Solfangerens nyttevirkning

I det følgende skal vi bestemme, hvor god en solfanger er til at optage solens energiudstråling. Endvidere skal vi undersøge hvad vandlagerets temperatur betyder for solfangerens nyttevirkning. Hvis solen gemmer sig bag skyerne, vil vi benytte en 1500 W lampe som "kunstig sol".

A. Måling af solarkonstanten

Solarkonstanten k er den energi, som solen indstråler på 1 m² pr. sekund.

hvor E = den indstrålede energi A = det bestrålede areal t = bestrålingstiden

I bunden af solkalorimetret er anbragt et sortsværtet Al-legeme. Sortsværtningen sikrer at al den indstrålede energi absorberes. A = legemets overflade T1 = starttemperatur T2 = sluttemperatur t = bestrålingstiden U = Pyranometerspændingen

En fotocelle (Pyranometer) anbringes i samme afstand fra "solen" som Al-legemet.
Et mV-meter måler spændingen U over pyranometeret.
Pyranometeret giver en spænding der er proportional med den indstrålede effekt.
Ved hjælp af solkalorimeteret kan vi da finde omsætningen mellem pyranometerspændingen og den effekt der indstråles pr. m².

m = Al-legemets masse
r = radius af Al-legemets overflade
A = p · r²
c_Al = varmefylden for Al
E = c_Al · m · (T₂ - T₁)

Kalibrering af pyranometer: U = _____mV svarer til indstrålingen k = ______

B. Nyttevirkningen for en solfanger

Pyranometeret anbringes i samme afstand fra "solen" som solfangeren. Måles pyranometerspændingen U_pyranometer, kan vi v.h.a. kalibreringen under pkt. A. beregne den indstrålede effekt pr. m².

Ganges dette resultat med solfangerens areal A, får vi den indstrålede effekt P_ind på hele solfangeren.
Måles sammenhørende værdier mellem tid t og temperaturstigning DT for vandlageret, kan vi bestemme den på solfangerarealet A optagne effekt Popt.

Betegnes den på solfangerarealet indstrålede effekt for P_ind, kan solfangerens nyttevirkning beregnes:

Nyttevirkning

U_pyrano = ______ mV, hvoraf k = ______ W/m² og P_ind = k · A = ______ W

A = solfangerens areal = _______ m²

m_v = massen af vandlageret = ______ kg

DT = T₂ - T₁ = temperaturstigningen i vandlageret

t = tiden

Benyttes en computer til at opsamle en række af målinger, kan vi følge hvorledes solfangerens nyttevirkning h falder, når lagertemperaturen stiger.

Hvorfor falder h?

C. Opgave

Hvor mange m² solfanger skal en familie på 4 personer have for at kunne forsyne sig med varmt vand ved 40 grader.

Vejledning:

Antag, at solfangeren kun bruges i perioden marts - september.
Vælg en passende nyttevirkning for solfangeren.
Anslå familiens varmtvandsforbrug.
Beregn det månedlige energiforbrug til vandopvarmning.
Hvor stor skal solfangerarealet være for at solfangeren leverer tilstrækkelig energi i de "lyssvage" måneder.

Oplysninger fra "Databogen" side 220.
For en sydvendt flade, der hælder 45° fra vandret, er globalindstrålingen i enheden: kWh/(m² · måned)