Zonne-warm water beschrijft actieve en passieve zonne-energietechnologieën die gebruik maken van de vrij overvloedige thermische zonne-energie om water te verwarmen voor een gewenste toepassing.
Het is een van de meest efficiënte manieren om water te verwarmen (in termen van energie/afval), omdat er geen energieconversie nodig is, in tegenstelling tot verwarming met elektrische weerstand of het verbranden van brandstof . Het is een eenvoudige overdracht en concentratie van warmte-energie van de ene plaats naar de andere. ( Zie Wikipedia: Warmteoverdracht . ) Een ander voorbeeld van de efficiëntie van deze technologie is dat deze werkt op zonne-energie, die gratis is en alleen afhankelijk is van de gebruikte technologie, en de kosten en efficiëntie ervan. Met andere woorden: de energie is gratis; alleen de apparaten voor het verzamelen, omzetten en opslaan dragen bij aan de kosten van het systeem. Dat gezegd hebbende, is het grootste nadeel van thermische zonne-energie dat deze alleen beschikbaar is waar/wanneer de zon zichtbaar is.
Als u ooit warm water uit een tuinslang heeft voelen druppelen die in de zon heeft gestaan, dan heeft u het warme water op zonne-energie in actie ervaren.
In wezen bestaat een warmwatersysteem op zonne-energie uit een thermische zonnecollector , een goed geïsoleerde opslagcontainer en een systeem voor het overbrengen van de warmte van de collector naar de container ten opzichte van een vloeibaar medium, dat in sommige gevallen het water zelf.
Inhoud
Toepassingen
Omdat er wereldwijd talloze toepassingen zijn waarbij warm water voor huishoudelijk, commercieel en industrieel gebruik wordt gebruikt, zijn er mogelijkheden om thermische zonne-energietechnologieën toe te passen om dit water te verwarmen.
Tegenwoordig is de markt aan het veranderen en zowel de economische als de ecologische kosten die gepaard gaan met het gebruik van gas en elektriciteit om water te verwarmen worden uitgedaagd door efficiëntere, goedkopere systemen zoals het warmwatersysteem op zonne-energie.
Achtergrond
Warm water op zonne-energie is geen nieuw fenomeen. Het werd op grote schaal gebruikt in de Verenigde Staten tot ongeveer de jaren twintig, toen het werd verdrongen door betrouwbare systemen voor fossiele brandstoffen.
Sommigen menen dat warm water weinig toepassing heeft op het gebied van de juiste technologie en dat het vooral een luxe is die door de ontwikkelde wereld wordt geboden. Eén tekst [ verificatie nodig ] over dit onderwerp suggereert dat het warme water dat nodig is in de "Derde Wereld" kan worden verwarmd met behulp van een brandstof zoals hout, die tegelijkertijd het huis en het water verwarmt. Dergelijke ontslagen zijn om twee redenen gevaarlijk:
- Ten eerste heeft Appropriate Technology tot doel afval te verminderen en de efficiëntie van het gebruik van natuurlijke hulpbronnen te vergroten. Hoewel hout zowel het water als het huis verwarmt, is het ook een natuurlijke hulpbron die in veel arme landen niet beschikbaar is. Terwijl de zon overal aanwezig is en energie zal uitzenden, ongeacht of we deze gebruiken. Veel vrouwen en kinderen in de derdewereldlanden sterven aan een longziekte die wordt veroorzaakt door onjuiste ventilatie en overmatige rook van kookvuurtjes. Het is zelfs doodsoorzaak nummer 1 boven aids en honger.
- Ten tweede is het absoluut noodzakelijk dat waar er behoefte is aan warm water, er een manier is om dat warme water op een kosteneffectieve manier te verkrijgen, binnen de grenzen die door de lokale bronnen zijn vastgesteld. Als deze technologie wordt verspreid, kan dit leiden tot een aanzienlijke vermindering van de ecologische voetafdruk van een regio die gepaard gaat met conventionele manieren om water te verwarmen .
Energie van de zon
Zonnestraling bereikt de bovenste atmosfeer van de aarde met een snelheid van 1366 watt per vierkante meter (W/m 2 ). [1] Kaart A laat zien hoe de zonne-energie varieert op verschillende breedtegraden.
Terwijl ze door de atmosfeer reizen, wordt 6% van de binnenkomende zonnestraling (instraling) gereflecteerd en 16% geabsorbeerd, wat resulteert in een piekinstraling op de evenaar van 1.020 W/m². Gemiddelde atmosferische omstandigheden (wolken, stof, verontreinigende stoffen) verminderen de zonnestraling verder met 20% door reflectie en met 3% door absorptie. Atmosferische omstandigheden verminderen niet alleen de hoeveelheid zonnestraling die het aardoppervlak bereikt, maar beïnvloeden ook de kwaliteit van de zonnestraling door het binnenkomende licht te verspreiden en het spectrum ervan te veranderen. [2]
Kaart C toont de gemiddelde mondiale instraling berekend op basis van satellietgegevens verzameld tussen 1991 en 1993. In Noord-Amerika ligt de gemiddelde zonnestraling op grondniveau over een heel jaar (inclusief nachten en perioden van bewolkt weer) bijvoorbeeld tussen 125 en 375 W/m². (3 tot 9 kWh/m²/dag). [3] Dit vertegenwoordigt het beschikbare vermogen, en niet het geleverde vermogen. Momenteel zetten fotovoltaïsche panelen doorgaans ongeveer 15% van het invallende zonlicht om in elektriciteit ; daarom levert een zonnepaneel in de aangrenzende Verenigde Staten gemiddeld 19 tot 56 W/m² of 0,45 - 1,35 kWh/m²/dag. [4]
De donkere schijven in Kaart C aan de rechterkant zijn een voorbeeld van de landgebieden die, indien bedekt met 8% efficiënte zonnepanelen, iets meer energie in de vorm van elektriciteit zouden produceren dan de totale primaire energievoorziening in 2003. [5 Hoewel de gemiddelde zonnestraling en het gemiddelde vermogen inzicht bieden in het potentieel vanzonne-energie op regionale schaal, zijn lokaal relevante omstandigheden van primair belang voor het potentieel van een specifieke locatie.
Nadat de zon door de atmosfeer van de aarde is gegaan, bestaat het grootste deel van de energie uit zichtbare en infrarode straling. Planten gebruiken zonne-energie om chemische energie te creëren door middel van fotosynthese. Mensen gebruiken deze energie regelmatig door hout of fossiele brandstoffen te verbranden, of als we simpelweg de planten eten, stel je dan voor dat we een manier zouden vinden om deze energie te benutten, zonder planten en fossiele brandstoffen buiten beschouwing te laten.
Een recente zorg is de mondiale verduistering, een effect van vervuiling waardoor minder zonlicht het aardoppervlak bereikt. Het is nauw verbonden met vervuilingsdeeltjes en de opwarming van de aarde, en het is vooral van belang voor kwesties als de mondiale klimaatverandering, maar is ook van belang voor voorstanders van zonne-energie vanwege de bestaande en potentiële toekomstige afname van de beschikbare zonne-energie. (In de periode 1961-1990 is er ongeveer 4% minder zonne-energie beschikbaar op zeeniveau), voornamelijk door de toegenomen reflectie van wolken terug de ruimte in. [6]
- Let op: de Wikipedia-inhoud is alleen van toepassing op deze sectie.
Soorten
Zonne-warmwatersystemen zijn ontworpen om de zonne-energie van de zon om te zetten in water . Het vinden van het meest efficiënte en effectieve warmwatersysteem op zonne-energie voor een bepaalde situatie kan een uitdagende taak zijn. Er zijn een aantal belangrijke factoren waarmee rekening moet worden gehouden bij het kiezen van de meest geschikte systeemconfiguratie. Deze factoren omvatten voor een groot deel de hoeveelheid zonne-instraling, het klimaat, de bouw-, installatie- en materiaalkosten, de locatie en toegankelijkheid van het systeem, de hoeveelheid water die moet worden verwarmd, de frequentie van het gebruik van warm water, de beschikbaarheid van elektriciteit, de beschikbaarheid van materialen, en vaardigheidsniveau in de bouw.
De volgende classificaties van systemen zijn onderverdeeld in drie groepen van twee en één groep van één uniek systeem. Deze vier hoofdgroepen zijn:
- Open lus versus gesloten lus .
- Actief versus passief .
- Maakt gebruik van een warmtewisselaar versus Maakt geen gebruik van een warmtewisselaar .
- Batch-systeem .
Elk bepaald systeem gebruikt één kenmerk uit elke groep. Een systeem kan bijvoorbeeld een actief open-lussysteem zijn dat geen gebruik maakt van een warmtewisselaar. Of een ander voorbeeld: een systeem kan een passief gesloten systeem zijn dat gebruik maakt van een warmtewisselaar. Sommige systemen zijn veel gemakkelijker te maken dan andere en mensen met een basiskennis van gereedschappen en constructie kunnen gemakkelijk een functioneel systeem maken. Als iemand zijn eigen systeem wil maken, zou deze variabiliteit in complexiteit van invloed zijn op welk type systeem wordt gekozen.
De kosten zijn een andere factor en elke systeemconfiguratie brengt verschillende kosten en voordelen met zich mee. De kosten van een specifiek systeem kunnen sterk variëren van land tot land en van regio tot regio. Bepaalde configuraties waarbij bepaalde soorten apparatuur worden gebruikt, zijn in specifieke situaties efficiënter dan andere. De volgende informatie geeft een diepgaand inzicht in deze verschillende manieren om warmwaterzonnecollectoren te bouwen.
Aan het einde van deze pagina worden ook verschillende typen collectoren weergegeven, evenals voorbeelden van verschillende gangbare warmwatersystemen op zonne-energie.
Op deze pagina worden de verschillende systemen beschreven die gebruikt worden om water te verwarmen met de zon. Voor een meer algemene beschrijving van warm water op zonne-energie gaat u naar de pagina voor warm water op zonne-energie .
Eenvoudige systemen
Een heel eenvoudige zonnedouche, effectief in zonnige streken, maakt gebruik van een zwarte zak vol water die in direct zonlicht wordt gehangen.
Er kan een heel eenvoudig "systeem" worden bedacht door water door een slang of pijp te laten lopen die aan de zon is blootgesteld, en dat in een thermosifonopstelling aan te sluiten op een opslagvat . Een thermosifon zorgt ervoor dat verwarmd water het koelere water erboven verdringt, en zolang het verwarmde water naar boven kan blijven stijgen, zal dit gebeuren. Er mag geen lucht in de leiding/slang aanwezig zijn, omdat dit de beweging stopt. Er moet ook een minimale stijging van ~4ft (1,2 m) zijn tussen de slang en het opslagvat. Er kan een lus worden opgezet om water van het vat naar de slang en terug te laten circuleren, waardoor het verwarmingsproces wordt voortgezet. Koel water wordt van de bodem gehaald, door de slang gecirculeerd en keert terug naar de bovenkant van het vat. Zolang de sifon niet kapot is (lucht aanwezig), kan water voor gebruik uit het vat worden gedompeld of afgevoerd. Dit is een eenvoudig open-lussysteem, wat betekent dat er water in het systeem komt en wordt verwijderd voor gebruik.
Een ander type kan een batchverwarmer worden genoemd , omdat deze een hoeveelheid water verwarmt met behulp van een thermosifon, maar een geconstrueerde zonnecollector gebruikt om de zonne-energie te absorberen. De beperking is dat de tank zich boven de collector bevindt, die zich op het dak of op een aan de zon blootgestelde plaats bevindt, zodat het warme water naar het gebruikspunt moet worden geleid, wat warmteverlies kost. Er is ook een speciaal gemeenschappelijk waterverwarmingssysteem op zonne-energie voorgesteld met behulp van een batchverwarmer.
Meer geavanceerde systemen
Er bestaan meer geavanceerde systemen; sommige maken nog steeds gebruik van een open-lussysteem (door gebruik te maken van een bestaande waterverwarmer of een ander vat). Een zonnecollector in het zonlicht met een pomp en een stroombron werkt ter ondersteuning of ter vervanging van de bestaande waterverwarmingsapparatuur. Het water circuleert van de boilertank naar de blootliggende collector en terug naar de tank, en deze zal het water blijven recirculeren en verwarmen. In dit systeem kan een door fotovoltaïsche energie aangedreven circulatiepomp met laag volume worden gebruikt, waardoor de noodzaak voor externe elektrische voeding wordt vermeden. Hoe efficiënter, hoe groter de collector en hoe kleiner het volume van de tankopslag, hoe sneller het water zal opwarmen. Hoe langer de unit in werking is, des te heter het water wordt, totdat het warmteverlies de watertemperatuur nivelleert. Dit open-lussysteem werkt zeer goed in klimaten waar vriestemperaturen afwezig of zeldzaam zijn. Ze kunnen in koelere klimaten werken met behulp van een systeem met afvoeren om het water af te voeren uit het gedeelte van het systeem dat onderhevig is aan bevriezing. De afvoeren kunnen handmatig worden bediend of automatisch thermostatisch worden geregeld. Dit type systeem kan op grote schaal worden gebruikt om bestaande conventionele waterverwarmers te ondersteunen of te vervangen.
Gesloten systemen zijn het beste in klimaten waar het vriest en lagere temperaturen worden bereikt, maar zijn geavanceerder en daarom duurder. In het gesloten systeem wordt een koelmiddel, meestal propyleenglycol, door de collector gecirculeerd en vervolgens naar een warmtewisselaar geleid, waar de geabsorbeerde warmte wordt overgedragen van het koelmiddel naar het water. De propyleenglycol blijft bij veel lagere temperaturen vloeibaar en blijft warmte opnemen en afgeven aan het water. De propyleenglycol blijft ook in het systeem aanwezig, vandaar de naam ‘closed-loop’. De warmtewisselaar bevindt zich buiten een bestaande boilertank of vervangt de bestaande tank. In dit systeem kan ook een PV-aangedreven circulatiepomp met laag volume worden gebruikt.
Deze systemen en bijbehorende technologieën zijn in principe gerangschikt in volgorde van kosten, verfijning en energie. De eenvoudige systemen zijn zeker " geschikte technologieën " en kunnen met minimale investeringen en met begeleiding door vrijwel elke cultuur worden gebruikt, ongeacht de waargenomen verfijning. De open-lussystemen kunnen worden gebruikt in ontwikkelingslanden, in oorspronkelijke constructie of achteraf, en net als bij de eenvoudige systemen kunnen de soorten installaties de energiekosten en de broeikasgassen aanzienlijk verlagen en een grotere focus op andere behoeften mogelijk maken. De gesloten-lussystemen zijn duurder en daarom meer beperkt tot rijkere culturen, maar hun voordelen zijn vergelijkbaar met die van andere. Op basis van het energieverbruik per hoofd van de bevolking kunnen de duurdere systemen waarschijnlijk meer gebruik van fossiele brandstoffen terugdringen dan de andere.
Moderne in massa geproduceerde vacuümbuizen W verzamelen warmte zelfs onder het vriespunt. De buizen zelf zijn het meest geschikt voor massaproductie, maar de rest van het systeem is flexibeler in de vervaardiging ervan. Geëvacueerde buizen gebruiken een vacuüm afgesloten ruimte om de verzamelbuis van de buitenste elementen te scheiden. Wanneer zonnestraling door deze collectoren wordt geabsorbeerd en omgezet in warmte, voorkomt de vacuümbarrière dat het grootste deel van deze energie ontsnapt. In wezen werkt deze methode op dezelfde manier als een thermoskan. Het vermogen om opgevangen zonnestraling tegen te houden en tegelijkertijd verlies naar de buitenomgeving te voorkomen, zorgt ervoor dat vacuümbuissystemen voortdurend water kunnen verwarmen, zelfs als de temperatuur buiten het systeem ijskoud is.
Zonne-warmwaterzwembaden
Zwembaden... je huid tintelt bij het vooruitzicht van een duik in helder, koel water op die belachelijk hete zomerdagen. Dit precieze contactmoment maakt al het gedoe van het schoonmaken en onderhouden van uw zwembad de moeite waard, nietwaar? Als de verzengende dagen nu maar langer aanhielden, zodat je wat meer kon luieren in je tropische paradijs in de achtertuin. Helaas, de seizoenen luisteren niet naar je, en onvermijdelijk vallen herfst, winter en lente je kostbare zwembad aan, waardoor het tot aan zijn betegelde botten afkoelt, waardoor het volledig onbruikbaar voor je wordt. Een groot deel van het jaar ligt je zwembad ongebruikt en onbemind, als een hond die reikhalzend uitkijkt naar de terugkeer van zijn baasje, als een slapende narcisbol die wacht tot de sneeuw smelt, als een... Net zo zeker als dat we niet hierheen zijn gestuurd Als de aarde lijdt, kunnen we toch allemaal krijgen wat we willen. En als dat voor u een verwarmd zwembad omvat zonder de financiële en milieukosten van fossiele brandstoffen, dan bent u van harte welkom in de wijde wereld van warmwatersystemen op zonne-energie .
Gerelateerde projecten
![[4]](#cite_note-us_pv_annual_may2004.jpg-4){kind=link}
Referenties
- ^ Zonnespectra: Standard Air Mass Zero NREL Datacenter voor hernieuwbare bronnen
- ^ Aardstralingsbudget NASA Langley Research Center
- ↑ Zonnekaarten NREL: dynamische kaarten, GIS-gegevens en analysehulpmiddelen
- ↑ us_pv_annual_may2004.jpg Nationaal laboratorium voor hernieuwbare energie, VS.
- ^ Homepagina Internationaal Energieagentschap
- ^ Liepert, BG (02-05-2002) Waargenomen verminderingen van de zonnestraling aan het oppervlak in de Verenigde Staten en wereldwijd van 1961 tot 1990 GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS, VOL. 29, NEE. 10, 1421
Zie ook
- Groen afstemmen van systemen voor ruimteverwarming : naast het verwarmen van water voor gebruik zoals het is, kan het ook worden gebruikt om het door radiatoren te laten circuleren, waardoor er een ruimteverwarmingssysteem ontstaat (zie ook: Warmtepompsysteem #Een warmtepompsysteem in een huis monteren in de praktijk )
- DIY-thermische zonnecollectoren
Externe links
Volledige tekst proefschrift
- Experimentele analyse van een indirecte zonne-energie-ondersteunde warmtepomp voor verwarming van huishoudelijk water door BRIDGEMAN, AG
- Evaluatie van een gestratificeerde thermische opslag met meerdere tanks voor zonneverwarmingstoepassingen door Cruickshank, C.
- Centrale zonneverwarmingsinstallaties met seizoensopslag voor residentiële toepassingen in Canada: een casestudy van de Drake Landing Solar Community door Wamboldt, J.