Obnovljivi izvori energijemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/2020_OIE_Lec03a... · 2020. 11. 25. · Izborni predmet –V semestar –2+2+1 –5 kredita (2OEE5A05) Modul E -

Obnovljivi izvori energije11/22/2020 OIE - 2019/20 1

ENERGIJA

VETRA

ENERGIJA

VODE

GEOTERMALNA

ENERGIJA

BIO

ENERGIJAENERGIJA

SUNCA

11/22/2020 OIE - 2019/20 2

Obnovljiviizvori

energije

Izborni predmet – V semestar – 2+2+1 – 5 kredita (2OEU5C03)

Modul US - 2020/21.Izborni predmet – V semestar – 2+2+1 – 5 kredita (2OEE5A05)

Modul E - 2020/21.Izborni predmet – V semestar – 2+2+1 – 5 kredita (2OEM5A04)

Modul EKM - 2020/21.

Prof. dr Dragan Pantić, kabinet 337, [email protected]. dr Sanja Aleksić, kabinet 403, [email protected]

Prof. dr Dragan Mančić, M2-4, [email protected]

mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]

Projektovanje solarnih termalnih sistema

11/22/2020 OIE - 2019/20 4

2020/21.

Prednosti

Ušteda - solarni termalni sistemi mogu da smanje račune zagrejanje vode preko 90% u toku leta i više od 30% u toku zime, što predstavlja prosečnu godišnju uštedu od 50-70%.

Zaštita okoline - domaćinstva generišu skoro 30% od ukupneemisije CO2, tako da bi korišćenje solarnih termalnih sistemaznačajno uticalo na smanjenje emisije CO2.

Energetska nezavisnost - eventualne nestašice energije ipovećanje cene energije, ne utiču na domaćinstva koja suopremljena solarnim termalnim i solarnim fotonaponskimsistemima.

Energetski pasoš objekta BER (Building Energy Rating) -ugradnjom solarnih termalnih sistema značajno se popravljaenergetski pasoš objekta što utiče na povećanje njegovevrednosti.

Nove zakonske regulative - predvidjaju da novosazidaniobjekti redukuju emisiju CO2, pa je ugradnja solarnih termalnihsistema idealno rešenje za ostvarivanje ovog zahteva.

11/22/2020 OIE - 2019/20 5

Prednosti - nastavak

Ponuda solarnih kolektora najviših performansi, lake i čvrstekonstrukcije uz visok stepen apsorpcije i najmanju emisiju.

Laka montaža zahvaljujući širokoj paleti predmontažnih setovaza montažu na krov, u krov, ili fasadu.

Inteligentno rešenje spajanja brzim spojnicama uz minimalnitrud i alat.

Zahvaljujući automatici i regulaciji, moguća je integracija u najsloženije sisteme i hibridna rešenja sa uredjajima na drugeizvore goriva.

Moguća je aktivna i pasivna optimizacija sa sistemima na gas uz visoke uštede u pripremi tople sanitarne vode i podršci sistemu grejanja.

Najsavremenija prateća oprema, solarni akumulacioni bojleri, moduli i pribori.

Proizvodnja od visoko kvalitetnih materijala otpornih nakoroziju, okolne uticaje, i dodatna mehanička opterećenja poputsnega, grada i vetra.

11/22/2020 OIE - 2019/20 6

Da li ima dovoljno solarne energije?

11/22/2020 OIE - 2019/20 7

Primene solarnih termalnih sistema

Zagrevanje vode za potrebedomaćinstva - predstavlja najčešću primenu solarnih termalnih sistema.

Zagrevanje prostora

Zagrevanje bazena - predstavlja jednuod najboljih primena solarne energije zazagrevanje vode.

Komercijalne primene

Primene u poljoprivredi

11/22/2020 OIE - 2019/20 8

Zagrevanje vode

Za zagrevanje vode se koriste specijalnoprojektovani krovni paneli i vakuumske cevi kojeapsorbuju solarnu energiju.

Krovni paneli i vakkumske cevi se nazivajukolektori.

Energija koju apsorbuje kolektor se konvertuje u toplotu preko niza cevi u kojima se nalazi tečnost(tzv. solarni fluid) koja ne može da se smrzavana niskim temperaturama, najčešće glikol.

Kontrolni sistem reguliše rad pumpe koja pumpaovu tečnost kroz sistem cevi u kolektoru irezervoar tople vode, pri čemu se toplota iz ceviprenosi na vodu koja se nalazi u rezervoaru

11/22/2020 OIE - 2019/20 9

Solarni termalni sistem za zagrevanje vode

11/22/2020 OIE - 2019/20 10

Projektovanje solarnog termalnog sistema

Orijentacija – azimut: ugao azimuta predstavlja ugaoizmedju pravca jug i tačke na horizontu koja se nalazi

direktno ispod Sunca.

11/22/2020 OIE - 2019/20 11


Orijentacija – nagib: ugao nagiba predstavlja ugao

izmedju ravnog krova/površine zemlje i kolektora.

11/22/2020 OIE - 2019/20 12


Senka - osenčenost može značajno da degradirakarakteristike solarnog sistema. Kada sagledamo lokacijugde je potrebno isntalirati solarni sistem, od suštinske je važnosti da se izabere prava lokacija kolektora gde ne postoji mogućnost da ih neki obližnji objekat ili drvoosenči, ili da se bar efekat osenčenosti svede na minimum.

Uticaj vetra - kolektori i držači kolektora se projektujutako da mogu da izdrže vetar u nekih razumnim, definisanim granicama. U oblastima gde su naleti vetraizuzetno jaki, to se mora uzeti u obzir kod projektovanjasistema. Kako bi se minimizirao uticaj vetra na kolektore, preporučuje se da se ne instaliraju na rastojanju manjemod 0.5m od ivice krova ili nadstrešnica.

11/22/2020 OIE - 2019/20 13

Karakteristike kolektora

Faktor konverzije - h0 [%] - faktorkonverzije je maksimalna efikasnostsolarnog kolektora izražena u procentima.

11/22/2020 OIE - 2019/20 14


Koeficijent toplotnih gubitaka -U [W/m2K] - opisuje srednje toplotne gubitke solarnog kolektora u odnosu na osvetljenu površinu kolektora i temperaturnu razliku između radne temperature kolektora (koja je jednaka srednjoj temperaturi kolektora) i temperature okoline.

11/22/2020 OIE - 2019/20 15


Karakteristike kolektora - daju zavisnost efikasnosti kolektora od temperaturne razlike izmedju radne temperature kolektora i temperature okoline, kao i od izloženosti suncu (ozračenosti).

Karakteristike kolektora odredjuju:◦ metoda izrade (tip) kolektora i

◦ uslovi u kojima radi.

11/22/2020 OIE - 2019/20 16


Testiranje kolektora - Kvalitet i energetska efiksanost solarnih kolektora odredjuju nezavisne institucije na osnovu standardnih procedura za testiranje, npr. u skladu sa standardom EN 12975. Na osnovu ovih testiranja izdaje se Evropska oznaka za kvalitet solarnih kolektora „Solar KEYMARK” i to je znak da ispunjavaju najviše standarde kvaliteta.

11/22/2020 OIE - 2019/20 17

Ravni (flat) solarni kolektor: Firebird CPK7210-N

11/22/2020 OIE - 2019/20 18

Ravni (flat) solarni kolektor: Firebird CPK7210-N

11/22/2020 OIE - 2019/20 19

Ravni (flat) solarnikolektor: Firebird CPK7210-N

11/22/2020 OIE - 2019/20 20

Ravni solarni kolektor: Bosch Solar 4000 TF

11/22/2020 OIE - 2019/20 21


11/22/2020 OIE - 2019/20 22


11/22/2020 OIE - 2019/20 23


11/22/2020 OIE - 2019/20 24


11/22/2020 OIE - 2019/20 25

Solarni kolektor sa vakuumskim cevima: Firebird CVSKC-10

11/22/2020 OIE - 2019/20 26

Fir

eb

ird

C

VS

KC

-10

11/22/2020 OIE - 2019/20 27

Solarni kolektor sa vakuumskim cevima: Bosch Solar 8000 TV CPC

11/22/2020 OIE - 2019/20 28


11/22/2020 OIE - 2019/20 29


11/22/2020 OIE - 2019/20 30

Solarni kolektor: Bosch Solar 8000 TV CPC – montaža na kosi krov

11/22/2020 OIE - 2019/20 31

Solarni kolektor: Bosch Solar 8000 TV CPC – montaža na ravan krov

11/22/2020 OIE - 2019/20 32

Toplocevni (Heat Pipe) solarni kolektor TZ58-1800

11/22/2020 OIE - 2019/20 33

Toplocevni (Heat Pipe) solarni kolektor TZ58-1800 – princip rada

11/22/2020 OIE - 2019/20 34

Toplocevni (Heat Pipe) solarni kolektor TZ58-1800 – konstrukcija

11/22/2020 OIE - 2019/20 35

Heat

Pip

e T

Z5

8-1

80

0

11/22/2020 OIE - 2019/20 36

Projektovanje solarnog sistema

Projekat solarnog sistema, njegova instalacija i puštanje u rad moraju biti u skladu sa evropskim, nacionalnim i lokalnimzakonskim odredbama;

Ako se sistem instalira na krovu, neophodno je proveriti da li je krovna konstrukcija projektovana tako da može da izdrži težinukolektora;

Potrebno je razmotriti uticaj vetra i snega na kolektore;

Orijentacija kolektora bi trebalo da bude prema jugu ako je to moguće, ali su prihvatljive i orijentacije prema jugozapadu ijugoistoku, što će napraviti manje gubitke;

Neohodno je izbegavati osenčenja kolektora od drveća ili obližnjihzgrada;

Potrebno je obezbediti dovoljno slobodnog prostora na krovu kakobi se smestio potreban broj kolektora, pri čemu je potrebno voditiračuna o prisustvu krovnih prozora, dimnjaka, itd.

11/22/2020 OIE - 2019/20 37

Procedura projektovanja11/22/2020 OIE - 2019/20 38

Procedura projektovanja

Izračunati koliko je tople vode potrebno(DHW - Domestic Hot Water;

Odrediti koliki će deo energije potrebne zaDHW poticati od solarne energije;

Izraunati potrebnu energiju koja potiče od solarnih kolektora;

Izabrati odgovarajuće solarne kolektore;

Odrediti potrebnu zapreminu rezervoaratople vode;

Izračunati potrebnu površinu solarnihkolektora.

11/22/2020 OIE - 2019/20 39

Odredjivanje dnevnih potreba za toplom vodom

11/22/2020 OIE - 2019/20 40

Odredjivanje solarne frakcije

Kod dimenzionisanja solarnog termalnogsistema neophodno je odrediti takozvanusolarnu frakciju tj. deo energije potrebneza zagrevanje vode koji potiče od solarneenergije.

U najvećoj meri zavisi od investitora, ali je uobičajeno da se uzimaju vrednosti 60%± 5%.

U našim proračunima koji slede se uzimada je solarna frakcija 60%.

11/22/2020 OIE - 2019/20 41

Odredjivanje zapremine rezervoara tople vode – osnovni metod

Ako pretpostavimo da 5 osoba dnevno koristi po 40 litara vode, temperature 60oC, dnevne potrebe su:

Potrebno je da zapremina rezervoara bude dvostruko veća od dnevnih potreba:

11/22/2020 OIE - 2019/20 42

Odredjivanje zapremine rezervoara tople vode – precizan metod

Ovaj metod pri odredjivanju zapreminerezervoara tople vode zahteva i poznavanjetemperature vode iz sistema Tc, kao itemperature vode na izlazu Tout i zahtevanetemperature vode u samom rezervoaru Tstor. Zaodredjivanje zapremine se koristi izraz:

DHWP je dnevna potrošnja tople vode po osobi

11/22/2020 OIE - 2019/20 43

Odredjivanje zapremine rezervoara tople vode – precizan metod

PRIMER:◦ 5 osoba troši po 40 litara tople vode dnevno

◦ Tc = 10oC

◦ Tout = 45oC

◦ Tstor = 60oC

Potrebna zapremina rezervoara je:

11/22/2020 OIE - 2019/20 44

Odredjivanje površine kolektora

Postoje različite metode za odredjivanje površine kolektora. Jedno od pravila za odredjivanje je 1m2 na 50 litara zapremine rezervoara.

Sledeća formula obezbedjuje mnogo preciznije odredjivanje potrebnepovršine kolektora, s obzirom da uzima u obzir prosečna solarna insolacija

Sins za lokaciju gde se sistem instalira. P

Površina kolektora CA se odredjuje kao:

SF je solarna frakcija, Dop broj dana u godini kada sistem radi, hcollefikasnost kolektora, hsyst efikasnost sistema i EHW je energija potrebna za zagrevanje vode:

Toplotni kapacitet vode je 1.16kWh/(m3K)

11/22/2020 OIE - 2019/20 45

Odredjivanje površine kolektora

11/22/2020 OIE - 2019/20 46

Projektovanje ostalih delova sistema

Cevi◦ Cevi koje se koriste kod solarnih sistema moraju biti od

specijalnih materijala, kao što su:

nerdjajući čelik,

bakar,

crne čelične cevi.

◦ Prihvatljive metode za spajanje cevi kod solarnih sistema su:

kompresiono spajanje,

spajanje presovanjem (temperaturna otpornost zaptivača mora biti veća od 150oC,

lemljenje (moraju se koristiti tzv. hard solderi).

11/22/2020 OIE - 2019/20 47


CeviPored zahteva da se za cevi koriste specijalni materijali neophodno je i voditi

računa o izolaciji cevi, kako bi se smanjili gubici. Izolacija cevi se projektuje tako da može da izdrži temperature veće od 180oC. Pri izolovanju cevi kod solarnih termalnih sistema mora se voditi računa o sledećem:

◦ Sve cevi i konektori moraju biti izolovani, osim linije koja vodi ka ekspanzionom sudu;

◦ Za cevi koje se nalaze napolju, izolacija mora da izdrži uticaj kiše, snega, UV zračenja, zagadjenja, itd., a mora biti otporna na oštećenja

koja mogu izazvati životinje (ptice, mi\v{s}evi, itd.). Da bi se izbeglo stvaranje vlage oko cevi izolacija mora biti od poroznih materijala koji je propuštaju;

◦ Onde gde je to moguće, poželjno je da cevi budu zaklonjene i da na taj načinbudu zaštićene od spoljašnjih uticaja;

◦ Cevi se izoluju tek nakon puštanja u rad kompletnog sistema, kak bi se uočila eventualna curenja na spojevima i konektorima.

11/22/2020 OIE - 2019/20 48


CeviPored zahteva da se za cevi koriste specijalni materijali neophodno je i voditi

računa o izolaciji cevi, kako bi se smanjili gubici. Izolacija cevi se projektuje tako da može da izdrži temperature veće od 180oC. Pri izolovanju cevi kod solarnih termalnih sistema mora se voditi računa o sledećem:

◦ Sve cevi i konektori moraju biti izolovani, osim linije koja vodi ka ekspanzionom sudu;

◦ Za cevi koje se nalaze napolju, izolacija mora da izdrži uticaj kiše, snega, UV zračenja, zagadjenja, itd., a mora biti otporna na oštećenja

koja mogu izazvati životinje (ptice, mi\v{s}evi, itd.). Da bi se izbeglo stvaranje vlage oko cevi izolacija mora biti od poroznih materijala koji je propuštaju;

◦ Onde gde je to moguće, poželjno je da cevi budu zaklonjene i da na taj načinbudu zaštićene od spoljašnjih uticaja;

◦ Cevi se izoluju tek nakon puštanja u rad kompletnog sistema, kak bi se uočila eventualna curenja na spojevima i konektorima.

11/22/2020 OIE - 2019/20 49


Cevi – dimenzionisanje◦ U tabeli su date preporučene vrednosti prečnika cevi, u

zavisnosti od površine solarnih kolektora, kada se radi o većim sistemima. Kod sistema koji se koriste za zagrevanje vode u domaćnstvima, gde su površine kolektora najčešće izmedju 1.5m2 i 2m2, koriste se bakarne ili čelične cevi prečnika 3/8'' ili 1/2''.

11/22/2020 OIE - 2019/20 50


Dimenzionisanje pumpe◦ Većina solarnih termalnih sistema ima pumpe, čija je

uloga da obezbede da solarni fluid cirkuliše kroz sistem.

◦ Za efikasan rad sistema, veoma važno izabrati pumpukoja će u sistemu obezbediti definisan protok solarnogfluida, kao i pritisak u sistemu.

◦ Pri dimenzionisanju pumpe su neophodne informacije o:

ukupnoj količini solarnog fluida u kolektorima (ako nemapreciznih informacija uzima se oko 1l po m2 kolektora), I

kolika je količina fluida u cevima sistema.

◦ Izbor pumpe: zapremina solarnog fluida u sistemu mora biti manja od brzine protoka fluida kroz pumpu (da pumpa bar jednom u minutu protera fluid kroz sistem).

11/22/2020 OIE - 2019/20 51


Dimenzionisanje pumpe

11/22/2020 OIE - 2019/20 52


Dimenzionisanje ekspanzionog suda◦ Uloga ekspanzionog suda u solarnom termalnom sistemu

je da kompenzuje povećanje zapremine solarnog fluida (najčešće je to mešavina vode i antifriza) u sistemu pod pritiskom, kada se povećava temperatura.

◦ Ekspanzioni sud se uvek instalira u povratnoj grani sistema.

Uputstvo za odredjivanje zapremine ekspanzionog suda je:◦ Osnovno pravilo:

◦ Napredni metod izračunavanja:

11/22/2020 OIE - 2019/20 53

Stagnacija

Solarni kolektori bi trebalo da se dimenzionišu naosnovu potreba korisnika za toplom vodom ikoličine dostupne solarne energije od aprila do septembra meseca.

U ovom periodu, dani su duži i solarno zračenjeje najjače.

Dodavanjem većeg broja kolektora solarni sistemse može koristi i u periodu od septembra do marta, kada je dostupna solarna energijaznačajno manja, ali ovo će dovoditi do toga će topla voda u sistemu, u toku letnjih meseci, dostizati maksimalnu temperaturu znatno ranijeu toku dana.

11/22/2020 OIE - 2019/20 54

Stagnacija

Kao rezultat, solarna energija koja pada na kolektore će nastaviti da zagreva solarni fluid u kolektoru, što može da dovede i do njegovog isparavanja unutar kolektora.

Ovaj proces je poznat pod nazivom stagnacija.

Većina solarnih kolektora je projektovana da podnesestagnacione temperature do 200oC.

Često ponavljanje stagnacije može da dovede do dezintegracije solarnog fluida, čime se gube njegovaantismrzavajuća svojstva, a menja se injegova phvrednost, što može da izazove koroziju u sistemu.

Na ovaj način se redukuje efikasnost solarnog kolektora.

Takodje, može doći do oštećenja kolektora i cevi, naročito kada je veoma hladno i kada može doći do smrzavanja.

11/22/2020 OIE - 2019/20 55

Stagnacija

Stagnacija se može desiti i kod idealno projektovanihsistema, u slučajevima kada nema potrošnje toplevode, na primer u toku godišnjeg odmora.

Zbog toga se sistemi projektuju tako da mogu rešiti problem stagnacije.

To podrazumeva ugradnju ventila za oslobadjanjepritiska na povratnoj liniji sistema.

Takodje, mogu se koristiti solarni fluidi koji imajuznatno bolje karakteristike u pogledu antismrzavanjai isparavanja, koji poseduju suspstance kojeusporavaju hemijske reakciije (inhibitori), i mogu da podnesu temperature od -25oC pa do čak 200oC.

11/22/2020 OIE - 2019/20 56

Solarni sistemi:Firebird: SS pod pritiskom bez ozračivanja

11/22/2020 OIE - 2019/20 57

Solarni sistemi:Firebird: Otvoreni solarni sistem

11/22/2020 OIE - 2019/20 58

Solarni sistemi:Firebird: East/west solarni sistem

11/22/2020 OIE - 2019/20 59

Solarni sistemi:Firebird: Solarni sistemi sa dva rezervoara

11/22/2020 OIE - 2019/20 60

Solarni sistemi:Firebird: Solarni sistemi sa dva rezervoara

11/22/2020 OIE - 2019/20 61

Solarni sistemi:Bosch solarni sistem A1/200/FCC

11/22/2020 OIE - 2019/20 62

Solarni sistemi:Bosch solarni sistem A1/200/FCC

11/22/2020 OIE - 2019/20 63

Ostale komponente11/22/2020 OIE - 2019/20 64

Documents

Obnovljivi izvori energijemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/2020_OIE_Lec03a... · 2020. 11. 25. · Izborni predmet –V semestar –2+2+1 –5 kredita (2OEE5A05) Modul E -