Угол наклона солнечного коллектора: Типы солнечных жидкостных тепловых коллекторов
Оптимальный угол наклона солнечных батарей
Продуктивность автономной солнечной электростанции зависит от правильности установки ее элементов. Один из таких – солнечная панель.
Немаловажным фактором является наклон, под которым устраивают фотоэлектрические панели. Солнечная батарея должна наклоняться под определенным углом. Но этот угол не может быть всегда одинаковым. Положение панелей должно меняться в зависимости от особенностей климата (количества солнечных дней в году), времени года, суток, погоды.
Есть и постоянные факторы, влияющие на угол наклона панелей, – географическая широта, место монтажа, период использования (если батарея работает не круглый год). Их тоже необходимо учитывать при установке солнечной энергосистемы, чтобы попытаться «выжать» максимум энергии из того, что предлагает вам бесплатный возобновляемый ресурс – солнце.
И если вмешаться в физические процессы устройств системы не представляется возможным, то на эффективность ее работы можно повлиять напрямую при помощи определенных знаний и простых человеческих усилий.
Нельзя увеличить КПД фотоэлементов, поскольку способность синтезировать ток из энергии солнечных лучей заложена в них производителем в определенной степени. Но человеку под силу создать наилучше условия для работы панелей.
Ориентир для выбора угла наклона панелей
Наиболее комфортная среда для эффективной выработки энергии солнечной панели – когда луч бьет прямо перпендикулярно с ясного неба. Хотя и облачность для солнца не такая уж существенная преграда. Лучи проникают даже сквозь облака. И задача владельца автономной системы состоит в том, чтобы обеспечить панелям положение максимальной производительности.
Главный ориентир в этом случае, безусловно, солнце. Его положение определяет не только время суток, но и сезон. Зимой и летом Солнце находится под разным наклоном относительно Земли. В летнее время лучи бьют по поверхности прямо, зимой – несколько горизонтально. Но и в межсезонье Солнце наклоняется относительно Земли под другим определенным углом.
При установке фотоэлектрических панелей необходимо ориентироваться хотя бы на сезонность лето/зима. Оптимальный для летнего времени года угол наклона – 30-40 градусов, для зимнего периода – 70 и более градусов. Нельзя не взять во внимание еще и такие параметры, как широта местности. Как определить угол наклона для местности с определенной географической широтой, смотрите в таблице.
|
Географическая широта |
Угол наклона |
|
0°-15° |
15° |
|
15°-25° |
Равняется значению широты |
|
25°-30° |
+5° |
|
30°-35° |
+10° |
|
35°-40° |
+15° |
|
Более 40° |
+20° |
При установке фотоэлектрических панелей под определенным наклоном необходимо учитывать и то, сколько потребуется энергии в определенном месяце. Если электричество будет потребляться в больших количествах, необходимо подобрать такой угол наклона, который обеспечит нужное количество энергии.
К примеру, в летний период энергии требуется меньше – дома не отапливаются, и мощные нагревательные приборы используются реже. Соответственно, угол наклона панелей может быть уменьшен. Зимой и в межсезонье количество потребителей резко возрастает. Поэтому есть смысл увеличить угол наклона панелей в сторону оптимального значения 90 градусов.
В использовании солнечной батареи важен не только выбор модулей, но также их правильная установка. Положение панелей в частных домах и на дачах регулируют чаще всего вручную. Ведь для автоматической регулировки необходимо приобретать специальную конструкцию.
Использование солнечной батареи исключительно в определенное время года существенно сокращает частоту необходимой регулировки фотоэлектрических модулей. Тем не менее, в любом случае, отхождение от нормы 90 градусов (оптимальный угол падения солнечных лучей на поверхность панелей) чревато снижением выработки электроэнергии автономной системой.
Способы установки
Итак, монтировать солнечные панели можно тремя известными способами.
Неподвижная поверхность
На неподвижную поверхность – кровля, стены, фундамент, площадка возле дома. При этом панели можно сделать подвижными, изготовив самодельную конструкцию и закрепив модули с фотоэлементами таким образом, чтобы площадку крепления можно было поворачивать вручную.
Для изготовления самодельных конструкций применяют алюминиевые или железные профильные трубы. Чтобы такие изделия оказались стойкими и не падали под воздействием ветра, их закрепляют на бетонном фундаменте или креплениях из нержавеющей стали.
Трекеры
Это специальные конструкции с вращающимися осями. Оси могут вращаться в одной или двух плоскостях. Для изготовления трекеров применяют профиль из стали или алюминия.
Мобильные установки
Существуют также мобильные установки. Их главное преимущество – возможность транспортировки, небольшой вес. Мобильные конструкции можно сворачивать и разворачивать при необходимости. Такие установки могут быть, как трекеры, оснащены механизмом слежения за направлением солнечных лучей. Однако большой мощности от мобильных конструкций ожидать не стоит. Данный показатель ограничен небольшими габаритами и весом установки.
Самое оптимальное положение модуля – это положение, при котором солнечный луч падает на его поверхность под углом 90 градусов. Однако не всегда удается добиться такого эффекта. Постоянное положение панелей под углом 90 градусов к направлению солнца обеспечивают только дорогостоящие трекеры, которые имеют большой вес, требуют много дополнительного пространства и сами по себе тоже потребляют энергию. Такие поворотные конструкции следят за солнцем и обращают модули в нужную сторону под нужным углом автоматически.
Не каждый владелец частного дома, коттеджа или дачи может позволить себе покупку и содержание трекера. Поэтому основными местами монтажа солнечной батареи являются неподвижные конструкции.
При круглогодичном использовании солнечной батареи, когда фотомодули закреплены на статическую поверхность, избирают угол, средний по значению. То же самое делают, если используют автономную систему сезонно. Фотоэлектрические панели должны быть прочно закреплены и ориентированы на солнце.
Чем чаще происходит регулировка угла наклона фотоэлектрических модулей, тем эффективнее выработка энергии от солнечных лучей. Проще говоря, чем ближе угол между направлением солнца и рабочей поверхностью, тем быстрее аккумулятор накапливает нужный объем электрического тока.
Если вы не можете позволить себе постоянно регулировать положение панелей, направьте их в южную сторону и зафиксируйте под углом наклона с несущественными отклонениями по азимуту.
С использованием специального вращающегося трекера выработка энергии всегда будет 100%. Если не регулировать положение панелей, а просто выбрать оптимальное значение угла, производительность батареи составит 71%. При регулировке 2 раза в год эффективность будет примерно равна 75%. При регулировке 4 раза в год – 76%.
Установлено, что если регулировать наклон дважды в год, оптимальными датами для изменения положения панелей является 30 марта и 12 сентября. Для 4-разового регулирования наклона подходят даты 5 марта, 18 апреля, 24 августа и 7 октября.
Обратите внимание! Панели не должны затенять друг друга при изменении направления солнца. При установке высчитывайте расстояние между ними.
Расчеты угла наклона и эффективности работы панелей
Рассчитать оптимальное значение угла наклона можно следующими способами:
-
Умножьте широту на 0,87. Такой расчет подойдет для широты до 25 градусов.
-
Умножьте широту на 0,76 и прибавьте 3,1. Так вы получите оптимальное значение угла для местности с географической широтой 25-50 градусов.
Если солнечные панели вы уже установили, и сделали это без учета ориентира и определения угла наклона, то вы всегда можете оценить эффективность их работы и примерно высчитать возможные потери энергии. Для этого определите угол между перпендикулярно расположенным ориентиром модулей и линией направления на солнце. Затем примените формулу:
tan (|90-х|) / sin (|90-х|), где х – значение полученного угла.
Чтобы получить процент получаемой мощности, поделите 1 на полученное в расчетах значение.
Выполнить наиболее точные и правильные расчеты вам поможет только специалист. Если у вас возникнут вопросы или проблемы с выбором угла наклона солнечных панелей в Краснодаре и Краснодарском крае, обращайтесь, мы проконсультируем вас и окажем квалифицированную помощь в установке.
Экономим электричество: расчеты производительности солнечного коллектора
В статье будет рассмотрен наиболее простой метод расчета количества энергии, которую можно получить путем применения солнечного коллектора. Статистика гласит, что в среднем в домашнем хозяйстве для использования горячей воды требуется от 2 до 4 кВт. Тепловой энергии в день на 1 человека.
Расчет мощности солнечного коллектора
В качестве примера будут приведены расчеты коллектора для Московской области.
Данные для расчетов:
- Место применения – Московская область Площадь поглощения – 2,35м2 (на основе таблицы о среднем количестве поступления солнечной энергии для регионов РФ)
- Величина инсоляция в Московской области – 1173,7кВт*час/м2
- КПД – от 67% до 80% (будут использованы минимальные показатели, актуальные для устаревших коллекторов, поэтому результаты будут слегка занижены).
- Угол наклона коллектора – в расчетах будут использованы оптимальные данные угла наклона.
карта инсоляции россии
Рассчитываем площадь поглощения для одной трубки:
15 трубок = 2,35 м. кв.; 1 трубка = 2,35 / 15 = 0,15 м. кв.
Теперь, когда известна площадь, которую поглощает одна трубка, определим количество трубок, составляющий 1 м. кв. поверхности коллектора: 1 / 0,15 = 6, 66. Иными словами, на один метр поверхности поглощения требуется 7 трубок коллектора.
Далее производим расчет тепловой мощности одной трубки коллектора. Это даст возможность рассчитать число трубок, необходимых для получения достаточной тепловой энергии на периоды в один день и один год:
Получаемая мощность в расчете на один день рассчитывается следующим образом: 0,15 (S поглощения 1 трубки) x 1173,7 (величина инсоляции в Московской области) x 0,67 (КПД солнечного коллектора) = 117,95 кВт*час/м. кв.
Для расчета годовой эффективности одной трубки в выбранном регионе в формуле для расчета дневной мощности следует использовать годовые инсоляционные данные. Иначе говоря, на место 1173, 7 необходимо поставить региональное значения инсоляции.
Мощность, вырабатываемая при помощи одной трубки в Москве, составляет от 117,95 (при использовании КПД в размере 67%) до 140кВт*час/м.кв. (при использовании КПД в размере 80%).
В среднем за сутки одна вакуумная трубка теплового коллектора вырабатывает 0,325кВт*час.
В наиболее солнечные месяцы (июнь, июль) одна трубка будет производить 0,545кВт*час.
Работа солнечного коллектора без света невозможна, по этой причине указанные показатели нужно использовать при расчете светового дня.
Сколько можно сэкономить электроэнергии в Москве при использовании одного м. кв. коллектора (как мы выяснили, это 7 вакуумных трубок)?
Годовая экономия энергии составит:
117,95 кВт*час/м2 * 7 = 825,6 кВт*час/м.кв.
Наибольшую мощность солнечный коллектор, соответственно, будет вырабатывать в летние месяцы. К примеру, в июне при использовании 1 м.кв. коллектора выработка электроэнергии составит около 115–117 кВт*час/м.кв.
Иначе говоря, энергетическая польза при использовании солнечного коллектора с 15-ю вакуумными трубками, где S=2,35 м.кв. за период с марта по август при суммарном значении инсоляции за весь указанный период в 874,2 кВт*час/м.кв. составит: 874,2 * 2,35 * 0,67 = 1376 кВт, то есть, практически 1,4 МегаВт. энергии, что в день составляет примерно 8 кВт.
Вспомним статистическую информацию, приведенную в первой части статьи – в домохозяйстве используется от 2 до 4 кВт энергии при потреблении горячей воды одним человеком ежедневно. Данные показатели подразумевают использование коллектора для нагрева горячей воды и, в частности, таких нужд как принятие душа, мытье посуды и т.п.
Расчеты солнечного коллектора, состоящего из 15 вакуумных трубок, позволяют сделать вывод о том, что в огородный сезон данного устройства будет достаточно для того чтобы обеспечить горячей водой семью, состоящую из трех человек. В результате, при учете всех неблагоприятных обстоятельств, таких как пасмурная или дождливая погода, на электроэнергии, используемой для подогрева воды, можно очень неплохо сэкономить.
Если же говорить об оптимальных условиях (солнечная погода и отсутствие дождей), то в данном случае выработка тепловой энергии солнечным коллектором позволит вообще избежать необходимости платить за электроэнергию.
Примечания
Если в таблице с расчетами солнечной энергии в различных регионах РФ нет точной информации о регионе, в котором Вы проживаете, то можно воспользоваться информацией, которая указана на инсоляционной карте России. Это позволит узнать приблизительное значение получаемой тепловой энергии в расчете на один квадратный метр.
Эмпирическим путем определено: чтобы рассчитать инсоляцию для наиболее оптимального угла наклона солнечного коллектора, следует данные, указанные для выбранной площади, умножить на коэффициент 1,2.
Определение угла наклона солнечных коллекторов
К примеру, в таблице указано, что для Москвы значение энергии, которое доступно на протяжении светового дня, составляет 2,63 кВт*ч/м.кв. Иначе говоря, доступная годовая энергия составляет 2,63 * 365 = 960 кВт*ч/м.кв.
Таким образом, при оптимальном наклоне площадки в Москве коллектор будет вырабатывать приблизительно 1174 кВт*ч/м.кв.
Конечно, данный метод расчета не является высоконаучным, однако, с другой стороны, полученные данные вполне можно использовать для определения необходимого количества вакуумных трубок на бытовом уровне.
Итоги
Солнечные коллекторы из года в год обретают все большую популярность среди владельцев дачных участков. Очевидно, что это говорит о том, что данное устройство позволяет существенно сэкономить электроэнергию при нагреве воды, что подробно описано и доказано в вышеизложенных расчетных примерах.
Данный агрегат является актуальным практически для любого региона России. Но прежде чем купить солнечный коллектор, лучше посчитать рентабельности и сроки окупаемости этого оборудования, что позволит убедиться в актуальности представленного инновационного оборудования для применения в Вашем регионе.
Дата публикации: 30 мая 2014
Оставить комментарий
Вы должны быть Войти, чтобы оставлять комментарии.
Угол наклона солнечных панелей — получаем максимальный эффект
Солнечная панель сделана из фотоэлектрических элементов. Принцип работы фотоэлектрического модуля – преобразование энергии солнца в электрическую энергию.
Чем больше энергии несет падающий на фотоэлектрическую ячейку луч солнца, тем больше электричества она вырабатывает. Электроэнергия, которую можно снять с контактов модуля, во многом зависит от ориентации солнечной батареи.
Для повышенного получения КПД от солнечных панелей необходимо правильно подбирать угол наклона, по горизонту, по азимуту и прочим параметрам
Конечно, хотелось бы получать максимальную возможную электрическую мощность, которую способна выработать панель. К сожалению, не на все параметры, определяющие выработку электричества, возможно повлиять.
Солнечный свет освещает поверхность земли неравномерно, что объясняется шарообразной формой Земли. На экваторе энергия, передаваемая солнечным лучом, будет гораздо выше, чем, например, на полюсах. Это не означает, конечно, что нельзя использовать солнечные элементы, находясь в широтах, удаленных от экватора. Просто нужно внимательно отнестись к способу их ориентации в пространстве.
Что важно учесть при монтаже солнечной панели
Чтобы «собрать» максимальное количество солнечной энергии, нужно выполнить следующие условия:
- обеспечить максимально возможную освещенность фотоэлементов, без малейшего их затемнения окружающими объектами, например, деревьями или конструкциями зданий;
- ориентировать плоскость фотоэлектрических ячеек строго перпендикулярно солнечным лучам.
Если с первым пунктом обычно не возникает особых проблем, так как типовая установка панели предполагает монтаж на крыше зданий, то точно выполнить второй пункт оказывается не слишком просто.
От правильно выбранного угла наклона солнечных панелей зависит КПД и эффективность получения электроэнергии, так как в разное время года и суток оно неодинаковое
Угол падения солнечных лучей меняется как в течение дня, так и при смене времен года. Значит, идеальная солнечная панель должна тоже постоянно менять свой угол наклона, поворачиваясь к солнцу. Другой вопрос, насколько сильно изменится производительность реальной панели при некоторых отличиях от идеальной, вызванных конструктивными ограничениями установки.
Способы установки
Фотоэлектрические модули, исходя из способов их использования можно разделить, во-первых, на два основных типа:
- стационарные, постоянной установки;
- мобильные, передвигаемые по мере необходимости с места на место.
И хотя использование мобильных модулей набирает обороты, их все шире используют в полевых условиях туристы, геологи, их размещают на крышах трейлеров и передвижных домов, самым распространенным является первый вариант — стационарный. Такие элементы могут быть установлены:
- на крыше зданий и сооружений, сюда же относятся козырьки и навесы;
- на стенах домов;
- на земле.
Каждый и способов имеет свои преимущества и недостатки, например, модуль, стоящий на земле, дешевле в установке и более прост в обслуживании, но зато отнимает полезную площадь участка, а также может затеняться находящимися рядом объектами. Крышные же сооружения сложней смонтировать и обслужить, зато риск повреждения панели гораздо меньше.
Варианты конструкций
На практике, видов расположения солнечной панели всего два:
- Неподвижный.
- Подвижный.
При неподвижной установке фотоэлектрического модуля обеспечить следование модуля за солнцем практически невозможно. Самый простой пример такой установки – монтаж солнечных панелей в плоскости крыши. Чуть более продвинутый вариант, позволяющий поймать больше солнечной энергии – установка на кронштейны, обеспечивающие заранее рассчитанный оптимальный угол. Иногда такое устройство позволяет вручную менять угол наклона фотоэлементов два раз в год – зимой и летом.
Подвижные устройства для монтажа модулей называются трекеры. Это платформы, которые могут вращаться в одной или двух плоскостях, следуя за солнцем. Такой способ установки максимально близок к идеальному, однако имеет свои подводные камни: трекеры дороги в установке и эксплуатации и потребляют электрическую энергию. Вполне возможно, что в случае применения в частном доме, повышение производительности солнечной батареи будет в стоимостном выражении меньше, чем стоимость содержания трекера.
Практические исследования
Теоретические рассуждения хороши, когда они подтверждены практикой. В Канаде провели масштабное исследование зависимости выработки электроэнергии солнечными батареями в зависимости от углов наклона.
Батарея расположена в местности, широта которой близка к широте Москвы, и имеет похожий климат. Результаты исследований очень интересны, и могут с успехом быть применены в наших условиях, так как кроме всего прочего, исследовалось влияние снега на выработку электроэнергии. Исходные данные опытных батарей были следующими:
- батареи ничем не затенялись;
- ориентация фотоэлементов строго южная;
- шесть пар солнечных элементов были установлены на разные углы;
- минимальный угол установки солнечных батарей был 14 градусов, максимальный – 90 градусов;
- промежуточные углы были близки к популярным углам наклона крыш;
- исследовался также угол 53 градуса, равный широте местности;
- для изучения влияния снега на одной из панелей с одинаковым углом наклона снег удалялся, а на другой нет.
Самый удивительный результат исследований заключается в том, что чистка панелей от снега дала прибавку в выработке энергии не более, чем 5,31%, и это на самых производительных панелях.
Исследования угла наклона солнечных панелей показали, что:
- самый производительный угол наклон летом (в период с 01.04 по 31.09) – 27 градусов;
- самый производительный угол зимой (в период с 01.10 по 31.03) — 53 градуса;
- самый производительный угол по году — 53 градуса.
Рекомендации по установке
В том случае, если скат крыши дома ориентирован на юг и имеет угол наклона, близкий к широте местности, самый простой способ – установка фотоэлементов непосредственно на плоскость крыши. Это стоит недорого, просто в обслуживании, и потери энергии будут незначительными.
Если параметры крыши далеки от идеальных, или планируется установка солнечных батарей на землю, можно применить такой способ расчета лучшего угла наклона:
- Для широт, находящихся в диапазоне до 25 градусов, значение широты нужно умножить на коэффициент 0,87. Это будет лучший угол по году, если не планируется его менять.
- Для широт, находящихся в диапазоне от 25 до 50 градусов, значение широты нужно умножить на коэффициент 0,76 и добавить 3,1 градуса.
Если конструкция для ориентации солнечных панелей предполагает изменение угла наклона вручную, можно применить такой способ:
- весной и осенью выставляют угол наклона солнечной панели, равный широте местности;
- зимой к широте прибавляем 10-15 градусов;
- летом от широты отнимается 10-15 градусов.
Следует понимать, что максимальное количество энергии обеспечивает все же трекер. Но выработка установок без трекера, ориентированных правильно (на юг, с соблюдением угла наклона по широте) составляют 70-75 % от выработки установок с трекером. Конечно, для установок большой мощности применение трекеров оправдано. А вот солнечная панель для личных потребностей может быть смонтирована простым способом, так как применение трекера не окупит себя.
Оптимальные углы наклона солнечного коллектора
Автор
В списке:
- Moon, S.H.
- Felton, K.E.
- Johnson, A.T.
Abstract
Определены оптимальные углы наклона солнечных коллекторов в 171 месте в Северной Америке. Для удобства пользователя уравнения, прогнозирующие оптимальный угол наклона коллектора, были выведены с использованием регрессионного анализа на основе результатов, полученных для 171 местоположения за несколько различных периодов года.Эти уравнения адекватно предсказывают оптимальные углы наклона, на что указывают значения R2 от 0,814 до 0,920.
Рекомендуемое цитирование
« Оптимальные углы наклона солнечного коллектора ,»
Энергия, Elsevier, т. 6 (9), страницы 895-899.
Рукоятка: RePEc: eee: energy: v: 6: y: 1981: i: 9: p: 895-899
DOI: 10.1016 / 0360-5442 (81)
-X
Скачать полный текст от издателя
Поскольку доступ к этому документу ограничен, вы можете поискать его другую версию.
Цитаты
Цитаты извлекаются проектом CitEc, подпишитесь на его RSS-канал для этого элемента.
Цитируется по:
- Bakirci, Kadir, 2012.
« Общие модели для оптимальных углов наклона солнечных панелей: пример из Турции »,
Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Elsevier, vol. 16 (8), страницы 6149-6159. - Хафез, А.З. И Солиман, А., Эль-Метвалли, К.А. И Исмаил И.М., 2017.
« Углы наклона и азимута в солнечной энергии — обзор »,
Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Elsevier, vol.77 (C), страницы 147-168.
Исправления
Все материалы на этом сайте предоставлены соответствующими издателями и авторами. Вы можете помочь исправить ошибки и упущения. При запросе исправления укажите идентификатор этого элемента: RePEc: eee: energy: v: 6: y: 1981: i: 9: p: 895-899 . См. Общую информацию о том, как исправить материал в RePEc.
По техническим вопросам, касающимся этого элемента, или для исправления его авторов, названия, аннотации, библиографической информации или информации для загрузки, обращайтесь: (Haili He).Общие контактные данные провайдера: http://www.journals.elsevier.com/energy .
Если вы создали этот элемент и еще не зарегистрированы в RePEc, мы рекомендуем вам сделать это здесь. Это позволяет связать ваш профиль с этим элементом. Это также позволяет вам принимать возможные ссылки на этот элемент, в отношении которого мы не уверены.
У нас нет ссылок на этот продукт. Вы можете помочь добавить их, используя эту форму .
Если вам известно об отсутствующих элементах, цитирующих этот элемент, вы можете помочь нам создать эти ссылки, добавив соответствующие ссылки таким же образом, как указано выше, для каждого элемента ссылки.Если вы являетесь зарегистрированным автором этого элемента, вы также можете проверить вкладку «Цитаты» в своем профиле RePEc Author Service, поскольку там могут быть некоторые цитаты, ожидающие подтверждения.
Обратите внимание, что на фильтрацию исправлений может уйти несколько недель.
различные сервисы RePEc.
Урок 3: Солнечные водонагревательные системы; Размещение и калибровка
Введение
Видимый свет ( инсоляция ) — основной источник энергии, собираемый системами, которые обеспечивают тепло помещений, тепло воды и электричество для домов.Из-за наклона оси Земли количество солнечной инсоляции, падающей на любую точку на поверхности Земли, меняется в течение года. Ежедневно и сезонно количество световой энергии, падающей на поверхность, изменяется от восхода до захода солнца. Атмосферные условия и высота над уровнем моря также являются факторами, влияющими на количество света, достигающего поверхности Земли.
Для участков выше и ниже экватора сезонные колебания обычно отмечаются весенним и осенним равноденствием, а также летним и зимним солнцестоянием.Равноденствия определяются как время года, когда солнце пересекает экватор (март и 21/22 сентября). В это время наблюдается равное количество часов светового дня и ночи. Летнее и зимнее солнцестояние определяются как время, когда солнце достигает своей самой высокой / самой низкой широты. В северных широтах летнее солнцестояние приходится на 21/22 июня, а зимнее солнцестояние — 21/22 декабря. Летнее солнцестояние — это дата, когда количество световых часов является самым длинным, а зимнее солнцестояние — самым коротким световым днем.В южном полушарии солнцестояние как раз наоборот.
Перед установкой солнечной водонагревательной системы вы должны сначала рассмотреть солнечный ресурс участка, поскольку эффективность и конструкция солнечной водонагревательной системы зависят от того, сколько солнечной энергии достигает строительной площадки. Вам также необходимо правильно подобрать размер системы, чтобы обеспечить удовлетворение потребностей дома в горячей воде. В этом уроке вы узнаете, как разместить и определить размер солнечной водонагревательной системы.
Энергетические расчеты и единицы
Мы должны уметь измерять и сравнивать энергию и другие величины, чтобы иметь возможность оценить размер солнечных водонагревательных и солнечных электрических систем.Следовательно, нам необходимо понять, какие энергетические расчеты и единицы измерения энергии мы используем для этих оценок.
| Таблица преобразования |
Определения:
Тепло:
Британская тепловая единица (БТЕ): количество энергии, необходимое для подъема 1 фунта воды на 1 градус Фаренгейта
Therm: 100 000 британских тепловых единиц
DekaTherm (DKT) : 1 000 000 британских тепловых единиц
Природный газ содержит около 1 DKT энергии на 1000 кубических футов газа.
Электроэнергия и энергия
1 Вт = 1 В * 1 А в чисто резистивных цепях
1000 Вт = 1 киловатт (кВт) (это мощность)
1 кВт * 1 час = 1 киловатт-час (это энергия)
Вернуться к началу
Размещение солнечной системы водяного отопления
|
Географическая ориентация и наклон коллектора могут влиять на количество солнечного излучения, которое получает система. |
Солнечные водонагревательные системы используют как прямое, так и рассеянное солнечное излучение. Несмотря на более холодный северный климат, Пенсильвания по-прежнему предлагает достаточный солнечный ресурс. Обычно, если место установки не затемнено с 9 до 15 часов. и выходит на юг, это хороший кандидат для солнечной системы водяного отопления.
PVWatts (www.pvwatts.org) — полезный онлайн-калькулятор, который помогает понять солнечные ресурсы в заданном месте. В таблице ниже показаны средние значения солнечной радиации летом, зимой и за год для Уилкс-Барре, штат Пенсильвания.PVWatts может помочь вам определить солнечный ресурс, доступный на вашем конкретном участке, а также помочь вам оценить размер солнечной системы, необходимой для обеспечения необходимой солнечной энергии для солнечных водонагревательных или солнечных электрических систем. ( Совет: чтобы преобразовать киловатт-часы в британские тепловые единицы, умножьте на 3413. Чтобы преобразовать квадратные метры в квадратные футы, умножьте на 10,76).
|
Среднесуточная солнечная радиация |
||||
| Угол наклона | Азимутальный угол | Январь | Июль | Ежегодно |
| 25 | 180 | 2,50 | 5,58 | 4,19 |
| 25 | 210 | 2.40 | 5,81 | 4,12 |
| 25 | 270 | 1,72 | 5,52 | 3,59 |
| 40 | 180 | 2,81 | 5,47 | 4,19 |
| 40 | 210 | 2,66 | 5,45 | 4.09 |
| 40 | 270 | 1,69 | 5,08 | 3,37 |
| 55 | 180 | 2,89 | 4,82 | 3,98 |
| 55 | 210 | 2,79 | 4,85 | 3,88 |
| 55 | 270 | 1.62 | 4,55 | 3,09 |
Ориентация коллектора
Ориентация коллектора имеет решающее значение для достижения максимальной производительности от солнечной энергетической системы. В целом, оптимальная ориентация солнечного коллектора в северном полушарии — истинный юг (азимут 1800). Однако недавние исследования показали, что, в зависимости от местоположения и наклона коллектора, коллектор может смотреть на угол до 90 к востоку или западу от истинного юга без значительного снижения его производительности.
Местные климатические условия могут играть значительную роль в том, следует ли ориентировать коллекторы на восток или запад от истинного юга, а также на определение правильного угла наклона коллекторов. Ориентация и наклон крыши зданий, факторы затенения, эстетика и местные условия также играют важную роль в установке оборудования для сбора солнечных систем.
Вы также должны учитывать такие факторы, как ориентация крыши (если вы планируете установить коллектор на крыше), особенности местного ландшафта, которые затеняют коллектор ежедневно или сезонно, и местные погодные условия (например, туманное утро или пасмурный день), например эти факторы также могут повлиять на оптимальную ориентацию коллектора.
Наклон коллектора
Большинство жилых солнечных коллекторов представляют собой плоские панели, которые можно установить на крыше или на земле. Называемые плоскими коллекторами , они обычно фиксируются в наклонном положении, соответствующем широте местоположения. Это позволяет коллекционеру лучше всего фиксировать солнце. Эти коллекторы могут использовать как прямые лучи солнца, так и отраженный свет, проходящий через облако или от земли. Поскольку плоские коллекторы используют весь доступный солнечный свет, они являются лучшим выбором для многих северных штатов.
|
Оптимальный угол наклона солнечного коллектора — это угол, равный широте. |
Хотя оптимальным углом наклона коллектора является угол, равный широте, установка коллектора плоско на наклонной крыше не приведет к значительному снижению производительности системы и часто желательна по эстетическим соображениям. Тем не менее, вы захотите принять во внимание угол наклона крыши при выборе системы.
Затенение
Как упоминалось ранее, солнечные коллекторы следует устанавливать на участке, который не затенен с 9 а.м. до 15:00 и смотрит на юг. Затенение от гор, деревьев, зданий и других географических объектов может значительно снизить производительность коллектора. Перед установкой солнечной энергетической системы вы должны сначала составить схему движения солнца, чтобы оценить влияние затенения на годовую производительность системы.
Вернуться к началу
Расчет солнечной водонагревательной системы
Чтобы правильно определить размер солнечной водонагревательной системы, вам необходимо определить общую площадь коллектора и объем хранилища, необходимые для удовлетворения от 90 до 100 процентов потребностей домашнего хозяйства в горячей воде в летний период.Один программный инструмент, который доступен для расчета размеров солнечной системы водяного отопления, — это RetScreen (www.retscreen.net/ang/home.php). Если вы планируете проектировать несколько систем солнечного нагрева воды, вы можете загрузить программное обеспечение для горячего водоснабжения с сайта www.retscreen.net/ang/t_software.php. Это программное обеспечение можно использовать для определения размеров солнечных водонагревательных систем, и мы будем использовать его для проверки приведенного ниже примера расчета практических правил.
Размер площади коллектора
Хорошее практическое правило для определения размера площади коллектора в северных климатических условиях, например в Пенсильвании, состоит в том, чтобы оставить 20 квадратных футов (2 квадратных метра) площади коллектора для каждого из первых двух членов семьи и от 12 до 14 квадратных метров. футов для каждого дополнительного человека.
Определение объема хранения
Небольшого (от 50 до 60 галлонов) резервуара для хранения обычно достаточно для одного-двух человек. Средний резервуар (80 галлонов) подходит для трех-четырех человек. Большой бак (120 галлонов) подходит для четырех-шести человек.
Для активных солнечных водонагревательных систем размер солнечного резервуара для хранения увеличивается с размером коллектора, обычно 1,5 галлона на квадратный фут коллектора. Это помогает предотвратить перегрев системы при низкой потребности в горячей воде.
На веб-сайте Solar Rating and Certification Corporation результаты тепловых характеристик протестированных солнечных коллекторов можно найти по адресу www.fsec.ucf.edu/solar/testcert/collectr/tprdhw.htm. На сайте есть данные о производительности в диапазоне температур, который подходит для выбора коллектора для нагрева потребности в горячей воде. Ниже приводится страница с этого сайта. Имейте в виду, что эти коллекционеры сертифицированы в соответствии с условиями Флориды. Чтобы выбрать правильный размер коллектора для Пенсильвании, необходима процедура проб и ошибок.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Сравнивая суточную потребность в тепле для горячей воды с тестируемыми показателями тепловой производительности коллектора, мы хотим выбрать солнечные коллекторы, которые будут производить 45 081 БТЕ / день. Заглянув в столбец БТЕ / день, мы видим, что нам потребуются два коллектора, чтобы соответствовать нашей нагрузке, каждый из которых может обеспечить около 22 541 БТЕ / день.Коллектор AE-32 от компании Alternate Energy Technologies оценивается в 27 500 БТЕ / день. Каждый из этих коллекторов имеет площадь около 32 квадратных футов. Этот пример выгодно отличается от представленных ранее общих рекомендаций по количеству солнечных коллекторов для установки 20 квадратных футов площади коллектора для первых двух человек и 12 квадратных футов для каждого дополнительного жильца.
Для Пенсильвании резервуар для хранения воды для соединения с солнечным коллектором площадью 64 квадратных фута должен быть не менее 80 галлонов, но лучше использовать резервуар емкостью более 90 галлонов.
Вернуться к началу
Вопросы
- При использовании программного обеспечения RETScreen коллекторы AET AE-32 будут производить 0,98 МВтч с июня по август, или 36 347 БТЕ в сутки. Это не соответствует нашей расчетной нагрузке по нагреву воды, поэтому нам нужно выбрать другой коллектор. Поскольку у нас дефицит около 8 734 БТЕ в день, или 24%, нам нужно выбрать коллекционеров примерно на 24% больше, чем наша первоначальная оценка. Мы попробуем коллектор AET AE-40 площадью 40 квадратных футов. Используя программное обеспечение RET Screen, мы видим, что коллекторы AE-40 произведут 1.08 МВтч с июня по август или около 40 055. Что случилось? Почему мы увеличиваем площадь солнечного коллектора на 25% и получаем только на 10% больше горячей воды? Ответ заключается в том, что по мере того, как количество произведенной энергии приближается к количеству потребляемой энергии, эффективность системы падает, поскольку более высокие температуры системы приводят к большим потерям тепла. Система с двумя коллекторами AE-32 имеет КПД системы 35 процентов, обеспечивая при этом 86% энергии, необходимой в летнее время (86% называется солнечной фракцией).Система с двумя коллекторами AE-40 имеет КПД 31%, обеспечивая при этом 95% энергии, необходимой в летнее время. Помните, мы начали с расчета системы, чтобы обеспечить 100% энергии для нагрева воды в летнее время.
Другой параметр конструкции системы, на который нам нужно обратить внимание, — это размер солнечного резервуара для хранения воды. Используя RETScreen, предыдущий анализ был выполнен с учетом резервуара на 120 галлонов. Каковы были бы КПД и доля солнечной энергии, если бы мы установили резервуар для хранения на 80 галлонов? Модель RETScreen предсказывает, что при использовании резервуара для хранения емкостью 80 галлонов доля солнечной энергии снижается до 93%, а эффективность в летнее время остается на уровне 31%.Таким образом, бак для хранения меньшего размера снижает долю солнечной энергии в системе.
Как работает наша система на ежегодной основе?
Среднесуточная солнечная радиация
за январь и июль и ежегодно для различных углов наклона и азимута в Уилкс-Барре, Пенсильвания (кВтч / м2 / день)
Источник: веб-сайт PV Watts
www.pvwatts. orgУгол наклона Азимутальный угол Январь Июль Ежегодно 25 180 2.50 5,58 4,19 25 210 2,40 5,81 4,12 25 270 1,72 5,52 3,59 40 180 2,81 5,47 4.19 40 210 2,66 5,45 4,09 40 270 1,69 5,08 3,37 55 180 2,89 4,82 3,98 55 210 2.79 4,85 3,88 55 270 1,62 4,55 3,09 - Используя данные для Уилкс-Барре в таблице выше, какова разница в процентах между среднегодовой дневной солнечной инсоляцией, падающей на поверхность, обращенную на истинный юг (азимутальный угол 1800) с наклоном 25 градусов по сравнению с наклоном 55 градусов? Для наклона 25 градусов по сравнению с поверхностью, наклоненной на 40 градусов?
- Какова разница в процентах между среднегодовым значением для поверхности, наклоненной на 25 градусов и обращенной на истинный юг, и той же поверхности, с таким же наклоном, но с азимутальным углом 210 градусов?
- Какова разница в процентах между среднегодовым значением для поверхности, наклоненной на 25 градусов и обращенной на истинный юг, и той же поверхности, такого же наклона с азимутальным углом 270 градусов? Для поверхностей с уклоном 40 и 55 градусов?
- Учитывая процентные различия, указанные в вопросе 3, какой угол наклона более разумно принять, если у вас не было другого выбора, кроме как установить солнечную систему с азимутальным углом 270 градусов? Пожалуйста, объясните свой ответ.
- Если бы вы жили в Уилкс-Барре и хотели максимально улавливать солнечную инсоляцию зимой, под каким углом наклона и азимута вы бы установили солнечные коллекторы? И наоборот, если вы хотите максимизировать летний сбор солнечной энергии, под каким углом наклона и азимута вы бы установили солнечные коллекторы?
- В примере определения размеров солнечной системы общая суточная потребность в тепловой энергии для 80 галлонов горячей воды была рассчитана на уровне 45 081 БТЕ. Какова была бы общая потребность в тепловой энергии для 80 галлонов при температуре горячей воды 1400F и той же температуре холодной воды?
- Какова будет потребность в дополнительной энергии для 80 галлонов горячей воды при температуре горячей воды 1200F и солнечной системе нагрева воды, подающей воду 1000F на вход холодной воды обычного водонагревателя для бытового потребления? При расчете принимайте тепловые потери при заданной температуре 120 градусов от обычного нагревателя.
Наверх
ответов
как рассчитать угол наклона солнечной панели?
Узнайте, как рассчитать оптимальный угол наклона солнечной панели для вашей солнечной системы в зависимости от вашего местоположения и сезона. Объяснение двух методов расчета.
Как рассчитать угол наклона солнечной панели вашей солнечной системы?
Угол наклона солнечной панели вашей солнечной системы различается в зависимости от того, в какой части мира вы находитесь.
Солнечные панели дают максимальную выходную мощность, когда они обращены прямо к солнцу .Солнце движется по небу и будет низким или высоким в зависимости от времени дня и сезона. По этой причине идеальный угол никогда не фиксируется.
Чтобы в течение дня на панель попадало как можно больше солнечного света, необходимо определить, в каком направлении панели должны быть обращены, и рассчитать оптимальный угол наклона. Это будет зависеть от:
- Где вы живете
- В какое время года вам больше всего нужна солнечная энергия
Уголок солнечной панели
Расчет оптимального угла наклона солнечной панели
Как показывает практика, солнечные панели должны быть более вертикальными зимой, чтобы получать большую часть низкого зимнего солнца, и более наклонными летом , чтобы максимизировать мощность.Вот два простых метода расчета приблизительного угла наклона солнечной панели в зависимости от вашей широты.
Метод расчета один
Оптимальный угол наклона рассчитывается следующим образом: прибавляет 15 градусов к вашей широте зимой и вычитает 15 градусов от вашей широты летом.
Например, если ваша широта составляет 34 °, оптимальный угол наклона солнечных панелей зимой будет 34 + 15 = 49 °.
С другой стороны, оптимальный угол наклона летом будет 34-15 = 19 °.
Метод расчета два
Это улучшение общего метода, дающее лучшие результаты.В этом методе оптимальный угол наклона солнечных панелей в зимний период рассчитывается путем умножения широты на 0,9 и последующего добавления 29 °. В приведенном выше примере широты 34 ° угол наклона будет (34 * 0,9) + 29 = 59,6 °.
Этот угол на 10 ° круче, чем в обычном методе, но очень эффективен при отражении полуденного солнца, которое является самым жарким в короткие зимние дни.
Для лета угол наклона рассчитывается путем умножения широты на 0,9 и вычитания 23,5 °.
Want to say something? Post a comment
Want to say something? Post a comment