Možnosti využití solární energie pro zásobování teplem

TS ČR – 22.9.2010 Teplárenství a jeho technologie – VUT Brno
Možnosti využití solární energie pro
zásobování teplem
Bořivoj Šourek, Tomáš Matuška
Československá společnost pro sluneční energii
- národní sekce ISES
Rozlišení termínů
Sluneční energie
x
solární energie
sluneční: přicházející od Slunce, související se Sluncem
sluneční záření, sluneční aktivita, dopadající sluneční energie
solární: využívající sluneční záření
solární kolektor, solární soustava, využitá solární energie
Sluneční energie v Evropě
zdroj: PVGIS
Sluneční energie v České republice
zdroj: PVGIS
Sluneční energie v Německu
Německo a Česká republika
podobné podmínky: 1000 až 1200 kWh/m2
(s výjimkou jižního Německa)
podobné solární soustavy
podobné typy solárních kolektorů
podobné roční tepelné zisky
zdroj: PVGIS
Sluneční energie v Rakousku
Sluneční potenciál Rakouska začíná tam kde náš končí ...
zdroj: PVGIS
Roční dávky ozáření v podmínkách ČR
MJ/m2
zdroj: ČHMÚ
Roční dávka ozáření v ČR:
pro sklon 30 až 45°, jižní orientace:
pro sklon 90°, jižní orientace:
1000 až 1200 kWh/m2
750 až 900 kWh/m2
Skutečná doba slunečního svitu v ČR
zdroj: ČHMÚ
Doba slunečního svitu (přímé záření) v ČR:
1400 – 1900 h/rok
Potenciál dopadající energie
Různé zdroje dat
- ČHMÚ
- PV GIS
- Meteonorm
- ...
Ne vše je zdarma !
Potenciál dopadající energie
J. Cihelka, Solární tepelná technika
Průměr 984 kWh/m2
200
Brno
180
České Budělovice
160
Hradec Králové
Praha
140
Energie [kWh/m2]
odchylka max. 10 % (Sněžka)
Sněžka
120
100
80
60
40
20
0
1
2
3
4
5
6
7
Měsíc
8
9
10
11
12
Potenciál dopadající energie
Meteonorm
Průměr 1059 kWh/m2
200
Hradec Králové
180
Churáňov
160
Kuchařovice
Ostrava
140
Energie [kWh/m2]
odchylka max. 6 %
Praha
120
100
80
60
40
20
0
1
2
3
4
5
6
7
Měsíc
8
9
10
11
12
Potenciál dopadající energie
PV GIS
Průměr 1042 kWh/m2
200
Brno
České Budějovice
Hradec Králové
Churáňov
Kuchařovice
Ostrava
Praha
Sněžka
180
160
140
Energie [kWh/m2]
odchylka max. 5 %
120
100
80
60
40
20
0
1
2
3
4
5
6
7
Měsíc
8
9
10
11
12
Potenciál dopadající energie - srovnání
Hradec Králové
kWh/m2
PVGIS
Cihleka
Meteonorm
1029
964
1078
200
PVGIS
180
160
Cihelka
140
Meteonorm
Název
120
100
80
60
40
20
0
1
2
3
4
5
6
Měsíc
7
8
9
10
11
12
Potenciál dopadající energie - srovnání
Praha
kWh/m2
PVGIS
Cihleka
Meteonorm
1013
989
998
200
PVGIS
180
160
Cihelka
140
Meteonorm
Název
120
100
80
60
40
20
0
1
2
3
4
5
6
Měsíc
7
8
9
10
11
12
Potenciál dopadající energie - srovnání
Sněžka
kWh/m2
PVGIS
Cihleka
Meteonorm
1013
989
998
200
PVGIS
180
160
Cihelka
140
Meteonorm
Název
120
100
80
60
40
20
0
1
2
3
4
5
6
Měsíc
7
8
9
10
11
12
Solární kolektory - rozdělení
Účinnost solárního kolektoru
(
t abs − te )
η = τ ⋅α − U ⋅
G
τ ... propustnost slunečního záření zasklení [-], běžně 0,91-0,93
α ... pohltivost slunečního záření absorbéru [-], běžně 0,95
U ... součinitel prostupu tepla kolektoru [W/m2.K]
tabs ... střední teplota absorbéru [°C]
te ... teplota okolí [°C]
Účinnost solárního kolektoru
(
t m − te ) 

η = F '⋅τ ⋅ α − U ⋅

G


F’ ... účinnostní součinitel kolektoru
> 0.90
závisí na geometrii a tepelných vlastnostech absorbéru
tm ... střední teplota teplonosné kapaliny v kolektoru
tm = (tk1+tk2)/2
Účinnost solárního kolektoru
Účinnost plochého kolektoru
kolektor 1:
špatný tepelný spoj mezi
absorbérem a trubkovým
registrem
kolektor 2:
ultrazvukově svařovaný
spoj
Vliv kontaktní lamely na účinnost (PP)
trubkový kolektor
dáno Sydney trubkou
(
t m − te ) 

η = F ' ⋅ τ ⋅ α − U ⋅
G 

kontaktní lamela: krátká, vodivá, silná, s těsným kontaktem
Vliv kontaktní lamely na účinnost (PP)
Vakuové Sydney kolektory s přímo
protékaným (PP) U-registrem
G > 700 W/m2
kontaktní lamela je
zásadním prvkem
Sydney kolektoru
Účinnost solárního kolektoru (měření)
regresní parabola proložená naměřenými hodnotami
t m − te
 t m − te 
η = ηo − a1 ⋅
− a2 ⋅ G ⋅ 

G
 G 
2
η0 ... „optická“ účinnost [-], obecně η0 = F’τα
a1 ... součinitel tepelné ztráty (lineární) [W/m2.K]
a2 ... součinitel tepelné ztráty (kvadratický) [W/m2.K2]
hodnoty ηo, a1, a2 udává výrobce, dodavatel kolektoru, případně zkušebna
Účinnost solárního kolektoru
podle EN 12975-2
stanovena pro:
G > 700 W/m2
w > 3 m/s
η0
[(tm-te)/G]η=0
η0.05
Bilance solární přípravy teplé vody
qk,u = 300
600
400 kWh/m2
%
f = 65
60
40
s rostoucím solárním pokrytím klesají měrné zisky z kolektorů
Bilance solární přípravy teplé vody
Q TV , Q k
[kWh]
3500
65 %
60 %
40 %
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
1
2
3
4
5
6
7
měsíc
8
9
10
11
12
Solární soustavy pro přípravu TV
rodinné domy
(3 až 6 m2; 250 až 400 l), solární podíl 50 až 70 %
solární zisky
300 až 400 kWh/m2.r
bytové domy, ústavy, hotely, ...
(od 25 až 200 m2; 1 až 8 m3), solární podíl 40 až 50 %
solární zisky
400 až 500 kWh/m2.r
předehřev teplé vody
solární podíl 20 až 40 %
solární zisky
500 až 600 kWh/m2.r
Kombinované solární soustavy (TV+VYT)
rodinné domy
(6 až 12 m2; 1000 až 4 000 l)
solární podíl:
solární zisky
standardní domy
10 až 20 %
nízkoenergetické, pasivní domy
20 až 40 %
250 až 350 kWh/m2.r
bytové domy
(40 až 200 m2; 4 až 16 m3)
solární podíl 10 až 20 %
solární zisky
350 až 450 kWh/m2.r
Děkuji za pozornost
Tomáš Matuška
Ústav techniky prostředí
Fakulta strojní, ČVUT v Praze
Technická 4, 166 07 Praha 6
Československá společnost pro
sluneční energii (národní sekce
ISES)
[email protected]
http://www.solar-info.cz
http://www.solarnispolecnost.cz
Solární laboratoř ÚTP FS ČVUT v Praze
http://solab.fs.cvut.cz
29/24