Министерство образования республики Беларусь

Учреждение образования

Международный государственный экологический университет имени А.Д. Сахарова

Кафедра энергоэффективных технологий

Расчет эксплуатационных характеристик плоского солнечного коллектора

Учебно-методическое пособие по выполнениюкурсовой работы по дисциплине «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии»

для студентов специальности

1-43 01 06 Энергоэффективные технологии и энергетический менеджмент

Минск

2011

Составитель: А.А. Бутько, старший преподаватель кафедры энергоэффективных технологий Учреждения образования Международный государственный экологический университет имени А.Д. Сахарова.

рецензенты:

рекомендована к утверждению:

Кафедрой энергоэффективных технологий Учреждения образования Международный государственный экологический университет имени А.Д. Сахарова (протокол № ____ от ______________ 2011 г.);

Научно-методическим советом факультета мониторинга окружающей среды Учреждения образования Международный государственный экологический университет имени А.Д. Сахарова (протокол № ____ от ______________ 2011 г.);

Ответственный за редакцию: А.А. Бутько

Ответственный за выпуск: В.А. Пашинский

Содержание

1. Расчет поступления солнечной радиации на свободно ориентированную поверхность………………………………………………………………………………4

2. Расчет действительного количества поглощенной солнечной радиации…………....6

3. Расчет полного коэффициента тепловых потерь солнечного коллектора…………...7

4. Расчет коэффициентов эффективности и отвода тепла поглощающей панели солнечного коллектора…………………………………………………………………10

1. Расчет поступления солнечной радиации на свободно ориентированную поверхность

Для расчета располагаемого количества солнечной энергии, поступающую на наклонную лучеприемную поверхность, необходимо знать углы падения солнечных лучей на горизонтальную и вертикальную поверхности в данном месте.

Для данного момента времени положение некоторой точки определяется следующими основными углами – склонение и часовой угол Солнца, широтой местоположения точки .

Склонение Солнца в течение года изменяется от +23º26,5´ в день летнего солнцестояния и –23º26,5´ в день зимнего солнцестояния и равно нулю в дни весеннего и осеннего равноденствия.

Склонение Солнца в данный день определяется по формуле:

, (2.1)

где – порядковый номер дня, отсчитанный от 1 января; – число дней в году.

Часовой угол Солнца определяется по формуле:

, (2.2)

где – истинное солнечное время, определяемое видимым движением солнца, определяемое по формуле:

, (2.3)

где – среднее солнечное время, определяется равномерным движением, так называемого среднего солнца; – уравнение времени, мин.

Угол в солнечный полдень, а 1 ч соответствует 15º.

Разность между истинным временем и средним солнечным временем изменяется в течение года, но не бывает больше 16 минут.

Уравнение времени для данного дня определяется по формуле:

…

. (2.4)

Наряду с выше указанными углами в расчете солнечной радиации используется зенитный угол , угол высоты и азимут Солнца .

Рис. 1. Схема для расчета поступления солнечной радиации на наклонную поверхность:

– высота Солнца; – угол наклона плоскости; – азимут Солнца; – азимут наклонной поверхности; – угол падения солнечного луча на плоскость; – нормаль к горизонтальной поверхности; – нормаль к наклонной поверхности.

Связь между основными и дополнительными углами устанавливается следующими уравнениями:

• угол высоты Солнца

; (2.5)

• зенитный угол

; (2.6)

• азимут Солнца

, (2.7)

Максимальный угол высоты Солнца достигается в солнечный полдень при , т.е. . Азимут Солнца изменяется от 0 до 360º, достигая 180º в солнечный полдень.

Угол падения солнечных лучей на произвольно ориентированную поверхность с южной ориентацией определяется по формуле:

. (2.8)

где – азимут наклонной поверхности, º; – угол наклонной лучеприемной поверхности, º.

Азимут вертикальной поверхности в том случае, если поверхность ориентирована юг, равен 180º, на запад 90º, на восток – 90º, на север 0º.

Поступление прямой солнечной радиации на свободно ориентированную поверхность , Вт/м², определяется по формуле:

, (2.9)

где – количество прямой солнечной радиации, поступающей на горизонтальную поверхность, Вт/м².

Поступление рассеянной (диффузной) солнечной радиации на свободно ориентированную поверхность , Вт/м², определяется по формуле:

, (2.10)

где – индекс ясности атмосферы; – количество рассеянной (диффузной) солнечной радиации, поступающей на горизонтальную поверхность, Вт/м²; – количество суммарной солнечной радиации, поступающей на горизонтальную поверхность, Вт/м².

Поступление отраженной солнечной радиации на свободно ориентированную поверхность , Вт/м², определяется по формуле:

, (2.11)

где – отражательная способность поверхности (в объемных долях).

Коэффициент пересчета количества солнечной радиации с горизонтальной поверхности на наклонную свободно ориентированную поверхность определяется по формуле:

, (2.12)

где – количество суммарной солнечной радиации, поступающей на свободно ориентированную поверхность, Вт/м².