Tính toán hệ thống nhiệt năng mặt trời – kích thước và thiết kế

Về nguyên tắc, mọi loại mái nhà đều phù hợp với hệ thống nhiệt năng mặt trời. Tuy nhiên, độ cao và hướng của mái nhà cần phải phù hợp. Mái nhà hướng về phía nam rất phù hợp và không nên bị che khuất. Có thể chấp nhận tổn thất nhỏ vào buổi sáng hoặc buổi tối do mặt trời do vị trí của mặt trời thấp. Mặt khác, có thể lắp đặt trên cả mái bằng và dốc. Tuy nhiên, hệ thống nhiệt năng mặt trời của Viessmann cũng có thể được lắp trực tiếp vào mặt tiền của tòa nhà.

Thông thường, những hệ thống này không yêu cầu giấy phép đặc biệt. Các trường hợp ngoại lệ duy nhất là tòa nhà được liệt kê và tòa nhà trong khu vực có quy tắc bảo vệ môi trường. Nếu bạn không chắc chắn, hãy liên hệ với văn phòng chịu trách nhiệm trước khi thực hiện bất cứ điều gì.

Bộ thu năng lượng mặt trời thu năng lượng bất cứ khi nào tia nắng mặt trời chiếu vào bề mặt bộ thu. Vào mùa đông, điều duy nhất cần lưu ý là mặt trời sẽ thấp hơn ở đường chân trời. Ngoài ra, số giờ có nắng thường cũng thấp hơn. Điều này nên được cân nhắc trước khi lắp đặt hệ thống nhiệt năng mặt trời. Bộ thu năng lượng mặt trời của Viessmann cho cung cấp một số vị trí lắp đặt. Nếu vị trí mái nhà không phù hợp thì lắp đặt trên mặt tiền có thể là giải pháp. Tuy nhiên, trong trường hợp này, nên chọn phần mặt tiền tiếp xúc với ánh nắng mặt trời nhiều nhất trong ngày làm vị trí lắp đặt. Về cơ bản, độ nghiêng cũng như kích thước của bề mặt bộ thu năng lượng có thể được điều chỉnh để có năng suất tương đối cao trong mùa đông. Tuy nhiên, việc sử dụng hệ thống nhiệt mặt trời làm hệ thống sưởi duy nhất vào mùa đông không thực sự khả thi ở Đức. Nên sử dụng thêm hệ thống bổ sung như nồi hơi ngưng tụ.

Cần ít nỗ lực để bảo trì hệ thống nhiệt năng mặt trời hơn so với các hệ thống sưởi khác. Tuy nhiên, nên tiến hành kiểm tra hàng năm. Trong quá trình kiểm tra, những thứ như áp suất hệ thống và máy bơm sẽ được kiểm tra. Ngoài ra, việc kiểm tra trực quan các bộ phận chính nên được thực hiện 3 đến 5 năm một lần. Trong quá trình kiểm tra này, thợ thi công sẽ không chỉ xem xét các bộ thu năng lượng mà còn xem xét tất cả các đường ống, phụ kiện và các bộ phận khác.

Mỗi khi hệ thống sưởi được lấp đầy, không khí sẽ được đưa vào mạch thu năng lượng mặt trời. Không khí này phần lớn được thay thế bởi dung môi truyền nhiệt. Một phần nhỏ ở lại và cũng ở trong dung môi, nhưng chỉ được giải phóng ở nhiệt độ cao hơn. Không khí trong mạch thu năng lượng mặt trời gây ra tiếng ồn và có thể ảnh hưởng đáng kể đến dòng chảy thích hợp qua bộ thu năng lượng mặt trời. Không giống như các hệ thống sưởi khác, hệ thống không thể được thông hơi ở điểm cao nhất (tức là tại bộ thu năng lượng) khi hệ thống đang hoạt động. Có thể sử dụng, mở hoặc đóng van thông gió theo cách thủ công hoặc tự động. Lý tưởng nhất là đặt các van này ở dòng chảy và đầu nguồn của van nạp bình chứa.

Vào những tháng nhiều nắng trong năm, bình trữ của hệ thống nhiệt mặt trời có thể bị bão hòa nên không còn khả năng hấp thụ nhiệt từ bộ thu năng lượng. Cung vượt cầu. Tuy nhiên, chỉ khi thiết bị điều khiển nhận ra điều này thì thiết bị mới có thể ngắt mạch năng lượng mặt trời kịp thời. Sự đình trệ nhiệt là một quá trình hoạt động bình thường trong hệ thống nhiệt năng mặt trời – chất lỏng truyền nhiệt bắt đầu bay hơi ở nhiệt độ khoảng 140 đến 150°C. Áp suất trong hệ thống tiếp tục tăng do thể tích ngày càng tăng và chất lỏng thu năng lượng bị ép vào bình giãn nở có màng ngăn (DEV). Chỉ còn ít hoặc không còn chất lỏng đọng lại trong bộ thu năng lượng. Chất lỏng này chỉ lấp đầy trở lại khi nhiệt độ giảm. Do sự ngưng tụ của chất lỏng truyền nhiệt, áp suất trong hệ thống lại giảm xuống và chất lỏng được lưu trữ tạm thời trong DEV chảy ngược trở lại. Nếu cần nhiệt thì hệ thống nhiệt năng mặt trời sẽ khởi động lại. Điều quan trọng là hệ thống nhiệt năng mặt trời được thiết kế để tránh tình trạng đình trệ và được bảo trì thường xuyên. Điều này cho phép kiểm tra tình trạng của chất lỏng thu năng lượng vì chất lỏng có thể bị ảnh hưởng bởi quy trình.

Khi nói đến năng lượng mặt trời thì có một câu hỏi thú vị đó là tỷ lệ bức xạ mặt trời theo giá trị thực tế có thể được sử dụng trên thực tế cao đến mức nào. Trong 1367  W/m² mức bức xạ tuyệt đối (hằng số mặt trời), thì có tối đa khoảng 1000  W/m² bức xạ chiếu tới mặt đất do bị chặn bởi bầu khí quyển của Trái đất. Phần bức xạ chiếu xuống đất khi trời quang đãng được gọi là bức xạ trực tiếp. Nếu ánh sáng mặt trời đi qua mây thì sẽ bị tán xạ và được gọi là bức xạ khuếch tán. Tổng lượng bức xạ khuếch tán và bức xạ trực tiếp được gọi là bức xạ toàn cầu.

Mức năng lượng mặt trời mô tả tỷ lệ giữa năng lượng cần thiết để tạo ra nhiệt và nhiệt năng mặt trời có thể sử dụng được. Mức năng lượng mặt trời càng cao thì lượng năng lượng mà hệ thống thông thường phải cung cấp càng thấp. Cơ sở để tính toán cho mức năng lượng mặt trời luôn là lượng nhiệt năng được các bộ phát nhiệt tương ứng cung cấp mỗi năm (chứ không phải công suất).

Hiệu suất mô tả tỷ lệ giữa năng lượng bức xạ để tạo ra nhiệt năng mặt trời có thể sử dụng được. Nhiệt độ cao và thời gian tạm dừng lâu dài sẽ làm giảm hiệu suất. Hiệu suất ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất cụ thể của hệ thống thu năng lượng mặt trời. Hiệu suất cho hệ thống nhiệt năng mặt trời có thể tạo ra bao nhiêu nhiệt năng có thể sử dụng được mỗi năm cho mỗi mét vuông của diện tích thu nhiệt. Thông thường, năng suất cụ thể càng lớn thì hiệu suất của hệ thống càng cao.