Geometria słoneczna – kolektory słoneczne

Szczególne znaczenie w wykorzystaniu energii promieniowania słonecznego w architekturze ma promieniowanie bezpośrednie, tak więc istotne są: kąt padania promieni słonecznych i pozorny ruch Słońca.

Obserwując Słońce w naszych szerokościach geograficznych zauważamy, że każdego dnia porusza się ono po łuku ze wschodu na zachód. Długość drogi (wielkość łuku) i wysokość Słońca nad horyzontem o tej samej godzinie ulegają ciągłej zmianie.

Wiąże się to z porami roku, a więc z ruchem Ziemi wokół Słońca. Określając położenie Słońca na niebie mówimy o wysokości Słońca nad horyzontem — Hs i azymucie Słońca — As, czyli kącie między osią północ-południe a płaszczyzną pionową przechodzącą przez Słońce i obserwatora.

Kąt ten mierzy się na płaszczyźnie horyzontalnej i umownie jego wartości przedpołudniowe mają znak ujemny, a popołudniowe dodatni. Słońce w swojej pozornej wędrówce nad horyzontem osiąga ekstremalne położenie 21 czerwca i 21 grudnia. W dniu 21 czerwca jego wysokość nad horyzontem w południe słoneczne dla szerokości geograficznej 52° N wynosi 61,4°, a azymuty wschodowi zachodów Słońca -130° i 130°. Dnia 21 grudnia wysokość Słońca nad horyzontem w południe słoneczne, również dla szerokości geograficznej 52° N, wynosi 14,6°, a azymuty wynoszą: -50° i 50°.

W ciągu dnia powinno się przewidywać minimum 6 godzin operacji słonecznej na odbiornik, dlatego też bardzo istotna jest znajomość kąta padania promieni słonecznych i azymutu. Każdy odbiornik promieniowania słonecznego ma największą sprawność wówczas, gdy padają nań promienie prostopadle do jego płaszczyzny pochłaniającej. Idealne rozwiązanie to odbiornik podążający za ruchem Słońca („nadążny”), ciągle ustawiający się pod kątem prostym do jego promieni. Jest to jednak ze względów technicznych i ekonomicznych niemożliwe, szczególnie w masowym budownictwie jednorodzinnym. Przeszkodą jest również to, że odbiornikami mogą też być całe partie domu.

Należy więc zapoznać się z tablicami i wykresami pozornej drogi Słońca nad horyzontem i zdecydować o jakiej porze roku odbiornik ma osiągać największe sprawności. Na tej podstawie należy zdecydować o kącie nachylenia odbiornika względem płaszczyzny poziomej.

Po ustaleniu pory roku, w jakiej odbiornik ma osiągać maksymalne zyski, decydujemy o jego optymalnym kącie pochylenia, pamiętając o tym, że jeśli przewidujemy 6 godzin pracy kolektora w ciągu dnia, od 9:00 do 15:00, wówczas nachylenie kolektora prostopadle do promieni słonecznych padających o godz. 12:00 nie jest optymalne. Nachylenie optymalne kolektora powinno przypadać w przybliżeniu na godz. 10:15 (13:45), co oznacza zimą kąt mniejszy o ok. 3° w stosunku do położenia o godz. 12:00, a latem o ok. 5°, również w stosunku do godz. 12:00. Wówczas promienie słoneczne od godz. 9:00 do 10:15 będą padały pod kątem ostrym, od 10;15 do 13:45 pod kątem rozwartym i po 13:45 do 15:00 znowu pod kątem ostrym.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *