Proiectare - Dimensionarea Instalatiilor Solare

Proiectarea Instalatiilor Solare

Dimensionarea termica a instalatiei solare

Vom lua in consideratie trei aplicatii solare tipice:
- Panouri solare pentru incalzirea apei calde menajere
- Panouri solare pentru incalzirea spatiilor casnice
- Panouri solare pentru incalzirea piscinelor

Vom defini procedurile necesare pentru a stabili:
- Influenta pe care o are pozitia in care se afla panourile solare asupra energiei obtinute
- Necesarul termic mediu
- Suprafata panourilor solare
- Volumul rezervorului de acumulare solara
- Gradul de acoperire ce poate fi obtinut

Evolutia anuala normala a energiei solare disponibile pe o suprafata de referinta

Informatii generale privind necesarul termic

Elementul principal ce sta la baza dimensionarii panourilor solare il constituie necesarul termic al aplicatiei specifi ce pe care dorim sa o integram. În mod special, se vor stabili valorile lunare si cele anuale ale necesarului termic.

Cunoasterea varfurilor zilnice de consum poate fi ignorata in cazul instalatiilor solare, deoarece energia solara termica reprezinta o sursa de economisire energetica similara surselor traditionale (gaz, electricitate). De aceea, se va tine cont de dimensionarea panourilor solare si nu de gradul de confort (ca de exemplu, prezenta constanta a unei mari cantitati de apa menajera), acesta din urma reprezentand o prerogativa fundamentala atunci cand se aleg dimensiunile sistemelor traditionale de incalzire (instalatii cu cazan ori sisteme similare).

Evolutia anuala a necesarului de energie trebuie comparata cu energia furnizata de soare. Acest raport creste in timpul verii si scade pe masura ce vremea se raceste (curba tip clopot). Evolutia anuala a energiei solare este influentata in mod considerabil de pozitionarea (inclinarea si orientarea) campului de colectoare, element tratat in continuare.

Gradul de acoperire al energiei solare comparativ cu un profil constant de consum menajer in timpul anului (aplicatie menajera normala pentru locuinte in regim de condominiu)

Gradul de acoperire al energiei solare comparativ cu un profil de consum menajer in combinatie cu consum pentru incalzirea spatiilor (aplicatie menajera normala pentru locuinte cu o singura familie)

Sunt preferate in general evolutiile profilului de consum aproximativ regulate pe durata anului sau care urmeaza pe cat posibil variatia energiei solare. De exemplu, consumul de apa calda menajera in campinguri, in timpul verii, mentinerea temperaturii piscinelor descoperite si racirea pe timpul verii (cu ajutorul dispozitivelor de absorbtie) reprezinta aplicatii solare optime dat fiind faptul ca solicita sarcini maxime in timpul verii (sau in perioada de disponibilitate maxima a sursei alternative).

Profil de consum anual corect (piscina in aer liber)

La polul opus, aplicatiile care presupun, de exemplu, incalzirea spatiilor casnice si productia de apa calda menajera in scoli, reprezinta situatii tipice in care exista o „gaura” de consum in timpul verii si un varf iarna. Aceste aplicatii nu sunt in concordanta cu disponibilitatea de energie solara si, prin urmare, fezabilitatea tehnica a acestora, precum si consumul, vor fi evaluate de la caz la caz.

Profil de consum anual incorect (incalzirea apei menajere intr-o scoala)

Informatii generale privind pozitionarea panourilor solare

Pozitionarea panourilor solare are o importanta deosebita din punct de vedere al randamentului energetic al instalatiei solare. Studiul pozitionarii se refera in general la alegerea unghiurilor de montaj al panoului solar si la analizarea zonelor de umbra, atat a celor create de randurile de panouri solare, cat si a celor generate de obstacolele aflate in afara campului. În anumite cazuri, constrangerile impuse de pozitionare sunt in numar atat de mare incat este mai bine sa se renunte la realizarea unei instalatii solare si sa se opteze pentru alte tipuri de investitie.

Azimutul si inclinarea panoului solar

Cantitatea anuala de energie solara obtinuta depinde de modul in care colectorul este expus traiectoriilor zilnice ale soarelui (pe durata tuturor celor 365 de zile ale anului). Acest fapt depinde de doua unghiuri in care este montat colectorul:
- Orientarea (denumita „Azimut”): defi neste indepartarea de Sud (in emisfera noastra)
- Inclinarea: defineste gradul de inclinare a colectorului

Expunerea medie zilnica la lumina solara corespunzatoare lunii corespunzatoare (kW/m2 zi) poate fi calculata pentru o suprafata orientata si inclinata in orice mod, printr-o procedura definita de norma UNI 8477, partea I. Oricum, exista numeroase programe gratuite sau simple foi de calcul care permit calcularea infl uentei pe care unghiurile mai sus mentionate o au asupra cantitatii de energie solara anuala si lunara pentru toate zonele geografi ce. Fara a intra in detaliile calculelor analitice deja descrise in norma, va oferim cateva indicatii general valabile si utile pentru o corecta pozitionare a campului colector in functie de tipul de aplicatie solara aleasa.

- Orientarea Υ: Orientarea spre sud (Υ=0°) reprezinta conditia ideala, obtinandu-se astfel cea mai mare cantitate de energie atat pe o baza anuala cat si lunara. Acolo unde este posibil, pentru orice tip de aplicatie, este intotdeauna de preferat ca azimutul sa fi e egal cu 0°. Anumite aplicatii anuale sau in primul rand de vara (de exemplu, pentru incalzirea piscinelor si a apei menajere) implica indepartari majore de la conditia ideala fara pierderi importante de energie. Alte aplicatii proprii doar anotimpului rece (de exemplu integrarea in instalatii de incalzire), tocmai datorita faptului ca prevad exploatarea energiei solare in perioadele cu expunere redusa la lumina solara, sunt extrem de sensibile la indepartarile fata de sud.

- Înclinatia ß: Unghiul de inclinatie optima depinde in mare masura de utilizarea instalatiei solare. Unghiurile optime de inclinatie sunt mai reduse pentru productia de apa calda si pentru incalzirea piscinei, deoarece tin cont de inaltimea cea mai ridicata a soarelui in timpul verii. Unghiurile optime de inclinatie pentru integrarea in instalatii de incalzire a mediului ambient sunt in schimb mai mari dat fi ind faptul ca sunt prevazute pentru pozitia mai joasa a soarelui in anotimpurile de tranzitie.

Umbra generata de obstacole

Acest tip de umbra necesita observarea localizarii pentru a determina conturul unghiular al obstacolului vazut din centrul campului de panouri solare de instalat.

În fiecare zi a anului, soarele urmeaza o traiectorie pe bolta cereasca ale carei coordonate principale, azimutul si elevatia, sunt reprezentate in grafi c. În acelasi grafi c sunt reprezentate azimutul si gradul de elevatie al unor potentiale obstacole situate in apropierea unei anumite instalatii solare. Prin urmare, grafi cul permite stabilirea intervalelor de timp si a zilelor in care instalatia solara nu este expusa in mod direct luminii solare. Se poate astfel evalua cantitatea anuala de energie care lipseste. Si in acest caz, pentru tratarea exclusiv analitica, se vor consulta textele specifice.