Transformarea energiei solare într-un câştig energetic ce poate fi utilizat este un proces care depinde de o intreagă gamă de factori. La fel de mare este şi numărul întrebărilor importante pentru conceperea şi montarea instalatilior solare. In ceea ce priveşte dimensionarea practică este vorba despre următoarele semne de intrebare:

• Ce suprafaţă trebuie să aibă colectorul şi care este volumul rezervorului?
• Care sunt elementele componente necesare şi pentru ce mod de funcţionare trebuie optat pentru a se obţine o instalatie bună şi economică, care să corespundă necesarului de energie a utilizatorului, iar acesta din urmă să fie mulţumit?

Scopul dimensonări este aşadar ca producerea de energie să corespundă necesarului energetic.

Parametri de influentă

Necesarul de energie este determinat în principiu de comportamentul utilizatorului, respectiv de cerinţele acestuia referitoare la confort. Pragrafele care urmează descriu parametrii care influentează functionarea instalaţiei solare.

Potentialul caştig energetic al colectorului, caştigul brut al acestuia depinde în primul rănd de:

• mărimea cămpului colectorului, adică de suprafata acestuia,
• tipul de constructie a coiectorului, respectiv de valorile sale (colector plat, colector cu tuburi de vid etc.),
• tipul de utilizare, respectiv de conditiile de functionare, în special de temperatura medie a colectorului,
• intemperiile care apar în locul unde este montată instalatia, în special de radiatia solară şi de temperatura exterioară şi
• condiţiile arhitecturale de la faţa locului, adică de orientarea si gradul de inclinare a colectorului şi de gradul de umbre cauzat de copaci, alte clădiri etc.

 O influenţă mare asupra câştigului energetic îl are şi dimensionarea celorlalte componente ale instalaţiei solare:

• volumul de inmagazinare trebuie să fie suficient de mare pentru a corespunde variaţiilor cererii; in acelaşi tirnp, pentru limitarea pierderilor termice ale rezervorului, nu trebuie să fie nici prea mare.
• calitatea stratificarii din rezervor este decisivă pentru cantitatea de energie necesară pentru incălzirea ulterioară
• fluxul de căldură influenţează —in funcţie de radiaţie— creşterea temperaturii în colector şi intr-o anumită măsură şi temperatura colectorului.
• suprafata schimbătorului de căldură din circuitul solar influenţează gradul de înclinare dintre circuitul colectorului şi rezervor şi astfel şi temperatura medie a colectorului.
• diametrul, lungimea şi izolaţia tuburilor influenţează pierderile termice din circuit şi definesc viteza de curgere.

Se recomandă montarea unor tuburi cu un diametru rnic, dar potrivit (variază în funcţie de fluxul agentului termic şi de viteza de curgere a acestuia); distanţele trebuie să fie cât mai scurte, iar toate tuburile din circuit trebuie bine izolate.

• sistemul de reglare şi diferenţa setată dintre temperatura de pornire şi oprire pentru pompa de recirculare trebuie aleasă în aşa fel încât să asigure un flux de energie cât mai bun dinspre colector către rezervor.
• pompa defineşte raporturile de presiune şi curgere din circuitul solar (hidraulic), astfel încât cantitatea de energie electrică necesară pentru acţionarea acesteia să fie cât mai mică. În acest caz, pierderile de presiune din circuit depind de fluxul agentului termic, de tipul şi mărimea schimbătorului de căldură, de diametru şi lungime, de conceptul sistemului de reglare şi de tipul şi numărul celorlalte armături.
• mărimea vasului de expansiune este determinată de volumul instalaţiei.

Strategii de dimensionare

În afară de factorii tehno-energetici, o importanţă aparte o are bineinţeles şi aspectul economic. Astfel, la montarea colectorilor solari se pot urmări diferite scopuri sau anumite imbunătăţiri. Pentru a păstra gradul de transparenţă, descrierea din paragrafele următoare se limitează la „necesarul constant de energie pe parcursui unui an (este valabil pentru pregătirea apei calde din gospodări).

• Concept de îmbunatătire a câştigului colectorului

O altă filozofie a planificării instalaţiei are ca scop îmbunătăţirea câştigului specific al colectorului. Rolul este de a păstra energia solară captată la un nivel cât mai rentabil şi de a concura din punct de vedere financiar cu alţi purtători de energie dacă este cazul (rata solară de acoperire D_s < 40%), Acest lucru se obţine cel mai uşor atunci când se foloseşte permanent toată cantitatea de energie din colector, adică atunci când nu există surplusuri. Deficitele ofertei trebuie compensate de o altă sursă de energie. Tendinta este aceea de a monta colectori cu suprafeţe relativ mici şi rezervoare cu un volum redus, adică instalaţii scumpe. Temperaturile din circuitul colectorului rămân astfel joase, iar consecinţa este un randament mai mare al colectorului şi o funcţionare economică a acestuia. Acest concept este unul interesant şi este folosit la
instalaţille solare de mari dimensiuni, cum ar fi la cele pentru pregătirea apei pentru gospodăriile cu mai multe familii (clădiri închiriate) sau la sistemele solare de încălzire centralizată, unde acoperă o parte din necesarul de energie (aşa-numitele instalaţii de preîncălzire).

• Concept de acoperire maximă a consumului

O posibilitate este şi aceea de dimensionare a colectorului şi a celorlalte componente cu scopul de a obţine un grad maxim de acoperire a consumului (rata solară de acoperire Ds > 70%). În acest caz, câştigul energetic solar trebuie să acopere necesarul de energie şi în perioadele cu o cantitate mai mică de radiaţii, ceea ce ia instalaţiile de apă menajeră (în special la cele pentru incălzirea solară) presupune colectori cu suprafeţe foarte mari şi surplusuri mari de energie (adică pierderi) pe timp de vară. Instalaţiile de acest tip produc, bineinţeles, foarte multă căldură, sunt însă solicitante şi costisitoare, iar din cauza surplusurilor de căldură neforosite nu sunt economice. Intr-o anumită măsură pot fi comparate cu un automobil cu 120 CP care stă mai mult blocat în trafic în drumul zilnic spre servici.

• Instalatia cu necesar şi costuri imbunătătite

Această instalaţie este un compromis între celelalte două concepte: mărimea suprafeţei colectorului şi celelalte componente ale instalaţiei se aleg în aşa fel încât câştigul solar de energie să fie cât mai mare, respectiv utilizarea energetică optimă să se realizeze cu costuri cât mai mici (rată de acoperire solară 40% < Ds <60%). Instalaţia este rentabilă atunci când costurile anuale (costurile de capital şi de funcţionare) pentru pregătirea de căldură utilizabilă sunt minime. Pentru acest calcul trebuie să se ia în considerare următorii factori:

• necesarul de căldură şi oferta de radiaţie,
• câştigul colectorului (dependent de climă şi tipul de constructie),
• costurile colectorului (depenclent de tipul de construcţie şi producător),
• costurile sistemului pentru rezervor, sistem de reglare etc.,
• costurile anuale pentru întreţinere şi funcţionare şi
• datele economice cum ar fi impozitele pe capital, timpul de amortizare, durata de viaţă.

În practică, la instalaţiiie de încălzire a apei potabile apare cel mai des conceptul de îmbunătăţire a necesarului şi costurilor. Întrucât gradul optim la instalatiile mai mici nu este influenţat foarte mult, în aceste cazuri se poate renunta la un calcul detaliat.