УНИВЕРЗИТЕТ ”СВ. КЛИМЕНТ ОХРИДСКИ”- БИТОЛА

ТЕХНИЧКИ ФАКУЛТЕТ - БИТОЛА МАШИНСКИ ОТСЕК

______________________________________________________________________

Владо Петрушевски

ТЕХНИЧКО - ЕКОНОМСКО ИСКОРИСТУВАЊЕ НА СОНЧЕВАТА ЕНЕРГИЈА ВО СОВРЕМЕНИ

УРБАНИ СРЕДИНИ СО ПРИМЕНА НА НАЈНОВИ ТЕХНИЧКИ И ТЕХНОЛОШКИ РЕШЕНИЈА

- магистерски труд -

Битола, Април, 2013

ii

УНИВЕРЗИТЕТ ”СВ. КЛИМЕНТ ОХРИДСКИ”- БИТОЛА

ТЕХНИЧКИ ФАКУЛТЕТ - БИТОЛА МАШИНСКИ ОТСЕК

______________________________________________________________________

ТЕХНИЧКО - ЕКОНОМСКО ИСКОРИСТУВАЊЕ НА СОНЧЕВАТА ЕНЕРГИЈА ВО СОВРЕМЕНИ

УРБАНИ СРЕДИНИ СО ПРИМЕНА НА НАЈНОВИ ТЕХНИЧКИ И ТЕХНОЛОШКИ РЕШЕНИЈА

- магистерски труд -

Кандидат: Владо Петрушевски, дипл. маш. инж. Ментор: д-р. Владимир Мијаковски Комисија за одбрана:

1. Ред. проф. д-р Сотир Пановски - претседател 2. Вонр. д-р Владимир Мијаковски - член 3. Вонр. проф. д-р Ванѓелче Митревски - член

Битола, Април, 2013

iii

СОДРЖИНА:

АПСТРАКТ vii ПОПИС НА СЛИКИ viii ПОПИС НА ТАБЕЛИ ix НОМЕНКЛАТУРА ВОВЕД I СОНЦЕТО КАКО ИЗВОР НА ЕНЕРГИЈА

I.1. Видови на сончево зрачење I.2. Енергија на сончевото зрачење I.3. Јачина на сончевото зрачење на горната граница

на атмосферата I.4. Влијание на атмосферата на сончевото зрачење I.5. Геометрија на сончевото зрачење и одредување

на побитни геометрии I.5.1. Влијание на деклинацијата I.5.2. Влијание на висината на Сонцето I.5.3. Азимут на Сонцето I.5.4. Нападен агол на сончевиот зрак

I.6. Примена на сончевата енергија I.6.1. Соларни колектори I.6.2. Функционирање на сончевите колектор

I ДЕЛ - КЛИМАТСКИ КАРАКТЕРИСТИКИ 1. Климатски карактеристики во Охрид со посебен осврт на

природата и интензитетот на сончевото зрачење 1.1. Температура на воздухот

1.1.1. Влажност на воздухот 1.2. Облачност 1.3. Сончев сјај 1.4. Интензитет на сончевото зрачење и

потенцијал на разположлива сончева енергија 1.4.1. Тотално глобално зрачење во Охрид

1.4.1.1. Месечно и годишно тотално годишно зрачење

1.4.1.2. Средна дневна тотална вредност 1.4.1.3. Релативни честини на

среднодневната вредност 1.4.2. Часовно тотално глобално сончево зрачење

1.4.2.1. Часовни варијации 1.4.3. Траење на сончевиот сјај и корелации помеѓу

глобалното зрачење и сончевиот сјај 1.4.3.1. Месечни и годишни вредности на

xi

2

2 2 3 3

4 4

5 5 5 6 7 7 8

10

12

12 15 15 16 16

17 17

17 18

19 19 19

19

iv

сјајот 1.4.3.2. Односи помеѓу релативното

глобално сончево зрачење и релативното траење на сјајот

1.4.4. Дифузно сончево зрачење 1.4.5. Влијание на надворешната температура на

потрошувачката на топлинска енергија за греење

1.4.6. Надворешна проектна температура во текот на грејната сезона

1.5. Должина на траење на грејната сезона 1.5.1. Просечна температура на надворешниот воздух во

периодот на грејната сезона и просечно топлинско оптоварување

1.5.2. Начин на одредување на графикот за топлинските потреби за греење на Охрид

1.5.3. Степен денови како податок за одредување на потребната количина на топлина за греење

II ДЕЛ - ПРИМЕНА НА СОНЧЕВАТА ЕНЕРГИЈА 2. Сончева енергија за топлификација, климатизациски

постројки и санитарноа топла вода за стамбени и други општествени објекти

2.1. Годишен потенцијал на сончевата енергија во Македонија

2.2. Инсталации за користење на сончева енергија

III ДЕЛ - АНАЛИЗА И ОПТИМАЛНО РЕШЕНИЕ 3. Анализа со оптимално решение на елементите на

соларниот систем 3.1. Сончеви колектори

3.1.1. Соларни колектори (концентратори) 3.1.2. Високотемпературни рамни колектори

3.2. Акумулација на сончевата енергија 3.2.1. Видови на акумулатори, режимско работење

и ефективност 3.2.2. Конструктивни решенија

3.3. Изменувачи на топлина во соларните системи 3.3.1. Методологија за конструирање на

топлински изменувач во соларен систем 3.4. Општи заклучоци

IV ДЕЛ - ПРЕДЛОГ, ПРЕСМЕТКА И РЕШЕНИЕ НА ЕНЕРГАНА

20

20 22

23

25 26

27

27

29

30

30

31

35

36

36 36 40 40 40

41 43 43

47

48

v

4. Предлог, пресметка и решение на енергетска постројка

комбинирана (соларен систем, топловодна топлана) за греење и производство на санитарна топла вода за една стамбена локација со 60 индивидуални куќи

4.1. Предлог решение на постројката 4.1.1. Енергетски биланс 4.1.2. Опис на подсистемот

4.1.2.1. Соларни колекторски подситеми 4.1.2.2. Подсистем за топлинска акумулација 4.1.2.3. Подсистем за дистрибуција на топлина 4.1.2.4. Додатен извор 4.1.2.5. Подсистем за контрола, управување и

мерење 4.2. Техничка пресметка и оцена на системот

4.2.1. Одредување на интензитетот на Сончевото зрачење на хоризонтална површина

4.2.1.1. Одредување на интензитетот на на Сончевото зрачење на произволно наклонета површина

4.2.1.2. Одредување на просечни дневни перформанси на рамните и концентирачки приемници

4.2.1.3. Соларен колекторски подсистем 4.2.2. Подсистем на акумулаторскиот круг 4.2.3. Подсистем на дистрибутивен круг

4.3. Систем во целост

V ДЕЛ - ПРЕДЛОГ РЕШЕНИЕ ЗА АВТОМАТСКА РЕГУЛАЦИЈА НА СОЛАРНИОТ СИСТЕМ

5. Автоматска регулација на соларниот систем

5.1. Соларен колекторски подсистем 5.2. Акумулаторски подсистем 5.3. Подсистем за додатна топлина 5.4. Дистрибутивен систем 5.5. Регистрирање и мерење на искористената

топлинска енергија од страна на потрошувачот

VI ДЕЛ - ЕКОНОМСКА АНАЛИЗА 6. Економска анализа, цена и степен на исплатливост на

системот 6.1. Економска анализа

6.1.1. Споредба на алтернативи 6.2. Цена на изведба на соларниот систем

49

49 52 54 54 56 56 57 57

57 58

58

59

60 63 66 67

68

69 69 71 71 71 72

73

74

74 75 75

vi

Заклучок Користена Китература

82 83 84

vii

АПСТРАКТ Потрошувачката на примарната енергија во Република Македонија до денеска е зголемена за повеќе пати, при што се очекува во наредните декади да биде се поголема. При ваков значаен пораст на поторшувачката истата би била редуцирана во голема мерка со искористувањето на домашниот јаглен при што неговото користење би се зголемило за четири пати. Најголем дел од јагленот (80-90)% би се употребувал во термоелектраните за производство на електрична енергија. Поради подмирување на потребите во сообраќајот, индустријата, земјоделството и домашната потрошувачка увозот на течните горива и гасот мора да се дуплира. Ваквиот развој на енергијата ќе доведе до значајни оптоварувања на животната средина и ќе продолжи порастот на штетните емисии на загадувачите. Хидроелектраните претставуваат доста драгоцен и поевтин извор на чиста електрична енергија и затоа во Македонија би требало да се продолжи со тенденција за подобро искористување на хидро-потенцијалот. Со својата изградба, електраните можат многу да ги променат природните, култорно историските, социјалните и микроклиматските системи во Македонија и поширокиот регион. Една од идните трајните ориентации и денес често именувани решенија за покривање со енергетски потреби е употребата на сончевата енергија при што развиените земји издвојуваат се повеќе средства на искоистување и развивање во оваа област. Светот денес троши 17,48⋅1018 kWh/год. За разлика од минатото тоа е процентуално сголемување од 3-5% секоја година. Дозрачената енергија од Сонцето се проценува дека е 1,03⋅1018 kWh/год, при што во голема мера би се задоволиле светските потреби.

viii

ПОПИС НА СЛИКИ

Слика 1. Шематски приказ на загревање на вода преку соларен колектор

и разменувач на топлина

Слика 2. Шематски приказ за загревање на вода преку соларен колектор

Слика 2.2.1 Примена на сончеви инсталации

Слика 2.2.2 Шема на загревање на топла вода со термосифинска

инсталација

Слика 2.2.3 Сончева инсталација во спрег со топли пумпи

Слика 2.2.4 Апсорпционо ладење со помош на сончева енергија

Слика 3.1 Генерални типови на концентраторски колектори

Слика 3.2 Радијационен трансфер од Сонцто С према апертурната

површина А и абсорберот Аабс од колекторот

Слика 3.3 Типични струења на флуидите во изменувачите

Слика 3.4 а) истомерн, б) противструјно

Слика 4.1.1 Распоред на стамбените објекти

Слика 4.1.1.1 Енергетски биланс за постријката за средни врдности на

сончевата радијација во приод од 179 денови

Слика 4.1.1.2 Дијаграм на енергетскиот тек на системот

Слика 4.1.2 Проточен дијаграм и контролна опрема

Слика 4.1.2.1.1 Група од колектори - концентратори

Слика 4.1.2.1.2 План на колекторски подсистем

Слика 4.1.2.3.1 План на дистрибутивен допсистем

Слика 4.2.1.3 Шематски дијаграм на спој помеѓу соларниот колекторски

круг и кругот на акумулаторот

Слика 4.2.2.2 Пресек на акумулатор

Слика 4.2.2.3 Влез и излез на водата во акумулаторот

Слика 4.2.3.1 Шема на канален развод на топлинска мрежа

Слика 5.1.1 Блок дијаграм за проток на колекторскиот подсистем

ix

ПОПИС НА ТЕБЕЛИ:

Табела 1.1.1. Просечни месечни температури во периодот од 1980 до

2005 год. за Охрид

Табела 1.1.2. Многугодишни просечни дневни и месечни температури во

период од 1980-2005 година

Табела 1.2.1 Средни месечни и годишни ведри денови

Табела 1.2.2 Средни месечни и годишни облачни денови

Табела 1.3 Месечна, годишна и многугодишна вредност на сончевиот сјај

за Охрид во часови

Табела 1.4.1.1 Месечни и годишни вредности на глобалното сончево

зрачење за хоризонтална површина [ ]2mMJ

Табела 1.4.1.2 Среднодневни месечни и годишни вредности на

глобалното сончево зрачење на хоризонтална површина [ ]2mMJ

Табела 1.4.1.3 Релативни честини на среднодневната вредност на

сончевото зражење на хоризонтална површина за период од 1993 до 2005

година

Табела 1.4.2.1 Месечни средно-часовни вредности на глобалното зрачење

на хоризонтална површина за Охрид во преиод од 1993 до 2005 година

[ ]hmMJ 2

Табела 1.4.2.2 Процентуална вредност на односот на средно-часовната и

средно-дневната радијација по месеци за период од 1993 до 2005 година за

Охрид

Табела 1.4.4.1 Средно-часовни месечни вредности на дифузното зрачење

во Охрид за период од 1993 до 2005 година

Табела 1.4.4.2 Екстратеристичка, глобална, дифузна вредност на

сончевото зрачење

Табела 1.5.1 Средни дневни температури за Охрид

Табела 1.5.2 Веројатни должини на греење

x

Табела 1.5.3. Степен денови за грејна сезона

Табела 2.1.1 Месечна измерена средна вредност на сончевиот

потенцијал на хоризонтална површина за Република Македонија

(средна вредност од анализирани 10 места) во KWh/m2 месец

Табела 2.1.2 Месечен измерен сончев потенцијал на хоризонтална

површина во Охрид (KWh/m2месец)

Табела 3.1 Флуид за топлински трансфер кај концентраторите

Табела 4.1.1 Вкупна годишна топлина за објекти 2550 MWh/месец

Табела 2.1.2 Месечен измерен сончев потенцијал на хоризонтална

површина (kWh) во Охрид по м2

Табела 4.2.1.2.1 Пресметани среднодневни вредности на сончевиот

потенцијал на концентраторска површина, правец север-југ за различни

вредности на агол [MJ/m2ден]

Табела 4.2.1.2.2 Среднодневни, средномесечни и средногодишни

вредности на сончевиот потенцијал на концентраторската површина за

инклинација од 36о и 45о

Табела 4.2.1.2.3 Средно-месечен и годишен сончев потенцијал на

концентраторот со С=12 и β=36о (0.628 RAD)

Табела 4.2.1.2.4 Средно-месечен и годишен сончев потенцијал на рамен

колектор со β=36о (0.628 RAD)

Табела 4.2.1.2.5 Вкупна средномесечна и средногодишна корисна енергија

од соларниот колекторски подсистем

Табела 6.1.1 Концентратори

Табела 6.1.2 Рамни колектори

Табела 6.2.1 Споредбени анализи со користење на алтернативи на гориво

во конвенционалниот систем

Табела 6.2.2 Споредбена анализа со употреба на нафта

xi

НОМЕНКЛАТУРА q (W/m2) – топлински тек l (W/mK) – коефициент на топлинска спроводливост на материјалот

T (K), (oC) – температура r (kg/m3) – густина на материјалот

h (J/kg) – специфична енталпија cp (J/kgK) – специфичен топлотен капацитет a (m2/s) – топлинска дифузност

Qconv (W) – конвективен премин на топлина ma (kg/s) – масен проток на воздух ca (J/kgK) – специфичен топлотен капацитет qconv (w/m2) – толински тек со конвекција ha (W/m2K) – коефициент на конвективен премин на топлина Ta (K), (oC) – температура на воздухот Ts (K) , (oC) – температура на површината gv (kg/m2s) – тек на водена пареа dr (m2/s) – коефициент на пропустливост на водена пареа

dp (kg/msPa) – коефициент на пропустливост на водена пареа

rv (kg/m3) – кондензација на водена пареа

pv (Pa) – парцијален притисок Rv (J/kgK) – гасна константа за водена пареа u (kg/kg) – содржина на влага ξ – наклон на сорпциска изотерма

psat (Pa) – притисок на заситене водена пареа G (kg/s) – конвективен проток на влага Va (m3/s) – волуменски проток на воздух βρ – коефициент на пренос на влага

Vobjekt (m3) – волумен на објектот n (h-1) – вредност на измени на воздух Q (J/m2s) , (W/m2) – вредност на премин на топлина по единица површина λs (W/mK) – коефициент на топлинска спроводливост на земјата

xii

ρs (kg/m3) – густина на земјата

cs (J/kgK) – специфична топлина на земјата αs (m2/s) , (m2/den) – топлинска дифузност на земјата

cw (J/kgK) – специфична топлина на водата w (%) - содржина на влага во земјата Econv (W/m2) – конвективен премин на топлина за единица површина hs (W/m2K) – коефициент на конвективен премин на топлина на површина на земјата u (m/s) – брзина на ветер (годишна просечна вердност) Esolrad (W/m2) – апсорбција на сочево зрачење на единица површина β – коефициент на апсорбција на сончево зрачење на земјата

S(t) (W/m2) – хоризонтално сончево зрачење Elongrad (W/m2) – радијација од долги бранови ∆R (W/m2) – константа на радијација

Elatent (W/m2) – загуби на латентна топлина f (-) – стапка на фракција на испарување Tmeansurf (oC) – годишна средна температура на површина на земјата Sm (W/m2) – просечна сончева радијација Tmeanair (oC) – средна просечна температура на воздухот TZ,t (oC) – температура на земјата во зависност од длабината и времето Tamp (oC) – амплитуда на промената на температурата на површината на земјата Z (m) – длабочина од површината на земјата tyear (ден) - поминато време од почетокот на календарската година tshift (ден) – ден од почеток во годината со минимална просечна температура на површината на земјата Ta (oC) – температура на воздухот во цевката gv (kg/m2s) – годишна кондензација или испарување на водена пареа l (Ј/kg) – латентна топлина на кондензација ca (J/kgK) – специфичен топлотен капацитет на воздухот ro (m) – внатрешен радиус на цевката Nu (-) – Нуселтов број Re (-) – Рејнолдсов број Pr (-) – Прандтлов број va (m/s) – просечна брзина на воздухот во цевката

xiii

νa (m2/s) – кинематска вискозност на воздух

ql (W/m2) – латентна топлина l (J/kg) – латентна топлина на кондензација Tsoil (oC) – температура на земјата Tin (oC) – температура на воздухот на влез Тout (oC) – температура на воздухот на излез hm – коефициент на конвективен пренос на влага L (m) – должина на цевката D (m) – дијаметар на цевката N (-) – број на цевки ηTIZV (-) – коефициент на топлинска ефикасност на топлински изменувач

воздух-земја Tair,out (oC) – температура на излез од изменувачот Tair,in (oC) – температура на влез од изменувачот Tsoil (oC) – температура на земјата COP (-) – коефициент на перформанси Pvent (W) – снага на вентилатор ∆pfric (Pa) – загуби на притисок заради триење во цевката

ξ (-) – коефициент на линиски загуби

ζ (-) – коефициент на локални загуби

QTIZV (W) – проток на толлина во изменувачот воздух-земја Tvn (oC) – температура на внатрешниот воздух во објектот Tisp (oC) – температура на испорачаниот воздух во објектот Tsvez (oC) – температура на свежиот воздух на влез Tizv (oC) – температура на извлечениот воздух од објектот ηTR (-) – коефициент на топлинска ефикасност на рекуператор на толина

ηTR+TIZV (-) – заеднички коефициент на топлинска ефикасност на рекуператор

на топлина и топлински изменувач воздух-земја Ctot (evra/kWha-1) – ефикасност на вкупно инвестирање Ainv – фактор на ануитет n (години) – работен век на објектот p (%) – годишна каматна стапка Cinv (evra/kWh) – ефикасност на инвестиционите трошоци CPE (evra/kWh) – трошоци на примарна енергија nmech (h-1) – механички измени на воздух

xiv

nx (h-1) – измени на воздух со ненамерна природна инфилтрација на воздух n50 (h-1) – измени на воздух со разлика на притисок од 50 Ра e (-) – коефициент на девијација на ветер f (-) – коефициент на број на површини изложени на ветер nd (h-1) – размена на инфилтриран воздух предизвикан од нерамнотежа nv – енергетска ефикасност на измената на воздух

ВОВЕД

I. Сонцето како извор на енергија I.1. Видови на сончево зрачење I.2. Енергија на сончевото зрачење I.3. Јачина на сончевото зрачење на горната граница на

атмосферата I.4. Влијание на атмосферата на сончевото зрачење I.5. Геометрија на сончевото зрачење и одредување на

побитни геометрии I.5.1. Влијание на деклинацијата I.5.2. Влијание на висината на Сонцето I.5.3. Азимут на Сонцето I.5.4. Нападен агол на сончевиот зрак

I.6. Примена на сончевата енергија I.6.1. Соларни колектори I.6.2. Функционирање на сончевите колектори

2

ВОВЕД:

I. Сонцето како извор на енергија Сонцето е одалечено од земјата околу 149.5 милиони километри.

Температурата во сончевото јадро изнесува околу K61015 ⋅ , а средната температура на површината на Сонцето (фотосфера) изнесува околу K6000 . Електромагнетната енергија, која ги вбројува Х зраците, УВ зрачење и ИЦ зрачењето, видливите зраци и радио брановите, која секоја секунада се емитераат од Сонцето, изнесува kW23108,3 ⋅ . Од таа огромна енергија на земјината површина доаѓа по просек од околу 24.1 mkW (доколку Сонцето се наоѓа под агол поголем од o30 во однос на хоризонталната површина).

Зрачењето на Сонцето со голема точност е прикажано преку Стефан-Болцмановиот закон за зрачење на црно тело. Сонцето спаѓа во звезди со изразита стаболност на зрачење, па може да се земе за константно.

Снагата на сончевото зрачење, која пристигнува во горниот дел од атмосверата, најголем дел преминува низ неа (со исклучок на мал дел кој се рефлектира во секундарна емисија во атмосверата и така трансформирана се емитира кон земјината површина или кон слободниот простор). Во долниот дел од атмосферата (тропосферата) доаѓа до промена во билансот на снагата на енергијата, делумно заради птрисуството на аеросолите, делумно поради рефлектирањето до облаците и други причини.

Снагата на зрачењето на површината зависи од положбата на Сонцето т.е. од аголот кој го зафаќа зракот на површината која се осветлува и од карактеристиката на атмосферата во околината над хоризонтот на посматраната површина.

Топлотната рамнотежа на Земјината топка се одржува со емитирање на зрачењето во слободната површина - Универзумот, така да може да се смета дека енергијата кој Сонцето и ја предава на Земјата преку зрачење се враќа во Универзумот како зрачење, но во друг спектрален облик

I.1. Видови на сончево зрачењe Поминувајќи низ атмосферата, интензитетот на сончевиот зрак слабее а

нивниот спектар се манува. Енергијата на сончевиот зрак која допира до земјината површина се нарекува приземно директно сончево зрачење. Тоа постои само дење и без присуство на облаци, аеросоли на патот на сончевиот зрак. Директното сончево зрачење е следено и од дифузното (растурно) сончево зрачење кое доаѓа од секој дел на небесната површина. Независно од состојбата на атмосферата, дифузното зрачење зависи од албеда (способност на рефлексија на површината на Земјата). Доколку албеда има голема вредност (Земјината топка е прекриена со снег) тогаш вредноста е неколку пати поголема одошто во нормалните денови.

3

Вкупното зрачење кое доаѓа од директното и дифузното зрачење се нарекува глобално Сончево зрачење.

Флуксови на зрачењето се: Сончево зрачење (непосредно од Сонцето) и терестричко (од земјата и од атмосферата). Збирот од овие две зрачења се вика вкупно зрачење или биланс на зрачење.

Мерење на зрачењето на флуксот кое доаѓа до површината на Земјата се дели на пет главни категории:

• Директно зрачење на Сонцето кое паѓа на рамнина нормална на правецот на простирање на сончевите зраци

• Глобално зрачење кое паѓа на хоризонтална површина, а претставува збир од директно и дифузно зрачење

• Дифузно зрачење - зрачење распространето во атмосферата • Одбиено зрачење од површината на Земјата • Директно, дифузно и глобално зрачење во одредено спектрално

подрачје - случај на мерење на днавна осветленсост.

I.2. Енергија на сончевото зрачење Енергијата на сончевото зрачење е најобилен, неицрпен, бесплатен и обновлив

извор на енергија кој не ја загадува околината. Сончевото зрачење има мала густина на енергетскиот флукс и е непостојана. Сонцето со својата огромна маса која е загреана на висока темпертура (во центарот околу K710 , а на површината околу K5900 ) зрачи енергија. Протокот на сончевото зрачење даден со вкупниот спектар на електромагнетни бранови изнесува околу W26108.3 ⋅ . Основата на неговото зрачење се базира на ултравиолетовиот 9%, видливиот 45% и инфрацрвениот 46% дел од спектарот. Вкупната енергија што доаѓа на Земјава изнесува околу ( )godWhgodJW 212417 105.1104.51073.1 ⋅=⋅⋅ или само приближно 10105.4 −⋅ дел од енергијата што ја зрачи Сонцето.

Средната густина на протокот изнесува 21372 mW и се вика соларна константа. Соларната константа претставува густина на протокот на сончевото зрачење на единица површината , нормалана на тој проток. Од вкупната енергија што доаѓа од Сонцето кон Земјата околу 30% се рефлектира од облаците и честичките во атмосферата и повторно се враќа во свемирот, 47% се претвора во топлина и 23% за испарување на водата (хидроциклус).

I.3. Јачина на сончевото зрачење на горната страна на

атмосферата

Вкупната моќност на сончевото зрачење се распоредува еднакво во свемирскиот простор. Дозрачената енергија што ја примаат планетите, опаѓа со квадратот на нивната одалеченост (Р) од Сонцето, а константна е за секоја планета.

Тоа влезно зрачење во атмосферата на Земјата го викаме екстратересричко зрачење. Јачината на тоа зрачење не е еднаква преку целата година, поради

4

променливото оддалечување на Земјата од Сонцето. Во време кога кај нас е зима, Земјата е на најмало оддалечување од Сонцето, тогаш и екстратеристричкото зрачење е најголемо (четвртиот ден од Јануари 21399 mWEe = ).

Со почеток на летото, екстратеристичкото зрачење е најслабо т.е. 21309 mWEe = . За да се употреби средната вредност за пресметките, воведен е

поимот соларна константа Ио, онаа енергетска осветленост на Сонцето eE , што ја прима единица површина во единица време на горната граница на атмосферата на средна оддалеченост ( )srR , кога зраците паѓаат нормално на површината.

Во пракса се употребува вредноста на Николет и Јохнсон од 1956 г. во износ од 21381 mW . Тхекера и Друммонд предложуваат нова стандардна вредност за Ио

со вредност од 21.21353 mW± Според Фролицх, на основа на билански , сателитски и ракетни мерења,

соларната константа изнесува 21372 mWIo = чија вредност е земена за работа во овој труд.

I.4. Влијание на атмосферата на сончево зрачење

Атмосферата како гасовита обвивка околу Земјата има огромно значење за

комплетниот живот на Земјата. Служи како “заштитен оклоп” од метеори, штетноста од УВ-зраците и ја задржува топлината штитејќи ја Земјата од ладење.

Сите движења во воздухот и сите значајни појави во атмосферата се одвиваат благодарение на топлинската енергија која непосредно или опсредно доаѓа од атмосферата.

Атмосферата делува на доста комплексен начин на сончевото зрачење: предизвикува рефлексија, дисперзија, ја менува насоката и правецот на зрачењето, раздвојува соседни бранови должини и др.

На земјинат аповршина паѓа само 66% од екстратеристричкото сончево зрачење. Вкупното зрачење што паѓа на некоја површина всушност е глобално сончево зрачење кое се состои пд директен и дифузен дел.

I.5. Геометрија на сончевото зрачење и одредување на

поважни параметри Вкупната количина на сончевото зрачење која ја прима колекторот, зависи од

неговата место-положба на Земјата и положбата на Сонцето која се дефинира со три координатни системи: 1. Координатен систем на екваторот на Земјата. Неговите координати се φ -

географска ширина и λ - географска должина (за одредување на положбата на колекторот)

2. Координатен система на екваторот на небото се следниве координати: АР - ректасценција, δ - деклинација

3. Координатни системи со хоризонтот со координати: γ - азмут и х - висина на Сонцето.

5

Овој систем е заеднички за положбите на Сонцето и за колекторот.

I.5.1. Влијание на деклинацијата

Деклинацијата на Сонцето δ, го одредува времето во годината. Тоа е аголна оддалеченост од небескиот екватор мерена по небескиот меридијан. Бидејќи Сонцето се движи од запад према исток по еклиптика под агол од 045.23 , деклинацијата се менува периодично. За пресметки во позиционата астрономија, вредноста на деклинацијата се отчитува од таблици на ефемеридите кои се издаваат во наутички таблици.

Во пресметката за користење на сончевите колектори не е потребна таква прецизност, така да пресметката за δ може да се апроксимира со формула од синосуидален карактер. Цоопер во 1969 г. ја поставува следната равенка:

( )[ ]365284360sin5.23 N+⋅⋅=δ , Н - број на денови почнувајќи од 1.01

I.5.2. Влијание на висината на сонцето

Висината е лак на вертикалниот круг од хоризонтот до Сонцето и е најбитен

фактор за количината на досрачена топлина до колекторот. Ако висината на Сонцето е поголема и радијацијата љ е поголема, така да нивната зависност може и математички да се дефинира. За одредување на висината се користи косинусна формула од сферната тригонометрија:

ωδϕδϕ coscoscossinsinsinh ⋅⋅+⋅=

Равенката покажува дека h е функција од географската ширина на местото на

разгледување φ, годишното време одредено со деклинацијата δ и локалното време кое е одредено со часовниот агол на Сонцето во даден момент на времето ω=т (се смета за позитивно при движење на стреслките на сатот).

I.5.3. Азимут на сонцето

Азимутиот на Сонцето претставува агол помеѓу хоризонталната проекција на

Сончевиот зрак и меридијанот на местото. Како нулта точка се зема обично јужниот правец и тогаш азимутот према исток има позитивна, а према запад негативна вредност.

Равенките определени според сферната тригонометрија се:

coshsincossin t⋅

=δγ ,

coshcossincoscossincos t⋅⋅+⋅

=ϕδϕδγ

6

I.5.4. Нападен агол на сончевиот зрак

Тоа е агол помеѓу директниот сончев зрак во одредено време и нормалата на површината врз која паѓа зракот. На сликата се претставува геометриската интерпретација на овој агол каде е:

γ - азимут h - висина на Сонцето θс - агол помеѓу нормалата на површината на колекторот и сончевиот зрак β - агол помеѓу хоризонталата и колекторот s - вектор на нападниот сончев зрак n - вектор на нормалата на колекторот

7

I.6. Примена на сончевата енергија

За собирање и искористување на сончевата енергија потребни се соларни колектори, каде собраната енергија се користи за термички процес во кој се загрева гас или некој друг флуид. Таа енергија се акумулира или дистрибуира во завосност од потребите, па при тоа може да се користи во стамбените објекти каки и во хотели, болници, школи, војни објекти и во сите други објекти.

I.6.1. Соларни колектори

Соларните колектори се делат на две групи и тоа

- рамни плочасти колектори - концентрични колектори

Рамните плочасти колектори го примаат соларното зрачење преку апсорпциони

плочи. Оваа плоча е направена од термопластични полимерно композитни материјали. Нивни особини се:

- не се оштетуваат од надворешно влијание и климатски промени - долготрајност - лесно се обработуваат - голем работен век на термо-механичка работа - мала тежина - лесна за монтажа и лесен пристап до неа - ниска цена

Кај рамните плочести колектори типична инсталација за загревање на вода или друг флуид вклучува: пумпа, сензори за температура, автоматски контролни приклучоци за активирање на пумпата и уред за скалдирање на топлината. Типична шема за соларен колектор е прикажана на слика 1.

8

слика 1. Шематски приказ на загревање на вода преку соларен колектор и разменувач на

топлина

I.6.2. Функционирање на соларните системи Сончевата енергија преку соларниот колектор се претвора во топлотна

енергија, загревајќи флуид (вода, антифриз) во соларниот колектор. Преку соларниот модул таа топлина се доведува во бољер, а преку разменувачот на топлина се пренесува на ладната вода во бољерот. Соларниот модул е склоп кој содржи: пумпа, вентили, експанзионен сад, термометри, сигурносни вентили и др.

Функционирањето на соларните системи без догревање работи во летниот период, но во зимскиот периодот ( при надворешна температура од C05− , температурата во колекротот се движи C04035÷ ) се врши догревање (помошен греач).

9

слика 2. Шематски приказ за загревање на вода преку соларен колектор

10

I ДЕЛ

Климатски карактеристики 1. Климатски карактеристики во Охрид со посебен осврт на

природата и интензитетот на сончевото зрачење 1.1. Температура на воздухот

2.1.1. Влажност на воздухот 1.2. Облачност 1.3. Сончев сјај 1.4. Интензитет на сончевото зрачење и потенцијал на

разположлива сончева енергија 1.4.1. Тотално глобално зрачење во Охрид

1.4.1.1. Месечно и годишно тотално годишно зрачење

1.4.1.2. Средна дневна тотална вредност 1.4.1.3. Релативни честини на среднодневната

вредност 1.4.2. Часовно тотално глобално сончево зрачење

1.4.2.1. Часовни варијации 1.4.3. Траење на сончевиот сјај и корелации помеѓу

глобалното зрачење и сончевиот сјај 1.4.3.1. Месечни и годишни вредности на сјајот 1.4.3.2. Односи помеѓу релативното глобално

сончево зрачење и релативното траење на сјајот

1.4.4. Дифузно сончево зрачење

11

1.4.5. Влијание на надворешната температура на потрошувачката на топлинска енергија за греење

1.4.6. Надворешна проектна температура во текот на грејната сезона

1.5. Должина на траење на грејната сезона 1.5.1. Процечна температура на надворешниот воздух

во периодот на грејната сезона и просечно топлинско оптоварување

1.5.2. Начин на одредување на графикот за топлинските потреби за греење на Охрид

1.5.3. Степен денови како податок за одредување на потребната количина на топлина за греење

12

1. Климатски карактеристики во Охрид со посебен осврт

на природата и интензитетот на сончевото зрачење Топлинската состојба и температурниот режим на одредено место го

одредуваат климатските карактеристики на местото. Температурата се менува со геогравската ширина, поради промените на билансите на зрачење, потоа со геогравската должина поради промените на влијанието на континенталноста и со висината на местото во функција на вертикалните движења предизвикани од адијабатското ладење на воздухот и вертикалниот распоред на температурата како и влажноста од друга старна, делуваат на сончевото зрачење и директно на билансот на топлин.

Облачноста е застапена со помалку од 60% и градот е доста сончев, со релативно голем број на сончеви денови. Интензитетот на сончевото зрачење е релативно поголем во споредба со северните краеви на републиката.

1.1. Температури на воздухот

Температурата на воздухот е во тесна зависност од надморската височина и

од останатите географски фактори. Средната годишна температура на воздухот во Охрид изнесува C007.11 со минимална средногодишна температура од C01.10 .

Просечната месечна температура околу нулата е само во месец Јануари, додека во останатите зимски месеци е над нула степени (Табела 1.1.2). Во поедини години средни месечни темпереатури околу нула се јавуваат во месец Февруати и Декември но доста поретко (Табела 1.1.1). Просекот на средната месечна температуре останува позитивен.

Во разработка на проблематиката на греењето на просториите за работа и живот, надворешната температура и нејзиното траење играат најголема улога .

Реден број Година 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Просечна

темп. 1 1980 0.3 -0.2 2.2 11.7 15.5 19 22.9 24.6 18.7 11 6.5 0.9 10.94 2 1981 -0.8 6.3 6.5 11.3 14.3 21.1 23 21.4 16.9 11.9 7.4 0.8 11.68 3 1982 1.6 5.5 4.4 9.4 17.9 20.5 22.9 23.4 16.3 11.2 8.4 4.6 12.18 4 1983 0.2 -0.2 8.2 10.4 15.4 17.9 21.1 19.9 14.4 8.4 6.4 6 10.68 5 1984 1.9 3.7 5.8 10.7 15 19.6 21.2 23.6 16.3 14.1 9.5 5.5 12.24 6 1985 0.2 1.4 7.2 13.4 15.1 19.8 21.8 22 18.1 12.3 9 1.9 11.85 7 1986 2.1 -1.8 5.9 11.4 17.7 18.6 23.2 23.9 19 11.9 9 -1.4 11.41 8 1987 -1.3 2.5 4 11.2 14.8 19.7 22.1 22.7 18.3 11.5 9.1 3.5 11.43 9 1988 -2.1 -0.2 7 11.3 14.4 19.8 21 20.4 16.4 13 7.3 2.1 10.87

10 1989 1.6 -2.5 5.5 9.4 14.8 19.8 24.1 19.9 18.7 10.4 7.8 2.5 10.85 11 1990 -0.8 6.6 5.6 12.1 14.7 19.2 21.3 23.2 17.4 15.7 7.2 -1 11.77 12 1991 -2.6 -0.6 7.1 10.1 15.8 17.8 20.1 21.9 17.4 13 6.1 1.6 10.43 13 1992 -2.4 1.8 6.2 13.4 18.8 18.6 21.8 20.1 17 11 7.9 1.8 11.22 14 1993 -1.5 3.9 5.6 9.6 18.8 19.6 20.1 20.8 17.9 10.2 8.4 2.4 11.32 15 1994 3.1 3.7 6.7 11.6 13.4 19.2 20.7 10.2 17.3 10.3 6.5 1.9 10.38 16 1995 4.1 1.8 3.4 10.9 16.9 20.1 20 21.8 14.5 8.6 6 -2.1 10.34 17 1996 2 3.7 7.9 11.7 15.8 20.8 20.9 20.1 15.2 7.5 6.4 0.2 11.02 18 1997 -1.4 2.3 3 9.8 17.2 19.8 22.2 20.2 17.4 11.2 3.8 -0.2 10.44 19 1998 1.6 4.1 7.1 8.8 13.6 18.5 21.4 21.4 17.4 12.1 5.6 -1.6 10.83 20 1999 -3.1 -2 7.2 11.4 15.8 19.2 20.7 20.3 18.8 10.9 5.6 -1.3 9.91 21 2000 1.9 2 5 10.6 14.8 17.2 19.6 17.2 15.3 12.8 6 -1 10.12 22 2001 1.8 7.4 8.2 11 16.8 20.1 23.4 21.4 15.9 10.5 9 0.5 12.17 23 2002 -0.3 4.9 7.4 9.9 14.4 20 22.2 21.4 14.9 9.6 1 3.7 10.76 24 2003 -1.3 4.6 8.8 9.5 15.7 20.7 21.2 20 16.5 11.2 7.4 3.5 11.48 25 2004 -2.1 1.9 5.7 9.4 13.4 19 22.3 21.8 17.5 12.3 8.4 1.8 10.76 26 2005 -1.8 -2.1 9.1 10.9 14.8 21.4 20.3 20.6 17 12.9 -0.3 3.4 10.40

Просечна темп. 0.04 2.25 6.18 10.80 15.60 19.50 21.60 20.93 16.94 11.37 6.75 1.43 11.06

Табела 1.1.1. Просечни месечни температури во периодот од 1980 до 2005 год. за Охрид

14

Реден број 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Годишно 1 1.69 0.2 2.48 9.63 13.01 18.15 20.11 22.17 18.89 15.22 8.49 3.78 Охрид 2 0.95 0.15 3.15 9.33 12.83 17.33 20.13 21.94 18.44 14.65 8.48 4.02 Hс=595 м 3 -1.15 -0.08 3.98 9.37 13.93 16.89 20.55 21.75 18.46 14.8 8.13 2.94 ψ=41o 7’ 4 0.58 0.3 4.1 9.51 14.52 17.23 20.93 22.25 18.95 13.95 8.45 2.47 5 -0.49 0.51 4.1 10.28 14.28 16.78 20.94 21.62 18.83 13.16 9.22 1.54 6 0.03 0.93 4.45 9.93 14.52 16.94 21.07 21.57 19.04 12.79 9.56 0.88 7 -0.07 -0.01 4.92 9.81 14.11 17.63 21.27 21.48 18.44 12.67 9.21 1.47 8 1.44 -0.31 4.93 10.13 14.46 18.37 20.99 22.27 17.9 12.98 8.48 1.27 9 -2.55 0.02 5.41 10.69 14.91 18.67 20.97 22.18 17.84 13.23 7.85 1.69 10 -1.4 1.18 5.42 10.48 14.68 19.63 21.18 21.28 17.79 12.55 8.45 1.75 11 -0.25 2.23 5.37 10.02 14.07 19.32 21.05 21.64 18.37 12.79 7.92 2.14 12 0.36 2.4 5.2 9.86 14.2 19.32 21.11 21.29 17.6 11.94 7.69 2.42 13 0.38 3.15 4.85 10.42 14.2 19.53 21.5 22.04 17.1 12.71 8.34 1.88 14 1.07 3.28 5.18 10.86 15.17 19.77 22.43 20.91 17.34 12.66 8.4 1.77 15 -0.6 3.87 5.57 10.33 14.99 20.1 22.94 21.54 17.25 12.19 7.78 1.29 16 0.72 3.36 5.54 10.41 15.36 20.3 23.36 21.56 17.01 12.41 7.77 1.21 17 -1.89 3.1 5.67 10.6 16.15 19.83 23.32 21.33 17 11.19 7.12 1.3 18 -1.88 3.38 6.74 10.67 15.76 20.07 21.17 20.96 16.37 10.81 6.9 1.75 19 2.06 3.33 6.84 10.47 16.57 19.41 22.89 21.01 16.52 9.77 6.67 1.38 20 -2.2 3.08 6.76 10.46 17.28 19.93 22.47 20.12 16.78 10.59 5.49 0.78 21 1.62 2.95 7.29 10.92 17.11 19.8 22.12 19.77 16.49 10.2 4.32 0.73 22 1.31 2.95 7.23 11.36 17.26 20.78 21.23 20.46 15.66 9.87 4.25 0.84 23 -0.21 2.93 7.78 11.84 17.06 21.02 21.78 20.6 15.38 9.24 4.1 0.22 24 0.77 2.62 7.59 12.2 16.91 21.1 21.53 19.96 15.54 9.06 3.38 1.36 25 0.86 2.98 7.66 11.9 16.74 21.43 21.78 19.85 14.73 8.58 4.2 1.18 26 0.25 3.18 7.82 11.48 17.27 21.44 21.74 19.94 15.03 9.23 3.9 1.44 27 0.14 3.06 8.76 12.36 17.47 21.18 21.58 19.54 15.43 8.86 3.25 0.63 28 -0.41 2.02 7.47 13.05 17.03 20.66 21.65 19.51 15.32 8.76 3.7 1.04 29 0.43 3.99 8.97 13.22 16.85 21.29 21.42 19.44 14.43 9.06 4.78 1.71 30 -0.49 9.05 12.81 16.94 20.98 22.11 19.42 14.59 8.64 4.9 3 31 -0.9 10.4 17.89 22.22 19.32 9.18 2.79

Просечна темп. 0.06 2.13 6.15 10.81 15.60 19.50 21.60 20.93 16.95 11.41 6.71 1.70 11.07

Табела 1.1.2. Многугодишни просечни дневни и месечни температури во период од 1980-2005 година

1.1.1. Влажност на воздухот

a. Режимот на влажноста на воздухот во одредено место се карактеризира со количество на водена пареа во воздухот (која е директно поврзана) и со облачноста. Просечната годишна релативна влажнст на воздухот во Охридизнесува 70%.

b. Релативната влажност е највисока во утринските и вечерните часови а најниска на пладне. Во просек годишната релативна влажност во 7.00 часот изнесува 82%, во 21.00 изнесува 75%, а во 17.00 релативната влажност изнесува 55%. Карактеристично е да се напомене дека во ноќните часови релативната влажност на воздухот е поголема од 80%.

1.2. Облачност

Облачноста се дефинира со покриеноста на небото со облачни маси, се одредува визуелно и се обележува со бројките од нула до десет (10). Ако небото е наполно покриено со облаци, облачноста изнесува 1.0, наполно ведро време има облачност нула(0),а вредноста 2 значи дека една петтина од небото е покриена со облачност итн. Од повеќе термински одредувања на облачноста во текот на деноноќието, се израчунува средната дневна облачност, од која се прорачунува средната месечна вредност, средна сезонска и средна годишна вредност. Облачноста е метеоролошки елемент кој во исто време е и климатски фактор. Деновите во кои средната дневна облачност изнесува помалку од две десетини, се означуваат како ведри денови, односно денови со осунчување. Деновите во кои средната дневна облачност изнесува осум и повеќе десетинки се означуваат како облачни денови. Средната годишна облачност во Охрид изнесува 5,8 десетинки, односно податок кој допринесува Охрид да е доста сончов град. Во Охрид, просечниот годишен број на ведрите денови изнесува 75,7, а на облачните 99,5. Август има просечно најголем број на ведри денови и тоа 14,7 јули 11,9, септември 10,7. Во зимските месеци, бројот на ведри денови е осетно смален (Табела 1.2.1). Деновите со слојаста облачност во зимските месеци се карактеризира со мирно и стабилно време, слаби струења во атмосферата, пониски температури кои се измерени во појавените инверзии, а нарочито во утринските часови. Во јануари во просек има 15,1 облачни денови, во декемември 13,8 и фебруари 11,2, а во август и јули само по 1,9 денови (Табела 1,2,2).

Јануари Фебруари Март Април Мај Јуни Јули

2,9 4,2 4,3 3,7 3,3 5,3 11,9 Август Септември Октомври Ноември Декември Годишно

14,7 10,7 7,9 4,3 2,5 75,7 Табела 1.2.1 Средни месечни и годишни ведри денови

Јануари Фебруари Март Април Мај Јуни Јули

15,1 11,2 11,5 8,7 6,7 3,6 1,9 Август Септември Октомври Ноември Декември Годишно

1,9 4,2 9,8 11,6 13,8 99,5 Табела 1.2.2 Средни месечни и годишни облачни денови

16

1.3. Сончев сјај Овој важен метереолошки елемент се однесува на траењето на Сончевиот сјај, изразен во часови. Од должината на траењето на осунчувањето во тесна зависност се сите останати метеоролошки елементи и појави што од своја страна ја повлекува важноста на проучувањето на овој елемент. Просторот на Охридскиот регион е со добро осунчување. Просечна годишна вредност на Сончевиот сјај за период од 1993-2005 год. изнесува 2314,1 часови. Вредноста од година на година се менува и се движи во границите од 2089 часови во 2005 год. до 2611 во 2003 год. (Табела 1,3,1).Во 1980 год. измерена е вредност на осунчување од вкупно 2797 часови. Во просечното годишно осончување, Охрид има вредност приближна на Битола, поголема од истата вредност од Скопје, а нешто помала од вредноста на осончувањето во Штип.

Години 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Вкупно години

1993 123.8 128.0 191.3 161.9 288.7 296.5 293.5 343.4 242.3 225.2 148.6 77.80 2521 1994 116.9 88.10 209.9 234.7 250.9 233.4 389.6 284.9 240.0 185.0 82.30 37.40 2353 1995 71.90 100.3 83.00 220.0 304.3 287.6 311.0 300.8 208.4 211.1 140.5 35.10 2274 1996 44.40 103.3 166.6 196.0 211.2 301.5 312.2 321.3 255.3 201.2 167.6 115.0 2396 1997 63.10 92.10 145.4 200.6 279.3 315.1 307.5 321.8 197.8 187.9 119.8 72.70 2303 1998 20.00 44.30 222.1 145.8 297.4 325.5 282.9 268.6 188.1 118.8 176.2 32.10 2122 1999 43.90 91.50 116.3 180.9 282.4 285.5 298.4 310.4 230.3 189.3 145.4 76.50 2251 2000 90.50 82.40 139.0 158.5 233.7 288.0 369.3 318.5 245.2 166.0 101.6 98.70 2291 2001 71.50 141.7 159.7 223.6 254.7 287.8 321.2 280.6 261.9 170.9 77.70 100.6 2352 2002 127.2 132.0 150.6 179.8 217.0 251.2 299.7 279.9 240.3 149.0 91.30 67.30 2185 2003 95.30 142.4 204.9 252.8 265.1 308.7 355.9 322.7 209.6 232.9 115.8 104.9 2611 2004 78.80 96.50 172.9 175.1 247.5 332.7 363.3 339.2 191.7 163.3 78.70 86.60 2326 2005 51.00 104.7 175.3 187.3 251.0 257.2 233.8 232.1 187.3 187.9 136.0 86.10 2090

Средна вредност 76.80 103.6 164.4 193.6 260.2 290.1 318.3 301.9 222.9 183.7 121.7 76.20 2314

Просек по ден 2.5 3.6 5.3 6.5 8.4 9.7 10.3 9.7 7.4 5.9 4.1 2.5 6.3

Табела 1.3 Месечна, годишна и многугодишна вредност на сончевиот сјај за Охрид во часови

1.4. Интензитет на сончевото зрачење и потенцијал на расположлива сончева енергија

Интензитетот на сончевото зрачење претставува сончева енергија на

единица време и единица површина 2mW и е доста битен параметар за пресметка на сончевито потенцијал, а со тоа и за пресметка на сончевите инсталации. На интензитетот и количината на глобалното сончево зрачење делуваат разни астрономски, физички, метеоролошки и геометриски фактори и поради тоа вредностите можат да се добијат со мерење.

Преминувајќи низ атмосферата, интензитетот на сончевото зрачење ослабува, променувајќи го и неговиот спектарен состав. Енергијата на сончевите зраци која допира до земјината површина од смерот на Сонцето наречено е приземно директно сончево зрачење. Покрај директното, постои и дифузно или распрашено сончево зрачење. Вкупното зрачење е наречено глобално зрачење и познавањето на неговата распределба над одредени региони е од голем научен и пракичен интерес.

17

1.4.1. Тотално глобално зрачење во Охрид 1.4.1.1. Масечно и годишно тотално глобално зрачење

Месечните и годишните тотални вредности на глобалното сончевото зрачење на хоризонтална површина измерени со пиранометри во ХМС Охрид, дадени се во табела 1.4.1.1.

Максималната средномесечна вредност изнесува 2777 mMJ во месец

Јули, а минималната вредност изнесува 25.176 mMJ во декември.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Вкупно

1993 271.5 317.8 441.7 473.8 718.7 733.1 707.3 738.6 522.7 419.2 264.1 169.7 5778 1994 259.2 264.6 505.8 619.6 735.4 700.9 900 698.9 567.9 402.5 218.4 133.7 6007 1995 212.9 253.2 335.6 582.5 765.1 724.3 746.5 690.2 482.6 404.6 241.7 122.8 5562 1996 144.2 247.6 423.7 534.3 639.5 745.8 745.5 702.4 566.9 386.2 280.2 199.1 5615 1997 180.2 260.5 444.8 530.2 688.9 770.6 741.2 709.9 470.9 379.2 237.3 202.9 5617 1998 153.5 199.4 513.2 450.5 733.5 764.6 707.2 636 459.7 284.2 271.6 132.7 5306 1999 184.9 256.1 371 506.9 718.7 741.5 752.4 681.6 511.2 386.5 251.4 198.3 5561 2000 228.6 230.1 421.5 501.4 637.9 740.1 850.4 728.4 558.6 357.4 224.2 201.4 5680 2001 241.7 338.2 461.4 565.9 679.8 731.3 770.4 650 543.3 541.8 192.2 185.9 5902 2002 235.9 288.8 437.7 516.5 612.4 686 752.5 665.3 520.2 338.5 198.7 173.8 5426 2003 208.9 291.9 464.6 611.3 686 740 809 693.9 477.9 418.7 214.1 192.8 5809 2004 183.3 252.1 444.8 502.6 655.6 796.6 835.3 718.3 472.3 361.7 190.5 189.2 5602 2005 247.7 272.8 465 521.2 673.7 768.9 782.4 641.6 604.4 307.2 174.5 192.4 5652

Σ 211.7 267.2 440.8 532.1 688.1 741.8 776.9 688.9 519.9 383.7 227.6 176.5 5655 Σ/12 471

Табела 1.4.1.1 Месечни и годишни вредности на глобалното сончево зрачење за

хоризонтална површина [ ]2mMJ

1.4.1.2. Средно-дневна тотална вредност

Средната дневна вредост на сончевото глобално зрачење на хоризонтална површина за секој месец од годината дадени се во табела 1.4.1.2. Во табелата се исто така дадени максималните и минималните средни дневни и месечни вредности и годишната средно-дневна вредност со својот максимум и минимум.

Среднодневната месечна вредност варира од 21.25 mMJ во јули до 269.5 mMJ во декември.

Среднодневната годишна вредност изнесува 241.15 mMJ или 24288 mWh на ден, која бројка покажува дека регионот има многу поволни условиза користење на сончева енергија. Варијацијата во резгледуваните годините се движи од 94% од средната вредност.

18

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Вкупно годишно Заб.

1993 8.75 11.25 14.25 15.79 23.18 24.44 22.82 23.83 17.42 13.52 8.81 5.47 189.53 15.79 1994 8.36 9.37 16.32 20.65 23.72 23.36 29.05 22.55 18.93 12.98 7.28 4.32 196.89 16.41 1995 6.87 8.97 10.83 19.42 24.68 24.14 24.08 22.26 16.09 13.05 8.06 3.96 182.41 15.20 1996 4.65 8.77 13.67 17.81 20.63 24.86 23.05 22.66 18.9 12.46 9.34 6.42 183.22 15.27 1997 5.81 9.23 14.35 17.67 22.22 25.69 23.91 22.9 15.7 12.23 7.91 6.55 184.17 15.35 1998 4.95 7.06 16.55 15.02 23.66 25.49 22.81 20.52 15.32 9.17 9.05 4.28 173.88 14.49 1999 5.96 9.1 11.97 16.9 23.18 24.72 24.27 21.99 17.04 12.47 8.38 6.4 182.38 15.20 2000 7.37 8.15 13.6 16.71 20.58 24.67 27.43 23.5 18.62 11.53 7.47 6.5 186.13 15.51 2001 7.8 11.98 14.88 18.86 21.93 24.38 24.85 20.97 18.11 11.03 6.41 6 187.20 15.60 2002 7.61 10.23 14.15 17.21 19.75 22.87 24.17 21.46 17.34 10.92 6.62 5.61 177.94 14.83 2003 6.74 10.34 14.99 20.38 22.13 24.67 26.1 22.38 15.93 13.51 7.14 6.22 190.53 15.88 2004 5.91 8.93 14.35 16.75 21.15 26.55 26.95 23.17 15.74 11.67 6.35 6.1 183.62 15.30 2005 8 9.66 15 17.37 21.73 25.63 25.24 20.7 20.15 9.91 5.82 6.21 185.42 15.45

Σ 6.83 9.46 14.22 17.73 22.20 24.73 24.98 22.22 17.33 11.88 7.59 5.70 184.87 15.41 Табела 1.4.1.2 Среднодневни месечни и годишни вредности на глобалното сончево зрачење

на хоризонтална површина [ ]2mMJ

1.4.1.3. Релативни честини на среднодневната вредност

Релативни честини на среднодневната вредност на сончевото глобално зрачење на хоризонтална површина во преиодот од 1993 до 2005 година, во интервали од denmMJ 22 во проценти, прикажани се во табела 1.4.1.3.

Поради малите висини на Сонцето над хоризонтот и облачното зимско небо во тој период од годината, значително ги ограничува варијациите на дневните вредности на глобалното зрачење.

Зима % 0.88 11.88 27.6 22.42 12.87 12.2 9.2 2.95 Лето % 6.86 13.73 9.34 16.67 24.5 21.85 5.48 1.48

Месеци 0-2 2-4 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14 14-16 16-18 18-20 20-22 22-24 24-26 26-28 28-30

Зима 1 30.7 50 19.3 Зима 2 5.7 58.7 35.6 Зима 3 12.4 14.7 55.2 17.7 Лето 4 13.4 52.2 16.6 17.8 Лето 5 6.8 36.7 47.9 8.6 Лето 6 14.4 77.4 8.2 Лето 7 21.3 45.1 24.7 8.9 Лето 8 36.6 63.4 Лето 9 27.8 30.2 33.1 8.9 Зима 10 12.3 29.2 58.5 Зима 11 5.9 49.9 44.2 Зима 12 5.3 34.7 60

Вкупно 5.3 71.3 165.6 134.5 77.2 73.2 96.4 100.1 56.5 100 147 131.1 32.9 8.9

% 0.44 5.94 13.8 11.21 6.43 6.1 8.03 8.34 4.71 8.34 12.25 10.93 2.74 0.74

Табела 1.4.1.3 Релативни честини на среднодневната вредност на сончевото зражење на хоризонтална површина за период од 1993 до 2005 година

19

1.4.2. Часовно тотално глобално соларно зрачење 1.4.2.1. Часовни варијации

Во табела 1.4.2.1 дадени се средно-месечните вредности на часовното

глобално зрачење во Охрид на хоризонтална површина во период на денот за дванаесет месеци. Максимална радијација е забележана околу пладне околу 11-12 часот а минималниот во интервалот од 4-5 часот наутро односно 7-8 часот навечер.

Часови во денот Месец 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19 19-20 20-21

1 0.10 0.40 0.73 1.02 1.17 1.18 1.02 0.74 0.39 0.08 6.83 2 0.02 0.25 0.66 1.04 1.33 1.44 1.47 1.32 1.01 0.65 0.25 0.02 9.47 3 0.01 0.16 0.6 1.12 1.53 1.84 1.94 1.97 1.78 1.49 1.09 0.60 0.14 0.04 14.22 4 0.07 0.42 0.94 1.45 1.85 2.16 2.27 2.20 1.97 1.70 1.33 0.93 0.38 0.06 17.73 5 0.02 0.25 0.72 1.32 1.85 2.30 2.60 2.69 2.60 1.97 2.00 1.57 1.09 0.62 0.21 0.01 22.2 6 0.04 0.37 0.95 1.48 2.02 2.44 2.73 2.85 2.77 2.59 2.22 1.78 1.32 0.80 0.33 0.04 24.73 7 0.03 0.33 0.87 1.49 2.06 2.52 2.83 2.92 2.85 2.61 2.27 1.84 1.33 0.78 0.32 0.03 25.08 8 0.01 0.16 0.61 1.22 1.83 2.31 2.61 2.72 2.70 2.41 2.10 1.61 1.11 0.67 0.14 0.01 22.22 9 0.02 0.26 0.80 1.33 1.80 2.15 2.30 2.40 2.10 1.72 1.25 0.72 0.23 0.20 17.33 10 0.05 0.38 0.88 1.28 1.60 1.86 1.73 1.57 1.25 0.84 0.40 0.04 11.88 11 0.15 0.51 0.83 1.12 1.26 1.22 1.09 0.82 0.46 0.11 0.02 7.59 12 0.06 0.34 0.62 0.76 1.01 0.99 0.88 0.64 0.32 0.07 5.69 Σ 0.008 0.101 0.338 0.733 1.204 1.604 1.896 2.036 2.007 1.776 1.497 1.094 0.668 0.308 0.083 0.008 15.41

Табела 1.4.2.1 Месечни средно-часовни вредности на глобалното зрачење на хоризонтална

површина за Охрид во преиод од 1993 до 2005 година [ ]hmMJ 2

Односот помеѓу средната часовно-месечна вредност и средно-дневната

месечна вредност во проценти дадена е во табела 1.4.2.2 каде го потврдува сознанието да максималната радијација секогаш се забележува околу пладне.

Часови во денот Месец 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19 19-20 21

1 1.4 5.9 10.7 14.9 17.1 17.3 14.9 10.8 5.8 1.2 100% 2 0.2 2.73 6.96 11 14.04 15.2 15.51 13.92 10.76 6.86 2.63 0.2 100% 3 0.1 1.12 4.2 7.86 10.75 12.92 13.64 13.85 12.51 10.46 7.65 4.2 1 0.3 100% 4 0.4 2.36 5.31 8.18 10.44 12.18 12.8 12.4 11.11 9.58 7.51 5.25 2.15 0.33 100% 5 0.1 1.12 3.24 5.94 8.33 10.36 11.71 12.11 11.71 10.58 9 7.07 4.9 2.7 0.94 0 100% 6 0.18 1.49 3.85 5.98 8.16 9.86 11.04 11.53 11.2 10.48 8.97 7.19 5.33 3.23 1.33 0.18 100% 7 0.12 0.13 3.56 5.94 8.31 10.14 11.38 11.74 11.46 10.5 9.15 7.43 5.4 3.21 1.37 0.11 100% 8 0 0.73 2.75 5.49 8.23 10.39 11.74 12.24 12.15 10.84 9.45 7.24 4.99 3.02 0.64 0 100% 9 0.11 1.5 4.66 7.67 10.38 12.24 13.27 13.89 12.11 9.98 7.26 4.2 1.37 1.2 100%

10 0.42 3.19 7.41 10.78 13.46 15.66 14.56 13.22 10.53 7.07 3.37 0.33 100% 11 1.97 6.72 10.94 14.75 16.6 16.07 14.37 10.8 6.07 1.45 0.26 100% 12 1.06 5.98 10.89 13.35 17.76 17.39 15.46 11.24 5.63 1.24 100%

Табела 1.4.2.2 роцентуална вредност на односот на средно-часовната и средно-дневната радијација по месеци за период од 1993 до 2005 година за Охрид

1.4.3. Траење на Сончевито сјај и корелации помеѓу

глобалното зрачење и сончевиот сјај 1.4.3.1. Месечни и годишни средни вредности на сјајот

Табелата 1.3. ја прикажува средната вредност на траењето на сончевиот сјај во месеци во период од 1993 до 1995 година. Средната вредност за овој период изнесува 2314.1 час годишно т.е. 318.3 во јули или 76.1 часа во декември. Односот на годишниот минимум и максимум по годините изнесува 521.3 часа или 22.5% од средната вредност.

20

Вкупната вредност на измерениот Сончев сјај изнесува 53% од теоретската вредност на траењето на сјајот помеѓу изгрејсонце и сајдисонце (4391.7 часа).

1.4.3.2. Однос помеѓу релативното глобално сончево зрачење и релативно траење на сјајот

Основниот облик на овој однос го поставил АНСТРЕМ која равенка ја дава линеарната врска помеѓу релативното глобално зрачење и релативниот сјај на Сонцето. Односот помеѓу вистинското и екстеристричкото сончево зрачење и количникот помеѓу релативното глобално зрачење и најголемото траење на сјајот на Сонцето се вика индекс на облачност:

( )00

1SS

HHh ⋅−+= αα

( )

⋅+=

⋅−+=

00

00 1

SSbaH

SSHHh αα ............................. (1.1)

Познато е дека глобалното зрачење, претставува збир директно и дифузно зрачење на хоризонталната површина. ( )hHHH bdh sin⋅+= .............................. (1.2) bH - директно зрачење на површина нормална на зраците dH - дифузно зрачење на хоризонтална површина h - висина на Сонцето Споредувајќи ги равенките (1.1) и (1.2), се доаѓа до констатација дека

0Ha ⋅ претставува дифузно зрачење D , а 0

0 SSbH ⋅⋅ , делот на директно

зрачење.

00 S

SbaHHh ⋅+= - индекс на облачност tK

Коефициентите а и б можат да се израчунаат по метода со систем на линеарни равенки со најмали квадрати. За Охрид средните годишни вредности за коефициентите а и б и корелациониот коефициент р се:

а б р 0.24 0.53 0.88

1.4.4. Дифузно сончево зрачење

21

Односот помеѓу дифузното и глобалното зрачење на хоризонтална површина, одреден е на повеќе автор во функционална врска со индексот на облачноста tK . Математичка интерпретација на ЛИУ АНД ЈОРДАН ,а која ја проследува и КЛЕИН, гласи:

32108.353.502.439.1 ttthdDH KKKHHR −+−==

ПАГЕ предлага корелација од дијапазон од φ=40о северна географска ширина до φ=40о јужна географска ширина.

thdDH KHHR 13.10.1 −== - за 21390mWI o = (соларна константа)

ТУЛЛЕР ја предлага следната формула:

thdDH KHHR ⋅−== 62.084.0 - за 21353mWI o =

ЦОЛЛАРИЕС-ПЕРЕИРА, РАБЛ го дава следниот однос, добиен со решавање на линеарни равенки по метода на најмали квадрати:

( ) ( ) ( )( )[ ]9.02cos2261.0505.02347.0775.0 −⋅⋅−+−−⋅+== tsshdDH KHHR πωπω Регионалната корелација за φ=41-43о северна географска ширина према ГАУССИАН-НЕЊТОН, дадена е следнаца релација: thdDH KHHR 982.0958.0 −== Во табела 1.4.4.1 дадени се средните часовни месечни вредности на дифузното зрачење за Охрид на хоризонтална рамнина за период од 1993 - 2005 година.

Часови во денот Месец 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19 19-20 20-21

1 0.08 0.26 0.43 0.55 0.63 0.64 0.58 0.44 0.26 0.08 2 0.02 0.17 0.39 0.56 0.65 0.72 0.72 0.66 0.55 0.37 0.17 0.20 3 0.01 0.10 0.32 0.52 0.70 0.81 0.86 0.83 0.79 0.67 0.52 0.31 0.10 0.10 4 0.05 0.20 0.43 0.62 0.77 0.86 0.91 0.89 0.85 0.74 0.61 0.44 0.23 0.04 5 0.01 0.16 0.36 0.57 0.73 0.83 0.96 0.99 0.99 0.93 0.84 0.70 0.53 0.34 0.13 0.01 6 0.01 0.23 0.44 0.59 0.74 0.84 0.91 0.96 0.99 0.96 0.88 0.74 0.64 0.40 0.19 0.01 7 0.01 0.21 0.42 0.60 0.72 0.81 0.91 0.95 0.92 0.87 0.84 0.70 0.55 0.38 0.17 0.01 8 0.01 0.10 0.32 0.51 0.67 0.80 0.86 0.91 0.95 0.89 0.78 0.68 0.50 0.32 0.07 0.01 9 0.02 0.16 0.36 0.54 0.68 0.74 0.78 0.79 0.75 0.66 0.52 0.33 0.27 0.01

10 0.01 0.04 0.21 0.38 0.52 0.61 0.67 0.67 0.61 0.51 0.36 0.18 0.02 0.01 11 0.01 0.08 0.25 0.39 0.53 0.61 0.58 0.51 0.38 0.18 0.05

22

12 0.04 0.23 0.32 0.46 0.51 0.50 0.43 0.32 0.17 0.03 Табела 1.4.4.1 Средно-часовни месечни вредности на дифузното зрачење во Охрид за период

од 1993 до 2005 година

Релацијата на КЛЕИН за нашиот регион одредува најмали вредности на односот DHR , а формулата на ГАУССИАН-НЕЊТОН, за повеќе годишни посматрувања, се покажа како најреална. Во сите понатамошни пресметки за интензитетот и потенцијалот на сончевото зрачење на наведната површина ќе се употребува ГАУССИАН-НЕЊТОН-от однос.

Мес. Дата Ден oH hH

КЛЕИН ПАГЕ ТУЛЛЕР Измерено 0.958 ÷ 0.982

ХД/Хх ХД ХД/Хх ХД ХД/Хх ХД ХД/Хх ХД ХД/Хх ХД

denm

MJ2

denm

MJ2 /

denm

MJ2 /

denm

MJ2 /

denm

MJ2 /

denm

MJ2 /

denm

MJ2

Јан. 17.01 17 14.615 6.83 0.4 2.73 0.47 3.21 0.55 3.76 0.58 3.49 0.5 3.41 Феб. 16.02 47 20.032 9.5 0.39 3.71 0.46 4.37 0.55 5.23 0.49 4.98 0.48 4.56 Мар. 16.03 75 27.121 14.22 0.35 4.98 0.41 5.83 0.51 7.25 0.46 6.53 0.44 6.26 Апр. 15.04 105 34.465 17.73 0.36 6.38 0.42 7.45 0.52 9.22 0.43 7.64 0.45 7.98 Мај 15.05 135 39.759 22.2 0.33 7.33 0.37 8.21 0.49 10.88 0.41 9.08 0.4 8.88 Јун. 11.06 162 41.969 24.73 0.3 7.42 0.33 8.16 0.47 11.62 0.39 9.59 0.37 9.15 Јул. 17.07 198 40.679 25.06 0.28 7.02 0.31 7.77 0.46 11.53 0.36 9.05 0.35 8.77 Авг. 16.08 228 36.48 22.22 0.29 6.44 0.31 6.89 0.46 10.22 0.38 8.36 0.35 7.77 Сеп. 15.09 258 29.751 17.33 0.31 5.37 0.34 5.89 0.48 8.32 0.38 6.59 0.38 6.58 Окт. 15.1 288 22.029 11.88 0.34 4.04 0.39 4.63 0.51 6.06 0.4 4.79 0.43 5.11 Ное. 14.11 318 15.841 7.59 0.39 2.96 0.46 3.49 0.54 4.1 0.47 3.57 0.49 3.72 Дек. 10.12 344 13.154 5.69 0.43 2.45 0.51 2.9 0.57 3.24 0.53 3.02 0.53 3.02

Табела 1.4.4.2 Екстратеристичка, глобална, дифузна вредност на сончевото зрачење 1.4.5. Влијание на надворешната температура на

потрошувачката на топлинска енергија за греење Температурата на надворешниот воздух се менува во текот на денот (24 часа) и во текот н дановите во грејната сезона. Минималната температура обично се јавува пред излезот на Сонцето, а максималната од 2 до 4 часа после пладне. Временската разлика помеѓу минималната и максималната температура изнесува околу десет часови во летно време и шест часови зимно време. Исто така се менува и внатрешната температура на просторот vt , но со нешто помала разлика. Двете минимални температури се јавуваат во раните утрински часови и изворот на топлина во тоа време мора да го снабдува просторот со поголема количина на топлинска енергија. Ако се занемари промената на специфичното топлинско оптеретување на грејниот простор q , во зависност од карактеристиките на објектите, можеме да констатираме дека потрошувачката на топлинска енергија најповеќе зависи од температурната разлика особено од температурата на сувиот термометар на надворешниот воздух. Промената на надворешната температура во текот на грејната сезона како и траењето на тие температури, знатно влијае на големината на

23

топлинското оптоварување зa одредено подрачје или зграда посматрано од аспектот на климатските услови. Вредноста на температурита на надворешниот воздух периодично се менува во текот на денот, недела, месец и година. Пресметаната просечна вредност на измерени температури на секој саат на денот (24 часа) наречена е средна дневна темперетура. Овој начин на мерење е доста поскап но со голема точност. Средната дневна температура е пресметана на основа н мерени температури во 7,00, 14,00 и 21,00 часот по следната формула:

42 21147 ttt

te++

=

Со пратење на средната днава температура на надворешниот воздух во текот на грејната сезона и подолг временски период, може да се добие карактеристични климатски елементи за секое подрачје како:

− Надворешна проектна температура на воздухот − Просечна температура на воздухот во текот на грејната сезона ..gprt − Должина на траење на грејната сезона GN − Просечно топлинско оптоварување за греење во текот на грејната сезона

(kg) и во текот на годината ( ..GprK ) во зависност од видот на потрошувачот и траењето на среднодневните температури на воздухот

− Одредување на графикот на топлиснките потреби за греење на подрачјето

− Одредување на степен - деновите за греење и степен - денови за проветрување

1.4.6. Надворешна проектна температура во текот на грејната

сезона Зимаската проектна температура е температура на надворешниот воздух на која се димензионираат топлинските потреби за објектот. Истата треба да биде доволна, како би ги задоволила проектните потреби во однос на внатрешната температура. Во идеален случај, зимската минимална температура би морала да биде еднаква на апсолутната минимална температура на надворешниот воздух. Меѓутоа, логиката на економијата наметнува некои граници на сигурност на покривање на топлинските потреби со цел да се спречи потрошувачката со материјал и работа. Овде е и суштината на разни методи за одредување на зимската проектна температура. Секоја од нив обезбедува поголема сигурност за покривање н надворешната температура како резултанта на голем број климатски големини трудејќи се да обезбеди елиминација на случајни непредвидени големини. Определувањето на средноевропска дефиниција за зимска проектна температура според DIN 4701, се сведува на изразот:

( )Cnt

t oen

le ∑=_

24

Вредноста ( )Ct oe

_ претставува аритметичка средина на низа на апсолутни

минимуми во подолг временски период. Професорот ФОКИН, предлага за зимска проектна температурасе усвои вредноста на просечна температура во интервалот од:

− Еден ден - лесна градба − Три дена - средно тешка градба − Пет дена - тешка градба

Најладни во период од најмалку 20 до 25 години. За Охрид, за средно тешка градба, поврзана за најладниот интервал од три дена се појавил во Јануари 1999 година и тоа -13,2, -13,4 и -13,5, се добива:

ЗПТ = -13,35 (˚С) За понатамошна работа во трудот, земена е зимска проектна температура

ЗПТ=-13 (˚С).

1.5. Должина на траење на грејната сезона

Должината на траењето на поединечно секоја температура на

надворешниот воздух ја одредува должината на траење на грејната сезона која е и последица на климатските услови на подрачјето.

Должина на траење на температурите на надворешниот воздух може да се пресмета на основа на појавите на истите за подолг временски преиод (1980-2005), табела 1.5.1.

Табелата е на основа на средните дневни температури во Охрид.

Бр те ‘80 ‘81 ‘82 ‘83 ‘84 ‘85 ‘86 ‘87 ‘88 ‘89 ‘90 ‘91 ‘92 ‘93 ‘94 ‘95 ‘96 ‘97 ‘98 ‘99 ‘00 ‘01 ‘02 ‘03 ‘04 ‘05 Н 1 -14oC ÷ -13.5oC 1 2 1 3 7 2 -13oC ÷ -12.5oC 1 1 1 2 1 1 1 2 11 3 -12oC ÷ -11.5oC 3 1 1 2 1 1 2 3 2 1 17 4 -11oC ÷ -10.5oC 1 2 1 4 1 1 1 1 1 2 2 1 1 1 20 5 -10oC ÷ -9.5oC 1 2 1 4 1 1 5 3 1 3 2 1 1 1 2 29 6 -9oC ÷ -8.5oC 2 2 4 2 2 2 1 1 3 2 3 1 2 3 2 3 35 7 -8oC ÷ -7.5oC 2 2 3 2 2 1 1 1 1 1 4 1 3 2 2 1 5 34 8 -7oC ÷ -6.5oC 2 1 2 1 5 3 2 1 4 2 5 2 1 3 2 5 1 2 1 4 49 9 -6oC ÷ -5.5oC 3 2 3 2 2 3 1 5 9 1 5 3 2 1 2 2 3 2 7 4 1 2 10 75

10 -5oC ÷ -4.5oC 5 1 1 3 4 4 4 7 4 6 2 6 2 3 2 5 3 2 5 1 3 1 2 8 84 11 -4oC ÷ -3.5oC 3 2 4 6 2 1 5 5 12 2 3 3 2 3 5 7 1 5 1 9 5 4 3 3 8 104 12 -3oC ÷ -2.5oC 9 5 5 7 2 4 8 4 7 5 4 8 7 6 6 6 4 10 3 8 4 8 5 5 7 4 151 13 -2oC ÷ -1.5oC 9 8 2 6 4 7 8 4 11 7 3 6 7 4 7 6 17 6 3 10 6 11 9 7 7 9 184 14 -1oC ÷ -0.5oC 17 10 9 2 4 5 8 8 8 6 9 6 13 5 12 5 10 11 9 11 8 14 8 6 3 9 217 15 ±0oC ÷ 0.5oC 10 9 13 11 11 5 9 9 6 13 9 9 16 8 10 9 10 19 12 11 10 4 18 5 7 10 280 16 0.5oC ÷ 1.5oC 11 8 5 9 11 14 9 11 7 4 15 10 10 11 10 10 8 22 11 5 11 4 14 5 7 10 252 17 2oC ÷ 2.5oC 16 16 13 8 11 20 9 8 10 11 5 8 7 14 4 11 11 11 19 5 10 9 10 6 4 10 270 18 3oC ÷ 3.5oC 12 7 15 14 9 10 11 5 8 10 10 7 8 15 14 11 9 16 17 9 15 5 14 12 24 4 276 19 4oC ÷ 4.5oC 13 18 8 7 14 14 9 14 8 20 12 13 7 20 21 9 14 13 10 7 10 6 14 14 9 10 320 20 5oC ÷ 5.5oC 5 10 22 20 8 6 1 6 11 11 12 16 5 16 11 20 20 12 20 8 8 15 17 17 12 3 309 21 6oC ÷ 6.5oC 10 9 20 28 11 2 15 18 12 14 14 8 8 17 13 23 21 12 20 14 16 13 11 18 11 11 369 22 7oC ÷ 7.5oC 15 10 12 16 14 17 11 16 14 19 19 9 14 13 10 13 17 5 14 12 16 20 9 24 14 8 361 23 8oC ÷ 8.5oC 3 10 15 12 21 9 9 17 14 12 7 11 7 15 18 19 14 11 14 14 12 14 12 17 9 9 325 24 9oC ÷ 9.5oC 17 9 15 20 19 11 9 9 11 10 14 13 13 14 17 9 13 6 6 16 14 16 13 12 7 12 325 25 10oC ÷ 10.5oC 12 12 16 14 10 17 19 9 13 21 12 9 12 8 11 7 7 12 7 12 9 15 11 16 17 9 317 26 11oC ÷ 11.5oC 6 18 9 9 12 14 18 7 8 4 8 12 17 11 9 7 9 3 13 10 11 16 13 14 12 8 278 27 12oC ÷ 12.5oC 5 22 9 4 9 12 8 8 10 6 2 7 17 5 8 8 11 8 4 2 7 14 11 7 16 10 230 28 13oC ÷ 13.5oC 1 6 7 8 9 11 7 15 10 3 10 11 9 4 8 7 7 3 8 8 9 9 2 6 4 13 196 29 14oC ÷ 14.5oC 4 6 3 2 11 7 9 12 7 12 4 4 8 5 2 4 3 4 3 7 7 5 1 2 9 141 30 15oC ÷ 15.5oC 4 3 3 4 2 3 8 7 2 1 3 2 2 1 1 2 3 2 5 4 4 1 5 1 7 80 31 16oC ÷ 16.5oC 8 2 4 1 6 7 2 1 3 10 6 3 2 5 1 3 1 3 1 2 1 2 74

25

32 17oC ÷ 17.5oC 2 1 4 3 1 1 2 3 3 1 4 3 2 2 3 3 1 5 2 46 33 18oC ÷ 18.5oC 1 3 1 1 1 7 2 1 1 1 1 1 1 1 1 24 34 19oC ÷ 19.5oC 1 1 1 1 4 35 20oC ÷ 20.5oC 1 2 36 21oC ÷ 21.5oC 37 22oC ÷ 22.5oC 5519

Табела 1.5.1 Средните дневни температури во Охрид Бр те ‘80 ‘81 ‘82 ‘83 ‘84 ‘85 ‘86 ‘87 ‘88 ‘89 ‘90 ‘91 ‘92 ‘93 ‘94 ‘95 ‘96 ‘97 ‘98 ‘99 ‘00 ‘01 ‘02 ‘03 ‘04 ‘05 Н

За периодот од 26 години кој се разгледува (1980-2005) должината на

грејната сезона во Охрид изнесува 182 денови, табела 1.5.2. Должината на просечното греење на грејната сезона, може да се пресмета според следната равенка:

( ) aknGNg −=τ , каде GN - вкупен број на појави на средните дневни температури на надворешниот воздух од октомври до април за време од (а) години, а kn - вкупен број на средни дневни темп. со Ct o

e 12> , за време од (а) год. За Охрид во истиот период од 26 години, е дадено во табела 1.5.2.

( )( )

1862

42.19058.1812

42.19026568551958.181267985519

maxmin

max

min

=

+=

+

=−=

=−=

gprosek

gg

g

g

τ

ττ

τ

τ

Ред. Бр. Сред. Надвор. Темп. На воздухот Бр. на

појави

Веројатна должина на

траење ОС / ден Должина на траење на

грејната сезона

)( Coeτ tenet − tet /ден teext τ⋅ qt

1 2 3 4 5 6 1 (-13.5oC) -14oC ÷ -13oC 6 0.2308 -3.1158

Мин

имал

на п

росе

чна

долж

ина

на т

раењ

е на

гр

ејна

та с

езон

а τ о

мин

=181

,6

Мак

сим

ална

про

сечн

а до

лжин

а на

тра

ење

на

греј

ната

сез

она

τ ом

аџ=1

90,4

2

Про

сечн

а ве

рова

тна

долж

ина

на т

раењ

е на

греј

ната

се

зона

τг=

186

2 (-12.5oC) -13oC ÷ -12oC 11 0.4231 -5.2887 3 (-11.5oC) -12oC ÷ -11oC 17 0.6538 -7.5187 4 (-10.5oC) -11oC ÷ -10oC 20 0.7692 -8.0766 5 (-9.5oC) -10oC ÷ -9oC 29 1.1154 -10.5963 6 (-8.5oC) -9oC ÷ -8oC 35 1.3462 -11.4427 7 (-7.5oC) -8oC ÷ -7oC 34 1.3077 -9.8077 8 (-6.5oC) -7oC ÷ -6oC 49 1.8846 -12.2499 9 (-5.5oC) -6oC ÷ -5oC 75 2.8849 -15.8653

10 (-4.5oC) -5oC ÷ -4oC 84 3.2308 -14.5386 11 (-3.5oC) -4oC ÷ -3oC 104 4.000 -14.000 12 (-2.5oC) -3oC ÷ -2oC 151 5.8077 -14.5192 13 (-1.5oC) -2oC ÷ -1oC 184 7.0769 -10.6153 14 (-0.5oC) -1oC ÷ 0oC 217 8.3462 -4.1731 15 (0.5oC) 0oC ÷ 1oC 280 10.7693 5.3846 16 (1.5oC) 1oC ÷ 2oC 252 9.6932 14.5398 17 (2.5oC) 2oC ÷ 3oC 270 10.3846 26.7115 18 (3.5oC) 3oC ÷ 4oC 276 10.6154 37.1539

26

19 (4.5oC) 4oC ÷ 5oC 320 12.3077 55.3846 20 (5.5oC) 5oC ÷ 6oC 309 11.8846 65.3653 21 (6.5oC) 6oC ÷ 7oC 369 14.1923 92.2499 22 (7.5oC) 7oC ÷ 8oC 361 13.8859 104.1442 23 (8.5oC) 8oC ÷ 9oC 325 12.5000 106.250 24 (9.5oC) 9oC ÷ 10oC 325 12.5000 118.750 25 (10.5oC) 10oC ÷ 11oC 317 12.1923 128.0191 26 (11.5oC) 11oC ÷ 12oC 278 10.6923 122.9614 27 (12.5oC) 12oC ÷ 13oC 230 8.8462 110.5775 181.6 186 28 (13.5oC) 13oC ÷ 14oC 196 7.5385 101.7697 190.42 29 (14.5oC) 14oC ÷ 15oC 141 5.4231 78.6349

30 (15.5oC) 15oC ÷ 16oC 80 3.0769 47.6919 31 (16.5oC) 16oC ÷ 17oC 74 2.8462 46.9623 32 (17.5oC) 17oC ÷ 18oC 46 1.7692 30.9610 33 (18.5oC) 18oC ÷ 19oC 24 0.9232 17.0792 34 (19.5oC) 19oC ÷ 20oC 4 0.1538 2.9991 35 (20.5oC) 20oC ÷ 21oC 2 0.0769 1.5764

5519 Σ 212.27д.

Σ1472.1667[oC/ден

]

Табела 1.5.2 Веројатни должини на греење

1.5.1. Просечна температура на надворешниот воздух во периодот на грејната сезона и просечно топлинско оптоварување

Доста важна карактеристика на климата на одреден крај е просечната

температура на надворешниот воздух во текот на грејната сезона ..gprt , која одредува и просечно топонско оптеретување ( )gK за дадено подрачје.

Кога постојат податоци за должината на траењето на секоја средна дневна температуре на воздухот и кога е дефинирана просечната должина на грејната сезона gτ , ..gprt може да се пресмета преку равенката:

)(1

.. ct

t oN

g

teegpr ∑ ⋅=

ττ

Каде: te

N

et τ∑ ⋅1

- вредност на производот на средните температуре на

надворешниот воздух et идолжината на траење на температурата во грејната сезона ( teτ )

gτ - просечна должина на траење на грејната сезона. Просечната температура за Охрид во текот на грејната сезона (од

табела 1.5.2), изнесува:

27

Ctt

t

Ct

Ct

oprgprgsrgpr

oprg

oprg

16.42

37.496.32

37.419049.830

96.3182914.719

maxmin...

max

min

=+

=+

=

==

==

−−

−

−

Просечното топлинско оптеретување на греењето ( )gK за просечната и

проектната температура на надворешниот воздух, може да се добие како однос:

( ) ( )pvgprvprg ttqttqQQK −⋅−⋅== .max

За внатрешна температура Ct o

v 20= ( )( )%48

4875.0132016.420

=

=++

=

g

g

K

K

Просечното топлинско оптеретување во Охрид при надворешна проектна

температура од Co13− , внатрешна од Co20 и просечна температура на воздухот во текот на грејната сезона од Co16.4 би изнесувала 48%.

1.5.2. Начин на одредување на графикот за топлинските

потреби за греење на Охрид

Графикот за топлинските потреби за греење може доволно точна да се опише со равенка (1.1) со помош на климатските и проектните услови:

[ ]MWtttt

QQpv

ntv

−−

== max ..................... 1.1

maxQ - проектно едине;но оптеретување за греење за Ct op 13−=

vt - внатрешна проектна температура

ntt - надворешна температура

pt - надворешна зимсак проектна температура Познавајќи ги големините од десната страна, може по графички пат да се

формира кривата на траењето на оптеретувањето. Во овој случај за Охрид важат: надворешна проектна температура од Co13− и внатрешна од Co20 . Грејната сезона во Охрид започнува од 17 Октомври, а завршува 20 Април со 186 денови.Во тој период просечната температура изнсува Co16.4 .

Прегледот на среднодневните температури и траењето на поедини вредности за грејниот период се дадени во табела 1.5.2.

1.5.3. Степен денови како податок за одредување на

потребната количина на топлина за греење

28

За да се определи просечната годишна потрошувачка на топлина за

греење, за прв пат во САД, а подоцна и во Европа, се воведува поимот СТЕПЕН-ДЕНОВИ. Степен-деновите означуваат специфични влијанија на надворешната температура, а се пресметува врз основа на статички анализи за температурните промени во дадено место преку формулата:

( ) ( )∑=

−+−⋅=Z

nsnggv ttttZSD

1 [ ]denCo ⋅

Z - број на денови во текот на грејната сезона vt - внатрешна проектна температура = 20оС

gt - гранична темп. за период на греење = 12 оС

snt - средна темп. за секој поединечен ден за грејната сезона (табела1.1.2)

Бројот на степен-денови за секој месец во грејната сезона и за целата

грејна сезона, претставена е во табела 1.5.3.

Месец во грејната сезона Број на СД (просек 1980-2005)

Процентуален дел во вкупните СД %

17 Октомври 157 5.42 Ноември 399 13.82 Декември 568 19.67 Јануари 635 22.00

Февруари 503 17.42 Март 429 14.85

20 Април 197 6.82 ВКУПНО 2888 100%

Табела 1.5.3.

Бројот на степен-денови може да се пресмета и со помош на средната темп. на надворешниот воздух во текот на грејната сезона:

( )srgprv ttZSD ..−⋅=

За понатамошна работа во пресметките, земено бриј на 2888 степен-

денови годишно и месечно според табела 1.5.3.

29

II ДЕЛ Примена на сончева енергија

2. Сончева енергија за топлификација, климатизациски

постројки и санитарноа топла вода за стамбени и други општествени објекти

2.1. Годишен потенцијал на сончевата енергија во

Македонија

2.2. Инсталации за користење на сончева енергија

30

2. Сончева енергија за топлификација, климатизациски

постројки и санитарноа топла вода за стамбени и други општествени објекти

2.1. Годишен потенцијал на сончевата енергија во Македонија

Во извори кои стојат на располагање, често се наоѓаат глобални

пресметки на вкупниот сончев потенцијал на површината на земјата пресметани на поедноставен начин. Сите овие пресметки се разликуваат меѓу себе и покрај тоа што сите методи поаѓаат од средната соларна константа која изнесува 1372 W/m2 и за 8760 часови во годината, дава енергија сноп од 12000 KWh/m2.

Регионот на Република Македонија, на основа на измерените податоци на хоризонтална површина, располага со 1515 KWh/m2. Македонија се простира на релативно тесно географско подрачје и тоа помеѓу 41о и 42.5о северна географска ширина и зафаќа површина од 25.713 km2. Поради тоа, горната вредност би се сметала за одреден реален параметар при проценката на вкпниот потенцијал на сончево зрачење во Републиката.

За хоризонтална површина, вкупниот годишен потенцијал на глобалното зрачење за Македонија, изнесува:

( ) ( ) ( )GWhgodmKWhm 6226 103915151025713 ⋅=⋅⋅

Во споредба со годишните потреби од енергија на Макединија во 1982

година од околу 23.500 GWh, овие вреднисти на енергетскиот потенцијал на сончевото зрачење делува импресивно. Бројката од над 1600 пати е прилично висока, но кога се размислува за можно искористување мора да се има во предвид прилично ниската специфична густина на енергијата на сончевото зрачење.

Јануари Февруари Март Април Мај Јуни

55.46 72.1 112.54 146.82 186.22 195.17 Јули Август Септември Октомври Ноември Декември

205.97 186.86 139.09 105.01 62.47 47.06 Вкупно 1515

Табела 2.1.1 Месечна измерена средна вредност на сончевиот потенцијал на хоризонтална површина за Република Македонија (средна вредност од

анализирани 10 места) во KWh/m2 месец Вредностите на месечното средно глобално зрачење за Охридското

подрачје се претставени во табела 2.1.2 за период од дванаесет години.

31

Јануари Февруари Март Април Мај Јуни

58.8 74.2 122.5 147.8 191.1 206.0 Јули Август Септември Октомври Ноември Декември 215.8 191.3 144.4 102.3 63.2 49.0

Табела 2.1.2 Месечен измерен сончев потенцијал на хоризонтална површина во Охрид (KWh/m2месец)

2.2. Инсталации за користење на сончева енергија Основните технички системи за употреба на сончевата енергија се

прикажани на следниот дијаграм.

Слика 2.2.1 Примена на сончеви инсталации Опсегот на примена на искористување на сончевата енергија со

разноврсни инсталации и системи е многу широк и доста користен. Инсталациите со рамни плочести кондензатори воглавно се применуваат во таканаречените нискотемпературни инсталации. Во последно време со развој на високотемпературните рамни колектори, нивната употреба е уште повисока.

Топлинската енергија за добивање на топла вода учествува со 15÷30% во вкупната потребна топлинска енергија во текот на годината, во зависност од топлинската изолација на зградата. Коефициентот на корисно дејство на системот зависен е од влезната температура на водата Tv и од најниската потребна температура на водата Tw. Релативен фактор во корисноста на овие инсталации е и количината на потрошена топла вода по човек на ден која се движи од 80÷100 l/ден.

Системот на примена на топла вода за широка потрошувачка со природна циркулација, таканаречен термосифон се базира на три јаки

SONCE

RAMNI KOLEKTORI KONCENTRATORI

Primena: - sanitarna voda - vodno greewe - toplotni pumpi - zagrevawe na bazeni - ladewe

Primena: - industriski procesi

(parea i vrela voda) - irigacioni sistemi - desolinizacija - pravewe na mraz - termi~ka elektro-

centrala

32

компоненти и тоа: колектори со добра апсорпциона површина, сад за акумулација и спојни цевки.

Соларната енергија е апсорбирана од црната површина на колекторот и пренесена на флуидот. Повисоката температура во апсорберот ја намалува неговата густина и побудува движечка сила кон страната на апсорберот (топлата страна) и страната на акумулаторот (ладната страна) на основа на предизвиканата диференција на густината на флуидот во системот слика 2.2.2.

Слика 2.2.2 Шема на загревање на топла вода со термосифинска инсталација

Висината на инсталацијата треба да биде толкава да може флуидот да

циркулира нагоре од колекторот кон акумулаторот на термосифонот и назад во колекторот.

На инсталацијата треба да се запазат и други термодинамички и физички особини како:

- струењето во акумулаторот, цевките и апсорберот е ламинарно и Re, број треба да е помал од 3000 во најголем број на апликации.

- Да се изолираат акумулаторот и цевките за да нема губиток на топлина

- Дистрибуцијата на флуидот во акумулаторот и брзината на истиод е на база на акумулатор со температурната разлика на флуидот

Вкупната висина на термосифонот зависи од разликата на раферентните точки (A, B, C, D, ……_).

g

ldgldgH CDAABC

T ⋅

⋅⋅⋅−⋅⋅⋅=

∫∫ρ

ρρ

ρ - густина на водата во зависност од температурата Математичката интерпретација е:

200405.0039.01000 ωωρ ⋅⋅−⋅⋅−= TT ρ - средна вредност на густината во сите секции на цевките g - вредност на земјиното забрзување

33

l - должина на кругот низ кој циркулира водата Односот на термичката развиена должина L и внатрешниот дијаметар

на цевката d би изнесувал:

reu PRdL ⋅⋅= 05.0

euR - Рејнолцов број базиран на дијаметарот на цевките за успон на флуидот

rP - Прантлов број Употребата на термосифонот, поготово во индивидуалниот сектор не

предизвикува никакви проблеми при одржување, а експлоатацијата е многу поволна, а исплатливоста е краткорочна. Широко е употребуван во западните земји. Шемата на загревање на вода со термосифон е дадена на слика 2.2.2.

Загревање на топла вода со помош на колектори во комбинација на топлинска пумпа е дадено на слика 2.2.3.

Како критериум за оценка на процесот се дефинира со коефициентот на греење кој е однос помеѓу количината на топлина која се добива на кондензаторот и потрошената електрична енергија за погон на топлинската пумпа.

34

Слика 2.2.3 Сончева инсталација во спрег со топли пумпи

Коефициентот ε може да достигне вредност од 3÷5 пати. Со други зборови, ако за погон на компресорот се петрошИ електрична енергија од 1kW, би се добиле 3÷5 kWh топлотна енергија.

Сончевите колектори и топлинската пумпа во стварност го составуваат примарниот круг на системот, а топлотната вода секундарен. Ладењето е еден термодинамички процес кој може да се оствари со помош на Сончева енергија кај апсорпционите ладилни машини.

Сликата 2.2.4 дава еден шематски приказ на работа на една ладилна апсорпциона машина. Топлината која се доведува во генераторот од сончевиот колектор, ја загрева мешавината на водата и амоњакот. Амоњачните пари кои имаат висока концентрација доаѓаат во кондензаторот, а сиромашниот раствор преку вентилот за редуцирање во апсорберот. Пареата се втечнуваат во кондензаторот при идентичен притисок како во генераторот. Течноста минува преку експанзиониот вентил ЕВ, го намалува притисокот и минува во испарувачот. Амоњачните пари минуваат преку изменувачот, се прегреваат и преминуваат во апсорберот каде се мешаат со сиромашниот раствор, се ладат и со помош на пумпа сега богатиот раствор се транспортира во колекторите каде се загрева.

Слика 2.2.4 Апсорпционо ладење со помош на сончева енергија

35

III ДЕЛ Анализа и оптимално решение

3. Анализа со оптимално решение на елементите на

соларниот систем 3.1. Сончеви колектори

3.1.1. Соларни колектори (концентратори) 3.1.2. Високотемпературни рамни колектори

3.2. Акумулација на сончевата енергија 3.2.1. Видови на акумулатори, режимско работење и

ефективност 3.2.2. Конструктивни решенија

3.3. Изменувачи на топлина во соларните системи 3.3.1. Методологија за конструирање на топлински

изменувач во соларен систем 3.4. Општи заклучоци

36

3. Анализа со оптимално решение на елементите на

соларниот систем 3.1. Сончеви колектори

Основна задача на истражувањето и конструирањето на елементите на

соларниот систем пред се е пронаоѓање на најприкладни материјали, конструкции, технологии и решенија за економично и долготрајно користене на сончевата енергија. Спроведувањето на сите тие анализи во областа на примената на сончевата енергија, неминовно се базира на одредени ходрометеоролошки елементи за дадено подрачје , кои се меродавни за примена на оваа енергија.

Во зависност од методите на проектирање,анализа и истражување на истите, нивната намена и користење се врши со математичко испитување, моделирање и симулација на елементите на самиот систем.

Приемниците на енергија на сончевото зрачење претставуваат една својствена компонента на соларните системи. Во тие рамки колекторите се истражуваат, анализираат и развиваат во областа на пропустливоста на топлина, апсорптивноста и рефлексијата на зрачењето на брановите должини на Сончевото зрачење. Исто се анализираат проблемите на струење и простирење на топлината на флуидот и физичките модели на конвекција меѓу апсорберите и стаклените покривки и меѓу прекривката на колекторите и околината.

3.1.1. Соларни колектори ( концентратори)

Клектор-концентратори во температурен ранг од 100-350оС во системите

за термичка соларна конверзија можат да имаат одредени предности: - Смалената апсорпциона површина - редуцираните термички загуби

во споредба со рамноплочестите колектори соеквивалентна влезна (апертурна) површина, а со тоа и поголем степен на корисност.

Сигурно е да повисоки температури на флуидот можат исто да се пстигнат и кај плочестите колектори користејќи селективни премази за апсорпција. Но за доста високи температури, селективноист станува помалку корисна затоа што се губитците на радијација драстично се наголемуваат растејќи со четвртиот степен на температурат.

Употребата во индустриските процеси бараат температури на флуидите до 250 оС, бидејќи просечно 15% од националната потрошувачка на енергија спаѓа во овој режим.

- технологија на концентратотрите

Концентраторите се карактеризираат со посебни перформанси сосема

различни од рамните колектори.

37

Влезната (апертурната) површина на колекторот (А), е површината низ која поминува соларна енергија. Кај рамните колектори, влезната површина е еднаква на површината на апсорберот.

Во системот на термалната конверзија, абсорберот всушност е топлински разменувач, каде енергијата собрана од сончевиот флукс се предава на работниот флуид.

Геометриската концентрација (С), е однос помеѓу апертурната површина и надворешната површина на апсорберот. Таа е една од најважните параметри на соларните концентратори.

Суштинска врска со геометриската концентрација има приемниот агол на радијација Θс.

Односто R е однос помеѓу површината на колекторот и апертурната

површина AAR R= и е битен параметар во економските аналзи на различни

типови на концентратори. Повеќето имаат подвижен елемент ( за апертурната површина или за апсорберот), за следење на Сонцето на небото. Колекторите со поголем приемен агол имаат потреба од сезонско позиционирање, додека тие со мал приемен агол потребно е контиуално насочување на истиот.

Топлинските загуби во колекторот се пропорционални со површината на апсорпција Aabs и обратно пропорционални на геометриската концентрација (С).

Термчките перформанси на концетраторите се карактеизираат со термичка ефикасност, које се дефинира како однос на корисната приемна енергија и енергијата на Сончевиот флукс кој паѓа врз апертурната површина.

Енталпијата на работниот флуид е мерило за корисната енергија. Од соларната радијација која е составена од директна bH и дифузна dH радијација кај концентраторите, во предност е директната радијација, а многу помалку дифузната компонента.

- фамилии на концентратори

Две широки области се делат на две помали категории на

концентартори, ато се област на рефлективни и област на рефрактивни единици.

Со пораст на геометриската концентрација обично е можно добивање на корисна енергија од колекторот со постепено повисока температура, а без намалување накорисната. Геометрискиот однос на концентрација се движи од 1 до 10 за составени параболички концентратори (СРС во понатамошното излагање) или до неколку илјади за параболодните концетратори.

На слика 3.1 дадено е шематски приказ на три категории на концентратори кои се комерцијално распространети или имаат активен развој.

38

Слика 3.1 Генерални типови на концентраторски колектори

Во првата категорија спаѓаат стационарните и сезонски прилагодливи-те

концентратори. Втората категорија се линиските концетратори, односно концентрато-

рите подвижни на една оска. Во третата категорија спаѓаат концентраторите подвижни на две оски,

односно концентратори кои перманентно го следат сончевиот диск. При изработка на концентраторите употребени со голем број на

материјали и конструктивни технологии. Рефлективните површини се изработуваат од хром, електрополиран алуминиум, стакло-огледало и метализирани филмовани површини. Помошните површини обично се сендвичи од метал и полиуретан и слично.

Апсорберите обично се метални, керамички или стаклени површини, поединечни или вовлечени во друга стаклена цевка. Селективните површини (висока абсорпција и ниска инфрацрвена емисија), придонесува за намалување на енергетскиот губиток. Во овој случај абсорпцијата, емисијата и рефлексијата зависат од брановите должини и од температурата.

- работен флуид

Изборот на работниот флуид за работа на системот со концентартори

бара задоволување на одредени параметри. Поважни параметри за флуиди кои се одбираат за работа се:

цена на флуидот и негово време на користење. За квалитетна верификација, потребно е одсуство на штетни продукти и материи, токсичност, запаливост и др.

прикладност со другите материјали во системот (цевководот, вентилите, омотачот, опремата, материјали за акумулација) каки и материјали во кој може да истече (изолација, кровови и сл.)

физички својства, точка на мрзнење, вискозност при ниски и високи температури, притисок на пареа, специфична топлина, термичка проводливост, ширење, густина и др.

хемиски стабилини при работна температура

39

Производител Флуид - име Темпер. опсег Точка на палење

[oC] [oC] Anderson CO Q-Term “B” -34 ÷ 443 260 Bray Oil CO Brayco 888 82 ÷ 288 163

Davis-Howlandoil Svetlo masli -18 ÷ 218 191 CO Te{ko maslo 4 ÷ 315 315

Dow Corning Q2-1132 -45 ÷ 204 204 Sylterm 800 -40 ÷ 247 154

Exxon Caloria HT-43 -10 ÷ 315 304 Humbleterm 50 -10 ÷ 315 304

Mark Enterprises H-30-C -34 ÷ 327 182 Monsanto Therminol 44 -45 ÷ 218 207

Therminol 55 -18 ÷ 315 179 Therminol 60 -51 ÷ 315 160 Therminol 66 -9 ÷ 343 178 Therminol 88 149 ÷ 399 191

Ore-Lube Corp. Ore-Therm 600 -10 ÷ 315 218 Resource Teh. CO Sun-Term -40 ÷ 355 193

Sunoco Oil-21 -18 ÷ 315 226 Oil-25 -15 ÷ 315 229

Табела 3.1 Флуид за топлински трансфер кај концентраторите Топлинските загуби од колекторот дефинирани како UL (Tr-Ta) се

пропорционални со површината на апасорберот Aabs и од таму, обратно пропорционално од степенот на концентрација.

Фундаметалниот проблем на концентрацијата на радијацијата може подетално да се согледа проучувајќи ја сликата 3.2.

Слика 3.2 Радијационен трансфер од Сонцто С према апертурната површина А и

абсорберот Аабс од колекторот

Радијацијата која е дистрибуирана во опсегот на аглите |θ|≤θcr при површина А, може да се концентрира на помала апсорпциона површина Aabs и тоа е највисока возможна концентрација.

C=A/Aabs

40

Проблемот како е поставен, не го покрива само директното сончево

зрачење кое униформно се дистрибуира од сончевиот диск со половичн агол Θ=4.7 MRAD=1/4o, туку и нормалната радијација на подвижен точкаст извор врз стационарен отвор.

Овој заклучок е доста важен за конструкција на сончевите концентратори кои не бараат покретливост за време на дневниот период.

Статичните колектори мораат да имаат релативно голем агол на прифаќање, да би имале можност да абсорбираат поголема количина на дифузно зрачење.

3.1.2. Високотемпературни рамни колектори

Развојот на високотемпературните рамни колектори е условен од широката примена на сончевата енергија. Примерот на употреба на таа енергија во процесната индустрија за сушење (на пример), покажува дека се потребни температури до 150oC.

Други алтернативни конструкции се прилагодени за цели со повисоки температури. Тоа се однесува пред се на концентраторите и цевкастите колектори.

Цевкастите и рамните колектори можат да примаат и директна и дифузна радијација и тоа е еден од предностите за нивните широки примени, но со променливи перформанси.

Целта би била да со помош на одредени симулации, се најдат термички каракеристики на рамни колетори кои работат со средна температура на површината на абсорберот од 150oC.

Во таа смисла, менувани се покривните материјали, обработката на покривните површини, геометриската покривна конфигурација и абсорпционата рамна површина за да се одреди ефектот врз термичката карактеристика на колекторот.

Соларните енергетски системи кои работат на повисока температура, бараат рамни колектори со одредени селективни карактеристики на абсорберот и со големи намалувања на губитоците од конвексија и кондукција.

Идеалниот абсорбер би требало да има коефициент на рефлексија еднаков на нула и стопостотна абсорпција преку поголемиот дел на сончевиот спектар, а максималната рефлексија да одговара на емисијата и да биде еднаква на нула.

Повеќето материјали прикладни за абсорбери, покажуваат доста мала спектарна селективност. Подобрувањето на селективноста може да се постигне со нанесување на танки филмови или полупроводнички слоеви на површината на металите и обработка на абсорбските површини.

3.2. Акумулација на сончевата енергија

3.2.1. Видови на акумулатори, режимско работење и ефективност

Акумулаторите се составен дел на системите за искористување на

сончевата енергија, овозможувајќи работа на истите надвор од периодот на сончево зрачење,

Топлинската енергија добиена од одреден извор изнесува:

41

ττ

τ

dNQo

titi ⋅= ∫

Потрошената топлинска енергија изнесува:

ττ

τ

dNQo

pp ⋅= ∫

Во периодот кога е Nti>Np, можно е да се изврши акумулација на вишокот на топлинска енергија во акумулаторот. Во периодот кога Nti<Np, можно е да се поврати акумулираната енергија од акумулаторот во системот.

Количината на енергија кој може да се акумулира е:

( ) ττ

τ

dNNQo

ptiAK ⋅−= ∫1

Количината на енергија кој треба да се поврати од акумулаторот изнесува:

( ) ττ

τ

dNNQ tipAK ⋅−= ∫2

1

2

Системот би бил добро спрегнат ако е Qti≥Qp. Тоа значи да за секое време, акумулираната енергија кога е Nti>Np е поголема или еднаква на потребата на енергијата кога е Nti<Np.

Капацитетот за складирање на енергијата и способноста за акумулација го одредува потребното време за складирање (Т), односно:

aakumulacij zaSposobnostenergija skladirana naKapacitet

T =

За долгорочно складирање (Т), капацитетот на складирање е поголем од

способноста за акумулација, така да трошоците кои се однесуваат на енергијата ќе доминираат во тоталните трошоци. Порди сето тоа, поевтините материјали за складирање и поевтини конструкции за складови се доста важни, додека трошоците за моќност се помалку важни.

3.2.2. Конструктивни решенија

Топлинскиот капацитет на одредени материјали кои се потенцијални за

употреба на акумулација на енергија е различен и се движи во различни дијапазони (табела 3.2)

[J/gK] [KJ/m3K] [J/gK] [KJ/m3K]

Вода 4.2 4200 Гранит 0.8 2100 Мраз 2.0 1900 Алуминиум 0.9 2500

Парафин 2.9 2600 Железо 0.5 3900 Дрво 1.8 900 Магнетит 0.8 4100 Бетон 0.9 2100 Песок 0.8 1200 Стакло 0.8 2000 Стак. Волна 0.7 30 Тула 0.8 1700 Вознух 1.0 1

Табела 3.2

42

Топлинските акумулатори со цврст материјал често се конструирани од чврсти тела во директен контакт со медиумот за пренос на толина. Материјалот обично е камен и може да се зборува за акумулација во пакети од камен.

Акумулаторот е конструиран така да медиумот струи низ просторот. Влезот на топлата вода е од горната страна да би се постигнало похомогено струење и поголем температурен градиент. Шуплините измеѓу пакетите треба да бидат добро одбрани за да не доведат поголема потрошувачка на моќноста на пумпите.

Од друга страна, камените пакети треба да бидат доста мали, за да температурниот градиент во деловите не расте прекумерно. Не смее да се занемари и порозноста на блокот. Конструкциски е многу важно да се постави граница помеѓу топлиот и ладниот медиум да во акумулацијата каде што е можно да се направи пакети со ситен камен

Топлинските акумулатори со течен медиум - вода, се најпрактични за средни температури од било кој материјал. Водата има доволно предности (ефтина, лесно се добива, се регенерира, има висок топлински капацитет) па нејзината примена е доста прифатлива.

Меѓутоа, постојат и одредени негативности кои ја ограничуваат примената на водата во акумулаторот како идеален медиум. Тоа е пред се ограничениот температурен опсег, висок оритисик на паре при високи температури и тенденција на појава на корозивност при допир на метални конструкции со присуство на кислород или раствори од соли.

Има многу различен начин за конструкција на резервоари на вода за акумулација. Воопшто, цената по единица запремнина опаѓа со големината на резервоарот.

Од друга страна, цената на чинење на фундаментот расте со зголемување на резервоарот.

Воопштено постојат три типови на резервоари: - армирани бетонски - армирано пластични - заварена метална конструкција Додека првите два типови се попривлечни за изградба, заварените

метални конструкции имаат преднос бидеќи можат да се произведат во облик во зависност од потребите.

Пластичните садови се најосетливи на температура и воопшто, можат да толерираат максимум 95оС.

43

3.3. Изменувачи на топлина во соларните системи

- за добивање на топла вода како топлоносител - за добивање на потрошена санитарна топла вода - режим на работа и ефективност на топлинските изменувачи

Изменувачот на топлина е дел од опремата на разни процеси во кои

топлината се пренесува од топлиот на ладниот флуид. Во наједноставна форма, двата флуида се мешаат и го напуштаа

изменувачот на некоја средна температура која е одредена од односот на енергиите и температурите на двата флуида.

Во најголем број на примени, двата флуида не се машаат, а топлината се пренесува преку одреден ѕид кој имашироки геометриски варијации.

Проблемот на корозија каки и проблемот на пренос на топлина се доста големи фактори за решавање кој топлинските изменувачи.

Температурата на флуидот се менува со течење на флуидот по должината на топлоизменувачот, додека температурата на флуидот кој испарува или кондензира вдолж изменувачот останува константен.

На слика 3.3 се претставени типични температурни дистрибуции кои можат да се јават во топлинските изменувачи.

3.3.1. Методологија за конструирање на топлински

изменувачи во соларните системи Специфичниот проблем за конструкција на изменувачите може да

содржи информација за односот на протокот и температурата на флуидот, повеќе или помалку податоци за работните притисоци, површините од секоја страна, баран пад на притисокот, размена на топлина, големина други конструктивни карактеристики, материјали и цена.

Врз база на горенаведеното и искуствените конструктивни решенија, прво се избира типот на конструкцијата на топлинскиот изменувач и изведбата на протокот. Следниот избор е геометријата на површините и материјалите.

За одредување на избранитеповршини има неколку кваитетивни и квантитативни критериуми во зависност од тао дали се работи за изменувач од типот “плашт и цевки” или плочести изменувачи.

Квалитативниот критериум за избор на површините се однесува на температурата и притисокот, искуството на конструкторот, цената, подобноста за изработка, барањата за одржување, сигурност итн.

Основна задача за пресметките за изменувачите е да се одреди количината на топлина која ќе се предаде на изменувачот, логаритамската температура како карактеристика на истиот и мерата на фактичкото предавање на топлотниот проток.

povr{ina grejna

proodnos toplinska na oeficient k

-F−

⋅=∆K

FKTQ m1

Разменувачите кои се наоѓаат во сончевите технички системи работат во

изразито нестационарни услови на работа и затоа често при значително

44

пониски температури на грејниот флуид. Исто така работат и при помали температурни разлики на грејниот флуид и флуидот што се загрева како што е случај во останатите термотехнички инсталации.

- Плочести изменувачи

Плочестите толински изменувачи се понова конструкција кој на почетокот

се пласирале како бронзени одливци, како пресовани тенки лимови кои до денес тие се усовршуваат добивајќи поголема ефикасност со помали хидраулички отпори.

Со зголемување на наборите се зголемува површината на сегментите и можноста за комплетирање на големи компактни изменувачи.

Во основа, плочестите изменувачи по свијата конструкција се делат на: - стандардни плочести изменувачи - спирални плочести изменувачи - ламелни плочести изменувачи Се разликуваат неколку начини на флуидниот тек (слика 3.3), и тоа: - сериско-паралелно - сериско - паралелно

Слика 3.3 Типични струења на флуидите во изменувачите

Конструкцијата на плочите ги определува техничките перформанси на

топлинските изменувачи. Од формата, размерите и конструктивните особини на плочите, интензивноста на топлопредавањето, ефикасноста на апаратот и трајноста на експлоатација.

Топлинскиот капацитет на топлоизменувачот е сврзан со површината на следниот начин:

( )ctA tt

QF−⋅

=11α

vreme edinica vo predadena toplina ina~koli−Q fluidot na atemperatur sredna−1t

−

Co2mW

fluid za premin toploten na koeficient1α

Графичката интерпретација прикажана е на слика 3.4.

45

Слика 3.4 а) истомерн, б) противструјно

- изменувачи од типот “Shell and tube”

Топлинските изменувачи од овај тип се применуваат во многу

технолошки гранки поради нивната едноставност и добра ефективност. Работата на овој изменувач се состои во тоа да изврши трансфер на

топлината помеѓу два флуида С1 и С2. Овдека графикот 1 претставува топлиот флуид, додека 2 ладниот флуид

(слика 3.5). Од дијаграмот на слика 3.5 се гледа големинит С1 и С2, бројот на цевки

n и должината на истите. Бројот и должината на цевките зависи брзината на флуидот во истите, при што се добива селективноста на изменувачите.

46

Слика 3.5

Топлината која се разменува во изменувачот изнесува:

ntUAQ 1∆⋅⋅= U ]/[ 2 CmW o⋅ - единечен премин на топлина помеѓу изменувачот и

флуидот ][1 Ct o

n∆ - средна логаритамска температура - влијание на изменувачите

Изменувачот на топлина помеѓу акумулаторот и колекторското поле, ја

повишува работната температура на колекторите смалувајќи го со тоа и годишниот степен на ефикасност на системот.

Обединувајќи ги ефикасноста на колекторското поле и ефикасноста на изменувачот, можно е да се дефинира топлината која ја предава изменувачот и тоа:

47

( )iocpti TTcmQ −⋅

⋅=

⋅

.min ε

( )[ ][ ]maxminmaxmin

maxmin

exp11exp1

CCNTUCCCCNTU

−−⋅−−−−

=ε

Тц.о - излезна температура на колекторите Ти - влезна температура на колекторите 3.4. Општи заклучоци

Елементите во соларните системи се доста осетливи на температурното

ниво на кое работат и на сите загуби кои ги пратат од колекторите до потрошувачите. Затоа, потребно ео системите да постигнат што поголемо оптеретување во погонот за да се зголеми економичноста на истите.

Потребно е да се спречи мешањето на топлата и ладната вода во акумулаторите да не се зголеми ентропијата на целиот систем. Исто така потребно е да се изберат изменувачи со што поголема ефективност за да се намалата штетните влијанија на истите во работата на системот.

48

IV ДЕЛ Предлог, пресметка и решение на енергана

4. Предлог, пресметка и решение на енергетска постројка комбинирана (соларен систем, топловодна топлана) за греење и производство на санитарна топла вода за една стамбена локација со 60 индивидуални куќи

4.1. Предлог решение на постројката 4.1.1. Енергетски биланс 4.1.2. Опис на подсистемот

4.1.2.1. Соларни колекторски подситеми 4.1.2.2. Подсистем за топлинска акумулација 4.1.2.3. Подсистем за дистрибуција на

топлина 4.1.2.4. Додатен извор 4.1.2.5. Подсистем за контрола, управување и

мерење 4.2. Техничка пресметка и оцена на системот

4.2.1. Одредување на интензитетот на Сончевото зрачење на хоризонтална површина 4.2.1.1. Одредување на интензитетот на на

Сончевото зрачење на произволно наклонета површина

4.2.1.2. Одредување на просечни дневни перформанси на рамните и концентирачки приемници

4.2.1.3. Соларен колекторски подсистем 4.2.2. Подсистем на акумулаторскиот круг 4.2.3. Подсистем на дистрибутивен круг

49

4.3. Систем во целост 4. Предлог, пресметка и решение на енергана комбинирана

(соларен систем топловодна топлана) за греење и производство на санитарна топла вода за една стамбена локација со 60 индивидуални куќи

Микроклимата во Охрид овозможува искорисување на поголема

количина на Сончевата енергија во текот на целата година. Охрид се наоѓа на географска ширина од 41.1о и географска должина од 21.8о, со просечна надморска висина од 695 м и располага со околу 2314 сончеви саати.

Климатските карактеристики овозможуваат да се добијат следниве врености и тоа:

средно-годишна глобална радијација на хоризонтална површина

1556,40 (KWh.m2) средно-глобална радијација во месеците: Јануари - Март 255.5 (KWh.m2) Април - Јуни 544.9 (KWh.m2) Јули - Септември 551.5 (KWh.m2) Октомври - Декември 214.5 (KWh.m2)

Средна годишна вредност на надворешната температура 11оС Релативна влажност (средно-годишна) 70% Степен-денови за греење (20oC ÷ -13oC) 2888 Минимална проектна температура -13оС

4.1. Предлог решение на постројката

Предлог решението за една комбинирана постројка со соларен систем и

топловодна топлана би се разгледувало во понатамошното излагање на една локација во Охрид, определена од основното урбанистичко планирање на градот. На дел од една стамбена единица со 60 самостојни приватни стамбени куќи со два стана (спратови), внатрешна корисна површина од 140 м2 и шесточлено семејство. Треба да се проектираат сите потребни елементи за оваа постројка, да се дадат детални описи на сите подсистеми, да се направи економска анализа за целокупната инвестиција (слика 4.1.1).

Со табелата 4.1.1 одредени се вкупните годишни потреби за енергија за греење на објектите. Во алтернација на потполно задоволување со сончева енергија би било потребно да се постват 4248 м2 сончеви колектори и изгради сезонски воден акумулатор со волумен од 70000 м3. Горенаведеното барање би опфатило површина од 20000 м2.

Предмет на понатамшни технички и економски анализи ќе биде комбинирана постројка со задоволување на 50% од годишните потреби за греење со сончева енергија. Комплетниот енергетски систем во основа ќе содржи пет подсистеми и тоа:

- соларни колектори - сезонски топлински воден акумулатор - топловодна топлана за додатно греење - дистрибутивен подсистем

50

- комплетен подсистем за автоматска регулација и контрола со регистрација и мерење на произведената и потрошена топлина

Шематски, системот прикажан на слика 4.1.2 со прикажување на насоката на циркулација на водата.

Слика 4.1.1 Распоред на стамбените објекти

51

Слика 4.1.2 Проточен дијаграм и контролна опрема

Вкупните потреби на системот вклучувајќи ги и загубите во

дистрибутивниот систем и сезонскиот акумулатор изнесува 3000 MWh. Во процесот на работа, околу 50% од соларната колектирана енергија би била директно дистрибуирана за затоплување на санитарна топла вода и греење, а останатата ќе биде акумулирана.Недостигот од околу 50% енергија во системот, би била надополнета со помош на локална топлана на чврсто гориво.

52

Месец Денови Степен Денови Греење Санитарна

вода Вкупно

SD J / mesec J / mesec J / mesec MWh/mesec

Јануари 31 635 1698.6 х 109 123 х 109 1821.6 х 109 506 Февруари 28 503 1345.5 х 109 111 х 109 1456.5 х 109 404.7

Март 31 429 1147.5 х 109 123 х 109 1270.5 х 109 353 Април 30 197 527.1 х 109 120 х 109 647.1 х 109 179.8

Мај 31 / / 123 х 109 123 х 109 34.2 Јуни 30 / / 120 х 109 120 х 109 33.4 Јули 31 / / 123 х 109 123 х 109 34.2

Август 31 / / 123 х 109 123 х 109 34.2 Септември 30 / / 120 х 109 120 х 109 33.4 Октомври 31 157 420.0 х 109 123 х 109 543.0 х 109 150.9 Ноември 30 399 1067.4 х 109 120 х 109 1187.4 х 109 330 Декември 31 568 1519.5 х 109 123 х 109 1642.5 х 109 456.2 ВКУПНО Годишно 2888 7725.6 х 109 1452 х 109 9177.6 х 109 2550

Табела 4.1.1 Вкупна годишна топлина за објекти 2550 MWh/месец

4.1.1. Енергетски биланс

Калкулациите на енергетскиот биланс за системот ќе бидат работени со средни многугодишни просечни вредности базирани на метеорололошките услови за Охрид.

Топлинските загуби за одреденат локација (табела 4.1.1) одредени се со степен-ден методата. Усвоена е срадна топлинска карактеристика q=122 W/m2 внатрешна стамбена површина за становите како добро топлинско изолирани и внатрешна температура од 20oC. Надворешната проектна темп. за Охрид и бројот на степен денови се усвоени во претходните точки и тоа tp=-13oC и SD=2888 [oC ден] годишно.

Месечната потребна топлина за греење во просториите е пресметана со равенката:

DFH SKQ ⋅= ]/[ месецJ .........................................(4.1) КФ - однос на специфичнито коефициент на пренос на топлина на зграда и

нејзината површина и температурната разлика помеѓу внатрешната и надворешната проектна темоература [W/oC]

( ) CtttmF

tFqK

opv

F

33840014060 2

=−=∆

=⋅=∆⋅

=

635=DS - за Јануари СД - број на степен-денови во месец [oC.ден]

[ ]JQH9101698 ⋅= - за Јануари

Средномесечната топлина за припрема на потрошената топла вода е:

53

Qω=ND.NS

.80.(tW-tL).ρv.cp [J/месец] .........(4.2)

ND - број на денови во месецот NS - број на луѓе кои живеат во одредената локација = 6 . 60 = 360 tW=45oC - температура на топла вода tL=12oC - температура на ладна вода 80 - потребна дневна количина вода на човек [kg/den] = [dm3/den] ρv=1 [kg/dm3], cp=4.19 [kJ/kgK] За Јануари Qω=31.360.80.(45-12).1000.4.19=123.109 [J/месец] Вкупните потреби се збир на вредности од секој месец поединечно.

Слика 4.1.1.1 Енергетски биланс за постријката за средни врдности на сончевата

радијација во приод од 179 денови Тоталната енергија за дистрибуција за одредениот проект изнесува 2550

MWh/год, зголемена за 12.5% од топлинските загуби за системот за дистрибуција изнесува 2873 MWh/год. Дијаграмот на слика 4.1.1.1 шематски ја

54

прикажува потребната месечна енергија за греење од една страна и колектираната сончева енергија добиена од топлана од друга страна.

Дијаграмот на енергентскиот тек е преставен на слика 4.1.1.2 со процентуално изразени ефикасности на секој елемент од системот.

Слика 4.1.1.2 Дијаграм на енергетскиот тек на системот

Перформансите за системот се следниве:

- глобална соларна радијација 3250 [MWh/год] - конвертирана соларна енергија 1431.4 [MWh/год] - сол. Енер. директно употребена во системот 793.36 [MWh/год] - акумулирана соларна енергија 512 [MWh/год] - тотална соларна корисна енергија 1305 [MWh/год] - додатен извор 1568 [MWh/год] - тотална потреба 2550 [MWh/год] - загуби во акумулаторот 126 [MWh/год] - загуби во дистрибутивен круг 323 [MWh/год]

4.1.2. Опис на подсистемите 4.1.2.1. Соларен колекторски подсистем

Соларниот колкторски подсистем во предлог решениета на постројката би

се состоел од 56 паралелно поврзани групи на соларни колектори - концентратори. Една група се состои од дванаесет единечни колектори поврзани во серија. Секој од колекторите има фронтална површина од 3 м2, така да вкупната фронтална (апертурна) површина би била 2016 м2. Геометриската концентрација на секој колектор изнесува С=12. Цевките на колекторите се перманентно под агол од 36о на хоризонталната површина, рефлекторите ротираа околу основите на абсорберските цевки пратејќи го патот на Сонцето. Секоја од групите има посебен мотор кој се движи со помош на импулси на фотокелија, а комплетен механизам ги движи колекторите.

55

Рефлекторите на колекторите се огледала, а абсорберите се бакарни цевки премачкани со селективен слој од црн хром, поставени во стаклени цевки. Тефлонските лежишта дозволуваат движење на рефлекторот околу абсорберот. Група на колектори се претставени на слика 4.1.2.1.1 со следниве карактеристики:

- фронтална површина 12 х 3 = 36 m2 - фактор на концентрација С=12 - топлински медиум: вода или гликоли - излезна температура максимум 105оС - пад на притисок (12 елем. во серија и проток од 0,9 m3/h) = 0.95 mWs - брзина на флуидот низ абсорберската цевка = 0.49 m/s - работен притисок = 3 bar

Слика 4.1.2.1.1 Група од колектори - концентратори

Акумулатор 10400 m2, Колекторско поле 130 х 45 = 5850 m2

Слика 4.1.2.1.2 План на колекторски подсистем

3190

36˚ 347

7

56

На слика 4.1.2.1.2 претставена е шема на колекторски систем од 56 групи

поврзани со цевна мрежа со погонски објект и акумулатор на топлина. Дијаметарот на цевките се движи од NO 150 до NO 25 како номинален

дијаметар за поврзување на секоја група. Цевките се фабрички изолирани со висококвалитетен изолационен материјал. Во принцип флуидот се движи во системот со две различни пумпи со униформни брзини од 0.25 m/s, односно 0.5 m/s.

Системот работи во температурен интервал до 120 oC, а во спротивно од било каква опасност од прегревање или зголемување на притисокот, се вклучува контролната опрема и системот се враќа во почетна положба. Дополнителна заштита претставува и вргадување на заштитни вентили во системот.

Медиумот за пренос на топлина е пропилен гликол, како најпоолен поради нетоксичност со раствор на вода во сооднос 60÷40.

Да би се добило минимално засенување на површините на колекторите и со тоа минимално намалување на корисноста, потребно е групите да се поставени на 7 м помеѓу редиците и 1.44 м помеѓу абсорберите. За таков распоред потребни се 5850 м2 слободна површина, односно 130 м во должина и 45 м во ширина.

4.1.2.2. Подсистем за топлинска акумулација

Топлинскиот акумулатор е слободно-стоечки цилиндричен скалд со

капацитет од 10000 м3 вода. Толинската изолација е повеќе слоен, со високи перформански,

заштитен со алуминиумски лим, така да коефициентот на пренос на топлина изнесува, за ѕид и таван 0.06, а за под 0.12 W/m2K.

Проектните пресметки на проектот базираат на тоа да температурата на водата се движи до 95 oC, во почетокот на Октомври, до 45 oC во Март кога започнува акумулацијата на топлина во складот.

Одреден надпритисок се обезбедува со посебен надпритисен вентил на кровот на складот, а експандираната количина на вода останува во садот.

4.1.2.3. Подсистеми за дистрибуција на топлина Подсистемот за дистрибуција е замислен како конвекционален двоцевен

систем со изолирани цевки, поставени во подземен канал. На слика 4.1.2.3.1 е прикажан целосно дистрибутивниот подсистем во ситуација на теренот со комплетни споеви.

Дијаметрите на цевките се движат од NO 150 на почетокот на системот, до NO 40, дијаметар со кој се поврзуваат корисниците. Проектниот проток изнесува 19.52 l/s и максимална температура на водата од 80 oC на температура на амбиентот од -13 oC. Минималната температура на доведената вода изнесува 50 oC условена од припремата на санитарна топла вода.

Циркулацијата на водата е обезбедена со помош на циркулациони пумпи, регулирана со помош на намалување на фрекфенцијата.

Системот е предвиден да има загуби од околу 12.5 % од теоретската потребна годишна топлина.

57

Водата за потреби има температура од 45оС и се добива со топлоизменување од примарната вода (50оС).

Слика 4.1.2.3.1 План на дистрибутивен допсистем

4.1.2.4. Додатен извор

Додатен извор на топлинска енергија е котелска постројка на тврдо

гориво и топлински раменувач во целосна изведба, димензионирани на максимална моќност потребна за подсистемот за дистрибуција, вклучувајќи ги и неговите трошоци.

4.1.2.5. Подсистем за контрола, управување и мерење

Во предлог решението на системот, е прдвидено постројката да работи со

висок степен на автоматска контрола, со користење на микропроцесорки систем со автоматско управување и контрола.

Контролните функции, идентификации и команди можат лесно да се модифицираат за добивање на оптимални карактеристики.

Логичниот контролен систем го контролира преносот на топлина од сончевиот колекторски подсистем кон топлинскиот акумулатор и и преносот на топлина од акумулаторот и додатниот извор кон дистрибутивниот круг.

Контролата на температурата и протокот во дистрибутивниот круг и истиот во котелот се од конвенционален тип, додека за работата на сончевиот колекторски подсистем, акумулаторот и одведување на топлина од акумулаторот обезбеди се специјални контролни елементи.

Суштината на коцепцијата е да се овозможи идентификација на сите физички и геометриски параметри во процесот. По идентификацијата н процесот на системот со помош на микропроцесоти се врши оптимизасија за постигање на целокупна адаптивност на системот.

4.2. Технички пресметки и оцена на системот

58

Техничките пресметки на виталните делови на системот, набљудувани

во целина, даваат комплексно согледување на проектот на системот. Преку повеќе методи на калкулации се пресметани перформансите на

термалната страна на колекторскиот систем, базирани на повеќе типови на сончеви колектори, со вклучување на акумулаторскиот и дистрибутивниот систем, може да се добие целосна слика на системот. Во понатамошните пресметки, дискутиран е проблемот на вредноста на корисната топлина од инсталацијата земајќи повеќе типови на колектори.

4.2.1. Одредување на интензитетот на сончевото зрачење

на хоризонтална површина Калкулациите за соларната енергија, примена на хоризонталната

површина, се сведува на база на измерени податоци од метеоролошка станица и врз основа на пресметки со помош на формулата:

oo

h

SS

HH

⋅+= 53.024.0

S - вистинска средна вредност на сончевиот сјај (за секој месец од

табела 1.3.1) oS - возможно најголемо средно траење на сјајот (табела 2.1.2)

hH - месечен просечен сончев потенцијал на хоризонтална површина )( 2mW

21372 mWH o = - екстратеристичко сончево зрачење - соларна константа За понатамошна употреба во трудот, се усвојуваат измерените

вредности на глобалниот сончев потенцијал на хоризонтална површина за Охрид.

Просечните вредности се добиени на основа на период од тринаесет години (1993-1995), а годишниот потенцијал изнесува 1566.4 kWh/m2 год или по месеци ви табела 2.1.2.

Јануари Фебруари Март Април Мај Јуни Јули

58.8 74.2 122.5 147.8 191.1 206.0 215.8 Август Септември Октомври Ноември Декември Вкупно 191.3 144.4 102.3 63.2 49.0 1566.4

Табела 2.1.2 Месечен измерен сончев потенцијал на хоризонтална површина (kWh) во Охрид по м2

4.2.1.1. Одредување на интензитетот на сончевото зрачење на произволно наклонета површина

59

Да би се искористил потенцијалот на сончевата енергија преку соларни инсталации, сите податоци треба да се сведат на произволно ориентирана наклонета површина. Сведувањето се врши преку корелациони односи на зрачењето на произволно наклонета и хоризонтална површина.

ЛИУ АНД ЈОРДАН го даваат следниот зираз за одредување на глобалното зрачење на наклонета површина:

−

⋅++

⋅+⋅= 22cos1

2cos1

mWHRHH dIhc

βρβ

IR - однос помеѓу директното зрачење на наклонета - хоризонтална површина

2cos1

2cos1 ββ −+

i - фактори за дифузно и рефлективно сончево зрачење

ρ - коефициент на рефлексија (0.2÷0.7) dH - дифузно зрачење на хоризонтална повшина

Просечната дневна глобална вредност на хоризонтална површина hH и

просечна температура на околината се единствени метеоролошки податоци за одредување на потенцијалот на сончевото зрачење на наклонета површина.

Вкупната просечна дневна вредност на зрачење на хоризонталната површина изнесува:

dbh HHH +=

Просечна дневна вредност на директно зрачење изнесува:

⋅

+=−= 21

mWH

HH

HHH hh

ddhb (за еден саат)

Слично како за просечните вредности, важи математичката формулација

и за моменталните вредности на сончевото зрачење на хоризонтална површина.

+= 2m

WIII dbh

Просечните саатни вредности за период од N денови, ќе бидат во функција од времето на денот t, или временскот агол ω.

0

2tt

⋅⋅= πϖ

Каде 0t е 24 саати (должина на денот).

4.2.1.2. Одредување на просечни дневни перформанси на рамните и концентрирачките приемници

60

Моменталните тестови на термичка ефикасност обезбедуваат податок за карактеристика на приемниците на сончева енергија во едни стандардни услови. Овие податоци, комбинирани со податоците за просечните средно-дневни количини на радијација за градското подрачје, ќе ги одредат просечните дневни перформански врз основа на едногодишен период.

Резултатите се во зависност од просечната годишна примена енергија од приемникот т.е. од работната тмпература.

Пресметките за просечните дневни вредности на зрачење на површината на колекторот, се првите чекори во одредувањето на просечната годишна примена енергија од приемникот:

HH

DDHc H

HHRRH ⋅

⋅−=

Вредностите на коефициентите HR и DR се функции од типот на колекторот, подвижноста, геогравската ширина, времето во годината и периодот на дневната рабоа на приемникот.

Односот на терастричкото HH и екстратеристичкото зрачење Ho е во

стварност индекс на облачноста KT, врз основа на долговремени податоци. Односот на дифузното и глобалното зрачење за Охрид дадени се во табела 1.4.4.2.

4.2.1.3. Соларен колекторски подсистем

Проектираниот систем вклучува калкулации за следните подсистемски елементи:

- Соларен колекторски круг - Топлински изменувач - Циркулација на секундарниот круг со помош на трикрак регулационен

вентил - Комплетент контролен систем

Слика 4.2.1.3 Шематски дијаграм на спој помеѓу соларниот колекторски круг и

кругот на акумулаторот

Слика 4.2.1.3 го апроксимира шематскиот дијаграм каде е влкучен топлински изменувач помеѓу кругот на соларниот подсистем и акумулаторскиот круг. Ознаките на температурите и насоката на протокот на флуидот се обележани на сликата.

61

Искуството за изборот на најоптимален тип на топлински изменувач е во големо значење во добивањето на најекономична врска помеѓу соларнот колекторски круг и кругот на акумулаторот. Во предлог решението ќе бидат употребени специфицирани вертикални противструјни топлиснки изменувачи. Во продолжение, користени се перфрмансите на два типа колектори и тоа: рамен високотемпературен колектор и цилиндричен концентратор. Во предлог решението употребувани се: цилиндрични концентратори со положба на осовината во насока север-југ

Пресметаните средни вредности на сончевиот потенцијал на концентраторска површина во правец север-југ се дадени во табела 4.2.1.2.1 и табела 4.2.1.2.2 каде се даваат средомесечни и годишните вредности за инклинација за 36о, 45о. Табелата потврдува дека најоптимален агол на инклинација, односно агол на поставување на колекторската површина од хоризонталната површина е аголот 36о.

За агол β=36о (0.628 RAD) и претходно дадени податоци за колекторите, за средни месечни температури на амбиентот и усвоената температура Tin” = 338 K (65oC) одредени се среднодневните, месечните и годишните вредности на корисната енергија на сончевиот колекторски подсистем (табела 4.2.1.2.3 и табела 4.2.1.2.4)

Од табелата може да се види дека годишната вредност на корисната енергија за овој тип на колектори изнесува:

=

godmMWhQgod 2710.0

Односно 44% од енергијата

=

godmkWhHcgod 26.1611

За рамен високотемпературен колектор за β=36о,

=

godmkWhQgod 2517

Во предлог решението на проектот усвоена е површина од 2016 квадратни метри соларни концентратори кои математички пресметано, средно-годишно треба да дадат 1431.4 MWh корисна енергија.

Месец Ден 0о 15о 26о 36о 45о 60о 90о

Јан. 31 6.107 7.388 8.265 8.936 9.211 9.813 9.195 Фев. 28 8.257 9.534 10.326 10.877 11.078 11.078 10.144 Март 31 12.669 13.939 14.587 14.933 15.008 14.689 12.494 Апр. 30 14.827 15.617 15.856 15.807 15.688 14.708 12.055 Мај 31 20.057 20.467 20.333 19.903 19.586 17.895 14.661 Јуни 30 23.395 23.542 23.170 22.509 22.077 19.999 16.556 Јули 31 24.264 24.924 24.629 24.007 23.582 21.451 17.700 Авг. 31 22.253 23.087 23.206 22.944 22.685 21.032 17.250 Сеп. 30 17.054 18.394 19.000 19.229 19.222 18.479 15.476 Окт. 31 11.254 12.751 13.636 14.213 14.406 14.519 12.760

Ноем. 30 6.804 8.119 8.998 9.656 9.989 10.453 9.668 Дек. 31 4.852 5.967 6.747 7.356 7.610 8.202 7.783

62

Табела 4.2.1.2.1 Пресметани среднодневни вредности на сончевиот потенцијал на концентраторска површина, правец север-југ за различни вредности на агол [MJ/m2ден]

Месец Ден β = 36о β = 45о дневно месечно дневно месечно

Јануари 31 8.935 277.01 9.210 285.53 Февруари 28 10.876 304.55 11.078 310.18

Март 31 14.933 462.92 15.008 465.25 Април 30 15.807 474.22 15.687 470.63

Мај 31 19.902 616.99 19.586 607.17 Јуни 30 22.509 675.28 22.077 662.32 Јули 31 24.006 744.22 23.582 731.04

Август 31 22.943 711.26 22.685 703.24 Септември 30 19.228 576.87 19.222 576.67 Октомври 31 14.212 440.59 14.406 446.59 Ноември 30 9.656 289.69 9.919 297.59 Декември 31 7.355 228.04 7.610 235.91 Вкупно МЈ/м2год 5801.63 5792.19 Вкупно МЈ/м2год 1611.6 1609

Табела 4.2.1.2.2 Среднодневни, средномесечни и средногодишни вредности на сончевиот

потенцијал на концентраторската површина за инклинација од 36о и 45о

Јануари 31 Х 3.8638 = 114.20 МЈ/м2 Февруари 28 Х 4.6641 = 130.59 МЈ/м2

Март 31 Х 6.5729 = 203.76 МЈ/м2 Април 30 Х 7.0656 = 211.97 МЈ/м2

Мај 31 Х 8.4068 = 260.61 МЈ/м2 Јуни 30 Х 10.2765 = 308.30 МЈ/м2 Јули 31 Х 11.6644 = 361.60 МЈ/м2

Август 31 Х 10.5202 = 326.13 МЈ/м2 Септември 30 Х 8.9655 = 268.96 МЈ/м2 Октомври 31 Х 5.9447 = 184.29 МЈ/м2 Ноември 30 Х 3.0957 = 92.87 МЈ/м2 Декември 31 Х 2.9760 = 92.25 МЈ/м2

Вкупно 2555.53 МЈ/м2 Табела 4.2.1.2.3 Средно-месечен и годишен сончев потенцијал на концентраторот

со С=12 и β=36о (0.628 RAD)

⋅⋅

=

⋅

=

godmhMWQ

godmMJQ

god

god

2

2

710.0

53.2555

63

Потребна површина за [ ] [ ]2

2

2016710.0

36.1431 m

godmhMWgodMWhQ =

⋅⋅

= ж

Јануари 31 Х 2.3084 = 71.56 МЈ/м2 Февруари 28 Х 3.1208 = 87.38 МЈ/м2

Март 31 Х 4.7214 = 146.36 МЈ/м2 Април 30 Х 5.3802 = 161.40 МЈ/м2

Мај 31 Х 6.6117 = 204.96 МЈ/м2 Јуни 30 Х 7.4343 = 223.02 МЈ/м2 Јули 31 Х 8.3201 = 257.92 МЈ/м2

Август 31 Х 7.8306 = 242.74 МЈ/м2 Септември 30 Х 6.5527 = 196.58 МЈ/м2 Октомври 31 Х 4.4518 = 138.00 МЈ/м2 Ноември 30 Х 2.4731 = 74.19 МЈ/м2 Декември 31 Х 1.8388 = 57.00 МЈ/м2

Вкупно 1860.70 МЈ/м2 Табела 4.2.1.2.4 Средно-месечен и годишен сончев потенцијал на

рамен колектор со β=36о (0.628 RAD)

⋅

=

⋅

=

godmMWhQ

godmMJQ

god

god

2

2

517.0

70.1860

Потребна површина за [ ] [ ]2

2

2770517.0

36.1431 m

godmMWh

godMWhQ =

⋅

=

Табелата 4.2.1.2.5 дава средна месечна добиена вредност на корисната

енергија од соларниот колекторски систем.

Соларни концентратори С=12 со површина од 2016 м2 М Ј/м2 кЈ МЊх М Ј/м2 кЈ МЊх Ј 114.20х106 230.2х106 63.95 Ј 361.6х106 728.9х106 202.57 Ф 130.59 263.2 73.13 А 326.13 657.4 182.63 М 203.76 410.7 114.11 С 268.96 542.2 150.62 А 211.97 427.3 118.70 О 184.29 371.9 103.30 М 260.61 525.3 145.94 Н 92.87 187.2 52.10 Ј 308.30 621.5 172.65 Д 92.25 185.9 51.66

∑=

12

1N

[ ] 2201671.036.1431 mMWh ⋅=

Табела 4.2.1.2.5 Вкупна средномесечна и средногодишна корисна енергија од соларниот колекторски подсистем

64

4.2.2. Подсистем на акумулаторскиот круг

Посебен интерес и внимание во проектот предизвикува изведбата и

употребата на акумулаторот за топлинска енергија. Во предлок проектот потребно е да се акумулира 512 MWh топлинска енергија годишно, со разлика на температура од 50oC. Во систем со соларни колектори чија корисна енергија е одредена во претходните поглавија, можно е да се одреди средната месечна температура на водата во акумулаторот. Ако се знае минималната температура во акумулаторот и температурната разлика ΔT=Tmax-Tmin, тогаш средната месечна температура во акумулаторот би изнесувало:

( )

−⋅

−⋅∆⋅+=6

1180sin121

minnTTT

Овде е: n=1 - за први јануари T=Tmin - за први април n=4 T=Tmin+ΔT - за први октомври n=10 Средната месечна температура за половината од месецот би се

рачунала по формулата 4.1 за n+1/2. Одредувајќи се на бетонски цилиндричен склад од 10000 м3, да се

акумулира топлотна енергија од 512 MWh со температура од 45 до 95oC, потребно ео дополнителен простор од 400 м3 поради самата експанзија на водата.

Со димензии од 35 метри внатрешен дијаметар и 10.5 метри внатрешна ефективна висина, конструиран е цилиндричен сад со дебелина на ѕидовите од b=30 cm.

Сликата 4.2.2.2 ги прикажува арматурните детали и спојување при бетонирање на бетонската обвивка и пресек на таванската констрикција со готови армирано-бетонски греди поставени врз столбови. Изолациониот материјал е избран како на сликата. За обложување со алуминиумски лим, поставена е кровна конструкција и подконструкција на обвивката.

Топлата вода при максимума од 95 степени целзиусови се дистрибуира од врвот на резервоарот во системот низ одреден отвор. Истиот отвор служи за полнење на резервоарот со топлина од сончевиот колекторски систем. НА дното се наоѓа отвор за одведување на ладната вода од сончевиот систем и прием на повратна вода од дистрибутивниот круг.

Топлинската акумулација во резервоарот се сведува на принцип на температурни разлики, со која водата при тие температури формира различни слоеви во резервоарот со адекватен температурен градиент.

65

Слика 4.2.2.2 Пресек на акумулатор

Може да се постигне подобра температурна разлика со зголемување на

висината на резервоарот, а со намалување на дијаметарот. Доста е важно да се проектираат влезовите и излезите, за да се добие што помала дистрибуција.

Слика 4.2.2.3 Влез и излез на водата во акумулаторот

66

Брзината на водата во прстенестиот дел помеѓу конусните површини е многу мала со вредност од 2 cm/sec. Кога се одведува водата од резервоарот, потребно е да се постигне оној минимум кој обезбедува темперетура адекватна на онаа што се бара за потрошувачка во тој временски интервал. Констриураниот хидрауличн надпритисок за акумулаторот изнесува 150 mm воден столб.

4.2.3. Подсистем на дистрибутивниот круг

Правилната распределба на топлината до потрошувачите во дистрибутивниот круг, зависи пред се од добрата хидрауличка пресметка на цевната мрежа и другите елементи кои се наоѓаат во системот.

За одбрано подрачје, врз основа на конфигурацијата на теренот, распоредот на приклучоците и геодетскиот профил на мрежата, со хидрауличката пресметка најважно е да се одредат пречниците на цевководите, падот на притисокот и големината на притисокот во разни точки на системот.

Ако се користи податокот дека за добро изолирани станови потребно е 122 W/m2 чиста површина за греење на просториите и 7 kW/stan за греење на санитарна вода (акумулационен начин), за една стамбена зграда потребно е да се донесат 2740 kg/h или 0.76 kg/s топла вода.

Овие количини се добиени врз основа на максималната температурна разлика на водата за греење (80/50оС) и припрема на потрошена топла вода со температура на примарната вода од 50/33оС.

Експанзиониот сад одржува константен статички притисок и е поврзан пред мрежните пумпи. Расположливиот диференцијален притисок по пресметка на мрежата на почетокот изнесува 16.53 mWs задржувајќи го падот на притисокот, така да е потребно 5 mWs за совладување на отпорот во бољерот за припрема на санитарна топла вода во поединечните стамбени згради.

Капацитет на прием на вода во садот = големината на садот V1, по противпритисокот P1 врз крајниот притисок Pn.

NPPVC 11 ⋅=

Во предлог проектот, каде дистрибутивниот подсистем располага со 25 m3 вода, експандираната количина на вода би изнесувала околу 1 m3. За собирање на таа количина, потребно е да се одбери сад со вкупен волумен од 2.5 m3.

Во основа на начинот на поставување на цевководите, усвоен е канален равод со золирани цевки.

67

Слика 4.2.3.1 Шема на канален развод на топлинска мрежа

На слика 4.2.3.1 дадена е шема на поставување на цевководи во земја

на одредена длабочина h и меѓусебно оддалечени.

4.3. Систем во целост

За да може да се добие ориентациона прегледност на комплетниот систем, потребно е да се резимираат сите елементи во системот.

Имено, во предлог проектот соларното колекторско поле е составено од 56 групи по дванаесет концентратори со 2016 m2 приемна површина, топлински акумулатор од 10000 m3 во бетонски резервоар, топлинска изолација, комплетен дистрибутивен круг со индивидуални подстаници и комплетна котловска постројкана тврдо гориво со моќност од 2.2 MW.

Севкупната потреба за греење и санитарна топла вода изнесува 2550 MWh или 100%, загубите во дистрибутивниот круг изнесуваат 12.7%, акумулацијата има загуби од 4.9%, колекторското поле обезбедува 57% топлинска енергија, односно 1431 MWh, а додатниот извор на топлина 61% или 1568 KWh.

Врз колекторското поле паѓаат 3250 MWh Сончева радијација или 127% од потребната енергија.

68

V ДЕЛ Предлог решение за автоматска регулација

на соларниот систем

5. Автоматска регулација на соларниот систем 5.1. Соларен колекторски подсистем 5.2. Акумулаторски подсистем 5.3. Подсистем за додатна топлина 5.4. Дистрибутивен систем 5.5. Регистрирање и мерење на искористената

топлинска енергија од страна на потрошувачот

69

5. Автоматска регулација на соларниот систем

За автоматската работа и ревизија на постројката предвиден е микропроцесорски систем за автоматско управување, сигнализација на грешки и автоматски алармни пренесувачи. Кофигурацијата на микросметачот е составена со користење на микропроцесори.

На слика 4.1.2 е прокажана е сруктурна шема на динамичкиот модел на комплетниот технолошки процес на системот, кој е поделен на повеќе подсистеми. Секој процес е посебен, така што се врши индетификација на неговата внатрешна структура и интеракции со останатите подпроцеси.

Тоа во стварност е предуслов за да се појасни технолошкиот процес во секој подсистем во комплетниот систем редоследно.

Во предлог проектот, употребена е варијанта со сончеви концетратори чии огледала (апературни површини) можат да ротиратт околу осовина со помош на ротор следејќи го Сонцето.

5.1. Соларен колекторски подсистем

Механичката конструкција дозволува со еден мотор да се движат

дванаесет елементи. Движењето на моторот е контролирано со сигнали од соларните сензори од СС 1 до СС 56 кои секогаш, ја насочуваат влезната површина на концентраторот према Сонцето. Во моменти кога се јавуваат екстремни температури на флуидот во абсорберите, а кои се регистрирани од температурните сензори TS1-1 и TS1-56, контролната опрема ги задвижува моторите, а со тоа и колекторските влезни површини на источна страна.

Во одредени седум групи елементи, поставени се температурни сензори TS2-1, TS2-11, TS2-20, TS2-29, TS2-38, TS2-47 и TS2-56, кои обезбедуваат сигнали за температурите на флуидот во колекторите. Овие сензори не дозволуваат задвижување на пумпите додека не се постигне доволна температура. Пумпата Р3 во кругот на акумулаторскиот подсистем секогас започнува да работи кога пумпите Р1 и Р2 се веќе во работа. Пумпата Р1 го обезбедува во потполност капацитетот на сончевиот систем и работи под контрола на четири тремостати TS2-1, TS2-20, TS2-38, TS2-56 вградени на потисната страна на последната апсорпциона цевка во колекторската група. Пумпата започнува да работи ако било кои од овие термостати покаже температура поголема од 70оС. Исто така пумпата ке започне да работи доколку термостатите TS2-11, TS2-29, TS2-47 регистрират температура од најмаклу 1000С.

Блок дијаграм за работа на пумпите Р1, Р2 и Р3 е зададен на слика 5.1.1 со одредени физички појаснувања.

70

Слика 5.1.1 Блок дијаграм за проток на колекторскиот подсистем

71

5.2. Акумулаторски подсистем

Кругот на акумулаторот е исто прикажан на слика 4.1.2 во комплетниот систем, каде е прикажана контролната опрема која служи за контрола на топлината во акумулаторот.

5.3. Подсистем за додатна топлина

Топлоизменувачот (слика 4.1.2) No3 со својата примарна страна е

поврзан со комплетната котловска постројка која е проектирана како посебен подсистем.

Со секундарната страна, топлоизменувачот No3 е поврзан во серија со топлоизменуачот No2 и обезбедува дополнителна топлина во дистрибутивниот круг. Кога регулаторот на протокот FFC118 ја достигне својата максимална поставена проточна вредност, температурната контрола се пренасочува на контролниот вентил SV4.

Работата на пумпата Р6 е контролирана со помош на микросметачки систем во зависност од потребната дополнителна топлина во дистрибутивниот круг (слика 5.3.1).

Слика 5.3.1

5.4. Дистрибутивен подсистем Во предлог проектот употребувана е регулација со промена на протокот

и температурата на водата на мрежата во зависност од топлинското оптреретување. Ако земеме во предвид дека во пресметките за одредување на температурата на водата, не е земено во предвид влијанието на ветарот, Сончевото зрачење и различните внатрешни температури во просториите, регулацијата е дополнета со локална и индивидуална регулација на системот.

Задачата на одредувањето на режимот на регулација се состои во одредување на вредноста на температурата на водата во мрежата во зависност од топлинските оптеретувања.

Кога повратната температура е помала од 50 оС, пумпата Р5 (слика 4.1.2) е брзински регулирана за да обезбеди проток на вода да не дојде до промна на дифернцијалниот притисок во мрежата. Ако пак повратната температура е поголем аод 50 оС, диференцијалниот притисок се намалува но не пониско од минималната поставена вредност во контролниот систем.

72

5.5. Регистрирање и мерење на искористената топлинска енергија од страна на потрошувачот

Во целост, микросметачкиот систем мери големини на 71 позиција, од кои 51 претставува мерење, а потоа регистрација на температура на флуидот, 7 позиции мерат проток, 7 позоции мерење и регистарција на произведена топлинска енергија од различни топлински кругови, 4 позиции претставуваат мерење на сончевата радијција и 2 мерење на оперативното време на пумпитеб Р1 и Р2. Во оваа бројка не се земени во предвид локалните мерачи во сите 60 стамбени објекти.

Благодареќи на можноста на самоконтрола, потрошувачот е стимулиран да ја троши енергијата во време и мера кога одговара на намената и режимот на користење на објектите, па и сопствените економски можности. Така интересот на потрошувачот на најдобар можен начин се поклопува со општо смалување на потрошувачката на енергија.

Од сите овие големини само потрошувачката на електрична енергија се мери локално и мануелно.

73

VI ДЕЛ

Економска анализа

6. Економска анализа, цена и степен на исплатливост на системот

6.1. Економска анализа 6.1.1. Споредба на алтернативи

6.2. Цена на изведба на соларниот систем

74

6. Економска анализа, цена и степен на исплатливост на системот

6.1. Економска анализа

Воопштено може да се каже дека во денешни условиовие овие проекти произведуваат скапа енергија. Меѓутоа, проекти од овој тип треба да се разгледуваат како решени кое мора да се споредува со постоечка коненционална енергетска технологија.

Проектите за соларните системи мораат да се разгледуваат како дел од развој, кој во подолг временски период може да дадат други економски реални алтернативни извори на енедргија. Основната идеа на овие проекти е добивање на искуство и знаење во областа на технологијата за добивање на нови видови на енергија. Резултатот кој ќе го даде новото технолошко решение, треба да биде развојно вреднувано.

Ефектите на овие инвестициони проекти се повеќекратни, можад да бидат економски, односно да се изразуваат финансисики и неекономски ефекти кои не можат финансиски да се веднуваат.

Неекономските вредности (културни, заштитни по човековата околина и сл) доста се важни во отценувањето на инвестиционите проекти.

Кога се одредени претходно сите идејни аспекти на системот, потребно е да се започне со избор на прикладен метод за чинење на истиот.

Техниката на анализите на чинењето на амортизациониот век на системот се подразбира вкупно чинење влкучуваќи ги елементите на истиот како одржување, трошење и други податоци кои служат за компаративна анализа со други системи.

Во вредноста на системот во амортизациониот век влегуваат следните трошоци:

- Трошоци на инсталации во соларниот систем - Трошоци на инвестиционо одржување - Редовно одржување - Оперативни трошоци (енергетски)

Горенаведените трошоци во основа се за сите делови на системот. Вредноста на соларниот систем е збир на вреднсоти на неговите

подсистеми дефинирени во претходните поглавиа (соларни колектори, акумулатор, подсистем за дистрибуција, додатен енергетски подсистем и контролен подсистем).

За да се споредат и отценат соларните со конвенционалните системи, потребно е сите трошоци да се сведат на една еквивалентна основа. Тоа се прави со помош на анализи во кои влегуваат:

PV - сегашна вредност на чинење на системот J - почетни инвестициони трошоци вклучуваќи трошоци за сите

инсталации и регулации RJ - вредност на инвестициско и редовно одржување за сите инсталации

во системот M - пресметан годишен дел за работна рака во одржување при сегашни

цени, одреден да биде константен за време на амортизациониот период.

75

Годишните трошоци за одржување и поправка се земени како константни и како такви треба да се внесат во вистинската вредност.

Р - годишна цена на енергија е - годишно покачување на цената на енергијата B;G - инвестициски трошоци за адаптација на зградите за поставување

на сончев систем и цена за зафатеност на просторот со инсталации Ј0 - инвестиција во опрема со подолг период на амортизација N - должина на амортизациониот период за Ј0 Ј1 - инвестиција во опрема со пократок период на амортизација n - должина на амортизациониот период за Ј1 Q - одишна вредност на произведена енергија kWh

6.1.1. Споредба на алтернативи За да се споредат сончевите со конвенционалните системи, потребное

да се извршат приближувања. Едно од приближувањата е да се пресмета цената на амортизациониот век на системите со помош на формулите на сегашна вредност.

Методот или моделот на нето сегашна вредност на вредноста во многу случаи е прикладно приближување на отценката за инвестирање на капитал во сончевите системи. Разликата помеѓу овие трошоци и добивки т.е. нето користа е мерка за ефикасноста на проектот на сончевиот систем во споредба со конвенционалниот систем.

Позитивните нето вредности покажуваат дека сончевиот систем е пофикасен од конвенционалниот. Формулата за нето корист од екстра вложуважувања во сончевиот систе следи:

NPV=(Pc-Ps) - (Cs-cC) NVP - Нето корист (сегашна вредност) во споредба со конвенционалниот

систем во споредба за N години Pc - чинење на енергијата за конвенционалниот систем во сегашна

вредност за N години Ps - чинење на енергијата за сончевиот систем во сегашна вредност за N

години Pc-Ps - заштеда на енергијата во сегашна вредност за N - години Cs - трошоци за сончевиот систем во сегашна вредност за N - години

(без енергија) Сс - трошоци законвенционалниот систем во сегашна вредност за N -

години (без енергија) Пресметките за нето користа на идејниот проект, дадени се табеларно и

компарирани со конвенционалниот систем кој троши нафта и јаглен (табела 6.2.1 и 6.2.2).

6.2. Цена на изведба на соларниот систем Цената на сораниот систем во основа се состои од инвестициони и

екслатаациони трошоци. Цената на вкупните инвестициони вложувања е претставена како збир на вложувања за поедини подсистеми во системот.

76

∑=

=++++=J

LKJKnKKKKK

1........4321

во конкретново излагање земени се ориентациони пазарни цени кои не се разработени во детали. Определени се врз основа на проспектни податоци од литература и слижат само за споредба.

Цената на акумулаторот е добиена со комплетен проект за бетонски склад од 10400 м3 со комплетна термо изолација и со обвивка од алумински лим. Цената на дистрибутивниот систем е пресметана врз основа на проект за монтажа на изолирани цевки поставени канално врз основа на проспектни податоци.

Топлоизменувачката, пумпната станица и контролниот систем се идејно проектирани а ценат е оформена со податоци од каталози на поединечни фирми.

Додатната котлара е проектирана како комплете топлински извор со моќност еднаква на потребната моќност во дистрибутивниот круг вклучуваќи ги загубита на истиот.

Експлоатационите трошоци представуваат збир на сите константни и променливи трошоци како: трошоци за лични доходи, одржување, општи трошоци и друг погонски материјал. Сите овие трошоци кај сончевите системи генерално може да се опфатат со коефициентот α=1% од фкупната инвестициона вредност (М=0.01 х Ј).

Трошоците на електрична енергија за работа на сите пумпи е една од главните стапки. Трошоци за електрична енергија за пумпите зависат од количината на транспортниот флуид, специфичниот пад на притисок на цевкит, должината на цевководот и коефициентот на месни отпори.

Цената на електричната енергија која е потребна за работа на горенаведените потрошувачи се зема ориентационо од 3-4% од потребната годишна топлина.

Понатамошните табели се илустрација на спореба на соларниот систе во споредба со конвенционален систем (табела 6.1.1 и 6.1.2)

Табеларен приказ на споредбени анализи и цена на системот

табела 6.1.1 (концентратори)

77

a) Генрални податоци Средно-годишна тотална потреба од топлина Q=2873 MWh

Соларен систем Сончева енергија 45% - 1305 MWh Додаток од конвеционален систем 55% - 1568 MWh Σ = 2873 MWh Конвекционален систем - 100% потреби (2873 MWh) Гориво

- лигнит η = 0.48 - нафта η = 0.70

Период на анализа (амортизација): Бетонски работи N=40 години Инсталации n=20 години

b) поединечни цени за изведба

Инцестициони вложувања за системот со концентратори

Акумулатор 24.280.000 ден / 40 год. Градежни работи 2.780.000 ден / 40 год. Σ = 27.060.000 ден / 40 год.

Концентратори (2016 m2) Со цевен систем 75.670.000 ден / 20 год. Пумпи, вентили 1.850.000 ден / 20 год. Изменувачи 5.550.000 ден / 20 год. Контролен систем 3.700.000 ден / 20 год.

Σ = 86.770.000 ден / 20 год. Конвекционен систем 6.475.000 ден / 20 год. Дистрибутивен систем 6.635.000 ден / 20 год. Припремни работи 1.850.000 ден / 20 год. ВКУПНО: Pv= 128.790.000 ден

ЕКСПЛОАТАЦИОНИ ТРОШОЦИ - Инвестиционо одржување

R=0.02x86.770.000=1.735.400 ден - редовно одржување M=0.01x128.790.00=1.287.900 ден - трошоци за електрична енергија во сончевиот систем Ps=1.207.500 ден - трошоци за електрична енергија во конвенционалниот систем Pc=905.100ден

табела 6.1.2 (рамни колектори)

a) Генерални податоци Средно-годишна тотална потреба од топлина Q=2873 MWh

78

Соларен систем Сончева енергија 45% - 1305 MWh Додаток од конвеционален систем 55% - 1568 MWh Σ = 2873 MWh Конвекционален систем - 100% потреби (2873 MWh) Гориво

- лигнит η = 0.48 - нафта η = 0.70

Период на анализа (амортизација): Бетонски работи N=40 години Инсталации n=20 години

b) поединечни цени за изведба

Инцестициони вложувања за системот со рамни колектори

Акумулатор 24.280.000 ден / 40 год. Градежни работи 2.780.000 ден / 40 год. Σ = 27.060.000 ден / 40 год.

Рамни колектори (2770 m2) Со цевен систем 51.762.000 ден / 20 год. Пумпи, вентили 1.850.000 ден / 20 год. Изменувачи 5.550.000 ден / 20 год. Контролен систем 3.700.000 ден / 20 год.

Σ = 62.862.000 ден / 20 год. Конвекционен систем 6.475.000 ден / 20 год. Дистрибутивен систем 6.635.000 ден / 20 год. Припремни работи 1.850.000 ден / 20 год. ВКУПНО: Pv= 104.882.000 ден

ЕКСПЛОАТАЦИОНИ ТРОШОЦИ - Инвестиционо одржување

R=0.02x62.862.000=1.257.240 ден - редовно одржување M=0.01x104.882.000=1.048.820 ден - трошоци за електрична енергија во сончевиот систем Ps=1.207.500 ден - трошоци за електрична енергија во конвенционалниот систем Pc=905.100ден

Доколку се споредат инвестиционите вложувања во систем со концентратори и рамни колектори, се забалежува дека во системот со концентратори е поголемо за 23.908.000 ден, но таа разлика ќе се исплати бидејќи, системот со концентратори има искористенот од 62 % од енергијата на Сонцето, арамните колектори 45%.

79

80

Споредбени анализи со користење на алтернативи на гориво во конвенционалниот систем

Табела 6.2.1 Споредбена анализа со употреба на лигнит Hd = 8 MJ/kg - долна топлотна моќ, η=0.48 5.500 ден/тон СОЛАРЕН СИСТЕМ Ps

- Потрошена електрична енергија D=0.04 x Q=0.04x2873=115 MWh 10.5 ден/kWh

= 115.000x10.5= 1.207.500 ден/годишно - Потрошена количина на лигнит

48.086.3101568 3

⋅⋅⋅

=⋅

=ηd

c

HQB =1.470.000 kg/год

eJ CBC ⋅= =1.470.000 х 5.5= 8.085.000 ден/годишно

КОНВЕНЦИОНАЛЕН СИСТЕМ Рс

- Потрошена електрична енергија

D1=0.03 x Q=0.03x2873=86.2 MWh 10.5 ден/kWh

= 86.200x10.5= 905.100 ден/годишно - Потрошена количина на лигнит

48.086.31028731

3

⋅⋅⋅

=⋅

=ηdH

QB =2.693.437 kg/год

eJ CBC ⋅= 11 =2.693.437 х 5.5= 14.814.000 ден/годишно

ГОДИШНА ЕНЕРГЕТСКА ЗАШТЕДА

=+−+=−

+−+=−

]500.207.1000.805.8[]100.905000.814.14[][]11[

PsPcDCDCPsPc jj

= 5.706.500 ден/годишно Од анализата се гледа дека се заштедува 5.706.500 денари годишно ако се користи соларен систем наместо конвенционален систем со користење на лигнит како гориво. Табела 6.2.2 Споредбена анализа со употреба на нафта Hd = 40 MJ/kg - долна топлотна моќ, η=00.70 60.000 ден/тон СОЛАРЕН СИСТЕМ Ps

81

- Потрошена електрична енергија

D=0.04 x Q=0.04x2873=115 MWh 10.5 ден/kWh

= 115.000x10.5= 1.207.500 ден/годишно - Потрошена количина на нафта

70.0406.3101568 3

⋅⋅⋅

=⋅

=ηd

c

HQB =201.600 l/год

eJ CBC ⋅= =201.600х 60= 12.096.000 ден/годишно

КОНВЕНЦИОНАЛЕН СИСТЕМ Рс

- Потрошена електрична енергија

D1=0.03 x Q=0.03x2873=86.2 MWh 10.5 ден/kWh

= 86.200x10.5= 905.100 ден/годишно - Потрошена количина на нафта

- 70.040

6.3102873 3

⋅⋅⋅

=⋅

=ηdH

QB =369.400 l/год

eJ CBC ⋅= 11 =369.400х 60= 22.164.000 ден/годишно

ГОДИШНА ЕНЕРГЕТСКА ЗАШТЕДА

=+−+=−

+−+=−

]500.207.1000.096.12[]100.905000.164.22[][]11[

PsPcDCDCPsPc jj

= 9.766.000 ден/годишно Ако се споредат анализите со користење на гориво, лигнит и нафта се констатира следното:

- иако заштедата при користење на нафта е поголема од заштедата при користење на лигнити при фактот дека нафтата се увезува и нејзината цена е динамична за разлика од цената на лигнитот која е од домашно производство, може да се заклучи дека лигнитот е постабилно и поекономично гориво и истото е од домашно производство.

82

Заклучок

Општо земено, сончевиот систем со сезонски акумулатори и примена на топлински пумпи, било централно или поединечно во секој стан, се најпогодни од економска гледна точка.

Избраниот проект представува разработка на еден комплетен систем со пет подкомплетни системи.

Разработката на ефективноста на два типови сончеви колектори покажува дека кај концентраторите со степен на концентрација С≥10, можно е годишно да се добијат и 710 KWh/m2 со агол на инклинација од 36о или 62о .

Кај високотемпературните рамни колектори, за истиот агол на инклинација, искористената енергија изнесува 517 KWh/m2 годишно или 45% од вкупната енергија која паѓа под тој агол.

Вкупната искористена енергија во системот, во двете алтернативи е 1431.36 MWh годишно со вкупна колекторска повшина од 2016 m2 концентра-тори, односно 2770 m2 рамни колектори. Течноста во колекторското поле би била мешавина од пропилен гликол и вода поради заштита од мрзнење.

Во анализите е искористена анализа со бетонски цилиндричен акумулатор од 10400 m3 имајќи во предвид дека амортизациониот период од 40 години е поевтин од челичните цилиндречни складови со период од амортизација од 20 години.

Системот, според дијаграмот на ефективноста проектиран е да даде 2550 MWh годишно топлинска енергија за шеесет индивидуални згради со по два станови. Заедно со загубите во магистралниот круг и акумулаторот, потребната топлина изнесува 3000 MWh годишно.

Системот е регулиран со контролен систем вклучувајќи централна количинска регулација, регулација во подстаници и индивидуална автоматска регулација со термостатски радијаторски вентили. Максималната темпера-турна разлика на водата во дистрибутивниот круг изнесува 80/50оС, до сталната температурна разлика во лето од 50/33оС.

Додатниот систем за греење претставува комплетен конвекционален систем со моќност која е практично потребна за комплетно задоволување на потребите на системот.

И на крај, овие проекти произведуваат скапа топлотна енергија, но како алтернатива и обновлива, во услови на намалување на фослините горива, развојот на овој дел е темелен и далекусежен.

83

Користена литература

1. Републички хидрометеоролошки завод на Република Македонија ХМС - Охрид

2. Д-р. Мијаковски В., Обновливи извори на енергија, Книга 1: Основи,

Технички факултет – Битола, 2009.

3. Д-р. Мијаковски И. - Термоенергетски постројки - Интерен учебник -

Битола 2002

4. Арменски С., Обновливи-одржливи извори на енергија, НИП Студенски

збор, Скопје, 2004.

5. Арменски С., Сончева енергија, НИП “Студентски збор“, Скопје, 2007

6. Kaltschmitt M., Streicher W., Wiese A., Renewable energy-Technology,

Economics and Environment, Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, 2007.

7. Aschwanden, M.: Physics of the Solar Corona; Springer, Berlin, Heidelberg,

New York, Germany, 2004

8. Duffie; J. A.; Beckman, W. A.: Solar Engineering of Thermal Processes; John

Wiley & Sons, New York, Brisbane, USA, 1991, 2nd edition.

9. Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC Data Distribution Centre,

http://ipcc-ddc.cru.uea.ac.uk/

10. Miladinova S., Incentives and barriers for the development of renewable

energy sources Macedonia: country analysis, December 2006.

11. Renewable energy in Macedonia - Focus on ‘green’ electricity production,

Analytica MK, November 2008.

12. Dunlop P.J., Photovoltaic systems, 2nd edition, Amer technical Pub, USA,

2009.

13. In depth review of energy efficiency and policy and programmes - Republic of

Macedonia, Energy charter secretariat, 2007.

14. Македонска Академија на Науките и Уметностите, Базна студија за

обновливи извори на енергија во Република Македонија, Скопје, 2009.

15. Веб страна на Министерство за економија на РM, www.economy.gov.mk

16. Веб страна на Министерство за животна средина и просторно планирање

на Република Македонија, www.moepp.gov.mk

17. Соопштенија, билтени и статистички мапи од Државен завод за

статистика на Република Македонија, www.stat.gov.mk

84

18. Веб страна на Управа за хидрометеоролошки работи на РМ,

www.meteo.gov.mk

19. Веб страна на АД “Електрани на Македонија“, www.elem.com.mk

20. Веб страна на АД “МЕПСО“, www. mepso.com.mk

21. Интернет страни - www.elsol.co.yu - www.eternasolar.cjb.net - www.solarni-sistemi.com - www.centrometal.hr - www.ekokonsalting.cjb.net