Napromieniowanie całkowite na terenie Polski
Na zamieszczonej poniżej mapie Polski zaznaczone zostały obszary o różnych sumach rocznego napromieniowania słonecznego. Zróżnicowanie to zamyka się w granicach od 996 kWh/m2 powierzchni płaskiej na obszarach słabszych do 1048 kWh/m2 na obszarach najsilniej napromieniowanych.
Rys. Roczne promieniowanie całkowite na terenie Polski
W praktyce wykorzystania energii słonecznej w instalacjach do wspomagania ogrzewania wody użytkowej można przyjąć, że na obszarze całego kraju roczne sumy napromieniowania słonecznego sięgają 1000 kWh/m2 z odchyłami +/- 10%
Energia użyteczna z kolektora słonecznego
Ilość energii użytecznej możliwej do otrzymania z jednostki powierzchni kolektora słonecznego w określonym czasie jest wielkością zmienną i raczej mało zróżnicowaną w zależności od rodzaju i wykonania samego kolektora, natomiast bardzo zależną od budowy instalacji, jej przeznaczenia i sposobu użytkowania.
Wszystkie kolektory słoneczne, produkowane przez różnych znanych producentów legitymują się certyfikatami badań sprawności i wydajności energetycznej w określonych warunkach: wielkości instalacji, jej przeznaczenia i położenia geograficznego wybranej miejscowości, do której wyniki badań się odnoszą. Certyfikaty te mają ujednoliconą formę, zgodnie z europejską normą na kolektory słoneczne - EN 12975-1 i są dostępne pod adresem internetowym danej jednostki badawczej.
Określenie wielkości użytecznego uzysku energii cieplnej z konkretnej instalacji, w której wybrane kolektory słoneczne mają być zastosowane, wymaga dość skomplikowanego liczenia.
W praktyce, na ogół sprowadza się to do wykonania obliczeń symulacyjnych przy wykorzystaniu programu komputerowego GetSolar.
Prawidłowość budowy danej instalacji i wiarygodność przypisywanej tej instalacji wielkości spodziewanej do uzyskania energii użytecznej powinny zawsze być udokumentowane wykonanymi obliczeniami symulacyjnymi.
Ile ciepła można uzyskać z instalacji słonecznej do ogrzewania wody użytkowej?
Aby odpowiedzieć na tak postawione pytanie wykonaliśmy obliczenia symulacyjne na przykładzie instalacji słonecznej, dla której przyjęliśmy następujące założenia:
- Instalacja jest przeznaczona do wspomagania ogrzewania wody użytkowej w budynku mieszkalnym.
- Obliczenia wykonano dla wielkości napromieniowania słonecznego w środkowej Polsce - dla miasta Łodzi ( szerokość geograficzna 51,8°).
- Instalacja charakteryzuje się następującymi danymi:
- woda jest ogrzewana od 10°C do 50°C,
- instalacja wyposażona jest w podgrzewacz wężownicowy o pojemności tak dobranej, że na 1 m2 kolektora przypada 40l wody w podgrzewaczu,
- do obliczeń przyjęto sprawność i wydajność energetyczną kolektora słonecznego KS2000TP.
- wnioski pod wykresem
Wyniki obliczeń symulacyjnych przedstawiono poniżej.
Efektywność instalacji przy dobowym zużyciu ogrzewanej wody V = 50 - 220 l/m2 baterii kolektorów słonecznych - ujęcie tabelaryczne całoroczne.
| Całoroczne napromieniowanie słoneczne na kolektory słoneczne G = kWh/m2 | 1070 | 1070 | 1070 |
| Dzienna ilość litrów cwu w odniesieniu do 1m2 kolektora słonecznego | 50 | 75 | 220 |
| Zysk solarny z kolektora kWh/m2 x rok | 400 | 490 | 680 |
| Udział energii słonecznej w ilości ciepła na ogrzanie wody z 10°C do 50°C (%) | 47 | 39 | 18 |
| Sprawność energetyczna instalacji (%) | 37 | 46 | 63 |
Efektywność instalacji przy dobowym zużyciu ogrzewanej wody V = 50 - 220 l/m2 baterii kolektorów słonecznych - ujęcie graficzne w poszczególnych miesiącach roku.
 |
krzywa napromieniowania słońca na instalację kWh/m2 x miesiąc |
 |
krzywa zysku solarnego z instalacji przy dobowym zużyciu wody 50l/m2 kolektora |
 |
krzywa udziału % energii słonecznej w ogrzewaniu wody do 50°C |
 |
krzywa zysku solarnego z instalacji przy dobowym zużyciu wody 220l/m2 kolektora |
 |
krzywa udziału % energii słonecznej w ogrzewaniu wody do 50°C |
Omówienie wyników obliczeń symulacyjnych.
Analiza efektywności instalacji na podstawie wartości liczbowych zawartych w tabeli, odnoszących się do skali całorocznej i wielkości przedstawionych graficznie w ujęciu poszczególnych miesięcy w roku pozwala na wyciągnięcie następujących wniosków ogólnych:
- Kolektor słoneczny umożliwia tylko częściowe wykorzystanie napromieniowania słonecznego do ogrzewania wody. W skali całego roku udział energii słonecznej przy ogrzewaniu wody w dobrze wykonanych instalacjach z reguły nie przekracza 50%.
- W instalacjach w domach jednorodzinnych z kilkoma kolektorami stopień pokrycia może być wysoki, nawet powyżej 60% i ma to miejsce wówczas, gdy zużycie ciepłej wody nie przekracza 50 l/m2 powierzchni kolektora.
- Instalacje z dużą liczbą kolektorów słonecznych, najczęściej z przyczyn technicznych i także ekonomicznych, charakteryzują się niższym stopniem udziału energii słonecznej w ogrzewaniu wody, ale za to ich sprawność energetyczna jest wysoka, nawet powyżej 60%. Sprawnością energetyczną instalacji nazywa się tu stosunek uzyskanej energii słonecznej z instalacji do rzeczywistego zużycia ciepła na ogrzanie zużytej wody i ta wielkość liczbowa wyrażona jest procentowo.
- Pokazane na wykresie pole zakreskowane, pomiędzy krzywą w kolorze czerwonym i krzywą w kolorze zielonym, jest obszarem w którym mieszczą się parametry pracy instalacji od małych stosowanych w budynkach jednorodzinnych do instalacji dużych budowanych dla obiektów gdzie zużycie ciepłej wody sięga 220 l/m2 kolektora.