Ефективність сонячного колектора на практиці

У попередній статті ми вже згадували про продуктивність сонячного колектора, проте є ще деякі фактори, які впливають на ефективність сонячного колектора у геліосистемі.

Максимальний ККД сонячного колектора

Як уже згадувалося, основними параметрами для оцінки ефективності сонячних колекторів є паспортні дані, як правило, зазначені в сертифікатах, а саме: оптичний коефіцієнт корисної дії (η₀) та коефіцієнти теплових втрат (а₁ та а₂).η – ККД сонячного колектора;

∆Т – різниця температури навколишнього повітря та абсорбера сонячного колектора;

Е – інтенсивність сонячного випромінювання;

За цією формулою зазвичай виробляються приблизні розрахунки продуктивності геліосистеми. Розрахунки не завжди відображають повну картину, однак за їх допомогою можна досить точно оцінити середнє вироблення тепла сонячними колекторами за вибраний період.

Вплив швидкості потоку теплоносія на продуктивність сонячного колектора

На практиці ж ситуація може бути дещо інакшою. Одним із факторів, що впливає на продуктивність, є об’ємна витрата теплоносія в сонячних колекторах. Значення оптичного ККД та коефіцієнта теплових втрат сонячного колектора наведене в сертифікатах відповідає певній витраті теплоносія в колекторі.

Наприклад, за даними сертифікаційної лабораторії SPF сонячний колектор торгової марки Viessmann Vitosol 200-F (номер сертифіката C513) має витрати теплоносія при випробуванні рівний 200 л/год. При перерахунку на 1 м² апертурної площі витрата дорівнює 40,6 л/год м². При цьому є суттєва різниця між цим значенням та рекомендованим значенням виробника 25 л/год. У деяких випадках різниця між цими показниками може відрізнятися в 3-4 рази.

Безумовно, такі відмінності у швидкості потоку відіграють важливу роль в ефективності сонячного колектора при роботі в реальних умовах. Зниження швидкості потоку теплоносія впливає його температуру на виході з колекторів. Чим нижча швидкість теплоносія, тим вище температура теплоносія.

Вища температура на виході з колектора часто помилково сприймається як абсолютний показник ефективності геліосистеми. Зараз серед виробників простежується тенденція до зменшення швидкості протоки теплоносія в матеріалах з проектування. Зараз оптимальне значення у більшості рекомендацій виробників становить 25-30 л/год. м² на відміну від рекомендацій 5-8 річної давності 40-60 л/год. Це дає можливість знизити гідравлічні втрати і дозволяє використовувати менш потужні насоси та менші діаметри труб у геліосистемі.

Однак, при зниженні значення об’ємної витрати теплоносія збільшується температура абсорбера сонячного колектора, що в свою чергу збільшує теплові втрати сонячного колектора в навколишнє середовище. Таким чином, частина корисного тепла просто губиться, не доходячи до бака акумулятора. Тому вища температура на виході з колекторів не є показником високої ефективності сонячного колектора.

Наприклад розглянемо ефективність сонячних колекторів залежно від швидкості потоку теплоносія. Для дослідження були обрані сонячні колектори: А – HEWALEX KS 2000 TP та В – VIESSMANN Vitosol 200-F. Розрахунки наведені на основі їх значення сонячної інтенсивності 800 Вт/м².

Ефективність сонячних колекторів в залежності від швидкості потоку теплоносія та конструкції абсорбера

При більшій витраті теплоносія (60 л/год. м²) продуктивність сонячного колектора вища на 5%.

У випадку з вакуумними колекторами картина приблизно така сама. Причому в деяких випадках вироблення теплової енергії при низькій об’ємній витраті теплоносія навіть менше ніж для плоских колекторів.

Різниця у продуктивності вакуумних трубчастих колекторів

Можливо, причиною заниження швидкості потоку рідини є бажання показати більш ефективну роботу колекторів, вводячи тим самим в омани користувачів, які помилково вважають більш високу температуру як показник працездатності.

Спосіб з’єднання сонячних колекторів та тип абсорбера

Другий фактор, якому часто не надають значення, це спосіб з’єднання колекторних груп. Розглянемо на прикладі підключення групи з трьох сонячних колекторів з різною конструкцією абсорбера та за різної швидкості потоку теплоносія.

Залежність вироблення теплової енергії від підключення сонячних колекторів до групи

У першому варіанті абсорбери підключені послідовно і тому температура теплоносія в кожному наступному колекторі вище. У другий випадок температура розподілена рівномірно. При підключенні ще більшої кількості колекторів різниця стає ще очевиднішою.

Сонячні колектори з абсорбером типу меандр

Колектори з конструкцією типу “меандр” не рекомендується встановлювати в один ряд більше 5 штук.

Таким чином, ефективність сонячного колектора на практиці може значно відрізнятись від розрахункових величин. Слід враховувати такі параметри як витрата теплоносія та підключення колекторних груп, а також деякі інші рекомендації.