Kolektory Apricus® AP :: Výkon a účinnost
Výkon solárního kolektoru je obecně specifikován jako soubor tří výkonnostních proměnných. Je však potřeba vědět, zda byly tyto hodnoty vztaženy k absorpční, celkové ozářitelné a nebo k celkové mechanické ploše kolektoru. V Evropě se tyto hodnoty uvádějí vztažené k absorbční ploše, což je vlastně plošná část absorbéru, která je viditelná pouze při čelním pohledu na kolektor - tedy plocha, kterou může přímo ozářit Slunce. Do této plochy se proto započítává pouze polovina povrchu absorbčních ploch všech vakuovch trubic v kolektoru.
Výkonové proměnné pro vakuové trubicové kolektory Apricus® jsou stanoveny SPF testovací laboratoří ve Švýcarsku a nalezneme je v SPF reportu C632LPEN, respektive níže:
Konverzní faktor η0 = 0,717
Ztrátový
koeficient a1 = 1,52 W / (m2K)
Ztrátový koeficient a2 = 0,0085 W
/ (m2K2)
Než přejdeme k vlastnímu výpočtu účinnosti a výkonu kolektoru, je potřeba si uvědomit zásadní fakt, že vypočtené hodnoty nejsou konstanty a platí vždy pro konkrétní bod v čase v závislosti na dalších environmentálních proměnných.
Pokud se někde dočtete, že CELÝ kolektor má účinnost např. 70%, není to reálný údaj, jelikož takovou účinnost může mít pouze v určitém časovém okamžiku a za ideálních podmínek, kdy je navíc kolektor ozařován Sluncem KOLMO.
Pro výpočty je potřeba znát v konkrétním čase tyto environmentální proměnné:
Úroveň Slunečního záření G ve Wattech na metr čtvereční, okolní teplotu
prostředí Ta ve °C a průměrnou teplotu ve výměníku kolektoru Tm
rovněž ve °C, která se dá spočítat jako (Tvstup do výměníku + Tvýstup
z výměníku)/2.
Tyto tři proměnné nám umožňují spočítat proměnnou X v dalších vzorcích a veškeré výsledky výpočtů se tedy vztahují k těmto konkrétním daným hodnotám. Hodnota X je někdy také vyjadřována jako T * m.
Níže naleznete vzorec pro výpočet účinnosti kolektoru:
Jak tedy použít tento vzorec?
Pro konkrétní případ 1.6. ve 14:40 hod. máme dány tyto hodnoty:
Teplota
okolí Ta = 25 °C
Sluneční záření G = 800 W/m2
Průměrná teplota výměníku Tm = 50 °C
Na základě teploty okolí, průměrné teploty výměníku a intenzity Slunečního záření nejprve spočítáme hodnotu X.
x = (50-25) / 800 = 0,03125
Nyní známe všechny proměnné pro výpočet účinnosti. Zadáme je tedy do vzorce a vypočítáme.
η(x) = 0,717 - (1,52 * 0,03125) - (0,0085 * 800 * 0,031252)
η(x) = 0.717 - 0,0475 do 0,0066 = 0,663
η(x) = 0,663 * 100 % = 66,3 %
V daném čase a environmentálních podmínkách je účinnost převodu Slunečního záření na teplo 66,3 %. To znamená, že 66,3 % energie ze Slunce je použito pro ohřev teplonosného média (Solarenu) v tepelném výměníku kolektoru.
Pokud by zadané hodnoty Ta, G a Tm byly neměnné po dobu jedné hodiny, platilo by, že množství Slunečního záření G krát účinnost kolektoru η(x) rovná se dodaná energie, čili 800 * 0,663 = 530,4 W/m2.
Energie 530,4 W na každý m2 absorpční plochy bude teoreticky použita k ohřevu vody v zásobníku. 530,4 W odpovídá 456 kcal a toto množství energie stačí k ohřátí 100 L vody o 4,56 °C. Tento údaj by ale platil pouze v případě, kdyby přenos tepla z výměníku kolektoru do zásobníku byl se 100 % účinností, čili bezztrátový, což je nemožné. Záleží tedy na konkrétním mechanickém provedení solárního okruhu, izolacích a především na REGULACI celé soustavy.
Níže je vyobrazen graf výkonnostních křivek kolektorů Apricus® AP pro tři úrovně Slunečního záření:
Z grafu je patrné, že účinnost konverze záření na teplo je dána jak rozdílem teplot prostředí a výměníku, tak také na množství Slunečního záření.
V reálném provozu se v čase teploty mění a také se mění intenzita Slunečního záření. Aby tedy bylo možné přesněji vypočítat energetický zisk za den, měsíc nebo rok, je třeba mít k dispozici data o environmentálních podmínkách pro celé období v alespoň hodinových intervalech a pro každý tento interval provést výpočet. Součtem těchto vypočtených hodnot v daném období získáme informaci o energetickém zisku.
Jedním z faktorů, který není započten ve výše uvedených kalkulacích výkonu je vliv příčných / podélných úhlů dopadu Slunečního záření. Tento vliv je označován jako IAM (Incidence Angle Modifier), čili modifikátor úhlu dopadu.
Vzhledem k tomu, že IAM je velmi důležitý faktor především u kolektorů Apricus®, které díky této vlastnosti mají až o 25 % vyšší celkové denní tepelné zisky, než jiné typy.