Способ определения мощности коллектора в конкретном регионе

Поглощающая площадь
Возьмем стандартные солнечные коллекторы с вакуумными трубками, имеющие параметры:

• 
  длина – 1,8 м;
  
• 
  внешний диаметр – 0,056 м.
  

Хорошими поглощающими свойствами обладают вакуумной трубки с трехслойным покрытием (способ нанесения: реактивное DS напыление, материал: композит – нержавеющая сталь, медь, алюминий).

В первую очередь проверим соответствие паспортных и реальных значений площади поглощения коллектора. К примеру, в документации на модель, состоящую из 15 вакуумных трубок, указывается величина поглощающей площади – 2,35 м². Так как трубка имеет форму цилиндра, то площадь ее боковой поверхности определим по известной формуле:
S = π х H х D,
где H – высота трубки, м;
D – диаметр трубки, м;
π = 3,14.
S = 3,14 х 1,8 х 0,056 = 0,3165 м².
После округления получаем площадь одной трубки равна 0,32 м², соответственно всех 15 трубок составит – 0,32 х 15 = 4,8 м².

Дело в том, что стеклянные трубки коллектора способны преобразовывать солнечную энергию в тепло всей своей поверхностью, но эффективнее всего данное преобразование происходит на освещенной стороне коллектора. Поэтому для определения площади поглощения необходимо разделить общую площадь стеклянных трубок на 2. Итого: 4,8 / 2 = 2,4 м².

Паспортная величина площади поглощения, как уже отмечалось, составляет 2,35 м². Это объясняется тем, что производитель указывает данную величину с учетом факторов, снижающих светопоглощающую способность изделия (часть трубки закрывается фиксатором – крепежом к раме, а еще определенная часть вставляется в бак коллектора).

Методика расчета
1. В технической документации к солнечным коллекторам производители указывают значение именно поглощающей площади.
2. Исходя из паспортных данных поглощающей площади, указываемой для всего коллектора (состоящего из 15 трубок) можно определить поглощающую площадь одной стеклянной трубки:
2,4 / 15 = 0,16 м².
3. Теперь можно найти необходимое количество трубок, образующих 1 м² площади коллектора. Определение данного значения необходим по той причине, что повсюду величина солнечной энергии приводится именно из расчета на 1 м². Получаем:
1м² / 0,16 м² = 6,25.
Другими словами 1 м² = 7 вакуумных трубок коллектора.

4. Чтобы определить, сколько трубок должен содержать солнечный коллектор для выработки необходимого количества тепловой мощности, необходимо знать величину тепловой мощности 1 трубки. Ее находим по формуле:
Мощность 1 трубки (годовая) = Площадь поглощения 1 трубки х инсоляцию 1 м² для данного региона (годовую) х КПД коллектора.
Из таблицы берем значения среднесуточной инсоляции, например для Киева:

Месяц	Янв	Февр	Март	Апр	Май	Июнь	Июль	Авг	Сент	Окт	Нояб	Декаб
Киев	1,07	1,87	2,95	3,96	5,25	5,22	5,25	4,67	3,12	1,94	1,02	0,86

Найдем месячную солнечную активность для данной территории (берем 30 дней в месяце):

Месяц	Янв	Февр	Март	Апр	Май	Июнь	Июль	Авг	Сент	Окт	Нояб	Декаб
Киев	32,1	56,1	88,5	118,8	157,5	156,6	157,5	140,1	93,6	58,2	30,6	25,8

Тогда годовая инсоляция 1 м² для Киева составит: 1115,4 кВт*час/м².

Итого:
Годовая мощность 1 трубки = 0,16 х 1115,4 х 0,8 = 142 кВт.
5. Тепловая энергия, вырабатываемая 1м² солнечного коллектора в год, составит:
142 х 7 = 994 кВт.
6. Рассматриваемый коллектор поглощающей площадью 2,35 м² вырабатывает:
994 х 2,35 = 2335,9 кВт = 2,336 МВт.
Теперь вернемся к началу статьи, где говорилось о том, что в домохозяйстве на 1 человека тратится 2-4 кВт энергии для нагрева воды. Таким образом, при круглогодичном использовании в Киеве солнечного коллектора, состоящего из 15 стеклянных трубок площадью 2,35 м² и КПД = 0,8, в среднем в день можно получить:
2336 кВт / 365 = 6,4 кВт.
Этой энергии достаточно для нужд семьи из 2-3 человек. Опять же все это приблизительные расчеты, полученные на основе усредненных данных. На практике вырабатываемой энергии может быть меньше, например, в пасмурный день, поэтому площадь коллекторов необходимо выбирать с запасом.