Panouri solare

Panouri solare

In prezent, omenirea, confruntata cu o criza energetica serioasa, isi intoarce atentia catre sursele primare de energie, si reconsidera uti­lizarile posibile si rentabile ale energiei solare. Ene 838g62i rgia solara are o serie de calitati remarcabi­le (este gratuita ca forma de energie primara, se gaseste in cantitati nelimitate), dar are si une­le dezavantaje fiind influentata de conditii geo­grafice si meteorologice care nu pot fi schimba­te. Utilizarea energiei solare prin intermediul co­lectorilor solari poate fi folosita pentru prepara­rea apei calde menajere. Prin conversie termo­dinamica, un agent termic specific inmagazinea­za si transfera aceasta energie serpentinei unui boiler solar sau este stocata pentru a fi utilizata pentru prepararea apei calde menajere. Lucrarea prezinta algoritmul de calcul si rezultatele obti­nute privind eficienta utilizarii energiei solare in prepararea apei calde menajere in functie de di­feriti parametri (variabilitatea energiei solare, ti­pul colectorilor solari).

Necesitatea studierii energiei solare

La nivel mondial principala sursa energetica se obtine din arderea combustibililor, insa aceste sur­se energetice sunt epuizabile si arderea lor produce mari cantitati de CO. Totodata datorita arderii aces­tor combustibili incepe sa se vada efectul negativ al utilizarii acestora cum sunt emisiile de noxe, efectul de sera. Utilizarea energiei solare inseamna mai pu­tina poluare a mediului, aceasta tehnologie reduce cu 1-1,5 tone emisia de CO/an/ familie, este masu­ra care ne permite sa actionam eficient la reducerea efectului de sera.

Radiatia solara este un flux energetic care por­neste de la soare uniform in toate directiile, ast­fel Pamantul primeste zilnic un flux important de energie solara. Pe Pamant ajunge o cantitate enor­ma de lumina solara care este absorbita sau re­flectata inapoi in spatiu in timpul zilei. Puterea ra­diatiei solare depinde de distanta dintre Pamant si Soare, de conditiile meteorologice si de difu­zia atmosferica.

Radiatia globala este egala cu suma dintre radia­tia directa aceasta patrunde nestingherit in atmosfe­ra ajungand direct pe suprafata pamantului si radia­tia difuza. O parte din radiatia solara este absorbita de particule de praf sau molecule de gaz, aceasta re­prezinta radiatia solara difuza.

Constanta solara reprezinta fluxul de ener­gie termica unitara primita de la soare, masura­ta in straturile superioare ale atmosferei teres­tre, perpendicular pe directia razelor solare, va­loarea acestea fiind de 1350 W/m , reprezentand o valoare medie anuala.

Fluxul de energie radianta solara, care ajunge la suprafata Pamantu­lui este mai mic decat constanta, deoarece inten­sitatea radiatiei e redusa treptat cand trece prin atmosfera terestra.

Potentialul de utilizare a energiei solare in Ro­mania este relativ important, exista zone in care flu­xul energetic solar anual, ajunge pana la 1450.. 1600 KW/m2/an. In majoritatea regiunilor tarii, flu­xul energetic solar anual, depaseste 1250.1350 KW/m2/an.

Gradul mediu de insorire, difera de la o luna la alta si chiar de la o zi la alta, in aceeasi localitate si cu atat mai mult de la o localitate la alta.

Fig.1.1 Distributia energiei solare in Romania

Captarea energiei solare

Transformarea, sau conversia energiei solare in energie termica, este realizata prin intermediul colectorilor solari, avand functionarea pe diverse principii constructive. Indiferent de tipul colectorilor so-lari, pentru ca randamentul conversiei energiei solare in energie termica sa fie ridicat, este important ca orientarea captatorilor solari spre Soare, sa fie cat mai corecta. Pozitia colectorilor solari este definita prin unghiul de inclinare a, respectiv un-ghiul azimut.

1.2.1 Unghiul de inclinare a colectorilor solari

Este unghiul dintre orizontala si colector. Cantitatea cea mai mare de energie poate fi preluata daca planul in care se afla colectorul este perpendicular pe radiatia solara. Deoarece unghiul de incidenta a radiatiei depinde de ora si de anotimp, planul in care se pozitioneaza colectorii trebuie sa corespunda pozitiei soarelui in intervalul cu radiatie maxima.

Fig. 1.2 Unghiul de inclinare a colectorilor solar

Unghiul azimut

Unghiul azimut descrie abaterea planului in care se afla colectorii de la directia sudica, aceasta inseamna ca atunci cand planul colectorilor este orientat spre Sud unghiul azimutal este 0°. Deoarece radiatia solara este mai puternica in timpul pranzului, planul colectorilor trebuie sa fie orientat pe cat se poate spre Sud.

Fig. 1.3 Unghiul azimut

Gradul de captare a radiatiei solare

Analizand diagrama, se observa ca unghiul de inclinare optim pentru a capta radiatia solara este de 15- 55°, iar abaterea de la directia Sud, poate sa se situeze intre ± 40° fara a afecta capacita-tea de captare a energiei solare. Chiar si colectori montati vertical, cu o abatere de pana la ±20° fata de sud, pot recupera 80% din radiatia solara. Se poate spune ca orientarea colectorilor solari fata de orizontala si fata de Sud, nu este o problema atat de sensibila.

Fig. 1.4 Influenta combinata a unghiului de inclinare si unghiul azimut

Radiatiile solare

In Romania, zonele cu cea mai bogata radiatie solara sunt sudul, sud- estul si centrul Romaniei, iar radiatia solara anuala pentru aceste regiuni este de 1700KW/. Pentru Bucuresti, radiatia solara anuala este estimata la 1340 KW/. Din acest punct de vedere, Romania este o tara favorizata, beneficiind de peste 276 zile cu soare pe an.
In functie de locatie, se poate obtine un randament energetic solar pe metru patrat de suprafata de colector de 350 pana la 650 KW. O persoana consuma astfel aproximativ 1174 KW pe an pentru apa calda utilizata. Din acestia, aproximativ 600 KW pot fi acoperiti de instalatia solara pe durata unui an. In lunile de vara, mai-septembrie, acoperirea ajunge la 100%.
Dimensionarea sistemelor solare este esentiala pentru a ajunge la o exploatare eficienta a energiei solare disponibile si amortizarea in timp cat mai scurt a investitiilor initiale.

Puterea radiatiilor

Fig. 1.5 Puterea radiatiilor in diferite conditii climaterice

Proiectarea panourilor solare

Mai multi factori converg in luarea unei decizii asupra suprafetelor de colectori necesare si a volumului boilerului:

-Pozitia geografica si nivelul radiatiei solare,

-Consumul de apa calda/persoana/zi (30-50litri),

-Unghiul de inclinatie al colectorului,

-Orientarea colectorului pe acoperis fata de soare,

-Gradul de acoperire solara dorit, precum si suplimentarea pentru sprijinirea incalzirii,

-Temperatura sistemului de incalzire,

-Pentru o exploatare eficienta a instalatiei solare, pentru sistemele mici cu suprafete de colectare < 30 m (case de o familie sau mai multe familii), este important ca dimensionarea sa asigure 100% necesarul de ACM in lunile mai-septembrie, respectiv 60-70% din medie anuala.

Fig. 1.6 Prepararea apei calde menajere cu panou solar

Iesire apa calda;

Vas de acumulare apa calda;

Intrare apa calda;

Panou solar;

Intrare apa rece.

Instalatii cu circuit inchis

Acest tip de instalatii utilizeaza panouri solare care au in partea superioara un colector ce asigura transferul de energie intre tubul termic si agentul de transport a energiei termice. Acestea se folosesc pentru incalzirea apei menajere, incalzirea locuintelor si a apei din piscine. Aceste sisteme folosesc pompe electrice, panou de control si rezervoare de stocare a apei calde. Investitia intr-un astfel de sistem este mai mare, dar eficienta si avantajele sunt net superioare sistemului gravitational.

Avantaje:

rezistenta remarcabila la inghet (pana la -C datorita utilizarii unui fluid tehnic cu punct de inghet scazut. Poate fi utilizat toata perioada anului, indiferent de anotimp,

randament de functionare superior,

flexibilitate in utilizare.

Dezavantaj:

pret de cost mai ridicat.

Fig. 1.7 Panou solar pentru apa calda menajera cu rezervor de acumulare

Fig. 1.8 Panou solar cu boiler de acumulare

Fig. 1.9 Instalatie complexa de incalzire solara

Calculul necesar de apa calda menajera

Fig. 1.10 Casa cu panouri solare

Necesarul zilnic de apa calda menajera

In cele ce urmeaza vom calcula necesarul de apa calda, in functie de cerintele utilizatorului, luand in consideratie numarul de persoane din locuinta respectiva precum si tipul consumatorilor.

Boilerul ales este de la firma'Viessmann' boiler 300 l.

Caracteristici:

Capacitate : 300 litri 

Numar serpentine: 1 

Putere serpentina : 31 KW

Dimensiuni : 705x1746 (D x H) mm

Consideram un apartament cu doua camere, 4 persoane si urmatorii consumatori:

- o chiuveta; - un dus flexibil; - o cada de baie; - un lavoar; - un spalator circular.

Cu ajutorul tabelelor si a caracteristicilor precizate vom determina debitul specific: q.

Din tabele luam valoarea lui q pentru chiuveta = 0,2, dus flexibil = 0,1 , cada de baie = 0,2 , lavoar = 0,07, spalator circular = 0,1si valoarea lui q = 110 corespunzator unei cladiri de locuit cu un necesar total de apa 280 l.

Inlocuind valorile lui q ale consumatorilor alesi in formula lui q

q= = = 0,1675.

In continuare vom determina debitul mediu zilnic de apa, unde

q =

Consideram: N= 4 persoane;

n - numarul de armaturi de acelasi fel;

n - numarul mediu de ore pe zi de utilizare a apei (19 ore);

q - necesarul specific de apa pe zi ( ), se ia din tabele;

q- debitul specific al unei armaturi () se ia din tabele.

q==0,025

Vom determina debitul de calcul cu ajutorul relatiei: q= q + y

q= 0,025+2,326 = 0,39

Calculul necesarului de caldura

Q - reprezinta necesarul de caldura pentru a incalzii 0,39

Q = m ; t = t- t= 45-15 = 30

t- temperatura apei calde;

t- temperatura apei reci;

- caldura specifica a apei;

m - debit masic.

t=, t=15; t=45

=4,179 , =995,57

m=m= q=0.00039=0,38

Q = m Q = 0,38 = 47,64 KW

Dimensionarea si alegerea boilerului

V P= Q, unde V - volumul boilerului = 300 l

P- puterea serpentinei = 31 Kw

Q = 300= 53,5Kw

Alegerea vasului de expansiune

V = = = 26,88 l, unde e-coeficientul de dilatare; e=0,035;

c - capacitatea de apa a sistemului(10 l-20 l pentru fiecare Kw);

P - presiunea de incarcare initiala (1,5 bari)

P- presiunea maxima de functionare(4 bari).

Determinarea dimensiunilor panoului solar

Stim ca 1de panou acopera 2 Kw/zi; vom determina cati metrii de panou solar sunt corespunzatorii pentru 40,11 Kw, necesarul nostru de caldura.

Vom lua Q 24 m de panou.