Badania wykorzystania energii słonecznej w

Ź ródła ciepła i energii elektrycznej
Badania wykorzystania energii słonecznej
w budynku mieszkalnym
wyposażonym w kolektory słoneczne
Research into the use of solar energy
in a residential building equipped with solar collectors
JAROSŁAW DĄBROWSKI, EDWARD HUTNIK
Wprowadzenie
W artykule przedstawiono wyniki badań przeprowadzonych dla dwunastu
lat w okresie 2002 ÷ 2013, na podstawie których określono udział energii
słonecznej w całkowitej ilości energii pobranej na przygotowanie ciepłej
wody w budynku jednorodzinnym. Instalacja kolektorów słonecznych płaskich cieczowych o powierzchni 5 m2 przygotowuje w budynku ciepłą
wodę, wykorzystując ciepło pozyskane z promieniowania słonecznego. Na
podstawie pozyskanych danych pomiarowych wyznaczono wskaźniki
wykorzystania energii odnawialnej dla instalacji przygotowującej c.w.
w budynku mieszkalnym i opisano możliwości pozyskania ciepła z promieniowania słonecznego dla różnych okresów w polskich warunkach klimatycznych.
Słowa kluczowe: energia odnawialna, kolektor słoneczny, wskaźnik wykorzystania energii odnawialnej
This article presents the results of the research carried out during the period
of twelve years 2002 ÷ 2013 on the basis of which a share of solar energy
in the total amount of energy collected for the preparation of hot domestic
water was determined. The solar energy supports the preparation of hot
domestic water in a single-family detached house. The solar collector
installation with flat liquid collectors with a surface area 5 m2 aids the
preparation of hot domestic water in the building with the use of heat
acquired from solar radiation. On the basis of the obtained measurement
data, renewable energy use indicators for the installation that prepares hot
domestic water in the residential building were determined as well as the
possibilities of acquiring thermal energy from solar radiation for different
periods of Polish weather conditions were described.
Keywords: renewable energy, solar collector, renewable energy use
indicator
Dr inż. Jarosław Dąbrowski – Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Wydział Inżynierii
Kształtowania Środowiska i Geodezji
Prof. dr hab. inż. Edward Hutnik – Instytut Budownictwa, Wrocław
kontakt: [email protected]
26 6/2015
Gęstość strumienia promieniowania
słonecznego w zależności od pory dnia
i roku ma wpływ na udział energii słonecznej w całkowitej ilości energii pobranej na przygotowanie ciepłej wody przez
instalacje kolektorów słonecznych, wspomagających przygotowanie ciepłej wody.
Ilość energii promieniowania słonecznego,
jaka dociera do powierzchni Ziemi, zależy
od wielu czynników. Główne czynniki,
które mają decydujący wpływ na ilość
promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni Ziemi, to położenie
geograficzne, stan atmosfery i uwarunkowania astronomiczne.
Energia docierająca do kolektora przy
bezchmurnym niebie w grudniu, kiedy
Słońce znajduje się najniżej nad horyzontem (15,5º – kąt górowania dla szerokości
geograficznej Wrocławia), jest najmniejsza. Natomiast w czerwcu, kiedy Słońce
jest najwyżej nad horyzontem (62,4º – kąt
górowania dla szerokości geograficznej
Wrocławia), jest największa. Z kolei różnica w ilości energii słonecznej, która dociera do powierzchni Ziemi, pomiędzy tymi
dwoma okresami, jest wręcz kontrastowa.
Dla analizowanej szerokości geograficznej, do górnej granicy atmosfery dopływa
w grudniu około 6 razy mniej energii niż
w czerwcu [1]. Przy powierzchni Ziemi
kontrasty te są jeszcze większe i w Obserwatorium Agro – i Hydrometeorologii Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu
(Wrocław – Swojec) dochodzą w poszczególnych latach, przy maksimum letnim
przesuwającym się pomiędzy majem
a lipcem (czasami sierpień), do 12 ÷ 15
krotności [2]. Wpływają na to nie tylko
sezonowe zmiany w kącie padania promieni słonecznych, lecz także zachmurzenie, długość dnia oraz wilgotność i zmętnienie powietrza (obecność w powietrzu
www.informacjainstal.com.pl
Źródła ciepła i energii elektrycznej
aerozoli i pary wodnej, które kształtują
jego właściwości absorpcyjne i przeźroczystość).
Wpływ na wielkość energii dochodzącej do powierzchni kolektora słonecznego
ma także stan zachmurzenia nieba. Największa liczba godzin usłonecznienia
występuje w miesiącach letnich. W warunkach idealnej przejrzystości powietrza
i przy bezchmurnym niebie promieniowanie bezpośrednie może stanowić 90%
promieniowania całkowitego docierającego do powierzchni Ziemi, osiągając wartość w miesiącach letnich 1050 W/m2
(w południe). Z kolei przy całkowitym
zachmurzeniu nieba dla tego samego
okresu do powierzchni terenu dociera tylko
promieniowanie rozproszone, którego
wartość zmienia się w przedziale od 50
do 150 W/m2 [3].
Polska leży w strefie klimatu umiarkowanego o charakterze przejściowym
pomiędzy klimatem lądowym a morskim.
Jest to efekt ścierania się mas suchego
powietrza z głębi kontynentu euroazjatyckiego z wilgotnym powietrzem znad
Atlantyku. W efekcie tego zjawiska, klimat
Polski cechuje się dużą zmiennością
w przebiegu pór roku w następujących po
sobie latach. W niniejszym artykule przeanalizowano czy instalacja słoneczna,
wspomagająca przygotowanie ciepłej
wody w budynku mieszkalnym, może być
efektywnie wykorzystywana w polskich
warunkach klimatycznych przy dużej
zmienności warunków meteorologicznych
występujących dla poszczególnych lat wielolecia 2002 ÷ 2013.
Rys. 1.
Schemat stanowiska badawczego: A – kolektory słoneczne, B – zestaw pompowy, C – zawór bezpieczeństwa, D – zbiornik na czynnik roboczy, E – naczynie wzbiorcze, F – pompa ręczna do napełniania
układu, G – armatura do napełniania, H – wodomierz, I – przepływomierz, J – pętla termoizolacyjna,
K – licznik ciepła, L – czujnik temperatury, M – tuleja zanurzeniowa, N – pojemnościowy podgrzewacz
wody, O – punkty czerpalne, P – kocioł jednofunkcyjny, R – separator powietrza, S – automatyka sterująca, T – elastyczny przewód przyłączeniowy, U – odpowietrznik, W – moduł obsługowy kotła,
Y – mieszacz
Fig. 1. Diagram of test stand: A – solar collectors, B – pump set, C – safety valve, D – operating agent
container, E – rising vessel, F – manual pump for filling the system, G – fittings for filling, H – water
meter, I – flow meter, J – thermal insulation loop, K – heat meter, L – temperature sensor, M – immersion
tube, N – storage water heater, O – draw-off points, P – single function boiler, R – air separator,
S – controllers, T – flexible connection pipe, U – air escape, W – boiler service module, Y – mixer
Cel i zakres badań
Celem badań było określenie efektywności pracy instalacji słonecznej, wykorzystywanej do przygotowania ciepłej wody (c.w.)
w budynku mieszkalnym jednorodzinnym. Badania przeprowadzono dla standardowej instalacji słonecznej, która zbudowana jest
z dwóch płaskich kolektorów cieczowych i podgrzewacza jednowężownicowego. Na podstawie przeprowadzonych badań w latach
2002 ÷ 2013 wykonano bilans zużycia energii odnawialnej i nieodnawialnej przez mieszkańców tego budynku, na potrzeby przygotowania c.w. Następnie wyznaczono udział energii słonecznej w całkowitej ilości energii pobranej na przygotowanie c.w. dla
poszczególnych lat eksploatacji. Końcowym etapem badań było wyznaczenie średniego miesięcznego wskaźnika wykorzystania
energii odnawialnej dla eksploatowanej instalacji słonecznej.
Stanowisko badawcze
Stanowisko badawcze (rys. 1) zbudowane zostało w 2001 r. w budynku jednorodzinnym, wolnostojącym z dachem stromym.
Budynek wybudowany został w miejscowości położonej w pobliżu Wrocławia pod koniec lat dziewięćdziesiątych.
W skład stanowiska badawczego wchodzi: kompletny, typowy zestaw systemu solarnego, kocioł gazowy i specjalne oprzyrządowanie oraz aparatura pomiarowa. Dwa kolektory cieczowe płytowe, o powierzchni czynnej absorbera równej 5 m2, zainstalowane
zostały na południowej połaci dachowej budynku, która jest nachylona pod kątem 42o do poziomu terenu. Zorientowanie kolektorów
względem kierunku południowego wynosi 11,5o skierowania w stronę kierunku wschodniego. Takie usytuowanie pola kolektorów,
względem padających promieni słonecznych, jest w optymalnym zakresie, dla pozyskiwania energii w cyklu dwunastomiesięcznym
na terenie Polski. Ciepła woda przygotowywana jest w podgrzewaczu o pojemności 300 l przez kolektory słoneczne i w razie potrzeby dogrzewana do wymaganej temperatury przez kocioł jednofunkcyjny gazowy. Załączenie kotła gazowego następowało, kiedy
czujnik temperatury w górnej części podgrzewacza (zlokalizowany na wysokości górnej wężownicy) zmierzył temperaturę < 36oC.
Natomiast ładowanie podgrzewacza przez kocioł gazowy trwało aż do momentu, kiedy czujnik temperatury w górnej części podgrzewacza (zlokalizowany na wysokości górnej wężownicy) zmierzył temperaturę = 46oC .
www.informacjainstal.com.pl
6/2015
27
Ź
Metodyka badań
Badania prowadzono przez okres dwunastu lat od 1 stycznia 2002 r. do 31 grudnia 2013 r. Odczyty z ciepłomierzy i wodomierza przeprowadzano codziennie o godzinie 2400, po zakończeniu dziennego rozbioru wody.
Główne elementy pomiarowe to: ciepłomierz CQM-III-K/JS-15-1.5 do pomiaru ilości ciepła z układu kocioł – podgrzewacz i ciepłomierz CQM-III/WS-15-1 do pomiaru ilości ciepła z układu kolektory – podgrzewacz oraz wodomierz do pomiaru rozbioru c.w.
Dopływ ciepła z kolektorów słonecznych następował w momencie, kiedy pomiędzy czujnikiem temperatury czynnika w kolektorze
i dolnym czujnikiem temperatury w podgrzewaczu zmierzona została różnica temperatury, która jest wyższa lub równa od wartości
ustawionej w elektronicznym regulatorze temperatury (10K). Przy spadku tej różnicy temperatury poniżej 10K, następowało przerwanie ładowania podgrzewacza z powodu braku ciepła możliwego do uzyskania z promieniowania słonecznego.
Z kolei dopływ ciepła z kotła następował tylko w ustalonych przedziałach czasowych, zaprogramowanych w regulatorze sterującym pracą kotła. Okres dostarczania c.w. dla mieszkańców domu został zaprogramowany w taki sposób, aby w momencie porannego poboru wody, jak i przez cały dzień, c.w. była dostępna o żądanych parametrach użytkowych. W okresie braku zapotrzebowania na c.w., czyli: późny wieczór, noc i wcześnie rano, nie następowało dogrzewanie wody w podgrzewaczu przez kocioł.
Minimalna temperatura, dostarczanej c.w., wynosiła 41oC. Natomiast maksymalną temperaturę c.w., na jej odbiorniku, ograniczał
mieszacz i wynosiła ona 50oC. Z kolei temperaturę w dolnej części podgrzewacza c.w. ograniczono do 60oC. W momencie osiągnięcia 60oC czujnik w dolnej części podgrzewacza przekazywał sygnał do elektronicznego regulatora różnicowego temperatury, który
przerywał dopływ ciepła z kolektorów. Ograniczenie to zostało wprowadzone ze względu na ochronę podgrzewacza przed osiągnięciem zbyt wysokiej temperatury w jego górnej części.
Dzięki zamontowanemu mieszaczowi wody można podgrzewacz ładować do wyższych wartości temperatury, co pozwalało na akumulację większej ilości ciepła, a jednocześnie eliminowało ryzyko poparzenia mieszkańców w punktach poboru c.w. Z kolei w celu zmniejszenia ilości energii elektrycznej pobieranej przez automatykę sterującą, elektroniczny regulator temperatury był załączany tylko w godzinach największego uzysku ciepła z kolektoTabela 1. Wyniki badań uzyskane na stanowisku badawczym w latach 2002 ÷ 2013
rów słonecznych (na 9 godzin dziennie).
Table 1. Research results obtained for a research stand during the years 2002 ÷ 2013
Należy dodać w tym miejscu, że zgodEnergia
Energia
Energia
Udział
nie z Rozporządzenie Ministra InfrastruktuEnergia
Rozbiór
kolektory –
automatyka
pompa
ΣE
energii
kocioł-podgrzewacz
c.w.
ry z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie
Rok
podgrzewacz
sterująca
obiegowa
słonecznej
warunków technicznych, jakim powinny
EKOL [kWh]
EAUT [kWh] EPOM [kWh]
[kWh]
UESINS [%] VWOD [m3]
EKOT [kWh]
odpowiadać budynki i ich usytuowanie [4],
2002
928,1
2457,2
9,855
66,936
3462,1
71,0
70,088
minimalna temperatura ciepłej wody
powinna wynosić 55oC. Jednak z powodu
2003
880,3
2794,7
9,855
71,483
3756,3
74,4
70,385
ryzyka poparzenie przez dzieci, ograni2004
1036,9
2488,3
9,882
68,681
3603,8
69,0
73,078
czono maksymalną temperaturę dopływa2005
1291,9
2725,0
9,855
75,813
4102,6
66,4
84,435
jącej c.w. do 50oC (na wylewkach). Z kolei
2006
1432,5
2605,6
9,855
75,920
4123,8
63,2
84,988
minimalną temperaturę dopływającej c.w.
do wylewek wyregulowano na 41oC
2007
1198,9
2330,6
9,855
60,268
3599,6
64,7
75,433
w celu optymalizacji zapewnienia efektyw2008
917,5
2204,7
9,882
64,344
3196,4
69,0
66,291
niejszej pracy instalacji słonecznej, z jed2009
1156,9
2239,7
9,855
55,827
3462,3
64,7
71,186
noczesnym zapewnieniem komfortu ciepl2010
1710,0
2448,3
9,855
67,879
4236,1
57,8
72,752
nego (c.w.) użytkownikom budynku.
Analiza wyników badań
W tabeli 1 pokazano wyniki badań
uzyskane na stanowisku badawczym
w okresie 2002 r. ÷ 2013 r.
W ciągu tego okresu kolektory słoneczne pozyskały aż 31,33 MWh (średnio 2,61
MWh/rok) ciepła, natomiast kocioł gazowy
uzupełnił niedobór w ilości 14,91 MWh
(średnio 1,24 MWh/rok). Średnio każdej
doby w tym okresie pobierane z podgrzewacza było 216,5 dm3 c.w./dobę.
Najmniejszą ilość energii odnawialnej
pozyskano z kolektorów słonecznych dla
roku 2008 i wyniosła ona 2,20 MWh.
Z kolei dla roku 2011 pozyskano o 42,6%
więcej energii i kształtowała się na poziomie 3,14 MWh. Natomiast kocioł najwięcej
energii nieodnawialnej musiał uzupełnić
w 2013 roku i ta ilość wyniosła aż 1,74
MWh. Mniej o 97,3% ciepła kocioł uzupełnił w roku 2003 (0,88 MWh).
28 2011
1219,7
3143,1
9,855
84,900
4457,5
70,5
89,228
2012
1397,8
3077,5
9,882
88,506
4573,7
67,3
89,460
2013
1736,9
2812,5
9,855
78,904
4638,2
60,6
101,393
S
14907,5
31327,2
118,341
859,461
47212,5
66,4
948,717
Rys. 2.
Procentowy udział
energii odnawialnej
i nieodnawialnej dla
przygotowania ciepłej
wody w latach
2002 ÷ 2013
Fig. 2. Percentage
of renewable
and non-renewable
energy for the
preparation of hot
domestic water during
the years 2002 ÷ 2013
6/2015
www.informacjainstal.com.pl
Źródła ciepła i energii elektrycznej
W obliczeniach udziału energii słonecznej uwzględniono także energię elektryczną zużytą przez pompę obiegową i automatykę
sterującą. Są to odbiorniki energii elektrycznej o mocach 45 W (pompa wymuszająca obieg glikolu) i 3 W (automatyka sterująca
pracą układu). Udział dodatkowej energii elektrycznej pobranej przez automatykę i urządzenia pomocnicze instalacji słonecznej,
w ciągu dwunastu lat eksploatacji, wyniósł zaledwie 2,1% (rys. 2) w stosunku do całkowitej sumy energii i kształtował się na poziomie
0,98 MWh (średnio 0,08 MWh/rok).
Na podstawie posiadanych danych można przy pomocy poniższego wzoru obliczyć udział energii słonecznej w całkowitej ilości
energii pobranej na przygotowanie ciepłej wody – UESINS dla poszczególnych okresów:
(1)
gdzie:
EKOL– ciepło pozyskane przez kolektory słoneczne, kWh,
EKOT– ciepło uzupełnione przez kocioł, kWh,
EPOM– energia elektryczna zużyta przez pompę obiegową, kWh,
EAUT – energia elektryczna zużyta przez automatykę sterującą, kWh.
Na podstawie przeprowadzonych obliczeń udziału energii słonecznej w całkowitej ilości energii pobranej na przygotowanie
ciepłej wody dla wielolecia 2002 ÷ 2013 wykazano, że wahała się ona w przedziale od 57,8% do 74,4% i dla całego okresu badań
wyniosła średnio 66,4%/rok.
Na rysunku 3 przedstawiono średnie udziały energii słonecznej w całkowitej ilości energii pobranej na przygotowanie ciepłej
wody dla okresu 2002 ÷ 2013 w rozbiciu na poszczególne miesiące. Miesiącem o najmniejszej efektywności pozyskiwania ciepła
z promieniowania słonecznego był grudzień. Ilość energii uzyskana z kolektorów słonecznych w tym miesiącu wyniosła średnio 58,7
kWh, co daje efektywność pracy instalacji słonecznej na poziomie 19,4%. Natomiast miesiącem o największym udziale energii słonecznej w całkowitej ilości energii pobranej na przygotowanie ciepłej wody był lipiec. Średnia ilość energii uzyskana z kolektorów
słonecznych w tym miesiącu wyniosła aż 309,1 kWh, przy poziomie efektywności pracy instalacji słonecznej 94,1%.
Dla półrocza ciepłego (kwiecień – wrzesień) instalacja solarna pozyskała średnio aż 1807,8 kWh ciepła, przy udziale energii
słonecznej w całkowitej ilości energii pobranej na przygotowanie ciepłej wody równej 89,7%. Natomiast dla półrocza chłodnego
(październik – marzec) efektywność instalacji wyniosła zaledwie 41,8% i pozyskano średnio 802,8 kWh czystej energii.
W dalszej części artykułu poddano analizie wpływ pory (kwartału) roku na pracę instalacji słonecznej bez uwzględnienia 2,1% zużycia energii elektrycznej pobranej przez pompę obiegową i automatykę sterującą pracą instalacji słonecznej.
W pierwszym kwartale roku (styczeń, luty, marzec), czyli dla miesięcy zimowych kolektory słoneczne pozyskały 16,90% ciepła
w stosunku do sumy rocznej pozyskanego przez kolektory ciepła. Pokrycie zapotrzebowania na ciepło przez instalację słoneczną dla
tego okresu było najmniejsze w styczniu 2013 r. (5,2%), a największe w marcu 2003 r. (83,0%). Styczeń charakteryzuje się niewielką
liczbą godzin usłonecznienia i najniższymi wartościami temperatury powietrza. Niezłym już warunkom słonecznym w lutym i marcu
towarzyszą, jednak niskie zimowe wartości temperatury powietrza oraz najwyższe w ciągu całego roku prędkości wiatru. Ponadto
odbiór ciepła w tych zimowych miesiącach zakłócany był także przez zalegający na kolektorach śnieg i zaszronienie ich powierzchni. Średnie pokrycie zapotrzebowania przez kolektory na ciepło wyniosło dla pierwszego kwartału roku 43,6%.
W kolejnych trzech miesiącach wiosennych: kwietniu, maju i czerwcu kolektory słoneczne pozyskały 36,03% ciepła w stosunku do
rocznej sumy energii pozyskanej przez nie. Najmniejsze pokrycie zapotrzebowania na ciepło przez instalację słoneczną dla tego
okresu zanotowano w maju 2010 r.
(69,2%), a największe w czerwcu 2013 r.
(99,4%). Począwszy od kwietnia, temperatura powietrza jest już znacznie wyższa niż
dla pierwszego kwartału roku. Warunki
klimatyczne panujące w tym okresie sprzyjają już intensywnemu pozyskiwaniu energii słonecznej przez kolektory. Średnie
pokrycie zapotrzebowania przez kolektory
na ciepło wyniosło dla drugiego kwartału
roku 90,7%.
W okresie letnim (lipiec, sierpień
i wrzesień) kolektory słoneczne pozyskały
33,22% ciepła w stosunku do ilości ciepła
przejętego z promieniowania słonecznego
w skali roku. Pokrycie zapotrzebowania na
ciepło przez instalację słoneczną dla tych
trzech miesięcy było najmniejsze we wrześniu 2013 r. (67,9%), a największe w lipcu
Rys. 3.
2013 i sierpniu 2004 r.; 2009 (100,0%).
Średnia efektywność instalacji słonecznej w pokryciu zapotrzebowania na energię odnawialną dla
W trzecim kwartale roku występują najposzczególnych miesięcy roku
wyższe wartości temperatury powietrza.
Fig. 3. Average effectiveness of the solar installation to cover the demand for renewable energy for
particular months of the year
Okres letni (lipiec, sierpień i wrzesień),
www.informacjainstal.com.pl
6/2015
29
Ź
podobnie jak okres wiosenny (kwiecień, Tabela 2. Średni WEOINS dla poszczególnych miesięcy na podstawie danych z lat 2002 ÷ 2013
maj i czerwiec), cechuje się bardzo dobry- Table 2. Mean WEOINS for particular months on the basis of the data from the years 2002 ÷ 2013
mi warunkami meteorologicznymi, które
Miesiąc
I
II
III
IV
V
VI
sprzyjały efektywnemu pozyskiwaniu ener1,27
1,59
2,95
5,63
10,44
14,1
WEOINS
gii słonecznej (pokrycie zapotrzebowania
Miesiąc
VII
VIII
IX
X
XI
XII
przez kolektory na ciepło wyniosło dla
trzeciego kwartału roku aż 94,0%).
16,89
14,84
7,11
2,97
1,53
1,24
WEOINS
W ostatnim kwartale roku, czyli: październiku, listopadzie i grudniu kolektory
słoneczne pozyskały 13,85% ciepła w stosunku do ilości przejętej z promieniowania słonecznego w skali roku. Najmniejsze pokrycie
zapotrzebowania na ciepło przez instalację słoneczną dla czwartego kwartału roku zanotowano w grudniu 2010 r. (0,6%), a największe w październiku 2005 r. (82,4%). W skali roku grudzień jest miesiącem o najmniejszej efektywności pozyskiwania ciepła.
Miesiąc ten charakteryzował się niskimi wartościami temperatury powietrza i najniższą w roku liczbą godzin usłonecznienia. Październik i listopad charakteryzuje się wyższymi wartościami temperatury powietrza, niż miesiące z pierwszego kwartału roku, lecz
mniejszą liczbą godzin usłonecznienia. Mała liczba godzin usłonecznienia dla tych dwóch miesięcy i duże prędkości wiatru niekorzystnie wpływają na pozyskiwanie energii słonecznej przez kolektory (pokrycie zapotrzebowania przez kolektory na ciepło wyniosło
dla czwartego kwartału roku tylko 41,0%).
Wskaźnik wykorzystania energii odnawialnej – WEOINS [5] całej instalacji z kolektorami słonecznymi jest ilorazem ciepła całkowitego potrzebnego do przygotowania c.w. do ilości ciepła uzupełnionego przez kocioł gazowy oraz energii elektrycznej potrzebnej
do napędu regulatora solarnego (moc = 3 W), pompy obiegowej układu solarnego (instalacji solarnej – moc = 45 W) i pompy obiegowej układu kotłowego (moc = 110 W). Zależność tą można opisać następującym wzorem:
(2)
gdzie:
ECAŁ – energia całkowita potrzebna do przygotowania c.w. (kWh),
EKK – energia końcowa konwencjonalna,
PKOT – moc kotła (kW),
TKOT– czas pracy kotła (h),
PREG – moc pobierana przez regulator solarny (kW),
TREG – czas pracy regulatora solarnego (h),
PP1-2 – moc pobierana przez dwie pompy obiegowe (kW),
TP1-2– czas pracy dwóch pomp obiegowych (h).
Wskaźnik wykorzystania energii odnawialnej dla całej instalacji, w rozbiciu na poszczególne miesiące, został wyznaczony w tabeli 2. Najniższy WEOINS otrzymaliśmy dla grudnia i wyniósł on tylko 1,24, co oznacza, że z 1 kWh zużytej energii konwencjonalnej
otrzymaliśmy 1,24 kWh. Natomiast najwyższy WEOINS otrzymaliśmy dla lipca i wyniósł on aż 16,89, co oznacza, że z 1 kWh zużytej energii konwencjonalnej otrzymaliśmy 16,89 kWh.
Wnioski
1. Po przeprowadzeniu badań, dla wielolecia 2002 ÷ 2013, można stwierdzić, że wykorzystanie instalacji słonecznej do przygotowania ciepłej wody w polskich warunkach meteorologicznych jest zasadne, ponieważ udział energii słonecznej w całkowitej ilości
energii zużytej na przygotowanie c.w. kształtuje się na dość wysokim poziomie 66,4%. Większą część energii odnawialnej możemy pozyskać dla półrocza ciepłego (kwiecień – wrzesień) i jej udział kształtuje się na poziomie 69,3%, przy zaledwie 30,7% dla
okresu chłodnego (październik – marzec).
2. W okresie od kwietnia do września (II i III kwartał roku) we Wrocławiu i okolicy występowały bardzo korzystne warunki meteorologiczne do pozyskiwania przez kolektory słoneczne ciepła (udział energii słonecznej w całkowitej ilości energii potrzebnej na
przygotowanie c.w. – 89,7%). Z kolei od października do marca (I i IV kwartał roku) występowały średnie warunki meteorologiczne do pozyskiwania ciepła przez instalację słoneczną (efektywność – 41,8%).
3. Średni roczny wskaźnik wykorzystania WEOINS, dla całej instalacji, wyniósł 2,96, czyli z 1 kWh zużytej energii konwencjonalnej
otrzymaliśmy 2,96 kWh. Bardziej efektywnym sposobem przygotowania c.w. mogą się okazać pompy ciepła typu powietrze –
woda z zabudowanym zasobnikiem do pracy z obiegiem wewnętrznym powietrza, które osiągają wartość COP na poziomie
równym 3,70 wg EN 255 przy parametrach (powietrze 15oC/woda 15 ÷ 45oC).
L I T E R AT U R A
30
[1] Podgrocki J., „Tablice słoneczne do użytku obserwatorów stacji aktynometrycznych”, Wyd. Kom. i Łącz., Warszawa, 1976
[2] Bryś K., Bryś T., „Wahania natężenia promieniowania słonecznego w 55-letniej serii wrocławskiej (1946–2000)”, Pr. i St. Geogr. WGSiR Uniwersytet Warszawski, Warszawa, 29: s.161–171, 2001
[3] Chochowski A., Czekalski D., „Słoneczne instalacje grzewcze”, COIB, Warszawa, 1999
[4] Dz.U. 2002 nr 75 poz. 690
[5] Dąbrowski J.: Wpływ wykorzystania instalacji z pompą ciepła i kolektorami słonecznymi na zmniejszenie CO2, Instal nr 12 (335), Warszawa 2012 r., s.
30-34
[6] Dąbrowski J., Hutnik E.: Efektywność pracy instalacji słonecznej dla okresu 2002 – 2012 w rzeczywistych warunkach eksploatacyjnych. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2013, s. 293-302
[7] Dąbrowski J.: Kolektory słoneczne do podgrzewania wody użytkowej. Efektywność i opłacalność instalacji. Wydawnictwo Uniwersytetu Przyrodniczego we
Wrocławiu, Wrocław 2009