Stig Larsson kursledare.

Att bygga solfångare.
Medborgarskolans kursverksamhet.

EFFEKT OCH ENERGIBERÄKNINGAR PÅ TERMISKA, PLANA, VÄTSKEFYLLDA, SOLFÅNGARE. METODBESKRIVNING:

Energi i detta fall kan man kalla ett uträttat arbete, (tex ackumulatorn har blivit varmare), och Effekt är den kraft med vilken arbetet utförs, dvs ju större effekt (kraft), desto kortare tid behövs för att uträtta ett givet arbete (värma acken ett antal grader).
För att mäta uteffekten från en solfångare, ska man mäta temperaturen på solfångarens inlopp (Tin) resp utlopp (Tut), samt flödeshastigheten. Om man mäter vid solfångarens in, och utlopp, får man fram dess egenskaper. Om man å andra sidan mäter vid ackumulatorn (tanken), får man nettoeffekt, dvs rörförluster och värmeväxlarförluster är fråndragna.
För att erhålla (relativt) korrekta värden bör följande kontrolleras.

1. Värmebärarens(det vatten som cirkulerar i solfångaren), respektive vätskor skall fastställas, så att du vet dess sammansättning. Om du inte vet, så kan blandningsförhållandet mätas med sk glykolprovare som visar glykolhalten i % av volymen. Den totala värmekapaciteten hos värmebäraren skall definieras.
Några exempel:
VÄTSKORS VÄRMEKAPACITET: Vatten H2O = 4.18
(Joule per Gram och Grad) Ethylenglykol C2H4 2(OH) = 2.48
(= Wattsekund per Gram och Grad) Propylenglykol C3H6 2(OH) = 2.59
Etanol C2H2 (OH) = 2.68
Siliconolja (kemi okänd) = 2.201
BLANDNINGAR: Ethylenglykol/vatten(50/50) = 3.42
Propylenglykol/vatten(50/50) = 3.68
Etanol/Vatten(50/50) = 3.92

2. Temperaturmätarens båda givare skall kalibreras (tex genom att koka vatten, och jämföra givarnas respektive temperatur) OBS! Om vi kan tåla ca 5-10 % onogrannhet, behövs ingen kalibrering.

4. Flödesmätaren är svår att kalibrera, och pg av detta brukar man utgå från tillverkarens uppgift ( ca 10 % onogrannhet). Om man har kommunalt vatten, kan man ställa in två olika flöden och tappa upp en behållare, och mäta tiden det tar att fylla denna. Detta brukar ge en ganska noggrann kalibrering, ca 2%.

UTRUSTNING: Temperaturmätare 2 st, för mätvärde Tin och Tut. Flödesmätare 1 st, för mätvärde qm/t. Denna är ofta graderad i Liter per minut, eller liter per timme, då måste man omvandla till gram per sekund.

SOLFÅNGARENS EFFEKT:
Cp x (Tut - Tin) x qm
P = -------------------
t
Där P = avgiven effekt (Watt).
Cp = värmebärarens specifika värmekapacitet (Ws/g x °C)
Tut - Tin = delta-T = temperaturhöjningen i solfångaren (°C grader)
qm = värmebärarens massa (gram)
t = tiden man mätt(sekunder), denna = 1 i vårt fall
qm/t = värmeb. massa under en viss tid = (sekunder), = flödeshastigheten (g/s)
Kom ihåg att hålla ordning på enheterna.


För att mäta solfångarens verkningsgrad behöver man veta uteffekten, och jämföra med solinstrålningen.
Solstrålningen varierar ju med siktförhållandet, men här är några ungefärliga värden:
Med solen högt på himlen. Solen lågt vid horisonten.
Klar sikt ca 1000 W/m2. 700 - 800 W/m2
Mulet ca 150 W/m2ca 110 W/m2
Soldis ca 500 W/m2300 - 400 W/m2
Tunga regnmoln 40 - 80 W/m240 - 80 W/m2

Mätvärde Et = SOLINSTRÅLNINGEN:
Vid fastställandet av solinstrålningen så kan både pyrheliometer, pyranometer eller sk lux-meter användas. Man kan också använda en liten solpanel av sk amorf typ, om den kalibreras mot en pyranometer. Med lux-mätaren går det ca 110 lux/watt och m2. Det kan vara bra att kalibrera den mot en "riktig"pyranometer en gång.

SOLINSTRÅLNINGEN:
uppmätt värde (lux)
Et (W/m2) = -------------------
110


SOLFÅNGARENS VERKNINGSGRAD:
P
n = -------------------
Et
Där Et=total solinstrålning och P=avgiven effekt från solfångaren. n=solfångarens verkningsgrad (vid den aktuella övertemperaturen).

SOLFÅNGARENS ÖVERTEMPERATUR:
Man beskriver solfångarens verkningsgrad som en kurva, med övertemperatur som andra parameter. Övertemperaturen(ÖT) är skillnaden mellan omgivningens temperatur (= utetemperaturen) och värmebärarens medeltemperatur i solfångaren. ÖT = TF - TL.
TF=värmebärarens medeltemperatur och TL=omgivnings(ute)temperaturen.

I praktiken blir kurvan alltid fallande, eftersom förlusterna ökar med ökande temperatur. Förlusfria solfångare existerar inte.
Förlusterna är av två olika slag, en konstant förlustkoefficient k0, som ger en rak fallande kurva, och en temperaturberoende k1, som ger kurvan ett allt brantare fall mot noll.
Se fig:

En typisk verkningsgradskurva.

För den som av någon anledning är intresserad.
METALLERS VÄRMEKAPACITET:
Rostfritt stål = 0.46 (J/g*C°)
Koppar = 0.39
Aluminium = 0.896

Uppdaterad 2003-03-07