A napkollektor teljesítményének kiszámítása nagyon bonyolult is lehet, tekintve, hogy sok tényező, mint pl. az installáció szöge, a földrajzi szélesség, a napfénybesugárzás mértéke, a külső környezet hőmérséklete, a rendszer hővesztesége és a rendszerkialakítás befolyásolja. Az átlagos háztartásoknak, ahol vízmelegítésre akarják használni a napenergiát, nem szükséges, illetve felesleges részletes analízisekbe bonyolódniuk. Az a fontos, hogy el tudják dönteni, melyik napkollektor elégíti ki legjobban az igényeiket és melyik éri meg legjobban az árát.

A következő információk segítségével, ismeretekre tehet szert a különböző kollektorok alapvető összehasonlításához, illetve jobban megértheti az Apricus termékkínálata által nyújtott előnyöket. A kalkulációk során nem számoltunk minden tényezővel, tehát az értékek nem 100% pontosságúak, de így is olyan adatokat kap, amelyek segítségével megfelelő döntést tud hozni. Kérjük, kövesse az alábbi linkeket, és ahhoz, hogy minél tökéletesebben megértse, kezdje az elején, és sorban haladjon lefelé.

Mi jelent az IAM rövidítés és hogyan befolyásolja a napi energiahozamot?

1.) Hogyan befolyásolja az IAM a hőtermelést?
2.) Hogy tudom kiszámolni, megéri-e a kollektor az árát?
3.) Mit tud az Apricus AP más kollektorokhoz képest?

Az IAM
Az IAM a beesési szögmódosító angol megfelelőjének (Incidence Angle Modifier) rövidítése, jelentése egyszerű: a kollektor teljesítményének és hőtermelésének változását mutatja, ahogy a Nap beesési szöge megváltozik a kollektorhoz viszonyítva.

A síkkollektorok és egyéb, jelenleg piacon lévő napkollektorok teljesítményeinek összehasonlításánál az IAM nem olyan fontos tényező. A síkkollektorok, a lapos elnyelőfelületű vákuumcsöves kollektorok vagy a fényvisszaverő paneles kollektorok IAM értékei egészen hasonlóak. A csúcsérték általában 0°-nál (délben) 1, ahonnan fokozatosan, majd ahogy a szög meghaladja a 60°-t, erőteljesen csökken ez az érték.

Annak igazolására, hogy a szög változásával egyre kisebb mennyiségű napfény éri a felületet, az IAM értékek koszinusz értékét kell figyelembe venni.

Az alábbi grafikon az APRICUSTM AP kollektor, egy síkfelületű és egy fényvisszaverő paneles (CPC-tükrös) vákuumcsöves kollektor koszinusz értékeit mutatja.
[IAM koszinusz értékei]

Megjegyzés:
- Az IAM értékek forrása egy SPF által végzett vizsgálat.
- A síkkollektorok IAM értékei 0° és 50° esetében lettek megvizsgálva, a többi érték tendenciagörbe alapján került meghatározásra.
- Az IAM értékek koszinusz értékek.

Az ApricusTM AP görbéje szignifikánsan eltér a többitől. Ennek az oka, hogy a csövek parabolikus elnyelőfelülettel rendelkeznek. A csúcsteljesítmény 0° helyett, inkább 40° körül figyelhető meg.

Miért van ez így?
Hogy jobban megérthessük ezt a jelenséget, képzeljünk el egy sor, vízszintesen lefektetett csövet, ahogy a baloldali ábrán is látható.
Ha felülről nézzük a csöveket (0°), rés látható közöttük. Ezeken a réseken a fény áthatol, így a fény (energia) egy része elvész. Ahogy elforgatjuk a kollektort, a csövek között lévő rések lassan összezsugorodnak, majd végül teljesen eltűnnek és a kollektor egy egységes, homogén felület lesz. Ehhez a ponthoz (ez az AP napkollektor esetében 40°) tartozik a legmagasabb IAM érték. Az összes, kollektor felé irányuló fény eléri a csöveket, ezáltal növekszik az elnyelt és használható hővé átalakított hőenergia százalékos mennyisége. Sőt, az elnyelőfelület parabolikus formája miatt, a vákuumos csövek még mindig merőlegesek a napsugarakra, így az elnyelés maximális.
Ahogy tovább forgatjuk a kollektort, a csövek fokozatosan átfedik, eltakarják egymást, és az IAM elkezd közelíteni az 1-hez, végül pedig majdnem eléri a nullát, ahogy a szög 90°-os lesz.
Hogyan befolyásolja az IAM a hőtermelést?


Hogyan befolyásolja az IAM a hőtermelést?
Ha 0°-os alapszinthez viszonyítunk, az 1-nél nagyobb, vagyis pozitív IAM értékek a teljesítmény (hőtermelés) növekedését eredményezik. Így, a koszinusz IAM értékekkel felszorzott teljesítési együtthatók segítségével valóságosabb képet kapunk a hőtermelésről. Az IAM értékek valószínűleg egy kicsit többet mutatnak, mint a tényleges teljesítmény, de csak kb. 5%-kal.

Például: habár az "A" kollektor teljesítési értékei magasabbak, mint a "B" kollektoré, ha a "B" kollektor IAM értékei kedvezőek, a teljes napi energiakibocsátása valójában nagyobb lehet, mint az "A" kollektoré.

Hogyan tudom kiszámolni, megéri-e egy kollektor az árát?
Az ár-érték kalkuláció során a normális működés folyamán mért teljesítménymutatókat, nem pedig a csúcsidőszak teljesítési értékeit érdemes figyelembe venni, mivel az előbbi jobban reprezentálja az átlagos éves teljesítményt. A normális működés azt a normális Delta-T ingadozást (csővezeték-hőmérséklet - környezeti hőmérséklet) jelenti, aminek a kollektor ki van téve. Ez az ingadozás legtöbbször átlagosan 20-30 °C körül van a nap során. Amennyiben lehetséges, az IAM hatását is figyelembe kell venni, még ha ez egy kicsit bonyolultabbá is teszi a kalkulációt.

A tiszta teljesítmény értékek alapvető összehasonlításához, a következő együtthatókat kell ismerni:
1.) Átlagos éves napfénybesugárzási szint
2.) Eta0 (Y tengely a kollektor teljesítmény görbéjénél)
3.) a1 és a2 (a teljesítmény görbe együtthatói - mérési eredményekből ismert)
4.) Delta-T (csővezeték-hőmérséklet - környezeti hőmérséklet)

Minden régióban különböző a környezeti hőmérséklet és a napfénybesugárzási szint, de az összehasonlíthatóság kedvéért vegyük "állandónak" a környezeti feltételeket.

Egy tiszta tavaszi napon az ausztráliai Melbourne-ben, a napfénybesugárzási szint 4,8k Wh/m2/nap. A napsugárzás eloszlását napkeltétől napnyugtáig az alábbi grafikon mutatja.
[12 órás besugárzási görbe]
Látható, hogy a napsugárzás 90%-a reggel 9 és délután 4 óra közé esik. Ennek a periódusnak az átlagos besugárzási szintje 550 W/m2. A külső környezet napi hőingadozása 8-20 °C, a melegvíztartály 20-ról 55 °C-ra melegszik fel napközben, tehát az átlagos Delta-T (csővezeték-hőmérséklet - környezeti hőmérséklet) értéke 20 °C körül van.

Most már minden tényezőt ismerünk az összehasonlításhoz:

1.) Napfénybesugárzási szint = 550 Watts/m2 (G)
2.) Delta-T = 20K (DT)
3.) Környezeti tényező = Delta-T/ Napfénybesugárzási szint (20/550 = 0,036) (EF)
4.) A kollektor: Y-tengely = 0,75, a1 = 4,4, a2 = 0,008
5.) B kollektor: Y-tengely = 0,73, a1 = 2,0, a2 = 0,012

A kollektor teljesítményének kiszámításához a képlet a következő:
Kollektor teljesítmény = Y-tengely - (a1 x EF) - (a2 x G x EF x EF)

A kollektor:
Teljesítmény = 0,75 - (4,4 x 0,036) - (0,008 x 550 x 0,036 x 0,036) = 58,6%

B kollektor:
Teljesítmény = 0,73 - (2,0 x 0,036) - (0,012 x 550 x 0,036 x 0,036) = 65,6%

Megkaptuk mindkét kollektor teljesítmény értékét, ha azonosak a környezeti feltételek és átlagos, éves időjárási körülményeket feltételezünk. A teljesítmény értékeket felhasználva, az elnyelőfelület és az egyes kollektorok árainak ismeretében elvégezhetjük az "ár-érték" összehasonlítást.

Kollektor

Teljesítmény

Elnyelőfelület

Az összes energiaegység

Teljes költség

Egy energiaegységre jutó költség
A     0,586     2,1 m2     1,23     900     731
B     0,656     2,4 m2     1,57     1000     637

Az összes energiaegység = Teljesítmény x Elnyelőfelület. Pl.: 0,52 x 2,1 = 1,09

Egy energiaegységre jutó költség = Teljes költség / Összes energiaegység.

A kezdetekben elég nehéznek tűnhet a két kollektor közötti különbségek értékelése. A tiszta csúcsteljesítmény értékeket nézve, az A kollektor jobb választásnak tűnhet, és 10%-kal olcsóbb is, mint a B kollektor, ugyanakkor kisebb is. De ha elvégezzük a teljesítmény kalkulációt, világossá válik, hogy valójában a B kollektor teljesítménye magasabb valós működési körülmények között.

Amennyiben a teljesítményt és a költségeket is figyelembe vesszük, a B kollektor magasan nyeri az "ár-érték" versenyt, mivel 13%-kal olcsóbb, mint az A kollektor.

Ez a kalkuláció azt feltételezte, hogy a két kollektor IAM értékei durván megegyeznek.
Az Apricus vákuumcsöves napkollektorok IAM értékei erősebbek, mint a legtöbb piacon lévő kollektoré. Különösen, ha síkkollektorokkal vetjük össze, az Apricus AP határozott előnnyel rendelkezik az átlagos napi, havi és éves hőtermelés tekintetében.

Mit tud az ApricusTM AP más kollektorokhoz képest?
Az alábbi grafikonok az Apricus AP és egy vezető ausztrál síkkollektor márka egynapi energiatermelési görbéit mutatják egy tipikus, hó közepére eső, téli, tavaszi, nyári és őszi napon Melbourne-ben, Ausztráliában.
[Energiatermelés - Tél]
G = 2 kWh/m2/nap, Külső hőingadozás = 6-13°C, Tartály hőmérsékletemelkedése = 8-22 °C Teljes energiatermelés: Síkkollektor = 1.09 kWh/m2, Apricus AP = 1,35 kWh/m2
[Energiatermelés - Tavasz]
G = 4,8 kWh/m2/nap, Külső hőingadozás = 11-22 °C, Tartály hőmérsékletemelkedése = 15-47 °C Teljes energiatermelés: Síkkollektor = 2,45 kWh/m2, Apricus AP = 3,12 kWh/m2
[Energiatermelés - Nyár]
G = 7 kWh/m2/nap, Külső hőingadozás = 18-30 °C, Tartály hőmérsékletemelkedése = 20-62 °C Teljes energiatermelés: Síkkollektor = 3,13 kWh/m2, Apricus AP = 4,05 kWh/m2
[Energiatermelés - Ősz]
G = 4 kWh/m2/nap, Külső hőingadozás = 8-17 °C, Tartály hőmérsékletemelkedése = 11-38 °C Teljes energiatermelés: Síkkollektor = 2,0 kWh/m2, Apricus AP = 2,6 kWh/m2
Megjegyzés:
1.) Ez a modell egy iker-tartályos előfűtéses rendszeren alapul, amely a napenergia tárolására használt tartályt egy gáz, vagy villany vízmelegítő mellett használja. A tartályból csak akkor vesz el energiát a rendszer egy belső vagy külső hőcserélőn keresztül, ha használják a melegvizet. Keringető fűtéskör használatával nagyobb teljesítmény érhető el.
2.) Feltételezzük, hogy estére az összes energiát elhasználjuk a tartályból. Ennek eredményeként a reggeli tartályhőmérséklet megegyezik a vezetékes hidegvíz hőmérsékletével.
3.) Az adatok nem tényleges mérések alapján születtek, hanem vizsgálatok eredményeit, teljesítmény kalkulációs együtthatókat (teljesítmény, IAM) és meteorológiai adatokat (maximum és minimum külső hőmérséklet, hidegvíz-hőmérséklet, napfénybesugárzási szintek, napsütéses órák és napkelte-napnyugta ideje) felhasználó számítások alapján.
4.) Az IAM együtthatók koszinusz értékek.
5.) A teljesítmény kalkulációk figyelembe veszik a tartályban lévő víz hőmérsékletének, a külső hőmérsékletnek és a napi besugárzási szint változását (óránkénti teljesítmény kalkulációk).

Kérjük, ne feledje: a Focus Technology nem vállal garanciát a fenti kalkulációk pontosságáért, és nem vállal felelősséget a felhasználásukkal kapcsolatban. A Focus Technology nem járul hozzá ezen adatok és grafikonok semmilyen kereskedelmi célú felhasználásához.