Elhelyezés és mozgatások

       Hiába van a legkorszerűbb kollektorunk, ha egy szomszéd épület, vagy egy magas fa fél napon át leárnyékolja! Nem fog megfelelően  működni, lassan fog megtérülni az ára, és ezzel az esetleges érdeklődőket is elkedvetlenítjük. Aki tehát napkollektort jól látható helyre szerel, előtte legalább azt mérje fel, hogy mikor van szüksége az összegyűjtött  napenergiára.

Meghatározható időszakú igény esete:

• Ha nyáron, korán reggel szeret valaki forró vízben fürdeni, akkor az ahhoz szükséges vizet még előző délután fel kell melegíteni, ezért a síkkollektorokat nyugat felé néző, kb 45^o-os lejtésű tetősíkra kell tenni, a felmelegített vizet pedig jól szigetelt tározóban kell gyűjteni.

• Ha nyáron, dél körül kell pl. a mosógépbe a melegvíz, akkor a kollektorok kelet felé nézzenek, és kb 45^o-ban legyenek megdöntve.

• Ha nyáron, este van nagyobb szükség forróvízre, akkor a kollektorok kb. dél-délkelet felé nézzenek, és kb. 20^o-os lejtésük legyen.

• Ha a fenti napszakokban, de tavasszal vagy ősszel van szükség a napenergiával melegített vízre, akkor a lejtéseket kb. 20%-kal növelni kell, az égtáj szerinti irányt pedig kb. 30%.kal kell közelíteni délhez.

• Télen a síkkollektor nézzen dél felé, és kb. 60^o-os lejtése legyen.

Egész éves, egész napos vagy meghatározhatatlan időszakú igény esetei:

• Ebben az esetben az anyagi háttértól függően vagy több, más-más irányba állított kollektormezőt kell telepíteni, amik közül mindig azok vannak bekapcsolva a gyűjtőrendszerbe amelyik hőmérséklete egy bizonyos szintet ( kb. 50^oC-t ) meghalad, vagy pedig napkövető kollektormezőket kell telepíteni. A második megoldás sokkal jobban azonosul a napenergiahasznosítás legalapvetőbb mozgató elveivel, egyszerű kivitelben olcsóbb is, viszont a telepítés helyszíne nem mindig ad rá lehetőséget.

Egy kis nappálya-geometria

Alapadatok:

• A Föld forgástengelye a Nap körüli keringésének síkjával 66,5^o-os szöget zár be.
• Magyarország az északi szélesség 45,8^o-48,5^o között terül el, az egyszerűsítés kedvéért tehát használjuk a 47-es értéket.
• Az síküveg lemez a merőlegesen rá eső fény kb. 15%-át rögtön visszaveri. A rá szögben eső fény több mint 80%-át csak addig engedi át, amíg a napsugár és az üveg síkja közötti szög nagyobb mint 45 ^o. A 45^o-nál laposabban érkező fény döntő része visszaverődik, a számításokban elhanyagolandó.
• A Nap egy óra alatt az égbolton megtett útja kb. 15^o.

Első következtetés / Az első és második alapadatból:

• Magyarországon a Nap december 22-én a vízszinteshez képest 19,5^omagasan delel.
• Magyarországon a Nap július 21-én a vízszinteshez képest 66,5^omagasan delel.
• Az egy félév alatti delelési napmagasság változás függvénye:m^o=43^o+ , ahol a 43^o-hoz hozzáadandó értéket deklinációnak nevezzük, maximális értéke 23,5^o , megegyezik azzal a szöggel, amivel a Föld forgástengelye eltér a keringési síkjának normálisától. A deklináció változása legkönyebben a  szinusz-függvény segítségével írható le, mégpedig úgy, hogy a szélsõ értékek ą 23,5^o, a periódushossz 365 nap, a kiindulási zérushely pedig a tavaszi napforduló (III.21.) napja, ami a 81. nap az évben.

Ha a keresett nap sorszámát n-nel jelöljük, akkor a deklináció függvénye:

Még két fontos jellemzőre van szükségünk:

napmagasság: m^o: a Nap szögmagassága a horizont felett
azimut: a^o: a Nap felé mutató egyenes függőleges vetületének a déli iránnyal bezárt szöge

A mindenkori napmagasságot a naptári dátum, a földrajzi szélesség és a helyi idő függvényében tudjuk meghatározni:

A hozzá tartozó azimut a deklináció, a napmagasság és a helyi idő ismeretében:

ahola napkollektor felállítási helyének földrajzi szélessége, jelen esetben 47^o,
az időszög, reggel 6-kor -90^o, egy óra alatt 15 ^o-kal nő, tehát délben 0^o, d.u. 4-kor 60^o.

Második következtetés / A harmadik és negyedik alapadatból:

• Fixen beépített síküveg fedésű napkollektor maximum 6 órán keresztül képes a direkt napsugárzást elnyelni. Ezen túl csak a szórt sugárzás jöhet szóba, aminek intenzitása jóval kisebb.

Harmadik következtetés :

• A fix beépítésű napkollektor pazarlásnak tűnik. Azonban ahhoz, hogy egész nap az időjárás által megengedett maximális teljesítménnyel tudjam gyűjteni a napenergiát, a nappal folyamán vízszintesen forgatnom, függőlegesen bólintanom kell a kollektort, úgy, hogy a napsugár beesési szöge a lehető legkisebb mértékben térjen el a merőlegestől.

De :

• A bólintást megspórolhatom, ha a vízszintessel 47^o-ot ( ill. a mindenkori földrajzi szélességi körömmel azonos szöget ) bezáró Észak-Dél irányú tengely körül forgatom a kollektort. Enyhén maximalisták vagy koncentráló tükröt használók a deklináció változásának függvényében havonta / hetente / naponta pontosíthatják a tengely dőlésszögét...
• a folyamatos forgatást elhanyagolható mértékű veszteséggel kiválthatom, ha óránként 15 ^o-ot mozdítok a kollektoron / sajnos a tükröket használók ezt nem tehetik meg, nekik folyamatos napkövetést kell produkálni;
• az előbb említett léptetést automatára kell bízni, az áramellátását napcelláról táplált akkumulátorra;

• Ha a kollektorokat muszáj fixen beépíteni, akkor

• olyan fedőanyag kell, ami a lapos napsugarat sem veri vissza ( pl. bordás, lencsés );
• ha csak síküvegem van, akkor több, különböző irányba állított kollektort kell telepítenem.

Tájolási szögek:

       Miután meghatároztuk a Nap mindenkori égbolti helyzetét megadó koordinátákat ( napmagasság= m^o; azimut= a^o ), szükségünk van még a napkollektorunk irányítottságát jellemző szögekre.

Ha a kollektor lejtőszöge, akkor a kollektor normálisának ( a kollektor síkjára merőleges egyenes ) a vízszintessel bezárt szöge, tehát . A kollektor-normális függőleges vetületének a déli iránnyal bezárt szöge , tehát ha a kollektorunk délre néz, akkor 0^o, ha keletre vagy nyugatra akkor 90^o .

       Meg kell még határozni azt a szöget, amit a napsugár és a kollektorunk normálisa bezár, ugyanis ennek a szögnek a cosinusa szorzóként csökkenti a kollektor napsugárzásra merőleges vetületi képét. Ennek következtében a felé érkezõ napsugárzás táblázatból kereshető értékét is szorzóként csökkenti az általa felvehetõ energiamennyiségre.

A gömbháromszögi cosinustétel segítségével felírható a keresett  szög cosinusa:

Lehet méretezni a hőcserélőket !
 
 

vissza: Tartalom

Kis-Pap László / 2000-2003

tovább: A tároló