pločasti kolektori – geometrija strujanja

a)

b)

c)

d)

a) cijevi u obliku ''serpentine'' zavarene (zalemljene) za ploču apsorbera b) paralelni cijevni registar zavaren (zalemljen) za ploču apsorbera c) cijevi formirane u materijalu (plastika, guma) apsorbera d) valoviti kanal zavaren za ploču apsorbera Seminar: Uporaba sunčeve energije

8

Pločasti sunčani kolektori -karakteristike Potrošna topla voda, niskotemp., max temp. do 80°C, radna temp. (40 ÷ 60)°C, god. efikasnost=(50 ÷ 60)% Sastoji se od apsorberske ploče sa pričvršćenim cijevnim registrom cijevi, pokrovnim staklom i stražnjom izolacijom, sve smješteno u kučište(najčešće Al) Apsorberska ploča – selektivni premaz visoko-apsorpcijskih svojstava za kratkovalno zračenje (a=0.9÷0.96) i male emisivnosti Radni fluid: voda, (ε=0.06÷0.2) u području dugih valova (IC). propilen glikol/voda Pokrovno staklo- koef. transmisije za kratkovalno zračenje je τ=0.9÷0.95 a za Stražnja izolacija - 30÷50 mm dugovalno τ<0.02 Seminar: Uporaba sunčeve energije

9

Raspodjela koef. transmisije po spektru valnih duljina

Seminar: Uporaba sunčeve energije

10

Selektivni premazi apsorbera-karakteristike

ρ =1–a

a =ε ≈ 0.1

a =ε ≈ 0.9

Apsorberska ploča – selektivni premaz visoko-apsorpcijskih svojstava za kratkovalno zračenje (a=0.9÷0.96) i malog emisijskog koef. (ε=0.06÷0.2) u području dugih valova (IC). Seminar: Uporaba sunčeve energije

11

Gsun

Za kvalitetno konstruiranje i projektiranje potrebno je poznavati osnovne mehanizme izmjene topline u kolektoru

Seminar: Uporaba sunčeve energije

12

Raspodjela temperature na ponavljajućem segmentu apsorbera-rebru (3D CFD simulacija u Fluent-u)

W

Seminar: Uporaba sunčeve energije

13

Raspodjela temperatura između stakla i apsorbera (2D CFD simulacija u Fluent-u)

W

Seminar: Uporaba sunčeve energije

14

Matematički model izmjene topline u kolektoru

Ukupni otpor izmjeni topline između apsorbera i okolišnog zraka −1

ra− z

⎛ 1 ⎞ ⎛ 1 ⎞ 1 1 ⎟ + rkond + ⎜ ⎟ = ⎜⎜ + + ⎟ ⎜ ⎟ r r r r sl konv zr unut konv zr van . , , ⎝ ⎠ ⎝ ⎠

Seminar: Uporaba sunčeve energije

15

−1

Izmjena topline u kolektoru Neto iznos sunčeve energije primljen od strane fluida Qkol [W] računa se kao razlika između apsorbiranog zračenja i toplinskih gubitaka

Qkol = Gsun ⋅ (τα ) ⋅ Akol − Akol (Taps − Tz ) / ra − z

ra-z (m2K/W) je ovdje ukupni toplinski otpor kolektora prema izmjeni (gubitku) topline između apsorbera i okoline Qkol jednak je upravo onoj toplini koja je izmijenjena između ploče apsorbera i fluida u cijevima

Qkol = Akol (Taps − T fluid ) / ra − f

gdje ra-f (m2K/W) predstavlja ukupni otpor izmjeni topline između apsorbera i fluida u cijevima Seminar: Uporaba sunčeve energije

16

Matematički model izmjene topline u kolektoru omogućuje provedbu simulacije rada kolektora odnosno optimiranje geometrijskih i radnih parametara poput: karakteristike premaza apsorbera (ε , a ) propusnost stakla (τ ) materijala i širine zavara (λzav , Czav ) promjera i razmaka cijevi (dv , W) materijala i debljine apsorbera (λaps , δ) razmaka apsorbera i stakla (B ) protoka fluida (αf ) i dr. Seminar: Uporaba sunčeve energije

17

Efikasnost kolektora Efikasnost kolektora je definirana kao omjer topline predane fluidu i toplinskog toka upadnog sunčevog zračenja

ηkol

Qkol = Gsun ⋅ Akol

Efikasnost se najčešće određuje eksperimentalno mjerenjem topline koja je predana fluidu.

Qkol = m& ⋅ c p ⋅ (t f ,iz − t f ,ul )

Poznavanje ovisnosti efikasnosti o radnim parametrima omogućuje jednostavan izračun korisne topline predane fluidu pri bilo kojim radnim i vremenskim uvjetima

Qkol = ηkol ⋅ Gsun ⋅ Akol

Seminar: Uporaba sunčeve energije

18

Eksperimentalno dobivena krivulja efikasnosti za pločasti kolektor 0,9 0,85 0,8 2

y = -1,2491x - 4,1989x + 0,8436

ηηkol c

0,75 0,7 0,65 0,6 0,55 0,5 -0,01

0

0,01

0,02

0,03

0,04 2

0,05

0,06

0,07

-T z )/G )/I Km /W 2 ((TTf,m f,sr-Tair sun Km /W

ηo, konstante a1 i a2 su dobivene

ηkol = ηo − a1

regresijskom analizom mjernih točaka

Seminar: Uporaba sunčeve energije

(T

f , sr

− Tz )

Gsun

⎡ (T − Tz )⎤ − a2Gsun ⎢ f ,sr ⎥ G sun ⎣ ⎦ 19

2

Sunčani kolektori – krivulje efikasnosti

ηkol

(TINOX premaz)

( Tf,sr-Tz )/Gsun Km2/W Seminar: Uporaba sunčeve energije

20

Izmjena topline u kolektoru Utjecaj karakteristike apsorbera i stakla na efikasnost kolektora 0,9 0,8

ε=0.05, τ=0.96

ηηkolc

0,7

ε=0.05, τ=0.9 α=0.95

0,6

ε=0.12, τ=0.9

0,5 0,4 0,3 0

0,01

0,02

0,03

0,04 2

0,05

0,06

2/W (T / I (KmKm /W) air))/G ( Tf,m-T-T f,sr

z

sun

Seminar: Uporaba sunčeve energije

21

Analiza utjecaja kvalitete spoja cijevi i apsorbera (3D CFD simulacija u Fluent-u)

Seminar: Uporaba sunčeve energije

22

Utjecaj kvalitete spoja cijevi i apsorbera - mjerene vrijednosti 0,9 0,8

prolemljeno duž cijele cijevi y = -3.768x + 0.7593

0,7 0,6

η η kol kol

0,5

ljepljeno y = -5,3974x + 0,6347

0,4

djelomično lemljeno y = -7.0167x + 0.7657

0,3 0,2 0,1 0 0

0,01

0,02

0,03

0,04 2

0,05

0,06

2/W (T(f,sr -T-T I sunsun(Km Tf,sr z ) z/)/G Km/W) Seminar: Uporaba sunčeve energije

23

Analiza utjecaja otpora apsorber-fluid - računske vrijednosti 0,9

Qkol =

0,8 prolemljeni

ηkol ηkol

0,7

1

0,6

ka − f

(T

zav

− Tf )

1 1 + α f ⋅ d uπL Czav ⋅ L

=

1

αf

+

d uπ C zav

ka-f=350 W/m^2K

0,5

ka-f=250 W/m^2K

0,4

ka-f=120 W/m^2K izmjereno, ka-f=80 W/m^2K

0,3 0

0,02

0,04

0,06

0,08

22

( T( f,sr ) / qsun Km /W /W T zz )/G Tf,sr- -T sun Km Seminar: Uporaba sunčeve energije

24

Ocjena kvalitete laserskog zavara cijevi za apsorber širina zavara 1.5 mm

C Czav= 115W/(mK) W/(mK) zav= 115 ka-f = 408 W/m2K

Seminar: Uporaba sunčeve energije

25

Ocjena kvalitete laserskog zavara cijevi za apsorber širina zavara 1 mm Czav= 106 W/(mK) ka-f = 408 W/m2K

Seminar: Uporaba sunčeve energije

26

Ocjena kvalitete laserskog zavara cijevi za apsorber širina zavara 0.5 mm

Czav= 30 W/(mK) ka-f = 304 W/m2K

Seminar: Uporaba sunčeve energije

27

Utjecaj koeficijenta prijelaza topline αf na efikasnost kolektora računske vrijednosti

ηkol

Czav=110 W/(mK)

( Tf,sr-Tz )/Gsun Km2/W Seminar: Uporaba sunčeve energije

28

Utjecaj razmaka između apsorbera i stakla na toplinske gubitke

ε aps= 0.95

Koef. prolaza topline aps-zrak, ka-z, W/m2K

br.stakla=1, taps= 50°C

ε aps= 0.1

taps= 50°C

br.stakla=2, εaps = 0.1

taps= 30°C

Nagib kolektora β=45°

Razmak apsorber-staklo, mm Seminar: Uporaba sunčeve energije

29

Vakuumski sunčani kolektor

Seminar: Uporaba sunčeve energije

30

Vakuumski kolektor s apsorberskim pločama

Seminar: Uporaba sunčeve energije

31

Vakuumski kolektor-ovalni apsorber

difuzno zračenje vakuumska cijev apsorber

reflektirajuće zrcalo Seminar: Uporaba sunčeve energije

32

Kolektori i promjena položaja sunca na horizontu

Seminar: Uporaba sunčeve energije

33

Vakuumski kolektor – heat pipe

Seminar: Uporaba sunčeve energije

34

Vakuumski kolektor – heat pipe heat pipe-princip rada

A vakuumska cijev B heat pipe C apsorber D kondenzator E koaksijalni izmj. topline (cijev u cijevi)

Kondenzator

Isparivač

Seminar: Uporaba sunčeve energije

35

Vakuumski sunčani kolektori - karakteristike Potrošna topla voda, grijanje prostora, max temp. do 100°C, radna temp. (40 ÷ 60)°C, efikasnost=(50 ÷ 60)% Sastoji se vakumirane cijevi (Dewar-ova cijev) sa ili bez reflektirajućih zrcala koja usmjeravaju difuzno i direktno zračenje na selektivni apsorber (ε=0.9 ÷ 0.95)

Izlazna cijev

Dewar cijev

Dovodna cijev

Apsorb.. cijev

Ulazna cijev

U-cijev Ulazna cijev

Dewar cijev

Površina apsorbera

Izlazna cijev

Radni medij: voda, alkohol, glikol Skuplji od pločastih tipova, osjetljivi na gubitak vakuuma, pogodniji za hladne klime s manjom insolacijom Seminar: Uporaba sunčeve energije

36

Vakuumski kolektori-efikasnost - veća efikasnost u zimskim mjesecima a u ljetnim omogućuju postizanje većih temperatura - znatno viša cijena od pločastih koja ne prati povećanje efikasnosti te gubitak vakuuma tijekom nekoliko godina korištenja a time i pad efikasnosti. - loš omjer radne površine apsorbera i ukupne površine kolektora (veća ugradna površina u odnosu na većinu pločastih kolektora)

Seminar: Uporaba sunčeve energije

( Tf,sr-Tz )/Gsun Km2/W

37

Koncentrirajući kolektori

fokus

fokus Promjena nagiba zrcala radi praćenja položaja sunca

zrcalo zrcalo

voda voda-ulaz

Linijsko fokusiranje

Dvodimenzijsko praćenje položaja sunca voda-izlaz

Fokusiranje u točci

Seminar: Uporaba sunčeve energije

38

Koncentrirajući kolektori – parabolična “korita”

zaštita apsorber zrcalo

Seminar: Uporaba sunčeve energije

39

Parabolični kolektori-karakteristike Sunčeva energija se fokusira u os “korita”. Sastoje se od visoko-reflektivnog paraboličnog zrcala (aluminijski ili srebrni sloj na staklu ili plastici refleksivnosti 90 % ÷ 94% i apsorbera položenog u smjeru uzdužne osi usmjerene istok-zapad. Korito se rotira oko uzdužne osi radi praćenja visine sunca (zenitnog kuta θz). Omjer koncentracije – obično do R=50, teoretski R=45 000 Moguće je postići temperature do 400÷500°C Apsorber je zasjenjen s gornje strane kako bi se smanjili gubici zračenjem na okolinu

Seminar: Uporaba sunčeve energije

40

Parabolični koncentratori

Proizvodnja el. energije-ulje zagrijano do to 390°C, ukupni koeficijent iskoristivosti pretvorbe : (14÷22)% generator pare

turbina

el. generator

konvencionalni zagrijač parabolični kolektori

solarni krug

strujanje pare

kondenzator

Seminar: Uporaba sunčeve energije

rashl. toranj 41

Parabolični tanjurasti koncentratori Stirling-ov stroj pokretan sunčevom energijom

Seminar: Uporaba sunčeve energije

42

Parabolični tanjurasti koncentratori

Seminar: Uporaba sunčeve energije

43

Parabolični tanjurasti koncentratori - karakteristike Prate sunce u dvije dimenzije tj. prate promjenu azimuta i zenitnog kuta. Omjere koncentracije do R=10000, Max. radna temperatura u praksi do 2700°C. Visoke temperature omogućuju direktnu proizvodnju mehaničkog rada npr. Stirling-ov stroj koji je smješten u fokusu tanjurastog koncentratora - temperature (700÷1000)°C i koeficijent iskoristivosti pretvorbe 30% se obično postižu. El. energija se može proizvesti bilo direktnom proizvodnjom pare ili termo-kemijskim skladištenjem topline putem odgovarajućeg medija. U tom slučaju se proizvode vodik i dušik postupkom disocijacije amonijaka za što se energija dobiva od sunca. Seminar: Uporaba sunčeve energije

44

Disocijacija i sinteza amonijaka kao spremnika energije u sunčanoj elektrani-proizvodnja el. energije Sunčevo zračenje El. struja

Podzemne cijevi s amonijakom ili parom

toplinski stroj zrcalo Disocijacija (700°C)

Izmjenjivač topline

Prema ostalim zrcalima

Seminar: Uporaba sunčeve energije

Sinteza (450°C)

Izmjenjivač topline (30°C)

45

Solarni toranj (10MWe pri 500°C ) u južnoj Kaliforniji,1818 ravnih zrcala

Seminar: Uporaba sunčeve energije

46

Efikasnost koncentratora

Seminar: Uporaba sunčeve energije

47

Sunčani kolektori – neostakljeni apsorberi

Seminar: Uporaba sunčeve energije

48

Neostakljeni apsorberi - karakteristike - napravljeni od UV otporne gume ili plastike - za niskotemperaturne aplikacije (24 ÷ 32) °C (npr. plivačke bazene) - niska efikasnost, propadanje materijala - niska cijena, jednostavna ugradnja

Seminar: Uporaba sunčeve energije

49

Sunčani kolektori – krivulje efikasnosti

ηkol

(TINOX premaz)

( Tf,sr-Tz )/Gsun Km2/W Seminar: Uporaba sunčeve energije

50

Raspodjela strujanja u kolektorima i spajanje u grupe

Seminar: Uporaba sunčeve energije

51

Raspodjela strujanja u kolektorima i spajanje u grupe

Seminar: Uporaba sunčeve energije

52

Raspodjela strujanja u kolektorima i spajanje u grupe

Seminar: Uporaba sunčeve energije

53

Raspodjela strujanja u kolektorima i spajanje u grupe Paralelni spoj kolektora

Serijski spoj kolektora

Seminar: Uporaba sunčeve energije

54

Raspodjela strujanja u kolektorima i spajanje u grupe Paralelni spoj: niži pad tlaka, ali zatijeva veću duljinu cjevovoda i promjere zbog većih vrijednosti protoka Serijski spoj: uslijed nižih vrijednosti protoka veće je povećanje temperature pri svakom prolazu fluida kroz grupu a time su i više izlazne temperature znatno je veći pad tlaka kroz pojedinu grupu uslijed duljeg puta pojedine strujnice fluida od ulaza do izlaza iz grupe

Zbog većih radnih temperatura serijski spojeni kolektori rade s manjom efikasnošću, no ponekad je takav način spajanja neizbježan (pogotovo u područjima s niskom insolacijom) Seminar: Uporaba sunčeve energije

55

Raspodjela strujanja u kolektorima i spajanje u grupe Tipične vrijednosti protoka su (40 ÷ 80) l/h po m2 aktivne površine apsorbera. Ispitni protoci se kreću obično oko 70 l/m2h (prema EN 12975-2). Broj kolektora u grupi ne bi trebao biti veći od 8 ÷ 10. Najveći broj proizvođača preporučuje 5 to 6 kolektora u paralelnom spoju. U serijskom spoju ograničenje na dopušteni pad tlaka može utjecati na broj kolektora u spoju, dok je kod paralelnog spoja prisutan problem nejednolike raspodjele fluida.

Seminar: Uporaba sunčeve energije

56

HVALA NA POZORNOSTI

Seminar: Uporaba sunčeve energije

57

Toplovodni sunčani sustavi - Niskotemperaturni sustavi (40 ÷ 60°C) – potrošna topla voda, grijanje prostora, grijanje plivačkih bazena - Osnovni dijelovi su pločasti ili vakuumski solarni kolektori kojima se zagrijava voda u spremniku Prisilno strujanje – pumpa osigurava cirkulaciju fluida kroz kolektore, regulacija upravlja radom pumpe (on/off) –za uključenje potrebna određena razlika temperatura kolektorspremnik Prirodna cirkulacija – strujanje se uspostavlja uslijed razlike gustoća vode u kolektoru i spremniku, nije potrebna pumpa niti regulacija, manji protoci, povratno strujanje noću Seminar: Uporaba sunčeve energije

58

Toplovodni sunčani sustavi Sustav s jednim spremnikom

Seminar: Uporaba sunčeve energije

59

Toplovodni sunčani sustavi Sustav s dvostrukim spremnikom -‘’spremnik u spremniku’’

Seminar: Uporaba sunčeve energije

60

Toplovodni sunčani sustavi Sustav s dvostrukim spremnikom -‘’spremnik u spremniku’’ topla voda

spremnik

pumpa solarnog kruga

krug grijanjapolaz

dogrijavanje

krug grijanjapovrat

hladna voda

Seminar: Uporaba sunčeve energije

61

Toplovodni sunčani sustavi Sustav s dva spremnika

Seminar: Uporaba sunčeve energije

62

Toplovodni sunčani sustavi Sustav s izmjenjivačem topline u spremniku

Seminar: Uporaba sunčeve energije

63

Toplovodni sunčani sustavi Novije konstrukcije spremnika s dva spiralna izmjenjivača topline

Seminar: Uporaba sunčeve energije

64

Toplovodni sunčani sustavi– Sustavi s prirodnom cirkulacijom

Seminar: Uporaba sunčeve energije

65

Toplovodni sunčani sustavi Kompaktni sustav s prirodnom cirkulacijom

Seminar: Uporaba sunčeve energije

66

Toplovodni sunčani sustavi– Sustavi s prirodnom cirkulacijom - prirodna cirkulacija nosioca topline - fluid se nakon zagrijavanja u kolektoru uslijed razlike u gustoći diže do spremnika postavljenog iznad kolektora, tamo hladi i vraća nazad u kolektor potiskujući toplu vodu prema spremniku. - ne zahtijevaju regulaciju niti pumpu, - manja efikasnost zbog manjih protoka u kolektoru i većih toplinskih gubitaka ukoliko je spremnik montiran izvan objekta. - prikladniji za pripremu PTV-a u manjim objektima u ljetnim mjesecima (cijena oko 25000 kn).

Seminar: Uporaba sunčeve energije

67

Toplovodni sunčani sustavi Sustavi za grijanje plivačkih bazena

Seminar: Uporaba sunčeve energije

68

Sustavi za grijanje plivačkih bazena Grijanje plivačkih bazena spada u jednu od najekonomičnijih primjera korištenja sunčeve energije zahvaljujući relativno niskoj zahtjevanoj temperaturi vode (24 ÷ 32°C) što omogućuje korištenje jeftinih neostakljenih kolektora napravljenih od UV otporne gume ili plastike. Kolektori se ovdje koriste kako bi nadoknadili toplinske gubitke bazena uslijed isparavanja, konvekcije i zračenja na okolinu. Ukupni toplinski gubici sa vodene površine otvorenih bazena se mogu procijeniti kao 4 kWh/m2dan dok isti kod zatvorenih bazena iznose oko 2,5 kWh/m2dan (+ toplina potrebna za zagrijavanje svježe vode) Seminar: Uporaba sunčeve energije

69

Sunčani toplovodni sustavi – Grijanje prostora - Sustavi koji su namijenjeni i zagrijavanju PTV-a i grijanju prostora zahtijevaju veću površinu kolektora i veću zapreminu spremnika. - javljaju se problemi viška prikupljene energije u ljetnim mjesecima, koja se onda može koristiti primjerice za zagrijavanje bazena, apsorpcijsko hlađenje prostora ili pak za pokrivanje znatno većih potreba za PTV-om u ljetnim mjesecima, kao što je to slučaj s apartmanima u obiteljskim kućama i hotelima tijekom ljetne sezone. - najveća se efikasnost sustava postiže ukoliko je grijanje niskotemperaturno što povlači upotrebu podnog ili zidnog grijanja ili pak većih površina radijatora.

Seminar: Uporaba sunčeve energije

70

Sunčani toplovodni sustavi – Automatika - Zadatak automatike (regulacije) je osigurati najveću efikasnost rada solarnog sistema. - diferencijalna automatika uključuje pumpu kada je temperatura na izlazu iz kolektora nekoliko °C veća od one u spremniku na mjestu neposredno iznad izmjenjivača topline, a isključuje kada je ta razlika manja od zatijevane. - isti sklop automatike upravlja i radom pumpe pomoćnog grijanja, el.grijača te pumpom grijanja prostora objekta.

Seminar: Uporaba sunčeve energije

71

Dimenzioniranje sunčanih toplovodnih sustava - Kod sunčanih sustava namijenjenih isključivo pripremi PTV-a odabir broja kolektora i njihovog nagiba te veličine spremnika ponajviše ovisi dnevnoj potrošnji vode u pojedinom dijelu godine, klimatskom području (kontinentalni ili primorski dio), te orijentaciji kolektora u odnosu na strane svijeta. - tipične vrijednosti za obitelj sa 4-5 članova su 4-6 m2 kolektora u kontinentalnom dijelu i 4 m2 u primorskom dijelu uz spremnik zapremine 200-300 Lit. - npr. s TINOX kolektorima mont. pod 45° kroz cijelu godinu moguće je prikupiti oko 600 kWh/m2 toplinske energije u kontinentalnom dijelu i oko 1000 kWh/m2 u primorskom dijelu naše zemlje. Seminar: Uporaba sunčeve energije

72

Simulacija i ekonomično dimenzioniranje solarnih sustava Kako bi se ispravno dimenzionirao sunčnani sustav potrebno je provesti proračun prikupljene sunčeve energije i potrošnje topline tijekom svakog sata u karakterističnom danu za pojedini mjesec. Time je omogućen uvid u dinamičke procese tijekom rada sustava, što je potrebno kako bi se ispravno odredila potrebna površina kolektora, zapremina spremnika i snaga pomoćnog grijača. Na temelju provedenih proračuna izračunavaju se cijena i period povrata investicije te odabire optimalno rješenje. Pored zahtjevnih dinamičkih simulacija rada sustava postoji još nekoliko metoda temeljenih na simulacijama koje omogućuju dimenzioniranje komponenti sustava uz pomoć diagrama: f-chart metoda, metoda iskoristivost; f,f - chart metoda itd. (detaljnije u Duffie,1991 ). Seminar: Uporaba sunčeve energije

73

Simulacija i ekonomično dimenzioniranje sunčanih sustava Proračun jednostavnog solarnog sustava za pripremu potrošne tople vode (PTV) Energija prikupljena na kolektorima tijekom jednog sata (t=1 h)

Qkol = ηc ⋅ Gsun ⋅ Akol ⋅ t

(kWh)

Toplina potrebna za zagrijavanje PTV-a sa tsvj na ts

QPTV = m& c p ( ts − tsvj )t

(kWh)

Temperatura u spremniku ts može se odrediti kroz satnu simulaciju rada sustava tijekom dana Seminar: Uporaba sunčeve energije

74

Simulacija i ekonomično dimenzioniranje sunčanih sustava Cijena instalacije solarnog sustava (Cinvest) može se izraziti kroz sumu ukupne cijene samih kolektora (CkolAkol) (ovisna o površini) i fiksne cijene za ostatak sustava (Cfix)

Cinvest = Ckol Akol + C fix

(kn) ili (EUR) ili (USD)...

Fiksni troškovi za određeni interval površina kolektora obuhvaćaju cijene spremnika, armature, cjevovoda, regulacije i instaliranja.

Seminar: Uporaba sunčeve energije

75

Simulacija i ekonomično dimenzioniranje sunčanih sustava Ušteda na gorivu ili el. energiji proporcionalna je energiji prikupljenoj kolektorima energije Qkol dobivenoj iz simulacije. Visina ušteda u novcu ovisi o gorivu na koje se referira. Ukoliko se vrši usporedba u odnosu na lož ulje ili plin koji se koriste u konvencionalnom kotlovskom sustavu tada se ušteda može izraziti kao

S=

∑Q

kol

η kotao ⋅ Qgorivo

⋅ C gorivo

(kn) or (USD) or (EUR)...

Gdje je Qgorivo ogrijevna vrijednost (J/kg, J/mn3), dok je Cgorivo specifična cijena goriva (kn/kg, kn/ mn3 ).

∑Q

coll

(J ili kWh) je godišnja količina energije prikupljena kolektorima Seminar: Uporaba sunčeve energije

76

Simulacija i ekonomično dimenzioniranje sunčanih sustava

Jednostavni period povrata investicije izražen kroz broj godina

Cinvest P= S

(godina)

Ukoliko su sredstva uložena u sustav dobivena putem bankovnog kredita tada kamatna stopa mora biti uključena u proračun povrata investicije jer ga povećava. S druge strane ne smije se niti zanemariti utjecaj stope inflacije koja smanjuje period povrata.

Seminar: Uporaba sunčeve energije

77

Dimenzioniranje sunčanih toplovodnih sustava 35

kol.površina, m

2

30 25 20 15 10 5

ZAGREB SPLIT

0 0

5

10

15

br.osoba

20

Seminar: Uporaba sunčeve energije

25

30

78

Dimenzioniranje sunčanih toplovodnih sustava 2500

Split/el.energija Zagreb/el.energija 2000

SPLIT/plin

ušteda, EUR/god

ZAGREB/plin 1500

1000

500

0 0

5

10

15 br.osoba

20

Seminar: Uporaba sunčeve energije

25

30

79

Period povrata investicije - potrošnja PTV-a 80 Lit/osobi*dan. Kriteriji optimizacije: - energetske potrebe za PTV-om su 100% pokrivene u ljetnim mjesecima - minimalni period povrata investicije 30

Usporedba s plinom kao konvencionalnim gorivom

ZAGREB SPLIT

25

godina

20

15

10

5

0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112 13 1415 16 1718 19 2021 22 2324 25

br.osoba

Seminar: Uporaba sunčeve energije

80

Period povrata investicije Usporedba s el. energijom kao izvorom energije

30

ZAGREB SPLIT

25

godina

20

15

10

5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

br.osoba

Seminar: Uporaba sunčeve energije

81

Dimenzioniranje sunčanih toplovodnih sustava - Kod manjih sustava periodi povrata investicije se kreću od 30-tak godina u kontinentalnom dijelu i 16 godina u primorskom dijelu u odnosu na plin kao energent, te u odnosu na električnu energiju 8,5 odnosno 5,5 godine - Za veće sustave periodi povrata su manji jer solarni sustav postaje dio cjelokupnog sustava grijanja i pripreme PTV-a

Seminar: Uporaba sunčeve energije

82

HVALA NA POZORNOSTI

Seminar: Uporaba sunčeve energije

83