S LAREKO
Zainwestuj
w odnawialne
źródła energii!!
Przedstawiciele firmy:
Anna Kaźmierska
Karolina Liberska
Wiktoria Tomczyk
S L A R E K O
Najwięcej energii na powierzchnię Ziemi jest dostarczane przez Słońce. Energia słoneczna docierająca na Ziemię w ciągu ok. 50 minut teoretycznie pokryłaby zapotrzebowanie całoroczne człowieka – jest 10000 razy większa niż obecne zużycie energii. Dzieje się tak z powodu niewielkiej odległości, jaka dzieli oba te ciała niebieskie. Wynosi ona bowiem średnio 149,6 miliona kilometrów, podczas gdy dystans do najbliższego innego źródła energii, gwiazdy Proxima Centauri, jest przeszło 282 tysiące razy większy, równy w przybliżeniu 4,3 roku świetlnego, czyli prawie 40,5 biliona kilometrów.
Słońce jest tanim, bezpiecznym i niewyczerpalnym źródłem energii. Rola Słońca jako życiodajnej siły dla Ziemi nie zmieniła się przez 4,5 miliarda lat ewolucji naszej planety, chociaż samo Słońce podlegało w tym okresie przemianom. W ich wyniku wzrosło o około 25% natężenie promieniowania słonecznego docierającego do górnych warstw atmosfery, czyli tak zwana stała słoneczna. Obecnie jej wartość wynosi około 1368 watów na metr kwadratowy (W/m2), choć w ciągu roku może ulegać niewielkim, na ogół nieprzekraczającym paru procent wahaniom w związku ze zmianą odległości Ziemi od Słońca. Również Ziemia nie jest taka sama, jak przed kilkoma miliardami lat. Wprawdzie skład atmosfery wydaje się ustalony od dość dawna, jednak warunki klimatyczne przechodziły różne koleje losu.
Podjęte w ciągu ostatniego stulecia badania Słońca ujawniły wiele nowych faktów dotyczących natury emitowanej przez nie energii. Po pierwsze udało się dokładnie określić skład docierających do naszej planety wiązek promieniowania. Promieniowanie słoneczne jest strumieniem energii, wysyłanym przez Słońce równomiernie we wszystkich kierunkach. W 99% składa się na nie krótkofalowe promieniowanie elektromagnetyczne o długości fali od 0,1 do 4 mikrometrów (µm), z czego 45 procent przypada na promieniowanie widzialne, czyli światło, którego barwy zdolne jest zarejestrować ludzkie oko (0,38-0,76 µm). 46 procent stanowią promienie podczerwone, czyli fale dłuższe, od około 0,76 do około 2000 µm, odczuwane w postaci ciepła, a 8 procent to promieniowanie nadfioletowe (ultrafioletowe), o długości fali mniejszej od 0,38 µm. Pozostały 1 procent promieniowania słonecznego to promieniowanie elektromagnetyczne o większych i mniejszych długościach fal oraz emisja korpuskularna.
Około 30% promieniowania słonecznego dochodzącego do naszej planety jest odbijane przez atmosferę. W trakcie przechodzenia przez atmosferę ziemską promieniowanie słoneczne na skutek pochłaniania i rozproszenia w atmosferze ulega osłabieniu o kolejne 20%. Tylko niespełna 50 procent emisji słonecznej dociera od górnej granicy atmosfery do powierzchni kuli ziemskiej. Na owe 50 procent składa się zarówno promieniowanie docierające do Ziemi bez zakłóceń (tzw. promieniowanie bezpośrednie), jak i znaczna część promieniowania rozproszonego.
Bilans mocy promieniowania słonecznego
Na podstawie wieloletnich badań zaobserwowano, że najczęściej notowane wartości promieniowania słonecznego bezpośredniego w naszym kraju mieszczą się w granicach 600-800 W/m2, zaś całkowitego w granicach 1000-1100 W/m2. Promieniowanie, które osiąga powierzchnię Ziemi, ma nieco inny skład widmowy od pierwotnej wiązki słonecznej. Ultrafiolet zajmuje w nim jedynie około 1 procenta, gdyż jego resztę pochłania warstwa ozonowa, promieniowanie widzialne około 40 procent, a podczerwone aż 59 procent. Najważniejsze jest promieniowanie bezpośrednie, którego wielkość zależy nie tylko od natężenia promieniowania słonecznego, ale i od wysokości Słońca na niebie, a więc szerokości geograficznej punktu obserwacji, a także jego wysokości nad poziomem morza. Stąd najbardziej nasłonecznione są okolice międzyzwrotnikowe. Istotne znaczenie ma również ukształtowanie terenu, a zwłaszcza ekspozycja stoków na promieniowanie. W wielu rejonach świata rośliny światłolubne, sady czy winnice można uprawiać jedynie na południowych, a więc najbardziej nasłonecznionych pochyłościach terenu.
Ilość promieniowania słonecznego w poszczególnych miesiącach
Promieniowanie rozproszone natomiast, to znaczy takie, którego promienie zmieniły swój kierunek z uporządkowanego na chaotyczny, co jest częstym efektem zetknięcia się wiązki promieni z przeszkodami w atmosferze (np. z chmurami i aerozolami atmosferycznymi, czyli rozproszonymi w powietrzu stałymi i ciekłymi cząsteczkami różnych związków stanowiącymi zanieczyszczenia atmosferyczne pochodzenia naturalnego, a także powstałe na skutek działalności człowieka), odgrywa bardzo istotną rolę, gdy niebo jest mocno zachmurzone i nie przepuszcza promieniowania bezpośredniego. Za jego (promieniowania rozproszonego) pośrednictwem dociera wówczas do Ziemi światło słoneczne, choć tarcza Słońca pozostaje niewidoczna.
Ilość promieniowania bezpośredniego i rozproszonego w poszczególnych miesiącach
Zsumowana wartość promieniowania bezpośredniego i rozproszonego daje wielkość zwaną promieniowaniem całkowitym. Średnio w 43 procentach jest ono pochłaniane przez powierzchnię Ziemi. Pozostała jego część zostaje odbita od naszej planety i od cząsteczek powietrza. Najwięcej energii słonecznej pochłaniają wody oceaniczne, bo aż 95 procent. Śnieg natomiast odbija aż 85 procent promieniowania słonecznego, a tylko 15 procentom pozwala wniknąć pod swą powierzchnię. Również piasek pustyni potrafi skumulować aż 70 procent ciepła.
Z punktu widzenia wykorzystania energii promieniowania słonecznego w kolektorach najistotniejszymi parametrami są roczne wartości nasłonecznienia (insolacji) - wyrażające ilość energii słonecznej padającej na jednostkę powierzchni płaszczyzny w określonym czasie. Na rysunku poniżej pokazano rozkład sum nasłonecznienia na jednostkę powierzchni poziomej wg Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej dla wskazanych rejonów kraju.
Roczne promieniowanie całkowite na terenie Polski
Roczna gęstość promieniowania słonecznego w Polsce na płaszczyznę poziomą waha się w granicach 950 - 1250 kWh/m2, natomiast średnie usłonecznienie wynosi 1600 godzin na rok. Warunki meteorologiczne charakteryzują się bardzo nierównym rozkładem promieniowania słonecznego w cyklu rocznym. Około 80% całkowitej rocznej sumy nasłonecznienia przypada na sześć miesięcy sezonu wiosenno-letniego, od początku kwietnia do końca września, przy czym czas operacji słonecznej w lecie wydłuża się do 16 godz/dzień, natomiast w zimie skraca się do 8 godzin dziennie.
Dane zaprezentowane na rysunku powyżej odnoszą się do skali regionalnej. W rzeczywistych warunkach terenowych, wskutek lokalnego zanieczyszczenia atmosfery i występowania przeszkód terenowych, rzeczywiste warunki nasłonecznienia mogą odbiegać od podanych.
Innym parametrem, decydującym o możliwościach wykorzystania energii promieniowania słonecznego w kolektorach są średnioroczne sumy promieniowania słonecznego. Przedstawiono je na rysunku poniżej, podając wartości godzin usłonecznienia (ilości godzin czasu trwania promieniowania słonecznego w ciągu roku) dla reprezentatywnych rejonów Polski wg IMGiW
Średnioroczne sumy usłonecznienia, h/rok na terenie Polski
Konwersja fototermiczna:
• Pasywna:
Bezpośrednie wykorzystywanie promieni słonecznych bez zamiany energii słonecznej na inny rodzaj
energii. Np.:
_ do ogrzewania budynków
_ do chłodzenia budynków
_ do podgrzewania wody
_ suszenia płodów rolnych
W pasywnych systemach konwersji fototermicznej (w przeciwieństwie do aktywnych) nie dostarcza sie
energii z zewnątrz, wiec w takich układach nie mogą występować pompy, wentylatory itp. Systemy te
działają w oparciu o konwekcje swobodna.
• Aktywna:
Zamiana energii słonecznej na inna formę energii. Wykorzystują ja specjalnie skonstruowane
urządzenia (w przeciwieństwie do systemów pasywnych).
Systemy aktywnej konwersji energii słonecznej można podzielić na:
_ niskotemperaturowe (kolektory, stawy słoneczne)
_ wysokotemperaturowe (elektrownie słoneczne)
_ wspomagające (magazyny energii, pompy ciepła)
• Kolektory słoneczne:
Urządzenia zbierające i przetwarzające energie promieniowania słonecznego na cieplna nazywamy kolektorami.
Kolektory można podzielić na:
· płaskie
o gazowe
o cieczowe
o dwufazowe
· płaskie próżniowe
· próżniowo-rurowe (nazywane też próżniowymi, w których rolę izolacji spełniają próżniowe rury)
ZASADA DZIAŁANIA KOLEKTORÓW
Kolektory słoneczne służą do odbioru energii cieplnej promieniowania słonecznego i przekazywania jej poprzez tzw. czynnik grzewczy i wymiennik ciepła znajdujący się w zbiorniku akumulacyjnym do ogrzania wody użytkowej. Kolektory mogą być używane przez cały rok, gdyż nawet, jeżeli podgrzeją wodę tylko o 5°C (np. w styczniu bądź lutym) to i tak ich stosowanie jest opłacalne.
Kolektor poprawnie zamontowany to jedynie element systemu gwarantującego wspomaganie domowych instalacji grzewczych lub c.w.u. Jest to jednak jego najważniejsza część. Do pozostałych elementów takiej instalacji należą:
1) zbiornik na wodę - może to być dowolny, typowy z wymiennikiem ciepła, przez który ogrzany czynnik grzewczy z kolektora będzie przepływając oddawał energię.Jeżeli kolektor będzie podłączony do zbiornika, który zasadniczo podgrzewany jest przez kocioł CO to oczywiście należy zaopatrzyć się w zbiornik z dwoma wymiennikami ciepła. Jeśli dodatkowo ciepłą wodę użytkową będziemy podgrzewać pompą ciepła, to potrzebujemy zbiornik z trzema wymiennikami.
2) wymiennik ciepła z zbiorniku - spiralna żebrowana rura - najczęściej miedziana, umieszczona w zbiorniku wody. Czynnik grzewczy przepływający przez wymiennik ogrzewa wodę w zbiorniku.
3) pompa cyrkulacyjna – pompa wymusza obieg czynnika chłodniczego przez wymiennik do kolektora. Jest to element niezbędny do prawidłowego funkcjonowania systemu w przypadku, gdy zdecydujemy się na instalację z wymuszonym obiegiem czynnika chłodniczego, a takie właśnie instalacje są najbardziej efektywne.
4) automatyka sterująca – zestaw mikroprocesorów steruje całością instalacji, otrzymuje sygnały z czujników temperatury i odpowiednio steruje pompą cyrkulacyjną.
5) czynnik grzewczy – medium. Czynnikiem przepływającym przez obieg kolektor – wymiennik ciepła w zbiorniku może być woda, ale ze względu na niebezpieczeństwo zamarznięcia jej w układzie podczas na przykład mroźnej zimowej nocy powoduje, że częściej stosowany jest płyn niezamarzający glikol.
6) naczynie wzbiorcze – zbiornik wyrównuje powstawające ciśnienie w układzie.
Typowa instalacja kolektorowa jest układem bardzo podobnym do systemu centralnego ogrzewania, przy czym rolę podgrzewacza spełnia w naszym układzie właśnie kolektor. Czynnik grzewczy jest przepompowywany przez pompę cyrkulacyjną z kolektora do zbiornika, gdzie ciepło jest oddawane w dolnej jego części, powracając następnie z powrotem do kolektora. Pracą pompy steruje układ mikroprocesorowy, który czuwa nad prawidłowym działaniem całej instalacji solarnej. Czujniki temperatury umieszczone w kolektorze i zbiorniku dostarczają cały czas danych o temperaturze. Układ elektroniczny zapobiega odwróceniem zasady działania, gdzie po zajściu słońca ciepło ze zbiornika przekazywane byłoby do zimnego już kolektora. Zawór bezpieczeństwa zabezpiecza układ przed zbyt dużym ciśnieniem spowodowanym np. chwilowym zanikiem prądu. Podczas pierwszego napełniania instalacji solarnej czynnikiem grzewczym cały układ podlega odpowietrzeniu. Sprawność układu solarnego zależy w dużej mierze od jakości wymiennika ciepła w zbiorniku oraz pojemności samego zbiornika w myśl zasady im większy zbiornik tym większa sprawność układu.
· Rozsądnie zaplanowany system sprawia, że koszt ogrzewania ciepłej wody spada latem do zera, a w zimie aż o 70 procent. Rachunki za ogrzewanie pomieszczeń mogą spać o co najmniej jedną trzecią.
· Montaż kolektorów nie wymaga kosztownej wymiany pieca. Solary mogą współpracować z każdym systemem grzewczym, jednak najlepsze rezultaty można uzyskać przy równoczesnym zastosowaniu pomp ciepła. Jedynym warunkiem jest to, by system oparty był na obiegu wodnym.
Ponadto kolektor słoneczny to:
· Prosty i szybki montaż,
· Wysoka niezawodność i trwałość,
· Wszystkie materiały z możliwością przetworzenia (recyklingu),
· Brak konieczności zmian konstrukcji budynków,
· Zastosowanie materiałów najwyższej jakości,
· Montaż w kilka godzin dzięki specjalnej technice montażu,
· Odporność na uszkodzenia,
· Możliwość instalacji na każdym dachu.
Maksymalne uzyski energii solarnej osiąga się przy ustawieniu kolektorów w kierunku południowym względem linii horyzontu. W praktyce jednak nawet przy nachyleniu w kierunku południowym i południowo zachodnim przy kącie nachylenia między 30-50° nie odnotowuje się znacznego obniżenia efektywności pracy instalacji.
Większe odchylenia ukierunkowania (kierunek wschód, zachód) należy kompensować poprzez zwiększanie powierzchni pola kolektorowego.
O umiejscowieniu kolektorów słonecznych decydują dwa podstawowe kryteria:
· ukierunkowanie kolektora względem stron świata
Kolektory powinny być skierowane na południe, choć dopuszcza się w praktyce ich odchylenie nawet do 45° na wschód lub zachód, co jednak wiąże się ze zmniejszeniem uzysków energetycznych o ok. 10%. Dwudziestostopniowe odchylenie nie ma w miesiącach letnich praktycznie żadnego wpływu na efektywność pracy instalacji.
· nachylenie kolektora
Kąt nachylenia kolektora określa się jako:
β = φ ± 15°
gdzie φ oznacza szerokość geograficzną.
Dla Polski φ wynosi 49° - 55° szerokości geograficznej, zatem kąt ten powinien wynosić 34° - 70°, przy czym wartość mniejsza dla instalacji użytkowanych latem (od 30°), a większa dla instalacji użytkowanych zimą (60°). Instalacje całoroczne powinny mieć kąt zbliżony do 40-45°.
Promieniowanie efektywne w poszczególnych miesiącacach
Oczekiwany stopień pokrycia przez energię solarną, oznacza pożądany udział rocznego zapotrzebowania na energię cieplną pokrywaną przez instalację solarną. Jego wartość jest ważnym parametrem w procesie doboru systemu solarnego. Ponieważ w bilansie uwzględnia się sumę doprowadzonej energii, przy ustaleniu stopnia pokrycia należy również uwzględnić ogół strat ciepła systemu (straty zasobnika, straty w rurociągach instalacji solarnej, a także – o ile takie istnieją – straty w instalacji cyrkulacji ciepłej wody użytkowej).
Stopień pokrycia definiuje się jako:
Oczekiwany stopień pokrycia
Intensywność promieniowania słonecznego oraz zapotrzebowanie na ciepło nie pokrywają się czasowo. Z tego powodu uzyskanie zbliżonego do pełnego pokrycia potrzeb cieplnych przez instalacje solarne nie jest możliwe bez sezonowego magazynowania ciepła.
W przypadku założenia 60%-stopnia rocznego pokrycia zapotrzebowania na ciepło przez instalacje solarne, w miesiącach letnich można uzyskać praktycznie pełne jego pokrycie, co pozwala na okresowe wyłączenie kotła grzewczego. Dlatego też w przypadku domków jednorodzinnych dąży się do uzyskania 60% lub więcej stopnia pokrycia potrzeb cieplnych. Oczywiście w przypadku występowania dłuższych okresów w niekorzystnych warunkach pogodowych może okazać się konieczne włączenie kotła grzewczego, w celu pełnego zabezpieczenia dostaw ciepła.
Podstawą doboru instalacji solarnej do podgrzewania wody jest wielkość zapotrzebowania na ciepłą wodę użytkową. Z tego powodu należy dokładnie ją ustalić wykorzystując względnie, o ile jest to możliwe, wyniki pomiaru zużycia tego medium. Im precyzyjniej ustalone zostanie rzeczywiste zapotrzebowanie na ciepłą wodę, tym bardziej będzie można zoptymalizować system solarny i uzyskać wysoką efektywność jego działania.
W budownictwie mieszkaniowym zużycie ciepłej wody określa się zazwyczaj na podstawie liczby osób. Typowe zużycie w gospodarstwie domowym wody o temperaturze 45°C przyjmuje się na poziomie 35 do 50 litrów na osobę na dobę. Przy określaniu zużycia należy uwzględnić również przyzwyczajenia oraz zastosowaną armaturę, jak również możliwe zmiany dotyczące poziomu zapotrzebowania (rozbudowa domu, powiększenie rodziny). Jeśli jest to możliwe, należy odwołać się do pomiarów. Jest to szczególnie ważne w przypadku obiektów handlowo-przemysłowych, hoteli, obiektów sportowych, sal konferencyjnych itp.
W przypadku wyposażenia obiektu w sprzęt gospodarstwa domowego obejmującego pralki i zmywarki, posiadających króciec przyłączeniowy do instalacji ciepłej wody użytkowej, urządzenia te należy uwzględnić w ogólnym bilansie zapotrzebowania wody – zależnie od stopnia ich energooszczędności - licząc je odpowiednio jako 0,25 do 0,5 osoby.
Instalacja solarna do ogrzewania c.w.u. z zasobnikiem jedno wymiennikowym
W standardowej, najprostszej instalacji solarnej ciepłą wodę uzyskuje się z kolektorów a w miesiącach o słabym nasłonecznieniu dzięki zamontowanej w zasobniku grzałce. Sterownik elektroniczny na podstawie aktualnej temperatury na kolektorze oraz w zbiorniku załącza pompę obiegową układu solarnego gdy wystąpi różnica temperatur (temperatura w kolektorze będzie wyższa niż w zbiorniku o ustaloną wartość np. 5°C) i poprzez płyn niezamarzający płynący w wymienniku zbiornika następuje ogrzewanie wody. Jeśli kolektory nie ogrzeją wody do odpowiedniej temperatury, załącza się grzałka z termostatem. Dodatkowo sterownik elektroniczny wyłącza pompę w przypadku, gdy temperatura w zbiorniku będzie zbyt wysoka (zabezpieczenie przed gotowaniem się wody w zbiorniku).
Instalacja solarna z podgrzewaczem dwu wymiennikowym i zasilaniem z kolektorów oraz pieca c.o.
Instalacja solarna z zasobnikiem dwu wężownicowym jest najbardziej ekonomicznym rozwiązaniem. Jeden wymiennik podłączony jest do baterii kolektorów a drugi do zasilania ciepłą wodą z pieca c.o. Ponieważ w sezonie pozagrzewczym kolektory zapewniają z reguły 100% pokrycie zapotrzebowania na ciepłą wodę (przy prawidłowo dobranej instalacji ) więc nie ma potrzeby zasilania z pieca, zaś w sezonie grzewczym przy słabszym nasłonecznieniu załącza się zasilanie z pieca, niezależnie czy jest to piec ze sterownikiem i czujnikami temperatury czy tradycyjny bez sterowania. Do zasobnika dwuwężownicowego można także dołączyć grzałkę, która zapewni ciepłą wodę w przypadku, gdy w okresie marzec-wrzesień przez kilka dni z rzędu zabraknie słońca.
Instalacja solarna z dwoma zasobnikami, podłączonymi osobno do kolektorów i pieca c.o.
Rozwiązanie to stosuje się w sytuacji gdy inwestor ma już wykonaną instalację do ogrzewania ciepłej wody z pieca c.o., ale z zasobnikiem jednowężownicowym i chce do niej dołączyć instalację solarną. Aby nie usuwać istniejącego zbiornika dokłada się niewielki zasobnik z także jedną wężownicą i łączy w szereg. Kolektory ogrzewają pierwszy zbiornik, z którego ciepła woda poprzez połączenie, zasila drugi zbiornik. Zaletą tego rozwiązania jest możliwość odcięcia w okresie zimowym pierwszego zbiornika i ogrzewania z pieca tylko drugiego zbiornika, gdyż ogranicza to koszty. Dodatkowo nie trzeba usuwać istniejącego zbiornika.
Instalacja do podgrzewania wody basenowej
Instalacje solarna do podgrzewania wody w basenie w Polskich warunkach klimatycznych to idealne rozwiązanie dla posiadaczy basenów. Prawidłowo dobrana i zaprojektowana zasadniczo redukuje koszty ogrzewania wody basenowej w basenach zamkniętych. W przypadku basenów otwartych wydłuża okres użytkowania basenu nawet o kilka miesięcy. Do instalacji basenowej stosuje się specjalny wymiennik typu JAD, który rozdziela układ solarny z płynem niezamarzającym od układu wody przepływającej przez filtr, pompę i basen.Instalacje basenową można, dzięki zamontowaniu dodatkowego zbiornika wykorzystać do ogrzewania ciepłej wody w domu jak i do wspomagania ogrzewania domu....
skorpionxx