UPORABA SUNČEVE ENERGIJE - · PDF filePASIVNI SUSTAVI-iskorištavanje sunčeve...

Fakultet strojarstva Fakultet strojarstva i brodogradnje/Sveui brodogradnje/Sveuččiliiliššte u Zagrebute u Zagrebu

SunSunččani kolektori ani kolektori SunSunččani sustaviani sustavi

UPORABA SUNUPORABA SUNČČEVE ENERGIJEEVE ENERGIJEZA GRIJANJE VODE, PROSTORA I ZA GRIJANJE VODE, PROSTORA I

PROIZVODNJU EL. ENERGIJEPROIZVODNJU EL. ENERGIJE

DocDoc..drdr..scsc. Damir . Damir DoviDovićć

travanj 2010travanj 2010

2Seminar: Uporaba sunčeve energije

IskoriIskorišštavanje energije suncatavanje energije sunca

AKTIVNI SUSTAVIAKTIVNI SUSTAVI--grijanje PTVgrijanje PTV--a i prostora,a i prostora, hlađenjehlađenje, proizvodnja pare i el. energije: , proizvodnja pare i el. energije: ploploččasti i asti i vakuumskivakuumski kolektor, parabolikolektor, paraboliččni i ni i koncentrirajukoncentrirajućći kolektori, i kolektori, fotonaponskefotonaponske ććelije (PV)elije (PV)

PASIVNI SUSTAVIPASIVNI SUSTAVI--iskoriiskorišštavanje suntavanje sunččeve energije eve energije za grijanje primjerenom: arhitekturom, za grijanje primjerenom: arhitekturom, rasporedom prostorija, odabirom ostakljenja, rasporedom prostorija, odabirom ostakljenja, materijalom zidova, orijentacijom zgradematerijalom zidova, orijentacijom zgrade


SunSunččani ani toplovodnitoplovodni sustavisustavi


Tipovi sunTipovi sunččevih kolektoraevih kolektora


PloPloččasti sunasti sunččani kolektorani kolektor


PloPloččasti kolektorasti kolektor--dijelovidijelovi


PloPloččasti kolektori asti kolektori –– geometrija strujanjageometrija strujanja

a) cijevi u obliku ''serpentine'' zavarene (zalemljene) za ploa) cijevi u obliku ''serpentine'' zavarene (zalemljene) za pločču u apsorberaapsorberab) paralelni cijevni registar zavaren (zalemljen) za plob) paralelni cijevni registar zavaren (zalemljen) za pločču u apsorberaapsorbera

c) cijevi formirane u materijalu (plastika, guma) c) cijevi formirane u materijalu (plastika, guma) apsorberaapsorberad) valoviti kanal zavaren za plod) valoviti kanal zavaren za pločču u apsorberaapsorbera

a) b)

c) d)


PloPloččasti sunasti sunččani kolektori ani kolektori --karakteristikekarakteristike

Sastoji se od Sastoji se od apsorberskeapsorberske plopločče sa e sa pripriččvrvrššććenim cijevnim registrom cijevienim cijevnim registrom cijevi,,pokrovnim staklom i strapokrovnim staklom i stražžnjom njom izolacijomizolacijom, , sve smjesve smješšteno u teno u kukuččiišštete(naj(najččeeššćće Al)e Al)

ApsorberskaApsorberska plopločča a –– selektivni premaz selektivni premaz visokovisoko--apsorpcijskih svojstava za kratkovalno apsorpcijskih svojstava za kratkovalno zrazraččenje enje ((aa=0.9=0.9÷÷0.96) 0.96) i male i male emisivnostiemisivnosti((εε=0.06=0.06÷÷0.2) 0.2) u podruu područčju dugih valovaju dugih valova ((ICIC).).Pokrovno stakloPokrovno staklo-- koefkoef. transmisije za . transmisije za kratkovalno zrakratkovalno zraččenjeenje je je ττ=0.9=0.9÷÷0.950.95 a za a za dugovalno dugovalno ττ<0.02 <0.02 Stražnja izolacija - 30÷50 mm

PotroPotroššna topla voda, na topla voda, niskotempniskotemp., ., maxmaxtemptemp. do 80. do 80°°C, radna C, radna temptemp. (40 . (40 ÷÷60)60)°°C, god. efikasnost=(50 C, god. efikasnost=(50 ÷÷ 60)%60)%

Radni fluid: voda, propilen glikol/voda


Raspodjela Raspodjela koefkoef. transmisije po spektru valnih duljina. transmisije po spektru valnih duljina


Selektivni premazi Selektivni premazi apsorberaapsorbera--karakteristikekarakteristike

ρρ=

1 =

1 ––

aa

a =ε ≈ 0.1

a =ε ≈ 0.9

ApsorberskaApsorberska ploploččaa –– selektivni premaz visokoselektivni premaz visoko--apsorpcijskih apsorpcijskih svojstava za kratkovalno zrasvojstava za kratkovalno zraččenje enje ((aa=0.9=0.9÷÷0.96) 0.96) i malog i malog emisijskog emisijskog koefkoef.. ((εε=0.06=0.06÷÷0.2) 0.2) u podruu područčju dugih valovaju dugih valova ((ICIC).).


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

Gsu

n


Raspodjela temperature na ponavljajuRaspodjela temperature na ponavljajuććem segmentu em segmentu apsorberaapsorbera--rebrurebru ((33D CFD D CFD simulacija usimulacija u FluentFluent--uu) )

W


W

Raspodjela temperatura između stakla i Raspodjela temperatura između stakla i apsorberaapsorbera(2D CFD (2D CFD simulacija usimulacija u FluentFluent--uu) )


MatematiMatematiččki model izmjene topline u ki model izmjene topline u kolektorukolektoru

1

,

1

,.

1111−−

− ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+++⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

vanzrkonvkond

unutzrkonvslza rr

rrr

r

Ukupni otpor izmjeni topline Ukupni otpor izmjeni topline između između apsorberaapsorbera i okolii okoliššnog zrakanog zraka


IzmjenaIzmjena toplinetopline u u kolektorukolektoruNeto iznos sunNeto iznos sunččeve energije primljen od strane fluida eve energije primljen od strane fluida QQkolkol [W] [W] raraččuna se kao razlika između apsorbiranog zrauna se kao razlika između apsorbiranog zraččenja i toplinskih enja i toplinskih gubitakagubitaka

( ) ( ) zazapskolkolsunkol rTTAAGQ −−−⋅⋅= /τα

( ) fafluidapskolkol rTTAQ −−= /

QQkolkol jednak je upravo onoj toplini koja je izmijenjena između plojednak je upravo onoj toplini koja je izmijenjena između pločče e apsorberaapsorbera i fluida u cijevimai fluida u cijevima

gdje gdje rraa--ff (m(m22K/W)K/W) predstavlja ukupni otpor izmjeni topline između predstavlja ukupni otpor izmjeni topline između apsorberaapsorbera i fluida u cijevimai fluida u cijevima

rraa--zz (m(m22K/W)K/W) je ovdje ukupni toplinski otpor kolektora prema izmjeni je ovdje ukupni toplinski otpor kolektora prema izmjeni (gubitku) (gubitku) topline između topline između apsorberaapsorbera i okolinei okoline


MatematiMatematiččki model izmjene topline u kolektoruki model izmjene topline u kolektoruomoguomoguććuje provedbu simulacije rada kolektora uje provedbu simulacije rada kolektora odnosno optimiranje geometrijskih i radnih odnosno optimiranje geometrijskih i radnih parametara poput:parametara poput:

karakteristike premaza karakteristike premaza apsorberaapsorbera ((εε , , aa ) ) propusnost stakla (propusnost stakla (τ τ ) ) materijala i materijala i šširine zavara (irine zavara (λλzavzav , , CCzavzav ) ) promjera i razmaka cijevi (promjera i razmaka cijevi (ddvv , , WW) ) materijala i debljine materijala i debljine apsorberaapsorbera ((λλapsaps , , δδ))razmaka razmaka apsorberaapsorbera i stakla (i stakla (B B ) ) protoka fluida (protoka fluida (ααf f ) i ) i drdr..


Efikasnost kolektoraEfikasnost kolektoraEfikasnost kolektora je definirana kao omjer topline predane fluEfikasnost kolektora je definirana kao omjer topline predane fluidu i idu i toplinskog toka upadnog suntoplinskog toka upadnog sunččevog zraevog zraččenja enja

kolsun

kolkol AG

Q⋅

=η

Efikasnost se najEfikasnost se najččeeššćće određuje eksperimentalno mjerenjem topline e određuje eksperimentalno mjerenjem topline koja je predana fluidu. koja je predana fluidu.

kolsunkolkol AGQ ⋅⋅= η

( )ulfizfpkol ttcmQ ,, −⋅⋅= &

Poznavanje ovisnosti efikasnosti o radnim parametrima omoguPoznavanje ovisnosti efikasnosti o radnim parametrima omoguććuje uje jednostavan izrajednostavan izraččun korisne topline predane fluidu pri bilo kojim un korisne topline predane fluidu pri bilo kojim radnim i vremenskim uvjetimaradnim i vremenskim uvjetima


Eksperimentalno dobivena krivulja efikasnosti za ploEksperimentalno dobivena krivulja efikasnosti za ploččasti kolektorasti kolektor

y = -1,2491x2 - 4,1989x + 0,8436

0,5

0,55

0,6

0,65

0,7

0,75

0,8

0,85

0,9

-0,01 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07(Tf,m-Tair)/I Km2/W

ηc

ηηoo, konstante , konstante aa11 ii aa22 su dobivene su dobivene regresijskom analizom mjernih toregresijskom analizom mjernih toččakaaka

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

η kol

( ) ( ) 2,

2,

1 ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡ −−

−−=

sun

zsrfsun

sun

zsrfokol G

TTGa

GTT

aηη


SunSunččani kolektori ani kolektori –– krivulje efikasnostikrivulje efikasnosti


η kol

(TINOX premaz)


IzmjenaIzmjena toplinetopline u u kolektorukolektoru

ε=0.12, τ=0.9

ε=0.05, τ=0.9

ε=0.05, τ=0.96

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06(Tf,m-Tair) / I (Km2/W)

ηc

Utjecaj karakteristike Utjecaj karakteristike apsorberaapsorbera i stakla na efikasnost kolektorai stakla na efikasnost kolektora

αα=0.95=0.95


η kol


Analiza utjecaja kvalitete spoja cijevi i Analiza utjecaja kvalitete spoja cijevi i apsorberaapsorbera ((33D CFD D CFD simulacija usimulacija u FluentFluent--uu))


Utjecaj kvalitete spoja cijevi i Utjecaj kvalitete spoja cijevi i apsorberaapsorbera-- mjerene vrijednostimjerene vrijednosti

prolemljeno duž cijele cijevi y = -3.768x + 0.7593

djelomično lemljeno y = -7.0167x + 0.7657

ljepljenoy = -5,3974x + 0,6347

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06(T f,sr-T z) / I sun (Km2/W)

ηko

l


η kol


Analiza utjecaja otpora Analiza utjecaja otpora apsorberapsorber--fluid fluid -- raraččunske vrijednostiunske vrijednosti

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0 0,02 0,04 0,06 0,08( T f,sr - T z ) / q sun Km2/W

η kol

ka-f=350 W/m 2̂K

ka-f=250 W/m 2̂K

ka-f=120 W/m 2̂K

izmjereno, ka-f=80 W/m 2̂K

zav

u

ffa Cd

kπ

α+=

−

11

( )

LCLd

TTQ

zavuf

fzavkol

⋅+

⋅

−= 11

παprolemljeni


η kol


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

Ocjena kvalitete laserskog zavara cijevi za Ocjena kvalitete laserskog zavara cijevi za apsorberapsorberšširina zavara 1.5 mmirina zavara 1.5 mm


Ocjena kvalitete laserskog zavara cijevi za Ocjena kvalitete laserskog zavara cijevi za apsorberapsorberšširina zavara 1 mmirina zavara 1 mm

Czav= 106 W/(mK)ka-f = 408 W/m2K


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

Ocjena kvalitete laserskog zavara cijevi za Ocjena kvalitete laserskog zavara cijevi za apsorberapsorberšširina zavara 0.5 mmirina zavara 0.5 mm


Utjecaj koeficijenta prijelaza topline Utjecaj koeficijenta prijelaza topline ααff na efikasnost kolektorana efikasnost kolektorararaččunske vrijednostiunske vrijednosti

Czav=110 W/(mK)


η kol


Utjecaj razmaka između Utjecaj razmaka između apsorberaapsorbera i stakla na toplinske gubitkei stakla na toplinske gubitke

Koe

f. pr

olaz

a to

plin

e ap

s-zr

ak, k

a-z,

W/m

2 K

Razmak apsorber-staklo, mm

Nagib kolektora β=45°

br.stakla=1, taps= 50°C

br.stakla=2, εaps = 0.1taps= 30°C

taps= 50°C

ε aps= 0.95

ε aps= 0.1


VakuumskiVakuumski sunsunččani kolektorani kolektor


VakuumskiVakuumski kolektor s kolektor s apsorberskimapsorberskim ploploččamaama


VakuumskiVakuumski kolektorkolektor--ovalni ovalni apsorberapsorber

vakuumska cijevapsorber

reflektirajuće zrcalo

difuzno zračenje


Kolektori i promjena poloKolektori i promjena položžaja sunca na horizontuaja sunca na horizontu


VakuumskiVakuumski kolektor kolektor –– heatheat pipepipe


VakuumskiVakuumski kolektor kolektor –– heatheat pipepipe

heatheat pipepipe--princip princip radarada A vakuumska cijev

B heat pipeC apsorberD kondenzatorE koaksijalni izmj. topline (cijev u cijevi)

Kondenzator

Isparivač


VakuumskiVakuumski sunsunččani kolektori ani kolektori -- karakteristikekarakteristike

Sastoji se vakumirane cijevi Sastoji se vakumirane cijevi (Dewar(Dewar--ova cijevova cijev) ) sa ili bez sa ili bez reflektirajureflektirajuććih zrcala koja ih zrcala koja usmjeravaju difuzno i usmjeravaju difuzno i direktno zradirektno zraččenje na enje na selektivni selektivni apsorberapsorber((εε=0.9 =0.9 ÷÷ 0.95)0.95)

PotroPotroššna topla voda, grijanje prostora, na topla voda, grijanje prostora, maxmax temptemp. do 100. do 100°°C, C, radna radna temptemp. (40 . (40 ÷÷ 60)60)°°C, efikasnost=(50 C, efikasnost=(50 ÷÷ 60)%60)%

Radni medij: voda, alkohol, Radni medij: voda, alkohol, glikolglikol

Skuplji od ploSkuplji od ploččastih tipova, osjetljivi na gubitak astih tipova, osjetljivi na gubitak vakuuma, pogodniji za hladne klime s manjom vakuuma, pogodniji za hladne klime s manjom insolacijominsolacijom

Ulazna cijev

Izlazna cijev Dewar cijev Dovodna cijev Apsorb.. cijev

Ulazna cijev

Izlazna cijev

Dewar cijev Površina apsorbera U-cijev


-- vevećća efikasnost u zimskim mjesecima a u ljetnim a efikasnost u zimskim mjesecima a u ljetnim omoguomoguććuju postizanje veuju postizanje veććih temperatura ih temperatura

-- znatno viznatno višša cijena od ploa cijena od ploččastih koja ne prati poveastih koja ne prati poveććanje anje efikasnosti te gubitak vakuuma tijekom nekoliko godina efikasnosti te gubitak vakuuma tijekom nekoliko godina korikorišštenja a time i pad efikasnosti. tenja a time i pad efikasnosti.

-- lološš omjer radne povromjer radne površšine ine apsorberaapsorbera i ukupne povri ukupne površšine ine kolektora (vekolektora (većća a ugradnaugradna povrpovrššina u odnosu na veina u odnosu na veććinu inu ploploččastih kolektora)astih kolektora)

VakuumskiVakuumski kolektorikolektori--efikasnostefikasnost



KoncentrirajuKoncentrirajućći kolektorii kolektori

Promjena nagiba zrcala radi praćenja položaja sunca

zrcalo

fokus

voda

Linijsko fokusiranje Fokusiranje u točci

zrcalo

fokus

voda-ulaz voda-izlaz

Dvodimenzijsko praćenje položaja sunca


KoncentrirajuKoncentrirajućći kolektorii kolektori –– paraboliparaboliččna na ““koritakorita””

zaštita

apsorber

zrcalo


ParaboliParaboliččni kolektorini kolektori--karakteristikekarakteristike

SunSunččeva energija se fokusira u os eva energija se fokusira u os ““koritakorita””..Sastoje se od visokoSastoje se od visoko--reflektivnog parabolireflektivnog paraboliččnog zrcala (aluminijski nog zrcala (aluminijski ili srebrni sloj na staklu ili plastici refleksivnosti 90 % ili srebrni sloj na staklu ili plastici refleksivnosti 90 % ÷÷ 94% i 94% i apsorberaapsorbera polopoložženog u smjeru uzduenog u smjeru uzdužžne osi usmjerene istokne osi usmjerene istok--zapadzapad. . Korito se rotira oko uzduKorito se rotira oko uzdužžne osi radi prane osi radi praććenja visine suncaenja visine sunca((zenitzenitnognog kuta kuta θθzz). ). Omjer koncentracije Omjer koncentracije –– obiobiččno dono do RR=50=50, teoretski , teoretski R=45 000R=45 000MoguMogućće je postie je postićći temperature do i temperature do 400400÷÷500500°°CCApsorberApsorber je zasjenjen s gornje strane kako bi se smanjili gubici je zasjenjen s gornje strane kako bi se smanjili gubici zrazraččenjem na okolinuenjem na okolinu


ParaboliParaboliččni koncentratorini koncentratoriProizvodnja el. energijeProizvodnja el. energije--ulje zagrijano do to 390ulje zagrijano do to 390°°C, ukupni C, ukupni koeficijent koeficijent iskiskooristivostiristivosti pretvorbe :pretvorbe : ((1414÷÷2222))%%

generator pare

konvencionalni zagrijač

turbina el. generator

rashl. toranj kondenzator strujanje pare solarni krug

parabolični kolektori


ParaboliParaboliččnini tanjurastitanjurasti koncentratorikoncentratori

StirlingStirling--ovov stroj pokretan sunstroj pokretan sunččevom energijomevom energijom


ParaboliParaboliččni tanjurasti koncentratorini tanjurasti koncentratori


ParaboliParaboliččni tanjurasti koncentratorini tanjurasti koncentratori -- karakteristikekarakteristikePrate Prate suncesunce u u dvijedvije dimenzijedimenzije tjtj. prate . prate promjenupromjenu azimutaazimuta i i zenitnogzenitnog kutakuta. . OmjereOmjere koncentracijekoncentracije do do RR=10000, =10000, Max. Max. radnaradna temperaturatemperatura u u praksipraksi do 2700do 2700°°C. C. VisokeVisoke temperature temperature omoguomoguććujuuju direktnudirektnu proizvodnjuproizvodnjumehanimehaniččkogkog radarada nprnpr. . StirlingStirling--ovov strojstroj kojikoji jeje smjesmješštenten u u fokusufokusu tanjurastogtanjurastogkoncentratorakoncentratora -- temperature temperature ((700700÷÷10001000))°°C C i i koeficijentkoeficijentiskoristivostiiskoristivosti pretvorbepretvorbe 30%30% se se obiobiččnono postipostižžuu. .

El. El. energijaenergija se se momožžee proizvestiproizvesti bilobilo direktnomdirektnom proizvodnjomproizvodnjompare pare iliili termotermo--kemijskimkemijskim skladiskladišštenjemtenjem toplinetopline putemputemodgovarajuodgovarajuććegeg medijamedija. U tom . U tom slusluččajuaju sese proizvodeproizvode vodikvodik i i duduššikik postupkompostupkom disocijacijedisocijacije amonijakaamonijaka zaza ššto to se se energijaenergijadobivadobiva odod suncasunca. .


DisocijacijaDisocijacija i i sintezasinteza amonijakaamonijaka kaokao spremnikaspremnika energijeenergije u su sununččanojanojelektranielektrani--proizvodnjaproizvodnja el. el. energijeenergije

El. struja

Podzemne cijevi s amonijakom ili parom

Sunčevo zračenje

zrcalo

toplinski stroj

Sinteza (450°C)

Izmjenjivač topline (30°C)

Izmjenjivač topline

Prema ostalim zrcalima

Disocijacija (700°C)


SolarniSolarni toranjtoranj (10MWe(10MWe pripri 500500°°C ) u C ) u jujužžnojnojKalifornijiKaliforniji,1818 ,1818 ravnih zrcalaravnih zrcala


Efikasnost koncentratoraEfikasnost koncentratora


SunSunččani kolektori ani kolektori –– neostakljeni apsorberi


Neostakljeni Neostakljeni apsorberiapsorberi -- karakteristikekarakteristike

-- napravljeni od UV otporne gume ili plastikenapravljeni od UV otporne gume ili plastike-- za za niskotemperaturneniskotemperaturne aplikacije (aplikacije (24 24 ÷÷ 3232) ) °°CC ((nprnpr. .

plivaplivaččke bazene)ke bazene)-- niska efikasnost, propadanje materijala niska efikasnost, propadanje materijala -- niska cijena, jednostavna ugradnjaniska cijena, jednostavna ugradnja


SunSunččani kolektori ani kolektori –– krivulje efikasnostikrivulje efikasnosti


η kol

(TINOX premaz)


Raspodjela strujanja u kolektorima i spajanje u grupeRaspodjela strujanja u kolektorima i spajanje u grupe



ParalelniParalelni spoj kolektoraspoj kolektora

SerijskiSerijski spoj kolektoraspoj kolektora



ParalParalelnielni spojspoj: ni: nižži pad tlaka, ali i pad tlaka, ali zatijevazatijeva vevećću duljinu u duljinu cjevovoda i promjere zbog vecjevovoda i promjere zbog veććih vrijednosti protoka ih vrijednosti protoka

SeriSerijskijski spojspoj: uslijed ni: uslijed nižžih vrijednosti protoka veih vrijednosti protoka većće je povee je poveććanje anje temperature pri svakom prolazu fluida kroz grupu a time su i temperature pri svakom prolazu fluida kroz grupu a time su i vivišše izlazne temperaturee izlazne temperatureznatno je veznatno je većći pad tlaka kroz pojedinu grupu uslijed duljeg i pad tlaka kroz pojedinu grupu uslijed duljeg puta pojedine puta pojedine strujnicestrujnice fluida od ulaza do izlaza iz grupefluida od ulaza do izlaza iz grupe

Zbog veZbog veććih radnih temperatura serijski spojeni kolektori rade s ih radnih temperatura serijski spojeni kolektori rade s manjom efikasnomanjom efikasnoššćću, no ponekad je takav nau, no ponekad je takav naččin spajanja in spajanja neizbjeneizbježžan (pogotovo u podruan (pogotovo u područčjima s niskom jima s niskom insolacijominsolacijom))



TipiTipiččne vrijednosti protoka su (ne vrijednosti protoka su (40 40 ÷÷ 8080)) l/h l/h popo mm22 aktivneaktivnepovrpovrššine ine apsorberaapsorbera. . Ispitni protoci se kreIspitni protoci se krećću obiu običčno oko no oko 70 l/m70 l/m22h h ((premaprema ENEN 1297512975--22))..

Broj kolektora u grupi ne bi trebao biti veBroj kolektora u grupi ne bi trebao biti većći od i od 8 8 ÷÷ 10. 10. NajveNajvećći i broj proizvođabroj proizvođačča preporua preporuččuje uje 5 to 6 5 to 6 kolektora u paralelnom kolektora u paralelnom spojuspoju. . U serijskom spoju ograniU serijskom spoju ograniččenje na dopuenje na dopuššteni pad tlaka teni pad tlaka momožže utjecati na broj kolektora u spoju, dok je kod paralelnog e utjecati na broj kolektora u spoju, dok je kod paralelnog spoja prisutan problem nejednolike raspodjele fluida. spoja prisutan problem nejednolike raspodjele fluida.


HVALA NA POZORNOSTI


ToplovodniToplovodni sunsunččani sustaviani sustavi

-- NiskotemperaturniNiskotemperaturni sustavi sustavi (40 (40 ÷÷ 6060°°C)C) –– potropotroššna topla na topla vodavoda, , grijanje prostoragrijanje prostora, , grijanje plivagrijanje plivaččkih bazena kih bazena

-- Osnovni dijelovi su ploOsnovni dijelovi su ploččasti ili asti ili vakuumskivakuumski solarni kolektori solarni kolektori kojima se zagrijava voda u spremnikukojima se zagrijava voda u spremniku

Prisilno strujanjePrisilno strujanje –– pumpa osigurava cirkulaciju fluida kroz pumpa osigurava cirkulaciju fluida kroz kolektore, regulacija upravlja radom pumpe (on/kolektore, regulacija upravlja radom pumpe (on/offoff) ) ––za za ukljuuključčenje potrebna određena razlika temperatura kolektorenje potrebna određena razlika temperatura kolektor--spremnik spremnik

Prirodna cirkulacijaPrirodna cirkulacija –– strujanje se uspostavlja uslijed razlike strujanje se uspostavlja uslijed razlike gustogustoćća vode u kolektoru i spremniku, nije potrebna pumpa a vode u kolektoru i spremniku, nije potrebna pumpa niti regulacija, manji protoci, povratno strujanje noniti regulacija, manji protoci, povratno strujanje noććuu


ToplovodniToplovodni sunsunččani sustaviani sustaviSustav s jednim spremnikomSustav s jednim spremnikom


ToplovodniToplovodni sunsunččani sustaviani sustaviSustav s dvostrukim spremnikom Sustav s dvostrukim spremnikom --‘’‘’spremnik u spremnikuspremnik u spremniku’’’’



Sustav s dvostrukim spremnikom Sustav s dvostrukim spremnikom --‘’‘’spremnik u spremnikuspremnik u spremniku’’’’

topla voda

krug grijanja-polaz

krug grijanja- povrat

spremnik

pumpa solarnog kruga

dogrijavanje

hladna voda



Sustav s dva spremnikaSustav s dva spremnika


ToplovodniToplovodni sunsunččani sustaviani sustaviSustav s izmjenjivaSustav s izmjenjivaččem topline u spremnikuem topline u spremniku


ToplovodniToplovodni sunsunččani sustaviani sustaviNovije konstrukcije spremnika s dva spiralna izmjenjivaNovije konstrukcije spremnika s dva spiralna izmjenjivačča toplinea topline


ToplovodniToplovodni sunsunččani sustaviani sustavi––Sustavi s prirodnom cirkulacijom Sustavi s prirodnom cirkulacijom


ToplovodniToplovodni sunsunččani sustaviani sustaviKompaktni sustav s prirodnom cirkulacijomKompaktni sustav s prirodnom cirkulacijom


-- prirodna cirkulacija nosioca topline prirodna cirkulacija nosioca topline -- fluid se nakon fluid se nakon zagrijavanja u kolektoru uslijed razlike u gustozagrijavanja u kolektoru uslijed razlike u gustoćći dii dižže e do spremnika postavljenog iznad kolektora, tamo hladi do spremnika postavljenog iznad kolektora, tamo hladi i vrai vraćća nazad u kolektor potiskujua nazad u kolektor potiskujućći toplu vodu prema i toplu vodu prema spremniku. spremniku.

-- ne zahtijevaju regulaciju niti pumpu, ne zahtijevaju regulaciju niti pumpu, -- manja efikasnost zbog manjih protoka u kolektoru i manja efikasnost zbog manjih protoka u kolektoru i

veveććih toplinskih gubitaka ukoliko je spremnik montiran ih toplinskih gubitaka ukoliko je spremnik montiran izvan objekta. izvan objekta.

-- prikladniji za pripremu PTVprikladniji za pripremu PTV--a u manjim objektima u a u manjim objektima u ljetnim mjesecima ljetnim mjesecima (cijena oko 25000 kn).(cijena oko 25000 kn).

ToplovodniToplovodni sunsunččani sustaviani sustavi––Sustavi s prirodnom cirkulacijom Sustavi s prirodnom cirkulacijom


ToplovodniToplovodni sunsunččani sustaviani sustaviSustavi za grijanje plivaSustavi za grijanje plivaččkih bazenakih bazena


Sustavi za grijanje plivaSustavi za grijanje plivaččkih bazenakih bazena

Grijanje plivaGrijanje plivaččkih bazena spada u jednu od najekonomikih bazena spada u jednu od najekonomiččnijih nijih primjera koriprimjera korišštenja suntenja sunččeve energije zahvaljujueve energije zahvaljujućći relativno i relativno niskoj niskoj zahtjevanojzahtjevanoj temperaturi temperaturi vode vode (24 (24 ÷÷ 3232°°C) C) ššto to omoguomoguććuje koriuje korišštenje jeftinih neostakljenih kolektora tenje jeftinih neostakljenih kolektora napravljenih od UV otporne gume ili plastike.napravljenih od UV otporne gume ili plastike.

Kolektori se ovdje koriste kako bi nadoknadili toplinske gubitkeKolektori se ovdje koriste kako bi nadoknadili toplinske gubitkebazena uslijed isparavanja, bazena uslijed isparavanja, konvekcijekonvekcije i zrai zraččenja na okolinu. enja na okolinu.

Ukupni toplinski gubici sa vodene povrUkupni toplinski gubici sa vodene površšine otvorenih bazena se ine otvorenih bazena se mogu procijeniti kao mogu procijeniti kao 4 kWh/m4 kWh/m22dan dok isti kod zatvorenih dan dok isti kod zatvorenih bazena iznose oko bazena iznose oko 2,5 kWh/m2,5 kWh/m22dan (+ toplina potrebna za dan (+ toplina potrebna za zagrijavanje svjezagrijavanje svježže vode)e vode)


-- Sustavi koji su namijenjeni i zagrijavanju PTVSustavi koji su namijenjeni i zagrijavanju PTV--a i grijanju a i grijanju prostora zahtijevaju veprostora zahtijevaju većću povru površšinu kolektora i veinu kolektora i većću u zapreminu spremnika. zapreminu spremnika.

-- javljaju se problemi vijavljaju se problemi višška prikupljene energije u ljetnim ka prikupljene energije u ljetnim mjesecima, koja se onda momjesecima, koja se onda možže koristiti primjerice za e koristiti primjerice za zagrijavanje bazena, apsorpcijszagrijavanje bazena, apsorpcijsko hlađenje prostora ili pak ko hlađenje prostora ili pak za pokrivanje znatno veza pokrivanje znatno veććih potreba za PTVih potreba za PTV--om u ljetnim om u ljetnim mjesecima, kao mjesecima, kao ššto je to sluto je to sluččaj s apartmanima u aj s apartmanima u obiteljskim kuobiteljskim kuććama i hotelima tijekom ljetne sezone.ama i hotelima tijekom ljetne sezone.

-- najvenajvećća se efikasnost sustava postia se efikasnost sustava postižže ukoliko je grijanje e ukoliko je grijanje niskotemperaturnoniskotemperaturno ššto povlato povlačči upotrebu podnog ili zidnog i upotrebu podnog ili zidnog grijanja ili pak vegrijanja ili pak veććih povrih površšina radijatora. ina radijatora.

SunSunččani ani toplovodnitoplovodni sustavi sustavi ––Grijanje prostoraGrijanje prostora


-- Zadatak automatike (regulacije) je osigurati najveZadatak automatike (regulacije) je osigurati najvećću u efikasnost rada solarnog sistema. efikasnost rada solarnog sistema.

-- diferencijalna automatika ukljudiferencijalna automatika uključčuje pumpu kada je uje pumpu kada je temperatura na izlazu iz kolektora nekoliko temperatura na izlazu iz kolektora nekoliko °°C veC većća a od one u spremniku na mjestu neposredno iznad od one u spremniku na mjestu neposredno iznad izmjenjivaizmjenjivačča topline, a iskljua topline, a isključčuje kada je ta razlika uje kada je ta razlika manja od manja od zatijevanezatijevane. .

-- isti sklop automatike upravlja i radom pumpe isti sklop automatike upravlja i radom pumpe pomopomoććnog grijanja, el.grijanog grijanja, el.grijačča te pumpom grijanja a te pumpom grijanja prostora objekta. prostora objekta.

SunSunččani ani toplovodnitoplovodni sustavi sustavi ––AutomatikaAutomatika


-- Kod sunKod sunččanih sustava namijenjenih iskljuanih sustava namijenjenih isključčivo pripremi ivo pripremi PTVPTV--a odabir broja kolektora i njihovog nagiba te velia odabir broja kolektora i njihovog nagiba te veliččine ine spremnika ponajvispremnika ponajvišše ovisi dnevnoj potroe ovisi dnevnoj potroššnji vode u nji vode u pojedinom dijelu godine, klimatskom podrupojedinom dijelu godine, klimatskom područčju ju (kontinentalni ili primorski dio), te orijentaciji kolektora u (kontinentalni ili primorski dio), te orijentaciji kolektora u odnosu na strane svijeta. odnosu na strane svijeta.

-- tipitipiččne vrijednosti za obitelj sa 4ne vrijednosti za obitelj sa 4--5 5 ččlanova su 4lanova su 4--6 m6 m22

kolektora u kontinentalnom dijelu i 4 mkolektora u kontinentalnom dijelu i 4 m22 u primorskom u primorskom dijelu uz spremnik zapremine 200dijelu uz spremnik zapremine 200--300 Lit. 300 Lit.

-- nprnpr. s TINOX kolektorima . s TINOX kolektorima montmont. pod 45. pod 45°° kroz cijelu kroz cijelu godinu mogugodinu mogućće je prikupiti oko e je prikupiti oko 600600 kWh/mkWh/m22 toplinske toplinske energije u kontinentalnom dijelu i oko energije u kontinentalnom dijelu i oko 10001000 kWh/mkWh/m22 u u primorskom dijelu naprimorskom dijelu našše zemlje. e zemlje.

Dimenzioniranje sunDimenzioniranje sunččanih anih toplovodnihtoplovodnih sustavasustava


Simulacija i ekonomiSimulacija i ekonomiččno dimenzioniranje solarnih sustavano dimenzioniranje solarnih sustava

Kako bi se ispravno dimenzionirao Kako bi se ispravno dimenzionirao sunsunččnaninani sustav potrebno je sustav potrebno je provesti proraprovesti proraččun prikupljene sunun prikupljene sunččeve energije i potroeve energije i potroššnje topline nje topline tijekom svakog sata u karakteristitijekom svakog sata u karakterističčnom danu za pojedini mjesec. nom danu za pojedini mjesec. Time je omoguTime je omoguććen uvid u dinamien uvid u dinamiččke procese tijekom rada sustava, ke procese tijekom rada sustava, ššto je potrebno kako bi se ispravno odredila potrebna povrto je potrebno kako bi se ispravno odredila potrebna površšina ina kolektora, zapremina spremnika i snaga pomokolektora, zapremina spremnika i snaga pomoććnog grijanog grijačča. Na a. Na temelju provedenih proratemelju provedenih proraččuna izrauna izraččunavaju se cijena i period povrata unavaju se cijena i period povrata investicije te odabire optimalno rjeinvesticije te odabire optimalno rješšenje.enje.Pored zahtjevnih dinamiPored zahtjevnih dinamiččkih simulacija rada sustava postoji jokih simulacija rada sustava postoji joššnekoliko metoda temeljenih na simulacijama koje omogunekoliko metoda temeljenih na simulacijama koje omoguććuju uju dimenzioniranje komponenti sustava uz pomodimenzioniranje komponenti sustava uz pomoćć diagramadiagrama: : ff--chart chart metodametoda, , metoda iskoristivostmetoda iskoristivost; ; ff,,ff -- chart metchart metodaoda itditd.. ((detaljnije udetaljnije u DuffieDuffie,1991 ,1991 ). ).


Simulacija i ekonomiSimulacija i ekonomiččno dimenzioniranje sunno dimenzioniranje sunččanih sustavaanih sustava

Energija prikupljena na kolektorima tijekom jednog sataEnergija prikupljena na kolektorima tijekom jednog sata (t=1 h)(t=1 h)

ProraProraččun jednostavnog solarnog sustava za pripremu potroun jednostavnog solarnog sustava za pripremu potroššne tople ne tople vode (PTV)vode (PTV)

tAGQ kolsunckol ⋅⋅⋅= η (kWh)

Toplina potrebna za zagrijavanje PToplina potrebna za zagrijavanje PTTVV--a saa sa ttsvjsvj na na ttss

t)tt(cmQ svjspPTV −= &

Temperatura u spremniku ttss može se odrediti kroz satnu simulaciju rada sustava tijekom dana

(kWh)



fixkolkolinvest CACC +=

Cijena instalacije solarnog sustava (Cijena instalacije solarnog sustava (CCinvestinvest) mo) možže se izraziti kroz e se izraziti kroz sumu ukupne cijene samih kolektora (sumu ukupne cijene samih kolektora (CCkolkolAAkolkol) (ovisna o povr) (ovisna o površšini) i ini) i fiksne cijene za ostatak sustava (fiksne cijene za ostatak sustava (CCfixfix))

Fiksni troFiksni trošškovi za određeni interval povrkovi za određeni interval površšina kolektora obuhvaina kolektora obuhvaććaju aju cijene spremnika, armature, cjevovoda, regulacije i instaliranjacijene spremnika, armature, cjevovoda, regulacije i instaliranja. .

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



UUššteda na gorivu ili el. energiji proporcionalna je energiji prikuteda na gorivu ili el. energiji proporcionalna je energiji prikupljenoj pljenoj kolektorima energije kolektorima energije QQkolkol dobivenoj iz simulacijedobivenoj iz simulacije. . Visina uVisina uššteda u teda u novcu ovisi o gorivu na koje se referira.novcu ovisi o gorivu na koje se referira. Ukoliko se vrUkoliko se vršši usporedba u i usporedba u odnosu na loodnosu na ložž ulje ili plin koji se koriste u konvencionalnom ulje ili plin koji se koriste u konvencionalnom kotlovskomkotlovskom sustavu tada se usustavu tada se uššteda moteda možže izraziti kaoe izraziti kao

gorivogorivokotao

kol CQQ

S ⋅⋅

= ∑η

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

Gdje jeGdje je QQgorivogorivo ogrijevnaogrijevna vrijednost vrijednost (J(J//kg, Jkg, J//mmnn33), ), dok je dok je CCgorivogorivo

specifispecifiččna cijenana cijena goriva goriva ((knkn/kg, /kg, knkn/ m/ mnn3 3 ). ).

∑ collQ (J ili kWh) je godi(J ili kWh) je godiššnja kolinja količčina energije prikupljena kolektorimaina energije prikupljena kolektorima



Jednostavni period povrata investicije izraJednostavni period povrata investicije izražžen kroz broj godinaen kroz broj godina

SCP invest= ((godinagodina) )

Ukoliko su sredstva uloUkoliko su sredstva uložžena u sustav dobivena putem bankovnog ena u sustav dobivena putem bankovnog kredita tada kamatna stopa mora biti ukljukredita tada kamatna stopa mora biti uključčena u proraena u proraččun povrata un povrata investicije jer ga poveinvesticije jer ga poveććava. S druge strane ne smije se niti zanemariti ava. S druge strane ne smije se niti zanemariti utjecaj stope inflacije koja smanjuje period povrata. utjecaj stope inflacije koja smanjuje period povrata.



0

5

10

15

20

25

30

35

0 5 10 15 20 25 30br.osoba

kol.p

ovrš

ina,

m2

ZAGREBSPLIT



0

500

1000

1500

2000

2500

0 5 10 15 20 25 30br.osoba

ušte

da, E

UR

/god

Split/el.energija

Zagreb/el.energijaSPLIT/plin

ZAGREB/plin


0

5

10

15

20

25

30

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

godi

na

ZAGREBSPLIT

Period povrata investicijePeriod povrata investicije-- potropotroššnja PTVnja PTV--a a 8080 Lit/Lit/osobi*osobi*ddan.an. Kriteriji optimizacije: Kriteriji optimizacije: -- energetske potrebe za PTVenergetske potrebe za PTV--om su om su 100% 100% pokrivene u ljetnim pokrivene u ljetnim mjesecimamjesecima-- minimalni period povrata investicijeminimalni period povrata investicije

Usporedba s Usporedba s plinom kao plinom kao konvencionalnim konvencionalnim gorivomgorivom


0

5

10

15

20

25

30

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

godi

na

ZAGREBSPLIT

Usporedba s el. Usporedba s el. energijom kao energijom kao izvorom energijeizvorom energije

Period povrata investicijePeriod povrata investicije


-- Kod manjih sustava periodi povrata investicije se kreKod manjih sustava periodi povrata investicije se krećću od u od 3030--tak godina u kontinentalnom dijelu i 16 godina u tak godina u kontinentalnom dijelu i 16 godina u primorskom dijelu u odnosu na plin kao energent, te u primorskom dijelu u odnosu na plin kao energent, te u odnosu na elektriodnosu na električčnu energiju 8,5 odnosno 5,5 godinenu energiju 8,5 odnosno 5,5 godine

-- Za veZa većće sustave periodi povrata su manji jer solarni sustav e sustave periodi povrata su manji jer solarni sustav postaje dio cjelokupnog sustava grijanja i pripreme PTVpostaje dio cjelokupnog sustava grijanja i pripreme PTV--aa



HVALA NA POZORNOSTI

UPORABA SUNČEVE ENERGIJE - · PDF filePASIVNI SUSTAVI-iskorištavanje sunčeve...

Documents

Transcript of UPORABA SUNČEVE ENERGIJE - · PDF filePASIVNI SUSTAVI-iskorištavanje sunčeve...