Opłacalność ekonomiczna zmiany wielkości powierzchni kolektorów słonecznych płaskich w instalacji c.w.u. budynku jednorodzinnego – studium przypadku

• Autorzy: Olczak P. , Kryzia D. , Augustyn A. , Olek M.

Warianty tytułu

EN

The economic profitability of the changing size of solar collectors surface in the case study of the household domestic hot water installation

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Kolektory słoneczne są głównymi elementami solarnych systemów grzewczych. Praca tych urządzeń polega na konwersji energii promieniowania słonecznego na ciepło czynnika roboczego. Czynnikiem tym może być zarówno ciecz (glikol lub woda), jak i gaz (powietrze). Ze względu na konstrukcję wyróżnia się kolektory płaskie, próżniowe, próżniowo-rurowe i skupiające. Kolektory płaskie są stosowane przede wszystkim w budynkach, w których potrzeby cieplne są niskie lub średnie, czyli na przykład w gospodarstwach domowych. Rozwój kolektorów został ukierunkowany na zwiększenia wydajności oraz poprawy efektywności ekonomicznej inwestycji. W artykule oceniono wpływ zmiany powierzchni płaskich kolektorów słonecznych na opłacalność ekonomiczną inwestycji. Do analizy wytypowano dom jednorodzinny, zlokalizowany w województwie małopolskim, w którym instalacja przygotowania ciepłej wody użytkowej została rozbudowana o system solarny. System ten składa się z płaskich kolektorów, o łącznej powierzchni absorberów 5,61 m2. Jako czynnik roboczy w instalacji stosowany jest glikol. W celu poprawy efektu ekonomicznego zaproponowano zwiększenie powierzchni absorberów. Na podstawie trzyletnich pomiarów nasłonecznienia oraz efektów cieplnych instalacji, stworzono model ekonomiczny służący do oceny opłacalności zwiększenia powierzchni kolektorów słonecznych. Obliczenia z użyciem modelu promieniowania HDKR wykonano w środowisku Matlab dla lokalizacji Tarnów (najbliższej instalacji). Ponadto na podstawie rzeczywistych pomiarów z tej instalacji, odzwierciedlających wpływ wielu niemierzalnych czynników na efektywność przetwarzania energii słonecznej, wykonano symulacje efektu ekonomicznego dla różnych wielkości zapotrzebowania na ciepło. Otrzymane wyniki uogólniono, co daje możliwość ich wykorzystania w procesie doboru wielkości powierzchni kolektorów w przypadku podobnych instalacji.

EN

Solar collectors are the main components of the solar heating systems. This devices convert radiation from the sun into the heat of distribution medium. The medium can be either (water, glycol) or gas (air). Two types of solar panels can be distinguished on the basis of the construction criterion: flat plate collectors and evacuated tube collectors. Solar collectors development progresses towards improving their efficiency and economic profitability. Flat plate collectors are popular for low and medium heating applications, i.e. in households. In this paper, flat plate collectors with glycol as a distribution medium are investigated. The authors evaluate the impact of changing the size of the solar collectors on the heating economic profitability. A detached house, located in the Malopolskie Province was selected for the analysis. The house was fitted with domestic hot water installation which was extended with the solar system. At present, the collector area amounts to 5.61 m2. In order to improve the economic effect, the authors propose to increase their area. The radiation from the sun, sun exposure and thermal results were collected and calculated for three years. The authors prepared an economic model on the basis of the collected data. This model was created to assess the economic effect in relation to increasing the collector area. Calculations were made with the HDKR radiation model using Matlab software. The authors chose Tarnow as location because the city is the nearest to the tested installation. In addition, the authors created a simulation that allowed the economic effect for different detached houses with different heat demands to be assessed. By using real data an impact of many non-measurable factors on the efficiency of solar energy conversion could be taken into account in the simulation. The obtained results have been generalized and thus can be applied in a similar installation during the process of choosing an appropriate collector area size.

Słowa kluczowe

PL

ciepła woda użytkowa; kolektory słoneczne; promieniowanie słoneczne; opłacalność ekonomiczna; NPV; Monte Carlo

EN

domestic hot water (DHW); solar collectors; solar radiation; economic profitability; Monte Carlo

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Rocznik: 2018
• Tom: nr 102
• Strony: 77--90
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., wykr., tab., zdj.

Twórcy

autor

Olczak P.

• Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków

autor

Kryzia D.

• Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków

autor

Augustyn A.

• Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków

autor

Olek M.

• Instytut Inżynierii Cieplnej i Ochrony Powietrza, Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Krakowska, Kraków

Bibliografia

• 1.Dyrektywa 2009 – Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/28/WE z dnia 23 kwietnia 2009 r. w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych. Dz.U. UE L 09.140.16.
• 2. Faktura 2017 – Użytkownik instalacji. Faktury za dostawę gazu ziemnego. Tarnów.
• 3. Gaz-system 2018 – Parametry charakteryzujące jakość przesyłanego gazu. [Online] Dostępne w: www.gaz-system.pl/ strefa-klienta/system-przesylowy/parametry-charakteryzujace-jakosc-przesylanego-gazu/ [Dostęp: 08.01.2018].
• 4. KPD 2013 – Krajowy Plan Rozwoju Mikroinstalacji Odnawialnych Źródeł Energii do 2020 roku. Warszawa.
• 5. Ministerstwo Infrastruktury i Rozwoju. 2015. Wskaźniki emisji i wartości opałowe paliwa oraz typowe lata meteorologiczne i statystyczne dane klimatyczne dla obszaru Polski do obliczeń energetycznych budynków. Pobrano 07 23, 2015 z lokalizacji [Online] Dostępne w: www.mir.gov.pl/strony/zadania/budownictwo/dane-do-swiadectw-charakterystyki-energetycznej-budynkow [Dostęp: 5.02.2018].
• 6. Olczak, P. i Kryzia, D. 2016. Opłacalność zastosowania kolektorów słonecznych w modernizowanej instalacji ciepłej wody użytkowej domu jednorodzinnego. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja 47(3), s. 94–100.
• 7. Olek i in. 2016 – Olek, M., Olczak, P. i Kryzia, D. 2016. The sizes of Flat Plate and Evacuated Tube Collectors with Heat Pipe area as a function of the share of solar system in the heat demand. E3S Web of Conferences 10, s. 1–9.
• 8. Pandey, K.M. i Chaurasiya, R. 2017. A review on analysis and development of solar flat plate collector. Renewable and Sustainable Energy Reviews 67, s. 641–650.
• 9. Projekt 2012 – Użytkownik instalacji. Projekt instalacji solarnej. Tarnów.
• 10. Rozporządzenie 2015 – Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 27 lutego 2015 r. w sprawie metodologii wyznaczania charakterystyki energetycznej budynku lub części budynku oraz świadectw charakterystyki energetycznej.
• 11. Ustawa 2017 – Ustawa o odnawialnych źródłach energii z dnia 11 maja 2017 r. Dz.U. z 2017, poz. 1148.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).