Newsletter
Ankieta
Energia docierająca do pochylonego kolektora – współczynnik „f” |
W tym artykule postaram się przedstawić zasady obliczeń energii docierającej do kolektora pochylonego pod pewnym kątem w oparciu o dane meteorologiczne dla powierzchni poziomej. Podstawy teoretyczne Współczynnik korekcyjny f jest stosunkiem sumy promieniowania słonecznego padającego na powierzchnię nachyloną pod kątem b i odchyloną od południa o kąt g do sumy promieniowania padającego na powierzchnię poziomą. Czyli: . Kąty określające ustawienie kolektora w przestrzeni
Promieniowane docierające do kolektora składa się z promieniowania bezpośredniego, rozproszonego, oraz odbitego. Każda z tych składowych promieniowania inaczej zmienia się w zależności od ustawienia kolektora. Powoduje to, że współczynnik f należy podzielić na składowe: fb, fr, fo
gdzie: Współczynnik f będzie średnią poszczególnych współczynników składowych w zależności od wagi danego typu promieniowania w promieniowaniu całkowitym. Promieniowanie bezpośrednie Promieniowanie bezpośrednie to część promieniowania, które nie uległo rozproszeniu w atmosferze. Charakter tego promieniowania sprawia ze jest ono najbardziej wrażliwe na zmianę położenia płaszczyzny, na którą pada. Powoduje to, że współczynnik, „fb” dla płaszczyzny kolektora skierowanej na S w polskiej szerokości geograficznej może zmieniać swoja wartość w od 0,5-6 w zależności od pory roku i różnego nachylenia kolektora. Powoduje to trudności we właściwym doborze kata b tak oby był on optymalny dla każdego miesiąca. Należy pamiętać, że promieniowanie bezpośrednie stanowi od 30% do 55% wartości całkowitego promieniowania słonecznego i ma duży wpływ na ilość produkowanej przez kolektor energii cieplnej. Obliczanie współczynnika f dla promieniowania bezpośredniego nastręcza największych problemów możemy tu rozróżnić 2 przypadki : Obliczanie współczynnika fb dla promieniowania bezpośredniego przy ustawieniu kolektora na S Jeżeli kolektor będzie zwrócony na S (g=0) współczynnik fb obliczymy z zależności trygonometrycznej:
Deklinacja słońca d jest funkcją kolejnego dnia roku i przyjmuje wartości z zakresu -23,45 – 23,45. Istnieje wiele wzorów służących do obliczenia deklinacji dla poszczególnego dnia roku. Najlepiej oprzeć się na wzorze Duffie i Beckman z powodu jego prostoty. Pozwala on obliczyć deklinację z dokładnością do 1o . Ponieważ do obliczeń, wymagana jest średnia miesięczna deklinacja, taka dokładność jest zupełnie wystarczająca.
Kąt godzinny w jest to kąt dwuścienny pomiędzy płaszczyzną miejscowego południka a płaszczyzną koła godzinnego. W wyniku ruchu obrotowego ziemi kąt godzinny zmienia się o 15o na godzinę. Kąt godzinny przyjmuje wartości ujemne przed południem. W południe słoneczne ma wartość 0o a o północy jest równy 1800. gdzie: gdzie: Należy tutaj pamiętać, że w okresie od pierwszego dnia jesieni do pierwszego dnia wiosny, kąty godzinne zachodu Słońca są takie same dla powierzchni horyzontalnej jak dla powierzchni pochyłej, w’z= wz. Wówczas do obliczenia wz wykorzystuje się wzór
Obliczanie współczynnika fb dla promieniowania bezpośredniego przy ustawieniu kolektora innym niż S W przypadku odchylenia kolektora od południa pojawia się problem z obliczeniem czasu, jaki słońce będzie oświetlało kolektor. Wraz z obracaniem kolektora w kierunku E lub w kierunku W, czas ten będzie oczywiście się skracał. Niemniej jednak dużą rolę będzie odgrywać tu nachylenie kolektora b. W przypadku małych kątów obrót nie ma dużego znaczenia jednak wraz ze wzrostem kąta b obrót kolektora o kąt g powoduje, że czas, jaki Słońce oświetla kolektor szybko się skraca. Zależności pomiędzy kątem godzinnym zachodu słońca wz a orientacją kolektora, przedstawia równanie :
Promieniowanie rozproszone i obliczanie współczynnika fr Promieniowanie rozproszone to część promieniowania słonecznego, które przed osiągnięciem powierzchni ziemi uległo rozproszeniu w atmosferze ziemskiej. Udział promieniowania rozproszonego w stosunku do całości promieniowanie zmienia się w kolejnych miesiącach. Począwszy od 70% udziału w okresie zimowym do 45% w okresie letnim. Zmiana procentowa udziału promieniowania rozproszonego będzie wpływać na wagę współczynnika fr jak łatwo zauważyć dużą rolę odgrywał będzie on w zimie zmniejszając swój udział w okresie letnim.
Promieniowanie odbite i obliczanie współczynnika fo Promieniowanie odbite jest promieniowaniem, które ulega obiciu od powierzchni ziemi. Padając na powierzchnie kolektora albedo zwiększa niejako ilość energii, jaka dociera do niego za sprawą promieniowania bezpośredniego i rozproszonego. Albedo można obliczyć jako stosunek strumienia promieniowania odbitego we wszystkich kierunkach od powierzchni Ziemi do całkowitego strumienia docierającego do niej ze Słońca. Jak łatwo zauważyć promieniowanie odbite docierające do powierzchni kolektora będzie największe przy jego pionowym ustawieniu b = 90o i wynosić będzie 0,5 * r. Przy ustawieniu kolektora płasko b = 0o promieniowanie odbite nie będzie docierać. Do wykonania powyższych obliczeń polecam program kolektorek. Jednocześnie odradzam korzystania z większości tabel współczynników. Zwłaszcza tych które nie uwzględniają szerokości geograficznej. Takie dane obarczone będą dużym błędem. Opracował Bogdan Szymański.
Boyle Godfrey: „Renewable Energy Power for a sustainable future”, wydanie drugie, |
odwiedziło nas






