A napkollektor hatásfoka
A
napkollektor a felületére érkező napsugárzásnak csak egy részét alakítja át
hasznos hőenergiává. Hasznosított hőenergiának, aminek az átlagértéke 20-80% körül
mozog, azt nevezzük, amit a hőhordozó közeggel elvezetünk a napkollektorból.
A napkollektorok hatásfokát az
alábbi, nemzetközi szabványok által elfogadott összefüggés szerint szokás
megadni:
η = η0 - a1 ΔT/ G - a2
(ΔT)²/G
Ahol:
η: a napkollektor
hatásfoka,
η0: a napkollektor
optikai hatásfoka,
a1: az elsőfokú
hőveszteségi együttható,
a2: a másodfokú
hőveszteségi együttható,
ΔT:
hőmérsékletkülönbség ΔT = (tkollektor - tlevegő)
tkollektor:
napkollektor közepes hőmérséklete tkollektor= (tki + tbe)/2
tki: a
napkollektorból kilépő közeg hőmérséklete,
tbe: a
napkollektorba belépő közeg hőmérséklete
tlevegő:
a környezeti levegő hőmérséklete
G: a napkollektor
felületére érkező globális napsugárzás
A hatásfok fenti képlete egy másodfokú
görbe egyenlete, melynek matematikai formátuma:
y = b0 +
b1 *x + b2 *x²
Ahol:
b0 =
η0
b1 = -a1
b2 = -a2
*G
x = ΔT/ G
A hatásfokgörbét az x = ΔT/ G
{°Cm²/W} független változó függvényében szokás
ábrázolni, az alábbi képlet szerint:
η = η0 - a1*x - a2*G*x2
Példák szelektív sík napkollektorok
hatásfok értékeire
|
Napsugárzás
|
Napkollektor
|
Levegő
|
Hőgradiens
|
Hatásfok
|
|
G
|
tbe
|
tki
|
tkollektor
|
tlevegő
|
ΔT
|
η
|
|
1. Derült, meleg nyári nap, ≈20°C-os
víz melegítése
|
|
1000 W/m2
|
25°C
|
35°C
|
30°C
|
30°C
|
0°C
|
80%
|
|
2. Derült,
átlagos nyári nap, ≈50°C-os víz melegítése
|
|
800 W/m2
|
55°C
|
65°C
|
60°C
|
25°C
|
35°C
|
60%
|
|
3. Derült,
hideg téli nap, ≈30°C-os víz melegítése
|
|
600 W/m2
|
35°C
|
45°C
|
40°C
|
-5°C
|
45°C
|
45%
|
|
4. Borult
átlagos téli nap, ≈30°C-os víz melegítése
|
|
200 W/m2
|
35°C
|
45°C
|
40°C
|
5°C
|
35°C
|
0%
|
A napkollektor hatásfokát a hasznosított hőmennyiség, és a napkollektor
hasznos felületére napsugárzás útján érkező hőmennyiség hányadosa határozza
meg:
Napkollektor hatásfok = hasznosított hőmennyiség /
napkollektor-felületre érkező hőmennyiség
A napkollektorok hatásfoka tehát nem állandó,
pillanatnyi értéke függ a napsugárzás intenzitásától, valamint a napkollektor
és környezete hőmérsékletétől. Ahhoz, hogy a napkollektorok egy hatásfok
értékkel minősíthetőek legyenek, a hatásfokgörbe egy jellegzetes üzemmódra
vonatkozó pontját szokás megadni, mint jellegzetes hatásfokot. Ez az üzemmód
800W/m²
értékű
napsugárzásnál, és ΔT=40°C napkollektor és környezeti
hőmérsékletkülönbségnél van. Ekkor a független változó értéke x = 40 / 800 =
0,05.
A
példából is jól látható tehát, hogy a napkollektorok hatásfoka a napsugárzás
intenzitásától, valamint a napkollektor és környezete közötti
hőmérsékletkülönbségtől függ, pontosabban elsődlegesen a napsugárzás
intenzitásától, másodlagosan a napkollektor és a környezeti levegő
hőmérsékletének hatásától.
