Sistemul solar termic - CONCEPTE FUNDAMENTALE

Concepte fundamentale ale sistemelor solare termice

Acoperire

Aceasta este un raport procentual intre energia furnizata de instalatia solara si energia totala necesara unei anumite aplicatii (consumul pentru incalzirea apei menajere, incalzirea incaperilor sau a piscinelor)

Unde:
EU = energia solara utilizata la consumator
EN = energia totala necesara consumatorului (consum)

Acest raport poate fi calculat pentru perioade diferite (anual, lunar sau saptamanal); in aceste cazuri vorbim de acoperire anuala, lunara sau saptamanala. In functie de consumul mediu de energie EN, acoperirea sistemului termic creste daca:
- creste numarul de panouri solare
- panourile se afla in zone climatice cu expunere mai mare la lumina zilei
- este vara.

Valori obisnuite pentru acoperirea lunara (pentru apa calda menajera)
Ianuarie 20%
Iulie 90%
Valori obisnuite pentru acoperirea lunara (pentru apa calda menajera)
Intre 40% si 70%
Valori obisnuite pentru acoperirea lunara (pentru apa calda menajera si incalzirea incaperilor)
De la 10% la 25%

Randament

Acesta este un raport procentual intre energie furnizata de instalatia solara si energia totala incidenta pe campul colector.

Unde:
EU= energia solara utilizata la consumator
EI = energia solara incidenta pe suprafata colectoarelor

Acest raport poate fi calculat pentru perioade diferite (anual, lunar sau saptamanal). In functie de consumul (lunar) de energie EN, randamentul sistemului creste daca:
- sunt instalate panouri solare cu randament mai mare (calitate operationala)
- este redusa temperatura circuitului solar sau creste temperatura aerului exterior (dispersie redusa a colectorului) este redusa dispersia termica pentru distributie si stocare (izolare termica mai bune) este redus numarul de panouri solare, astfel fiind eliminate pierderile provocate de lipsa consumului de energie solara (subdimensionare) obisnuite ale randamentului anual (pentru apa calda menajera) Intre 30% si 50% obisnuite ale randamentului anual (pentru apa calda menajera si incalzire camere) Intre 20% si 30% vara, cand incaperile nu mai sunt incalzite, exista un exces de energie solara care se pierde, reducand productia instalatiei)

Acoperire/Randament

O centrala termica furnizeaza exact energia ceruta de necesarul termic; daca nu exista cerere de energie, instalatia ramane oprita, randamentul nefiind existent pentru consum zero. O instalatie solara termica, dimpotriva, continua sa capteze energie solara si atunci cand nu exista cerere si rezervorul de acumulare este deja incalzit complet. De aceea, exista randament si pentru consum zero. Pentru clarificare, in aceste conditii toata energia solara excedenta se pierde exact ca in cazul turnarii apei intr-un recipient deja plin. Aceasta „risipa” de energie solara, scade instantaneu randamentul sistemului la zero si reduce si valorile de productie medie anuala si sezoniera.

Un criteriu de proiectare corecta este acela de a nu instala un numar exagerat de colectoare. O instalatie solara proiectata corect trebuie sa acopere 100% din necesarul energetic numai in lunile de vara.

Apa menajera 200 litri/zi Suprafata panouri 4 m2

Exemplu de instalatie solara bine dimensionata:
- acoperire anuala buna (60%)
- eficienta anuala a sistemului ridicata (45%)
- timp minim de amortizare a instalatiei.

In restul anului trebuie sa ne „multumim” cu ceea ce reusim sa obtinem. Daca se mareste prea mult acoperirea, se risca prabusirea randamentelor sistemului, platirea pentru o instalatie prea mare, prelungirea perioadelor de amortizare si probleme de supraincalzire a colectoarelor vara. Deseori se ia in considerare numai eficienta panourilor solare (care nu variaza niciodata cu mai mult de 5-10%), fiind uitat faptul ca dimensionarea gresita (la fel ca si punerea in functiune sau proiectarea gresite) poate sa provoace cu usurinta scaderi cu 30 de puncte ale randamentului anual al sistemului.

Apa menajera 200 litri/zi Suprafata panouri 6 m2

Exemplu de instalatie supradimensionata (cresterea suprafetei cu 50%):
- acoperire anuala mai mare (70%)
- eficienta anuala a sistemului mai mica (30%)
- sistem mai scump (mai multe panouri solare)
- in lunile de vara, excesul de energie solara (indicat prin culoarea gri) este pierdut si panourile se supraincalzesc
- perioade de amortizare mai mari

Integrare energetica a sistemului solar

Soarele furnizeaza o energie medie zilnica care variaza mult in timpul anului. In Romania, in timpul verii, este emisa o energie zilnica de 7-8 kWh/m2; in timpul iernii, valoarea se reduce de circa 4 ori, ajungand la 2-3 kWh/m2.
Salt termic zilnic al apei din boiler
- Vara:
ΔT = 60°C › T boiler = 70°C › Se poate face dus
- Iarna:
ΔT = 15°C › T boiler = 25°C › Nu se poate face dus

Din acest motiv, daca vara soarele poate furniza 100% din energia necesara, crescand temperatura rezervei de apa la circa 60°C, iarna furnizeaza doar 20% din energie, crescand temperatura rezervei de apa la 15°C. Pentru utilizarea anuala, instalatia solara trebuie integrata intr-un sistem de incalzire conventional, care va intra in functiune completand pre-incalzirea realizata de incalzirea solara.

Integrarea cu sursa energetica conventionala se poate face in doua moduri: prin stocare si prin consum.

Integrare in timpul consumului (instantanee)

Temperatura apei preincalzite de instalatia solara este crescuta instantaneu la temperatura fi nala in momentul utilizarii, la trecerea printr-un cazan sau boiler. Circulatie naturala + cazan/boiler cu incalzire instantanee Circulatie fortata cu boiler mono-serpentina + cazan/boiler cu incalzire instantanee

 Integrare inainte de consum (prin stocare)

Temperatura apei preincalzite de instalatia solara este crescuta la temperatura finala de utilizare in timpul fazei de stocare, prin rezistenta sau serpentina + cazan (numai pentru incalzire).

Circulatie naturala + rezistenta electrica
Circulatie fortata cu boiler cu serpentina dubla + cazan pentru incalzire.