ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov
Budovy a energie Obnovitelné zdroje energie doc. Ing. Michal Kabrhel, Ph.D.
Verze 2.17
Solární energie Kolektory
1
Kapalinové solární kolektory Trubkový vakuový kolektor - plochý nebo válcový selektivní absorbér ve vakuované skleněné trubce, tlak <1kPa, vysokoteplotní aplikace, 380 až 760 kWh/m2r
Kapalinové solární kolektory • Konstrukce: – vakuová izolace skleněných trubic – větší využití difúzní radiace – vysoká účinnost, vyšší teploty až 200°C – vyšší energetický zisk v přechodném období – lehká konstrukce
2
Kapalinové solární kolektory Tepelná trubice (heat pipe)
Trubkový vakuový kolektor • Vyšší investiční náklady • Vhodný zejména pro využití v zimním období tzn. vhodný pro vytápění, technologii – Optimální sklon 65-70° (zimní období, nedochází k zakrytí sněhem)
• Výkon lze zvýšit použitím zrcadel 1) Sluneční záření 2) CPC-zrcadla 3) Vakuová trubice 4) Vysokoselektivní povrch 5) Vakuum 6) Cu trubka 7) Teplonosný plech
3
Solární kapalinové kolektory ž Plochý kolektor s plastovým absorbérem nezakrytý plastová rohož, bez zasklení, pro ohřev bazénové vody
ž Plochý kolektor -deskový kolektor, kovový absorbér, sezónní ohřev vody, 250 až 370 kWh/m2r
ž Plochý selektivní kolektor -deskový kolektor se spektrálně
selektivním povlakem, kovový absorbér, celoroční provoz, 320 až 530 kWh/m2r
ž Plochý vakuový kolektor -deskový kolektor, tlak v kolektoru 1-10kPa, celoroční provoz, vysokoteplotní aplikace
ž Trubkový vakuový kolektor -plochý nebo válcový selektivní
absorbér ve vakuované skleněné trubce, tlak <1kPa, vysokoteplotní aplikace, 380 až 760 kWh/m2r
ž Koncentrující kolektor -kolektor s optickými prvky pro soustředění slunečního záření (zrcadla, čočky)
Stagnační stav kolektoru • Není odběr energie • Porucha dodávky elektrické energie • Stagnační teploty různých typů kolektorů
4
Umístění kolektorů • Nosná konstrukce kolektorů – hliníková eloxovaná, nevyžaduje údržbu – umístění většího kolektorového pole, umístění ve výšce nad 20m nutný samostatný projekt
• Nad střešní krytinu – Šikmá střecha (optimum 45°, jih ±30°) • rámová konstrukce nad střešní krytinou • Integrace do střešního pláště
Umístění kolektorů
• Nad střešní krytinu
– Plochá střecha-nosná konstrukce samostatná • Připevnění k vystupujícím prvkům nad střešní izolaci (min. 0,5m, konstrukce různé zátěžové skupiny • Přitížení zátěží
– Samostatný nosný rám mimo objekt • Pevný • Otočný-mechanický, motorický
5
Aktivní solární soustava • Kapalinový – (hydronický)-“hydronic“-využití vody pro vytápění případně chlazení
• Vzduchový – využití vzduchu pro přenos tepla
Kapalinová solární soustava • Přímý
• Přirozený
• Nepřímý
• Nucený uzavřený
6
Samotížná solární soustava • Pracuje na principu přirozeného oběhu vody v soustavě • Soustava otevřená nebo uzavřená Výhody - jednoduchost - možná nezávislost na elektrické energii
NEvýhody - nemožnost regulace teplot - při celoročního užívání nutné opatření proti zamrznutí (TV) - menší variabilita - hmotnost?
Solární soustava Druhy solárních systémů: High flow system (systém s vysokým průtokem)- průtok 30-70 l/h.m2 kolektoru, ohřev média o 8-12°C, vhodné pro menší solární soustavy, pozvolné ohřívání zásobníku Low flow system (systém s nízkým průtokem)- průtok 8-15 l/h.m2 kolektoru, ohřev média až o 50°C, vhodné v kombinaci se stratifikovaným zásobníkem, nutné vychlazení zpátečky, úspory na čerpací práci a účinnosti až 20% Matchet flow system ( kombinovaný systém)- průtok 10-40 l/h.m2 kolektoru, kombinace předchozích systémů Drain back – systém kdy médium z kolektorů vyteče do zásobní nádrže, pokud nedochází k jeho ohřívání, lze použít čistou vodu
7
Solární soustava
• • • • •
Pouze systémová řešení Soustava bez expanzní nádoby a odvzdušňování Kompaktní tvar a integrace komponent Rychlá montáž Nižší účinnost (cca o 5%)
Solární soustava • Zásobník tepla – životnost souvisí s kvalitou vnitřního povrchu zásobníku, výměníku (nejlépe nerez, keramika, teflon,..) – vhodné využít teplotní rozvrstvení (stratifikaci) v zásobníku-může zvýšit účinnost systému o 5-15% – předehřev vody solárními kolektory (zvýšení teploty z 10 na cca 25-50°C) – zajistit pravidelnou termickou desinfekci
8
Solární zásobníky • Systém nádoba v nádobě – větší objemy 500-1500l – akumulace energie z více zdrojů – využití solární energie pro vytápění i přípravu TV
Solární zásobníky
• Systém s průtokovým ohřevem TV
– větší objemy 500-1500l – akumulace energie z více zdrojů – nižší zásoba TV – menší průtok TV
9
Solární jednotka
Schéma zapojení solární soustavy - kolektory
10
