Discussione: fattori angolari e rendimento collettori

contrariamente a quanto avviene in genere non apro una discussione per avere una risposta ad un mio problema ma solo per sottoporVi qualche riflessione personale

non ero mai riuscito a comprendere come mai i collettori a tubi sottovuoto potessero avere un fattore angolare IAM superiore all'unità, anzi in alcuni casi (vedi http://www.spf.ch/factsheets/scf830it.pdf )
arrivare superare il 1,60.
Ad una lettura superficiale (che mi si confà) verrebbe da pensare che un tubo che rende 100 con il sole a piombo possa rendere 165 con il sole basso a 60° sull'orizzonte!

Pur essendo stato trattato l'argomento in molti thread, spesso da sunheat e otsige che hanno scambiato le loro opinioni con pacatezza, complimentandosi l'un l'altro e manifestando reciproca stima, non avevo mai compreso come tale fenomeno potesse realizzarsi

Poi l'illuminazione ... (per illuminare un asino basta una lampadina)
Vedendo la curva analoga per i collettori piani (es http://www.spf.ch/factsheets/scf382it.pdf ) ho notato ad es. che con irraggiamento a 45° la resa di un piano è superiore al 90%, il che è impossibile
(verrebbe da dire 'e qui casca l'asino', al buio senza lampadina)
Bisogna infatti considerare che un piano inclinato riceve la stessa quantità di energia (rispetto ad un piano prependicolare) su una superficie molto più grande (per chi mastica un po' di trigonometria a 45° = radice di 2 = 1,41 etc.) e quindi la resa dovrebbe essere moooolto più bassa ... a meno che le curve IAM non vengano calcolate considerando una quantità costante di irraggiamento sulla superficie UNITARIA del collettore, e di conseguenza con un AUMENTO dell'irraggiamento in funzione dell'angolo di incidenza (superficie = 1/cos angolo etc.)

E si spiega quindi anche il famoso 165%, che non deriva altro che dalla maggior superficie incidente data dalla forma de (e dalla spaziatura fra) i tubi, considerando che l'irraggiamento, per analogia di calcolo con i collettori piani, aumenta in funzione dell'angolo di incidenza

Ora direte: ed a noi che ce ne ....

Nulla in particolare
Salvo la considerazione che:
- con il sole a 60° la resa dei tubi (assorbitore cilindrico) è circa doppia rispetto ai piani
- nel caso di orientamento 'normale' (verticale inclinato) dei tubi tale vantaggio è consistente nella stagione estiva ma praticamente nullo nella stagione invernale (i raggi arrivano inclinati da est ed ovest al mattino ed alla sara quando l'irraggiamento è scarsissimo - il doppio di niente = niente)
- specialmente nel caso di tubi con assorbitore 'a lamella' (non cilindrico) si possono valutare installazioni particolari (molti installatori hanno postato cose interessanti)

evito di esprimere il mio parere sulla opportunità di installare o meno i tubi; se siete arrivati fin qui e vi siete sorbiti gradi e funzioni vuol dire che siete in grado di leggere e valutare da soli i test spf, le curve di rendimento enea e di tutti i produttori (ricordate sempre di fare attenzione alla superficie LORDA dei collettori).

Spero di aver fatto cosa utile: se ho scritto fesserie correggetemi.
saluti. F.

Edited by telamonio - 30/10/2007, 17:45

L'importanza dello IAM è nella valutazione del rendimento durante l'arco della giornata, più che al variare delle stagioni.

Dato che i tubi sono posti (nella maggior parte dei casi) in verticale, la differenza tra una stagione e l'altre (quindi altezza del sole nell'orizzonte) non cambia granchè. Quello che cambia è proprio alle diverse ore del giorno.

Non posso linkare una sezione del mio sito perchè è commerciale, ma ti incollo uno stralcio di una nuova sezione esplicativa (efficienza):

CITAZIONE

Come si può vedere dal grafico sopra, i collettori xxxxx hanno una curva molto differente rispetto ai collettori piani.
Questo è dovuto alla forma cilindrica dell'area di assorbimento, che effettua un "inseguimento passivo" dei raggi del sole, attraverso tutte le ore del giorno.

Tra 40° e 50° di inclinazione laterale, non c'è perdita di luce tra i tubi e non c'è sovrapposizione, pertanto il grafico mostra un notevole picco nell'efficienza relativa.

Questa particolarità permette di sfruttare al meglio la radiazione solare della fascia oraria dalle 10:00 alle 14:00, quando i livelli di irraggiamento sono al massimo della giornata.

Lo IAM del collettore piano invece scende da 1 verso 0 al crescere dell'angolo di incidenza, e la sua efficienza nella conversione dell'energia solare raggiunge il massimo solo a mezzogiorno.

e quindi si chiama "tracking passivo" il fatto che questi assorbitori grazie alla loro forma sono posti quasi sempre in maniera perpendicolare.

CITAZIONE

Data la forma cilindrica dei tubi, l'assorbitore segue passivamente il percorso apparente del sole, a partire da 40° nel mattino fino a 40° nel pomeriggio (circa dalle 9:20am alle 14:40pm).

I valori di IAM registrati nei test confermano questo, mostrando come i collettori mantengono un valore IAM trasversale (rapportato al coseno) prossimo ad 1 fino a ±40°, angolazione oltre la quale i tubi iniziano invece ad entrare in sovrapposizione facendosi ombra a vicenda, diminuendo la superficie relativa.

Nota: l'assorbitore stesso è cilindrico, i tubi sottovuoto con lastra piana invece hanno le stesse caratteristiche di un pannello solare piano, fatta eccezione per il migliore isolamento.

I collettori tradizionali piani invece mostrano una curva standard, con un unico picco a mezzogiorno.

In poche parole, lo IAM trasversale influlisce in questo modo:

CITAZIONE

Osservando i tubi dal di sopra (0°), la superficie di ogni elemento è chiaramente visibile, e di conseguenza esposta alla massima quantità di radiazione solare.

A questa angolazione parte della radiazione è comunque persa negli spazi tra i tubi, e quindi dal momento in cui questo punto viene usato come valore di riferimento per porre lo IAM ad 1, quando gli spazi vuoti tra i tubi si chiudono (variando l'angolazione) i valori di IAM aumentano (il collettore assorbe una percentuale di radiazione solare maggiore).

Quando il sole raggiunge una angolazione di 40° che corrisponde approssimativamente a 2:40 ore prima di mezzogiorno, il collettore non presenta nessuno spazio vuoto tra i tubi, e non c'è nessuna sovrapposizione che causi ombreggiamento tra gli stessi.

È a questo punto che il valore di IAM raggiunge il suo picco massimo. I tubi sono esposti completamente alla luce di fronte a loro, e sono (data la forma cilindrica) perpendicolari rispetto al sole. Per questo motivo, lo IAM rapportato al coseno è ancora corrispondente a 1.

All'aumentare dell'angolazione i tubi iniziano a sovrapporsi ombreggiandosi a vicenda. Sono ancora rivolti verso il sole, ma la superficie esposta direttamente ai raggi è ridotta.
Solo una piccola parte della luce solare è disponibile oltre i margini dei 40° (mattina presto e pomeriggio inoltrato), e di conseguenza la diminuzione della superficie direttamente esposta ha un'influenza minima sulla produzione globale giornaliera del collettore.

Valutazione reale dell'efficienza

Quando si confrontano diversi collettori è consigliabile non utilizzare valori di picco, ma valori reali operativi che riflettano il vero andamento della produzione dei collettori durante tutto l'anno.

Normalmente il 90% della radiazione solare ricade tra le 09:00am e le 16:00pm

Consideriamo ora il seguente esempio:

(Tm è la temperatura del collettore, Ta è la temperatura ambiente esterno, G è la radiazione solare)

* Radiazione globale (G): 700W/m²
* (Tm - Ta) = 35K
* (Tm - Ta) / G = 0.05


Collettore xxxx a tubi sottovuoto, di buona qualità:

* Variabili efficienza: h0 = 0.798, a1 = 2.81, a2 = 0.0038
* Valore medio IAM = 1.02(K)

Collettore piano di buona qualità:

* Variabili efficienza: h0 = 0.8, a1 = 2.99, a2 = 0.023
* Valore medio IAM = 0.82(K)

Il calcolo per entrambi i collettori viene effettuato secondo la seguente equazione:

Collettore xxx a tubi sottovuoto = 1.02 * 0.798 - (2.81 * 0.05) - (0.0038 * 700 * 0.05²) = 66.7%

Collettore piano = 0.82 * 0.8 - (2.99 *0.05) - (0.023 * 700 * 0.05²) = 46.6%

Spero che almeno per questa volta volta, la discussione non venga inquinata dai soliti vandali..

Edited by sunheat - 30/10/2007, 13:26

CITAZIONE (telamonio @ 29/10/2007, 21:37)

Bisogna infatti considerare che un piano inclinato riceve la stessa quantità di energia (rispetto ad un piano prependicolare) su una superficie molto più grande (per chi mastica un po' di trigonometria a 45° = radice di 2 = 1,41 etc.) e quindi la resa dovrebbe essere moooolto più bassa ...

Non credo che sia cosi...
Infatti se cosi fosse ci sarebbe una proporzionalita molto piu' svantaggiosa nella produzione di energia con orientamenti non ottimali rispetto a quella che si sperimenta realmente.

Non sono abbastanza preparato per spiegare questo fenomeno ma credo che possa essere dovuto alla presenza dell'energia diffusa.

Effettivamente ho notato che spostandosi dalla perpendicolare, un pannello piano non perde significativamente energia fino a 45 gradi di errore... dopo di che c'e' un degrado molto forte e improvviso.

CITAZIONE (telamonio @ 29/10/2007, 21:37)

a meno che le curve IAM non vengano calcolate considerando una quantità costante di irraggiamento sulla superficie UNITARIA del collettore, e di conseguenza con un AUMENTO dell'irraggiamento in funzione dell'angolo di incidenza (1/sin angolo)

Vero.. ma quale sarebbe lo scopo di un grafico tracciato su un ipotetico irraggiamento variabile ?
Credo che interessi sapere il rendimento del pannello al variare del tilt e non a irraggiamento costante sull'unita di superficie.

Credo che il 160 per cento si riferisca al fatto che parte della luce colpisce l'assorbitore in back scatter ( da dietro ) per via della riflessione che hanno alcuni tipi di tubi a vuoto.
Tieni presente che il fattore che puo superare il 100 per cento e' quello che riguarda l'IAM longitudinale e quindi quello che riguarda l'orientamento e non il Tilt.
Naturalmente questa maggior efficienza x unita di superficie e' dovuta agli spazi tra un tubo e l'altro e quindi nella realta incide poco rispetto ad un piano che ha una superficie utile maggiore.

Quello che riguarda i TILT e' l'IMA Trasversale che ha un comportamento simile ad un piano... come e' ovvio perche la parte di irraggiamento interessata dal Tilt nonm puo avere riflessioni.

CITAZIONE (telamonio @ 29/10/2007, 21:37)

Ora direte: ed a noi che ce ne ....

Nulla in particolare

Interessante l'argomento..

Diciamo che il rendimento IAML e IAMT e compagnia briscola sono interessanti ma poi i test vengono effettuati sulla superficie lorda occupata dai collettori e il dato viene espresso in kwh/mq.Anno.

Secondo me' l'esiguissimo vantaggio che alcuni tubi a vuoto hanno , rilevabile dai test SPF, e' duvuto principalmente alle minor perdite di energia termica + che dallo IAML.



Ciao,
Fabrizio.

CITAZIONE (fcattaneo @ 30/10/2007, 17:55)

Quello che riguarda i TILT e' l'IMA Trasversale che ha un comportamento simile ad un piano... come e' ovvio perche la parte di irraggiamento interessata dal Tilt nonm puo avere riflessioni.

E' esattamente il contrario.

IAM trasversale è quello che in alcuni grafici di pannelli a tubi supera 1
IAM longitudinale è quello che si comporta uguale a un collettore piano.


Il fatto che lo IAM possa superare 1 è dovuto al fatto che si riferisce alla quantità di energia catturata in rapporto alla superficie lorda colpita. Non avendo quindi spazi vuoti a determinate angolazioni, contrariamente a quanto accade a 0° (punto di riferimento IAM=1), detto numero aumenta.
Questo significa che la resa globale durante l'intero arco della giornata è superiore in un collettore a tubi, in quanto rimane comunque con la stessa superficie netta esposta per la maggior parte della giornata.

Leggi la spiegazione sul mio sito, se ti interessa non l'ho scritta io ma un ing. molto esperto che lavora per la fabbrica che mi rifornisce (loro li progettano, i pannelli).
Fra l'altro questo spiega anche come interpretare il i dati sull'efficienza e sulle dispersioni, dato che in un altro messaggio se ne parlava facendo calcoli abbastanza approssimativi.

CITAZIONE (sunheat @ 30/10/2007, 18:07)

CITAZIONE (fcattaneo @ 30/10/2007, 17:55)

Quello che riguarda i TILT e' l'IMA Trasversale che ha un comportamento simile ad un piano... come e' ovvio perche la parte di irraggiamento interessata dal Tilt nonm puo avere riflessioni.

E' esattamente il contrario.

IAM trasversale è quello che in alcuni grafici di pannelli a tubi supera 1
IAM longitudinale è quello che si comporta uguale a un collettore piano.

Si ho invertito i nomi.

Ad ogni modo quello che puo andare oltre il 100 e' quello interessato dall' orientamento e non dal Tilt... questo e' il succo del mio intervento.

Il discorso comunque e' accademico perche' quello che conta e' comunque la superficie occupata dal pannello e non dalla piastra captante.

Ciao,
F.

Il succo del discorso è che in media un pannello piano, ha un rendimendo anche del 30% inferiore rispetto a uno a tubi sottovuoto, stando alle misurazioni dei report SPF.

Rendimento, dispersioni, IAM, va considerato tutto, non solo quello che ci fa comodo

CITAZIONE

Effettivamente ho notato che spostandosi dalla perpendicolare, un pannello piano non perde significativamente energia fino a 45 gradi di errore... dopo di che c'e' un degrado molto forte e improvviso.

il grafico induce in errore (sia per i piani che per i tubi)
a 45° la perdita su un piano NON può essere inferiore al 30%, semplicemente perchè la superficie incidente aumenta in funzione di 1/cos angolo
cerco di esemplificare: per 'catturare' un irraggiamento di 1000 W/mq posso utilizzare 1mq in perpendicolare oppure 1,42 mq a 45° (o 2 mq a 60° etc - la superficie aumenta in funzione di 1/cos angolo)
in tal caso (1,42 mq a 45°) ogni mq del mio collettore riceverà circa il 70% degli iniziali 1000 W/mq e NON potrà avere una resa superiore al 70%
A MENO CHE IL GRAFICO NON VENGA COSTRUITO CONSIDERANDO COME COSTANTE L'ENERGIA INCIDENTE SULLA SUPERFICIE UNITARIA (e che di conseguenza Il grafico debba essere pertanto costruito considerando ipoteticamente che l'energia aumenti proporzionalmente al cos dell'angolo di incidenza)

in sintesi
sempre partendo dai soliti 1000W/mq
un mq di collettore piano a 45° non 'raccoglie' il 95% di 1000W/mq ma il 95% x 1000 W/mq / (1 / (1 /cos 45°)) = 671,75W
un mq NETTO di collettore a tubi a 45° non 'raccoglie' il 140% di 1000W/mq ma il 140% x 1000 W/mq / (1 / (1 /cos 45°)) = 989,95W

considerando che nei piani la superficie netta dell'assorbitore è prossima alla superficie lorda, mentre nei collettori a tubi generalmente molto inferiore, una gran parte del vantaggio (come del vantaggio derivante da una minor dispersione dei collettori) viene perduta

CITAZIONE

L'importanza dello IAM è nella valutazione del rendimento durante l'arco della giornata, più che al variare delle stagioni

vero solo in parte
la maggior differenza fra piani e tubi si ha con inclinazioni molto alte (es. 60° - iam circa doppio)
in dicembre il sole è a 60° alle 8 di mattina o alle 16 di pomeriggio, quando l'irraggiamento è praticamente nullo
da cui la mia (forse errata) considerazione che il doppio di 0 = 0
mentre in estate alle 8 di mattina o alle 16 di pomeriggio l'irraggiamento è ancora molto elevato
da cui la mia (forse errata) convinzione che i tubi 'rendono' molto più dei piani in estate ma non in inverno

CITAZIONE

Il succo del discorso è che in media un pannello piano, ha un rendimendo anche del 30% inferiore rispetto a uno a tubi sottovuoto, stando alle misurazioni dei report SPF

valutazione NON condivisibile se riferita alla superficie lorda (cioè effettiva) dei collettori
(dai test spf ragguqliare resa alla superficie lorda e verificare)
Io ho una fiducia assoluta nelle simulazioni software (se non altro per difendere la categoria di chi il sw lo fa) e mi sembra che i test spf indichino che la prevalenza di un sistema sull'altro derivi quasi esclusivamente dalla tipologia dell'applicazione (soprattutto in relazione alle temperature di esercizio richieste); ci sono quindi condizioni in cui funzionano meglio i tubi ed altre in cui rendono di più i piani

Io ho provato un po' a campirci e leggerci dentro; forse ho fatto qualche errore (ho dovuto correggere un po' le formule che avevo inizialmente postato) ma sempre con l'intento di portare un contributo e non per dimostrare che il prodotto A lava più bianco di B

Saluti - F

Edited by telamonio - 30/10/2007, 20:48

CITAZIONE (sunheat @ 30/10/2007, 18:58)

Il succo del discorso è che in media un pannello piano, ha un rendimendo anche del 30% inferiore rispetto a uno a tubi sottovuoto, stando alle misurazioni dei report SPF.

Devi avere una connessione a internet particolare.
Io sul sito di SPF non ho visto mai una differenza del 30 per cento... normalmente ci sono soli pochi punti di differenza dipendenti dall'applicazione e non sempre a favore del vuoto... vedi tu'

>Rendimento, dispersioni, IAM, va considerato tutto, non solo quello che ci fa comodo

Appunto.. basta guardare in fondo e si vedono i risultati X 3 tipologie standard di utilizzo.

E' proprio dai test SPF che molti hanno capito che non ci sono differenze sostanziali di rendimento tra piani e vuoto....

Saluti,
Fabrizio.

Parlando di collettori, l'efficienza si calcola con la seguente formula



dove K è lo IAM trasversale medio, G è la radiazione globale, h0, a1, a2 li prendi dal test del collettore e X è dato da (Tm - Ta) / G (temperatura collettore - temperatura ambiente esterno / G).

Se vuoi valutare correttamente la REALE efficienza di un collettore, considerando tutti gli elementi, devi calcolarla così.

Se invece prendi solo la curva di efficienza, senza contemplare minimamente gli altri fattori e fai la moltiplicazione dei gradi di differenza collettore-esterno per la dispersione a1 non ottieni nulla di sensato.

---

Inoltre con questo metodo di calcolo puoi valutare l'efficienza in una data "finestra", ad esempio dalle 10 alle 16 a dicembre (basta calcolare l'incidenza del sole a quelle ore).

Edited by sunheat - 31/10/2007, 10:20

CITAZIONE (sunheat @ 31/10/2007, 09:44)

Parlando di collettori, l'efficienza si calcola con la seguente formula



dove K è lo IAM trasversale medio, G è la radiazione globale, h0, a1, a2 li prendi dal test del collettore e X è dato da (Tm - Ta) / G (temperatura collettore - temperatura ambiente esterno / G).

Cavolo!! hai fatto progressi
Qualche giorno fa non sapevi la differenza tra gradi K e Centigradi...

... Scherzo naturalmente

E' inutile buttarsi su calcoli complicati ma e' sufficiente guardare appunto i test di SPF.

Ciao,
F.

Certo, ho fatto veramente progressi: mi sono fatto spiegare come si interpretano i grafici SPF da un ingegnere esperto, tel'ho detto che il modo con cui calcolavi il rendimento non mi convinceva, infatti era sbagliato

quindi se proprio si devono fare i calcoli vanno fatti così. Se non si vogliono fare allora è sufficiente infilare un termometro dentro 2 pannelli (come sta facendo dotting) e vedere con i propri occhi

questa discussione è iniziata NON con l'intento di stabilire quale prodotto lava più bianco, ma di valutare, numeri alla mano, la differente resa in fuzione dell'utilizzo

io ad esempio ho capito solo recentemente che in una installazione su tetto inclinato est/ovest un collettore a tubi (meglio se con assorbitore NON circolare ma a 'lamella' orientato a 60°) rende sempre di più di uno piano, non essendoci da colmare il il gap derivante dalla differente superficie netta.
(e visto che fcattaneo è in questa situazione suggerirei a sunheat di provare a vendergli i suoi pannelli )

lo stesso dicasi nel caso di installazioni verticali a parete

resto della mia opinione sulle rese per le restanti applicazioni (orientamento inclinato verso sud)

CITAZIONE

è sufficiente infilare un termometro dentro 2 pannelli

come al solito dotting sta facendo cosa meritoria (a differenza di chi come noi ammazza il tempo nella pausa pranzo ...)

comunque non penso proprio che al 21 dicembre, in condizioni di prelievo costante (es. 100 l/gg per 2 mq) la differenza di resa sarà del 30% come sostiene sunheat (che tradotto vorrebbe dire meno del 10% su base annuale)
saluti. F.

CITAZIONE (telamonio @ 31/10/2007, 14:11)

(e visto che fcattaneo è in questa situazione suggerirei a sunheat di provare a vendergli i suoi pannelli )

Effettivamente non ci avevo pensato...

fcattaneo, li vuoi 3 pannelli da 18 tubi? calzano a pennello per 500L di accumulo però nel tuo caso con esposizione solo ovest ne metterei 4

CITAZIONE (telamonio @ 31/10/2007, 14:11)

io ad esempio ho capito solo recentemente che in una installazione su tetto inclinato est/ovest un collettore a tubi (meglio se con assorbitore NON circolare ma a 'lamella' orientato a 60°) rende sempre di più di uno piano, non essendoci da colmare il il gap derivante dalla differente superficie netta.
(e visto che fcattaneo è in questa situazione suggerirei a sunheat di provare a vendergli i suoi pannelli )

lo stesso dicasi nel caso di installazioni verticali a parete

Quello che dici e' vero..
Nel mio caso i tubi potrebbero dare qualcosa in piu' di misurabile... non faccio fatica a dirlo ;-))

Io ho scelto lo svuotamento con i piani non perche ignorassi questo vantaggio , piuttosto per altre ragioni tecniche.
In un impianto solare termico non conta solo il rendimento e un vantaggio esiguo di una tecnologia potrebbe non compensare gli svantaggi.
ma questo e' un'altro discorso... non voglio tediarvi come al solito...

Ha questo proposito posto in un nuovm tread, un messaggio apparso recentemente sul NG Italiano delle energie rinnovabili dove si evince in qualche modo tutto il problema della complessita negli impianti a CF.

Ciao,
F.

CITAZIONE (sunheat @ 31/10/2007, 09:44)

Parlando di collettori, l'efficienza si calcola con la seguente formula ...

la formula indicata nel sito spf è certamente corretta (ci mancherebbe altro), ma consente di valutare l'efficienza 'istantanea'
che varia in funzione dell'ora, del tipo di applicazione, della temperatura etc.
una volta capito come funziona il tutto, è probabilmente più semplice confrontare i test spf polysun

a proposito: perchè non indicate alcuni diversi tipi di collettori (piani, tubi, tubi con riflettore) e facciamo una bella tabella comparativa?
concordati i criteri di valutazione (sulle opinioni si va avanti per mesi ma sui numeri si discute poco) si potrà avere un parametro di riferimento certo

almeno non si scriverà più 'A rende più di B, basta guardare casa dice spf'

a disposizione per perdere due minuti del mio preziosissimo tempo per stilare una tabella comparativa dei prodotti che vorrete indicare.
F.