Przy obliczaniu powierzchni użytecznej kolektora możemy wyjść od wzoru
gdzie:
Ez – energia pobierana przez instalację
Ekol – energia słoneczna docierająca do kolektora
η – sprawność kolektora
Sprawność kolektora zależy od jego budowy i od różnicy temperatur pomiędzy absorberem i otoczeniem. Im wyższa tym większe straty ciepła (rys. 9)
Rys.9 Sprawność kolektorów płaskich i rurowych
Sprawność kolektora można wyliczyć ze wzoru:
gdzie:
η0 – sprawność optyczna kolektora podawana w charakterystyce
k1, k2 – współczynniki strat podawane w charakterystyce każdego kolektora (można spotkać też oznaczenia a1, a2)
ΔT – różnica temperatur pomiędzy temperatura absorbera a temperaturą otoczenia.
Eg – natężenie promieniowania w danej miejscowości w kWh/m2
Maksymalna sprawność osiągana jest wówczas, gdy różnica między temperaturą absorbera a temperaturą zewnętrzną wynosi ΔT, a straty termiczne są równe 0. Im bardziej rośnie temperatura
kolektora, tym większe są straty ciepła i tym mniejszy jest współczynnik sprawności.
W przybliżeniu można przyjąć, że średnia sprawność kolektora płaskiego to 50-60%, próżniowego 60-65%. Aby policzyć Ekol, musimy znać wielkość nasłonecznienia w danej miejscowości. Dla Lublina ilość KWh energii słonecznej docierającej w ciągu roku wynosi 1048 kWh/m2 i jest największa w kraju (zależy od przyjętego okresu lat, rejony o największej w Polsce insolacji to teren Zamojszczyzny i lubelskie, według danych IMiGW w ostatnich latach insolacja rośnie i w latach 2005-2012 przekracza już 1200 kWh/m2 dla najbardziej nasłonecznionych obszarów).
Energia promieniowania docierająca do kolektora średnio w ciągu doby obliczymy ze wzoru:
Dobowe zapotrzebowanie ciepła w instalacji Ez na przygotowanie ciepłej wody będzie z kolei zależeć od ilości mieszkańców i wielkości zużycia ciepłej wody na mieszkańca (wanna, natrysk, umywalka, itp.)
Ilość ciepłej wody zużywanej przez jednego mieszkańca waha się od 30-60 l/d. Nasz wzór możemy teraz zapisać w postaci:
oraz
po uwzględnieniu jednostek
gdzie:
n – liczba mieszkańców
z- średnie dobowe zużycie ciepłej wody w l/os.
ΔT – różnica temperatur między wodą zimną i ciepłą (około 40C).
cw- ciepło właściwe wody w 4,190kJ/kgK
Jeśli nasz kolektor będzie położony pod innym kątem i azymutem niż zalecany wzór powyższy należy przemnożyć przez współczynniki korekcyjne.
Przykład. Dla 4-ro osobowej rodziny i 40l ciepłej wody na osobę/dobę powierzchnia kolektora usytuowanego na ścianie (kąt 90°) wyniesie.
Dobór powierzchni kolektorów do przygotowania wody w basenie
Tabela Uproszczony dobór kolektorów do przygotowania wody basenowej (kolektory firmy ENSOL).