Nomenklatura wykorzystywana w zastosowaniach energii słonecznej Refleksyjne kolektory

Energia promieniowania słonecznego                         artykuł w wersji pdf pdfpdf

Na początek dwa pojęcia pośrednio związane

z wykorzystaniem energii Słońca. Południe słoneczne (norma) określa czas lokalny, w którym Słońce przecina południk obserwatora. Czas słoneczny (norma) określa godzinę dnia wyznaczoną przez pozorny ruch kątowy Słońca po niebie, przy czym południe słoneczne o godzinie 12.00 jest punktem odniesienia. Kąt padania (norma) określa kąt między prostą łączącą środek tarczy słonecznej z punktem na napromieniowanej powierzchni a normalną zewnętrzną do napromieniowanej powierzchni. Promieniowanie lub energia promieniowania Słońca (norma) scharakteryzowane są przez dwie wielkości. Natężenie promieniowania (norma) – określa moc promieniowania słonecznego padającego na jednostkę powierzchni. Natężenie promieniowania zależy ściśle od warunków pogodowych i pory roku. Inną wielkością niekoniecznie dobrze nazywaną jest napromieniowanie (norma). Określa ono energię padającą na jednostkowe  pole powierzchni w określonym czasie. Napromieniowanie może być określone w ujęciu godzinnym, dziennym, miesięcznym, a nawet rocznym. Jednostką zalecaną przez normę jest MJ/m2, choć częściej spotykaną jest kWh. Wielkość ta błędnie nazywana bywa „intensywnością nasłonecznienia” lub „insolacją”. Często stosowaną wielkością, jednak niezawartą w normie, jest tzw. liczba godzin słonecznych, obrazująca czas, w jakim efektywnie można wykorzystać kolektor słoneczny (natężenie promieniowania powyżej 120 W/m2). Promieniowanie słoneczne dostarcza energii słonecznej z zakresu: 0,3-3 µm. Mówiąc o promieniowaniu słonecznym, mamy często na myśli promieniowanie całkowite (norma) obejmujące promieniowanie bezpośrednie i dyfuzyjne. 

Absorpcyjność i emisyjność  W procesie pozyskiwania ciepła przez kolektor słoneczny najważniejsze są: absorpcyjność (norma) i emisyjność (norma). Pierwsze z pojęć określa stosunek strumienia promieniowania absorbowanego do strumienia padającego na dany element. Parametr ten powinien być możliwe duży. Zupełnie inne są oczekiwania co do emisyjności, czyli przenoszenia energii od powierzchni kolektora (absorbera) do otoczenia, która powinna być możliwie mała. W przypadku, gdy absorpcyjność jest dużo większa od emisyjności, mamy do czynienia z powierzchnią selektywną (norma). Dla  takich powierzchni własności optyczne zależą od długości fali. Podczas pracy kolektora mamy również do czynienia z refleksyjnością, czyli współczynnikiem odbicia (norma). Innymi parametrami związanymi z działaniem promieniowania elektromagnetycznego na powierzchnie są: albedo i transmisyjność. Albedo (norma) określa stosunek promieniowania odbitego przez powierzchnię do promieniowania padającego na powierzchnię. Transmisyjność (norma) charakteryzuje materiały przeźroczyste kolektora, np. szkło słoneczne, i określa stosunek promieniowania przechodzącego przez ciało do strumienia padającego. W tematyce pomiarów promieniowania słonecznego funkcjonuje parę urządzeń mniej lub bardziej znanych, a tym samym rozpoznawanych. Są to: radiometr (norma) urządzenie rejestrujące intensywność promieniowania słonecznego danego zakresu długości fal. Przyrząd ten może mierzyć natężenie promieniowania albo napromieniowanie. Innym przyrządem wykorzystywanym w badaniach kolektora słonecznego jest pyranometr (norma), błędnie czasem nazywanym piranometrem. Urządzenie służy do pomiaru natężenia promieniowania słonecznego. 

Kolektor słoneczny czy solarny?  W literaturze przedmiotu (zarówno tej popularnej, jak i inżynierskiej) funkcjonuje sformułowanie „kolektor solarny”. Nazwa taka, mimo powszechnie znanego brzmienia i jego akceptacji, jest w świetle obowiązującej normy niepoprawna. Z angielskiego mamy: solar collector albo solar thermal collector, tłumacząc słowo „solar” na „słoneczny” otrzymamy kolektor słoneczny i termiczny kolektor słoneczny (norma). Obie te nazwy są poprawne w nazwaniu urządzenia pochłaniającego promieniowanie słoneczne i przekazującego energię cieplną przepływającemu płynowi. Oprócz niepoprawnej nazwy: kolektor solarny niepoprawne jest również określenie: panel lub panel słoneczny. Jeszcze bardziej niestosownym sformułowaniem dla osób z branży jest określenie: „bateria słoneczna” – nazywające w ten sposób kolektor słoneczny. Bateria sama w sobie jest generalnie pojęciem związanym z elektrycznością – z wytwarzaniem lub magazynowaniem energii elektrycznej. Kolektor jest urządzeniem związanym z przepływem hydraulicznym medium i gromadzeniem czynnika.

Przejdźmy do szczegółowego nazewnictwa poszczególnych typów urządzeń. Jak nazywa się kolektor, przez który przepływa ciecz? – kolektor cieczowy (norma), gdy przepływa powietrze – kolektor powietrzny (norma). Czasem spotyka się skróconą nazwę „kolektor”, jednak ze względu na to, iż kolektor w inżynierii określa też zupełnie inne urządzenie, korzystne jest też dodawanie do powyższych nazw słowa słoneczny. Najbardziej popularnym kolektorem słonecznym jest kolektor płaski (norma). Konstrukcję bardziej zaawansowaną stanowi kolektor próżniowy (norma). Najczęściej jest on w postaci równoległych rur i dlatego nazywany jest kolektorem próżniowym rurowym (norma). Często spotykanym określeniem jest kolektor CPC (nazywany również parabolicznym segmentowym kolektorem skupiającym) (norma).
Kolektor taki wykorzystuje paraboliczne zwierciadlane elementy do koncentracji promieniowania słonecznego. Niekiedy kolektor słoneczny nie umieszcza się na stałe do powierzchni, lecz na ruchomej podstawie obracającej się w kierunku Słońca, nazywanej mechanizmem nadążnym (podążającym) za Słońcem (norma).

W normie znajdują się dwa pojęcia opisujące elementy składowe kolektora. Absorber (norma) jest najważniejszym elementem składowym kolektora służącym do pochłaniania energii promieniowania słonecznego i przenoszenia jej w postaci ciepła do płynu. Drugim opisanym elementem, jaki znalazł się w normie, jest osłona kolektora (norma). W rozumieniu normy jest to przeźroczysty lub częściowo przeźroczysty materiał. W najczęściej występującym przypadku chodzi tutaj o szkło słoneczne. Pozostałe części kolektora nie zostały opisane w normie. Powierzchnia jest istotną wielkością związaną z pracą kolektora. Apertura powierzchnia czynna (norma) określa powierzchnię, przez którą nieskupione promieniowanie słoneczne wpada do kolektora. Dosyć proste jest określenie pola powierzchni apertury (powierzchni czynnej) (norma) dla kolektora płaskiego. Jest to powierzchnia „okienka”, przez które wpada promieniowanie do wnętrza kolektora. Nie jest to równoznaczne z polem absorbera, które może być większe, jak i mniejsze. Pole apertury uwzględniane jest przy badaniu kolektora i jest „powierzchnią działania kolektora”. Dla kolektorów próżniowych jest to pole liczone w następujący sposób: długość rury nieosłoniętej pomnożona przez średnicę rury oraz ich ilość. Inną wielkością jest pole powierzchni absorbera (norma), które jednak ma nieco mniejsze znaczenie. Podstawową wielkością geometryczną kolektora jest pole powierzchni brutto kolektora (pole całkowite powierzchni czołowej) (norma), które określa zewnętrzne wymiary kolektora bez króćców. 
Stany i sprawności  Kolektor najczęściej znajduje się w stanie nieustalonym, spowodowanym niestabilnymi warunkami zewnętrznymi. Stan ustalony (norma) (wykorzystywany w badaniach) obejmuje okres, w którym ciepło odprowadzane i straty cieplne są równe pozyskanej energii słonecznej. W przypadku braku odbioru ciepła i w bezpośrednim oddziaływaniu promieniowania słonecznego na kolektor może dojść do stagnacji (norma). Sprawność kolektora (norma) określa stosunek energii odprowadzonej przez płyn roboczy w określonym przedziale czasu do iloczynu pola określonej powierzchni kolektora i napromieniowania kolektora w tym samym okresie w warunkach stanu ustalonego. Można mówić o sprawności w dokładnie określonych warunkach lub średniej sprawności. Kolektory scharakteryzowane są często  poprzez, niewiele mówiący z praktycznego punktu widzenia, parametr – sprawność kolektora przy zerowych stratach (norma), znanym pod skrótem: η0. Sprawność ta określana jest w warunkach, gdy średnia temperatura płynu (temperatura płynu dopływającego) jest równa temperaturze otaczającego powietrza. 
Instalacja czy system grzewczy?  Norma zaleca używanie słowa system. I tak słoneczny system grzewczy (norma) obejmuje kolektor wraz z pozostałymi elementami służącymi do dostarczenia energii cieplnej. W naszych warunkach geograficznych stosujemy system słoneczny z dodatkowym ogrzewaniem (norma), w którym zintegrowano słoneczne i pomocnicze źródło energii. Niekiedy system słoneczny jest słonecznym systemem wstępnego podgrzewania (norma), gdy system słoneczny służy do wstępnego podgrzewania, a następnie czynnik roboczy kierowany jest do podgrzewacza właściwego. System cyrkulacyjny (norma) zapewnia obieg czynnika przenoszącego ciepło między kolektorem a urządzeniem magazynującym. Wykorzystuje się w tym celu pompy lub wentylatory. Inny system stanowi system termosyfonowy (norma), który wykorzystuje jedynie różnicę gęstości płynu przenoszącego ciepło w celu cyrkulacji w układzie kolektor – magazyn ciepła, lub kolektor – wymiennik ciepła.

Obieg kolektora (norma) może obejmować: kolektor, pompę lub wentylator, połączenie rurowe oraz wymiennik ciepła. Jest on wykorzystywany do przenoszenia ciepła z kolektora do magazynu ciepła. Reasumując przedstawione tutaj rozważania, należy stwierdzić, iż dobrze jest, że istnieje norma, która pozwala ściśle sklasyfikować dane urządzenie i je odpowiednio nazwać. Sprawą istotną jest rozpowszechnienie zawartych w niej pojęć. Z drugiej strony pewne określenia zawarte w normie nie odpowiadają „powszechnie przyjętej terminologii”. Jeszcze inną sprawą jest to, iż brakuje w normie pełnego opisu urządzeń i zjawisk związanych z terminologią słoneczną. 
dr inż. Krystian Kurowski

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij