Solárne systémy na prípravu teplej vody sú navrhnuté tak, aby prenášali slnečnú energiu zo slnka na vodu . Nájsť najefektívnejší a najefektívnejší solárny systém teplej vody pre danú situáciu môže byť náročná úloha. Pri výbere najvhodnejšej konfigurácie systému je potrebné zvážiť množstvo kľúčových faktorov. Medzi tieto faktory patrí do značnej miery množstvo slnečného žiarenia, klíma, náklady na výstavbu, inštaláciu a materiál, umiestnenie a dostupnosť systému, množstvo vody na ohrev, frekvencia spotreby teplej vody, dostupnosť elektriny, dostupnosť materiálov, a úroveň zručností v stavebníctve.
Nasledujúce klasifikácie systémov sú v troch skupinách po dvoch a jednej skupine po jednom unikátnom systéme. Tieto štyri hlavné skupiny sú:
- Otvorená slučka vs uzavretá slučka .
- Aktívny vs pasívny .
- Používa výmenník tepla vs Nepoužíva výmenník tepla .
- Dávkový systém .
Každý daný systém používa jednu charakteristiku z každej skupiny. Systém môže byť napríklad aktívny systém s otvorenou slučkou, ktorý nepoužíva výmenník tepla. Ďalším príkladom môže byť pasívny systém s uzavretou slučkou, ktorý využíva výmenník tepla. Niektoré systémy sa vyrábajú oveľa jednoduchšie ako iné a ľudia so základnými znalosťami nástrojov a konštrukcie môžu ľahko vytvoriť funkčný systém. Ak si niekto praje vytvoriť svoj vlastný systém, táto variabilita zložitosti by ovplyvnila, aký typ systému sa zvolí.
Cena je ďalším faktorom a každá konfigurácia systému prináša množstvo rôznych nákladov a výhod. Náklady na akýkoľvek špecifický systém sa môžu v jednotlivých krajinách a regiónoch značne líšiť. Niektoré konfigurácie využívajúce určité typy zariadení sú v špecifických situáciách efektívnejšie ako iné. Nasledujúce informácie poskytujú podrobný pohľad na tieto rôzne spôsoby konštrukcie teplovodných solárnych kolektorov.
Rôzne typy kolektorov sú tiež zobrazené na konci tejto stránky, ako aj príklady rôznych bežných solárnych systémov na prípravu teplej vody.
Táto stránka popisuje rôzne systémy, ktoré sa používajú na ohrev vody slnkom. Pre všeobecnejší popis solárnej teplej vody navštívte stránku Solárna teplá voda .
Obsah
Systémy s otvorenou slučkou
Otvorená slučka znamená, že voda, ktorá vyžaduje ohrev, prúdi priamo cez samotný teplovodný solárny kolektor. Neexistuje žiadna sprostredkujúca tekutina. Pozrite si nadpis Uzavretá slučka nižšie, kde nájdete jednu výnimku z tejto definície, kde voda v systéme s uzavretou slučkou prúdi priamo cez solárny kolektor. Systémy s otvorenou slučkou nepoužívajú výmenníky tepla.
Výhody
Systémy s otvorenou slučkou sa navrhujú a konštruujú najjednoduchšie. Vo všeobecnosti vyžadujú najmenšie množstvo konštrukcie a majú potenciál vydržať dlhšie bez vážnej údržby kvôli ich obmedzenému počtu pohyblivých častí.
Nevýhody
Systémy Open Loop nie sú ideálne v oblastiach, kde môžu teploty klesnúť pod bod mrazu. Potrubie môže zamrznúť, čo spôsobí, že sa tekutá voda rozšíri na ľad, ktorý pretrhne potrubie. Pred akýmkoľvek mrazom musí byť systém vypustený, aby sa zachovalo potrubie. V oblastiach, kde teploty klesajú pod bod mrazu, sa odporúča použiť systém s uzavretou slučkou s výmenníkom tepla alebo implementovať jednu alebo viacero z rôznych techník na zabránenie zamrznutiu potrubia. Preventívne opatrenia môžu prísť vo forme odtokov systému, buď manuálneho alebo ovládaného termostatom, alebo čerpadla, ktoré počas chladného počasia tlačí konvenčne ohrievanú vodu cez systém. Systém môže byť navrhnutý aj tak, aby voda odtekala z kolektora samospádom, keď obehové čerpadlo nepracuje.
Systémy s uzavretou slučkou
Systémy s uzavretou slučkou sú zložitejšie na výrobu a implementáciu ako systémy s otvorenou slučkou, pretože sa dajú použiť v širšom spektre podnebí. Systém s uzavretou slučkou používa nejaký druh kvapaliny, ktorá má oveľa nižší bod tuhnutia ako voda, ale ľahko absorbuje a uvoľňuje teplo. Dobrým príkladom je nemrznúca zmes používaná v automobilových chladičoch. Táto kvapalina prechádza cez solárny kolektor, ohrieva sa a prechádza do nejakého typu výmenníka tepla. Pozri Systémy výmenníkov tepla nižšie. Vzhľadom na povahu systémov s uzavretou slučkou sú výmenníky tepla potrebné na prenos tepla z kolektora do vody. Systémy s uzavretou slučkou možno použiť aj v sálavých podlahových alebo nástenných radiátoroch na vykurovanie priestoru, a nie vody.
Výhody
Na rozdiel od väčšiny systémov s otvorenou slučkou je možné systémy s uzavretou slučkou použiť v oblastiach, kde sú teploty pod bodom mrazu. Kvôli jedinečným vlastnostiam vody môže potrubie pri zamrznutí prasknúť. Zabráni sa tomu použitím tekutiny, ktorá má oveľa nižší bod tuhnutia ako voda.
Nevýhody
Systémy s uzavretou slučkou vyžadujú použitie výmenníka tepla. To pridáva do systému neefektívnosť, ktorá sa musí brať do úvahy počas fázy návrhu a dimenzovania systému. Dodatočné materiály pre výmenník tepla môžu tiež zvýšiť náklady na systém.
Aktívne systémy
Aktívne systémy sú tie, ktoré na svoje fungovanie vyžadujú externú energiu. Vo všeobecnosti táto energia prichádza vo forme elektrického čerpadla, ktoré tlačí kvapalinu cez kolektor. Nie je nezvyčajné nájsť solárne čerpadlá ako externý vstup. Solárne čerpanie je vhodné za mnohých okolností, pretože voda sa iba ohrieva, a teda ju treba čerpať len vtedy, keď svieti slnko.
Výhody
Vzhľadom na povahu hydrológie a termodynamiky nahrádza čerpanie vody cez kolektory potrebu skladovať ohriatu vodu nad kolektormi, čo môže byť náročné a obmedzujúce pri návrhu ( ďalšie vysvetlenienájdete v časti Pasívne systémy).
Nevýhody
Použitie čerpadla si vyžaduje nákup čerpadla, ako aj potrebu zdroja energie, pravdepodobne elektriny , na napájanie čerpadla.
Pasívne systémy
Tiež známy ako termosifónový systém, pasívne solárne systémy sú tie, ktoré nepoužívajú vonkajší zdroj energie. Pasívne solárne je termín, ktorý sa vzťahuje na oveľa viac než len solárnu teplú vodu. Napríklad natrieť bazén na čierno, aby absorboval viac energie, alebo umiestniť okná na južnú stranu domu (na severnej pologuli), aby prepustilo viac slnečnej energie, sa považujú za pasívne solárne.
Pasívny solárny ohrievač vody musí brať do úvahy fyziku obklopujúcu hydrológiu a termodynamiku. Tento typ systému používa termosifón. Termosifón využíva energiu slnka na pohyb vody alebo inej kolektorovej tekutiny vo vertikálnom smere. K tomu dochádza, keď má kvapalina rôznu teplotu, a teda rozdiely v hustote. Pretože najteplejšia voda sa bude vždy pohybovať smerom nahor, čím vytlačí studenšiu vodu nadol, zásobník teplej vody alebo výmenník tepla musí byť nad solárnym kolektorom.
Výhody
Na pohyb kvapaliny systémom nie je potrebná žiadna vonkajšia energia. Menej pohyblivých častí rovná sa menej vecí na rozbitie.
Nevýhody
Ak sa používa zásobník teplej vody alebo výmenník tepla, musí byť umiestnený nad solárnym kolektorom, aby mohol prúdiť termosifón. To môže spôsobiť problémy, keďže väčšina solárnych systémov je na strechách domov. Teraz je k dispozícii veľa konštrukčných možností, ktoré uľahčujú skladovanie teplej vody nad systémom.
Systémy výmenníkov tepla
Výmenníky tepla sa používajú v oblastiach, kde sú teploty nižšie ako bod mrazu. Samotné výmenníky tepla sú zabudované do systému uzavretej slučky a odovzdávajú teplo zhromaždené v kolektore do zásobovania teplou vodou domu. Existuje množstvo návrhov výmenníkov tepla.
Bežnou konštrukciou je doplnenie bežného ohrievača teplej vody prenosom tepla z kvapaliny solárneho kolektora do zásobníka teplej vody. Medené rúrky sú dobrým materiálom na ľahký prenos tepelnej energie kvapaliny.
Iný bežný štýl výmenníka tepla používa valec s dvoma líniami medi, ktoré sú navzájom rovnobežné. Jedna trubica vychádza zo slnečného kolektora, vstupuje do valca v hornej časti, špirálovito sa otáča okolo okraja valca, vychádza z valca dole a uzatvára uzavretú slučku návratom do solárneho kolektora. Druhá trubica, ktorá je paralelná s prvou, je prívod teplej vody pre domácnosť. Vchádza do suda na dne, paralelne vedie kolektorové potrubie k hornej časti suda a vystupuje z suda v hornej časti s horúcou vodou. Teplo sa prenáša z horúcej kvapaliny z kolektora cez medené potrubie do vody v domácnosti. Hlaveň môže byť zvonka izolovaná pre zvýšenie účinnosti prenosu.
Existuje množstvo rôznych tekutín, ktoré možno použiť v systéme s uzavretou slučkou. Nasledovné sú najpoužívanejšie a ľahko dostupné kvapaliny: zmesi glykol/voda, uhľovodíkové oleje, chladivá/nemrznúce zmesi pre automobily a silikóny. Každý z nich má výhody a nevýhody. Viac informácií nájdete na tomto referenčnom odkaze EERE . [1]
Výhody
Výmenníky tepla sa používajú z niekoľkých hlavných dôvodov: na ochranu systému pred zamrznutím a ako jedna z možností na doplnenie ďalšieho zdroja ohrevu vody.
Nevýhody
Výmenníky tepla zvyšujú komplexnosť systému teplej vody. Existuje viac aspektov systému, ktoré musia byť navrhnuté a naplánované pri použití výmenníka tepla. Existuje tiež väčšia šanca, že sa veci pokazia alebo nebudú správne fungovať kvôli pridaným komponentom. Je tiež potrebné dbať na to, aby ste sa uistili, že kvapalina zberača nie je toxická alebo že existuje veľmi malá pravdepodobnosť, že kvapalina zo zberača kontaminuje prívod pitnej vody, ak by došlo k pretrhnutiu systému s uzavretým okruhom.
Systémy bez výmenníka tepla
Ide o systémy, kde ohrievaná pitná voda prúdi priamo cez solárny kolektor. Tento typ systému je systémom Open Loop.
Výhody
Pozrite si časť Systémotvorenej slučky
Nevýhody
Pozrite si časť Systémotvorenej slučky
Dávkové systémy
Tiež známe ako Breadbox alebo systémy Integral Collector-Storage (ICS) zahŕňajú jednu alebo viac čiernych nádrží alebo rúr v izolovanej, zasklenej krabici. Mohlo by to byť dokonca také jednoduché, ako natrieť tank na čierno, vložiť ho do prepravky, izolovať zo všetkých strán okrem tej, ktorá smeruje na slnko, a zakryť tú stranu vystavenú slnku sklom alebo plastom. Keď slnko ohrieva vodu, zväčšuje sa a stáva sa menej hustou, čím podporuje prúdenie horúcej vody do hornej časti kolektora. Odtiaľ sa podľa potreby vytiahne do domu alebo do pomocnej nádrže na uskladnenie. Tie fungujú najlepšie v oblastiach, kde sú teploty pod bodom mrazu zriedkavé. Napriek svojim klimatickým obmedzeniam fungujú relatívne dobre; v chladnejšom podnebí sa môžu používať sezónne a pred drsnými zimnými mesiacmi ich vypustiť.
Zberatelia
Neglazované
Glazované
Vákuová trubica
Dávkový zberač
pozri http://commons.wikimedia.org/wiki/File:BatchSolarHeater.JPG
Príklady
Aktívny systém uzavretej slučky
Aktívny systém s otvorenou slučkou
Pasívny systém uzavretej slučky
Pasívny systém s otvorenou slučkou
Referencie
- ↑ Ministerstvo energetiky USA. Spotrebiteľská príručka EERE: Kvapaliny na prenos tepla pre solárne systémy na ohrev vody. http://www.eere.energy.gov/consumer/your_home/water_heating/index.cfm/mytopic=12940
http://www.builditsolar.com/Projects/WaterHeating/ISPWH/IPSWH.pdf Stiahnite si knihu „The Integral Passive Solar Water Heater Book“ od Davida Bainbridgea
Údaje o stránke