태양열 온수 시스템

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태양열 온수는 원하는 용도에 맞게 물을 가열하기 위해자유롭게 풍부한 태양열 에너지를 활용하는 능동형 및 수동형 태양광 기술을 의미합니다.

전기 저항 가열 이나 연료 연소 와 달리 에너지 변환이 필요하지 않기 때문에 물을 가열하는 가장 효율적인 방법 중 하나입니다(에너지/폐기물 측면에서) . 이는 한 장소에서 다른 장소로 열에너지가 단순하게 전달되고 집중되는 것입니다. ( Wikipedia:열 전달 참조 . ) 이 기술 효율성의 또 다른 예는 무료이며 사용된 기술과 비용 및 효율성에만 의존하는 태양 에너지로 실행된다는 것입니다. 즉, 에너지는 무료이며 수집, 변환 및 저장 장치만 시스템 비용에 기여합니다. 즉, 태양열 에너지의 가장 큰 단점은 태양이 보이는 곳/시간에만 사용할 수 있다는 것입니다.

햇빛 아래 놓여 있던 정원 호스에서 뜨거운 물이 흘러나오는 것을 느낀 적이 있다면 태양열 온수가 작동하는 것을 경험한 것입니다.

기본적으로 태양열 온수 시스템은 태양열 집열기 , 잘 단열된 저장 용기, 그리고 어떤 경우에는 유체 매체에 대해 집열기에서 용기로 열을 전달하는 시스템으로 구성됩니다 . 물 그 자체.

응용

전 세계적으로 가정용, 상업용, 산업용 온수를 사용하는 수많은 응용 분야가 있으므로 태양열 기술을 적용하여 이 물을 가열할 수 있는 기회가 있습니다.

오늘날 시장은 변화하고 있으며 가스와 전기를 사용하여 물을 가열하는 것과 관련된 경제적, 환경적 비용은 태양열 온수 시스템과 같은 보다 효율적이고 저렴한 시스템으로 인해 어려움을 겪고 있습니다.

배경

태양열 온수는 새로운 현상이 아닙니다. 이는 신뢰할 수 있는 화석 연료 시스템으로 대체된 1920년대까지 미국에서 널리 사용되었습니다.

뜨거운 물은 적절한 기술 분야에서 거의 적용되지 않으며 대부분 선진국에서 제공되는 사치품으로 간주됩니다. 이 주제에 대한 한 텍스트 ^{[ 검증 필요 ]} 는 "제3세계"에 필요한 뜨거운 물이 집과 물을 동시에 가열하는 목재와 같은 연료를 사용하여 가열될 수 있음을 시사합니다. 그러한 해고는 두 가지 측면에서 위험합니다.

• 첫째, 적정 기술은 폐기물을 줄이고 천연 자원 사용의 효율성을 높이는 것을 목표로 하며 목재는 물과 가정을 모두 가열하지만 많은 빈곤 국가에서는 사용할 수 없는 천연 자원이기도 합니다. 반면에 태양은 어디에나 존재하며 우리가 사용하는지 여부에 관계없이 에너지를 방출합니다. 제3세계 국가의 많은 여성과 어린이는 잘못된 환기와 조리 시 발생하는 과도한 연기로 인해 발생하는 폐질환으로 사망합니다. 이는 실제로 보조제와 기아에 이어 사망 원인 1위인 경향이 있습니다.
• 둘째, 온수가 필요한 경우 지역 자원이 설정한 매개변수 내에서 비용 효율적으로 온수를 얻을 수 있는 방법이 있어야 합니다. 이 기술이 확산되면 기존 물 가열 수단 과 관련된 지역의 생태 발자국 크기가 크게 줄어들 수 있습니다 .

태양으로부터의 에너지

지도 A와 B 지구 대기권 상단(상단)과 수평 제곱미터 표면의 이론적 연 평균 일사량.

지도 C 전 세계 태양 에너지 자원 지도. 색상은 표면에서 사용 가능한 평균 태양 에너지를 나타냅니다(1991년부터 1993년까지 측정). 비교를 위해 다크 디스크는 변환 효율이 8%인 PV를 사용하여 총 1차 에너지 수요를 공급하는 데 필요한 토지 면적을 나타냅니다.

^{태양 복사는 평방 미터당 1366와트(W/m 2} ) 의 속도로 지구의 대기권 상층부에 도달합니다 . ^[1] 지도 A는 위도에 따라 태양 에너지가 어떻게 변하는지 보여줍니다.

대기를 통과하는 동안 들어오는 태양 복사(일사량)의 6%가 반사되고 16%가 흡수되어 적도에서 최대 복사조도는 1,020W/m²가 됩니다. 평균 대기 조건(구름, 먼지, 오염 물질)은 반사를 통해 일사량을 20%, 흡수를 통해 3% 더 줄입니다. 대기 조건은 지구 표면에 도달하는 일사량을 감소시킬 뿐만 아니라 들어오는 빛을 확산시키고 스펙트럼을 변경하여 일사량의 질에도 영향을 미칩니다. ^[2]

지도 C는 1991년부터 1993년까지 수집된 위성 데이터에서 계산된 평균 전 세계 복사 조도를 보여줍니다. 예를 들어, 북미에서 1년 동안(야간 및 흐린 날씨 기간 포함) 지상의 평균 일사량은 125~375W/m²입니다. (3~9kWh/m²/일). ^[3] 이는 전달된 전력이 아닌 사용 가능한 전력을 나타냅니다. 현재 광전지 패널은 일반적으로 입사 햇빛의 약 15%를 전기 로 변환합니다 . 따라서 인접한 미국의 태양광 패널은 평균적으로 19~56W/m² 또는 0.45~1.35kWh/m²/일을 제공합니다. ^[4]

오른쪽 지도 C 의 어두운 원반은 8% 효율의 태양전지판으로 덮을 경우 2003년 전 세계 1차 에너지 공급량보다 약간 더 많은 에너지를 전기 형태로 생산할 수 있는 토지 면적의 예입니다. ^{[5 ]} 평균 일사량과 전력은 지역 규모의태양광 발전 잠재력에 대한 통찰력을 제공하지만, 지역 관련 조건은 특정 현장의 잠재력에 가장 중요합니다.

지구 대기를 통과한 후 태양 에너지의 대부분은 가시광선과 적외선의 형태로 존재합니다. 식물은 태양 에너지를 사용하여 광합성을 통해 화학 에너지를 생성합니다. 인간은 정기적으로 이 에너지를 사용하여 나무나 화석 연료를 태우거나 단순히 식물을 먹을 때 식물과 화석 연료를 방정식에서 제외하고 이 에너지를 활용할 수 있는 방법을 찾았는지 상상해 보십시오.

최근 우려되는 점은 오염으로 인해 지구 표면에 도달하는 햇빛의 양이 적어지는 현상인 글로벌 디밍(Global Dimming)입니다. 이는 오염 입자 및 지구 온난화와 복잡하게 연결되어 있으며 주로 지구 기후 변화 문제에 대한 우려 사항이지만, 사용 가능한 태양 에너지의 현재 및 잠재적 미래 감소로 인해 태양 에너지 지지자들의 우려 사항이기도 합니다. (1961~90년 기간 동안 해수면에서 약 4% 더 적은 태양 에너지를 사용할 수 있습니다.) 대부분 구름에서 우주로 반사가 증가했기 때문입니다. ^[6]

참고: Wikipedia 콘텐츠는 이 섹션에만 적용됩니다.

유형

멕시코 Coahuila Parras de la Fuente의 폐쇄 루프 패시브 시스템

태양열 온수 시스템은 태양의 태양 에너지를 물로 전달하도록 설계되었습니다 . 주어진 상황에 가장 효율적이고 효과적인 태양열 온수 시스템을 찾는 것은 어려운 작업이 될 수 있습니다. 가장 적절한 시스템 구성을 선택할 때 고려해야 할 여러 가지 주요 요소가 있습니다. 이러한 요인에는 대체로 일사량, 기후, 건설, 설치 및 재료 비용, 시스템의 위치 및 접근성, 난방에 필요한 물의 양, 온수 사용 빈도, 전기 가용성, 재료 가용성, 그리고 건설 기술 수준.

다음 시스템 분류는 두 개로 구성된 세 그룹과 하나의 고유 시스템으로 구성된 한 그룹으로 나뉩니다. 이 네 가지 주요 그룹은 다음과 같습니다.

1. 개방 루프 와 폐쇄 루프 .
2. 능동 대 수동 .
3. 열교환기를 사용한다 vs 열교환기를 사용하지 않는다 .
4. 배치 시스템 .

특정 시스템은 각 그룹의 하나의 특성을 사용합니다. 예를 들어, 시스템은 열 교환기를 사용하지 않는 활성 개방 루프 시스템일 수 있습니다. 또는 또 다른 예로, 시스템은 열 교환기를 사용하는 수동 폐쇄 루프 시스템일 수 있습니다. 일부 시스템은 다른 시스템보다 만들기가 훨씬 쉽고 도구와 구성에 대한 기본 지식이 있는 사람은 기능적인 시스템을 쉽게 만들 수 있습니다. 자신만의 시스템을 만들고자 한다면 이러한 복잡성의 가변성은 선택되는 시스템 유형에 영향을 미칠 것입니다.

비용은 또 다른 요소이며 각 시스템 구성에는 다양한 비용과 이점이 있습니다. 특정 시스템의 비용은 국가마다, 지역마다 크게 다를 수 있습니다. 특정 유형의 장비를 사용하는 특정 구성은 특정 상황에서 다른 구성보다 더 효율적입니다. 다음 정보는 온수 태양열 집열기를 구성하는 다양한 방법에 대한 심층적인 정보를 제공합니다.

이 페이지 끝에는 다양한 유형의 수집기 뿐만 아니라 다양한 일반적인 태양열 온수 시스템의예도 나와 있습니다.

이 페이지에서는 태양으로 물을 가열하는 데 사용되는 다양한 시스템에 대해 설명합니다. 태양열 온수에 대한 보다 일반적인 설명을 보려면 태양열 온수 페이지를 방문하세요.

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간단한 시스템

햇볕이 잘 드는 지역에 효과적인 매우 간단한 태양열 샤워는 직사광선에물이 가득 담긴 검은색 가방을 매달아 사용합니다.

태양에 노출된 일부 호스나 파이프를 통해 물을 흐르게 하고 이를 열사이펀 배열로 저장 용기에 연결함으로써 매우 간단한 "시스템"을 고안할 수 있습니다. 열사이펀은 가열된 물이 그 위의 차가운 물을 대체하도록 하며, 가열된 물이 계속 위로 올라갈 수 있는 한 그렇게 할 것입니다. 파이프/호스에 공기가 있으면 이동이 중단됩니다. 또한 호스에서 저장 용기까지 최소 1.2m(4피트) 높이가 있어야 합니다. 루프를 설정하여 용기에서 호스로 물을 순환시키고 가열 과정을 계속할 수 있습니다. 차가운 물이 바닥에서 끌어와 호스를 통해 순환하고 용기 상단 근처로 돌아옵니다. 사이펀이 깨지지 않는 한(공기가 존재하는 한) 물을 용기 밖으로 담그거나 배수하여 사용할 수 있습니다. 이는 단순한 개방형 루프 시스템으로, 물이 시스템에 들어가고 제거되어 시스템에서 사용됩니다.

배치 히터.

또 다른 유형 은 열 사이펀을 사용하여 많은 양의 물을 가열하지만 태양 에너지를 흡수하기 위해 구성된 태양열 집열기를 사용하기 때문에 배치 히터 라고 할 수 있습니다 . 그 한계는 탱크가 태양에 노출된 지붕이나 구역에 있는 수집기 위에 있기 때문에 온수를 사용 지점까지 파이프로 연결해야 하며 이로 인해 열 손실이 발생한다는 것입니다. 배치 히터를 사용하는 특별한 공동 태양열 온수 난방 시스템 도 제안되었습니다.

더욱 정교한 시스템

보다 정교한 시스템이 존재하며 일부는 여전히 개방 루프 시스템 (기존 온수기 또는 기타 용기를 활용)을 사용합니다. 펌프와 전원을 갖춘 태양광 집열기는 기존 물 가열 장치를 보조하거나 대체하기 위해 작동합니다. 물은 온수기 탱크에서 노출된 수집기로 순환하고 다시 탱크로 순환하며, 이는 계속해서 물을 재순환하고 가열합니다. 이 시스템에서는 광전지 구동 저용량 순환 펌프를 사용할 수 있으므로 외부 전력이 필요하지 않습니다 . 효율성이 높을수록 수집기가 커지고 탱크 저장 용량이 작을수록 물이 더 빨리 가열됩니다. 작동 시간이 길어질수록 열 손실이 수온보다 낮아질 때까지 물이 더 뜨거워집니다. 이 개방형 루프 시스템은 결빙 온도가 없거나 드물게 발생하는 기후에서 매우 잘 작동합니다. 시스템의 얼기 쉬운 부분에서 물을 비우기 위해 배수구가 있는 시스템을 사용하여 더 시원한 기후에서 작업할 수 있습니다. 배수구는 수동으로 작동하거나 자동 온도 조절 장치로 제어할 수 있습니다. 이러한 유형의 시스템은 기존의 기존 온수기를 보조하거나 대체하는 데 널리 사용될 수 있습니다.

폐쇄 루프 시스템은 동결되고 더 낮은 온도에 도달하는 기후에 가장 적합하지만 더 정교하고 따라서 더 비쌉니다. 폐쇄 루프 시스템에서는 냉각수(보통 프로필렌 글리콜)가 수집기를 통해 열 교환기로 순환되며, 여기서 흡수된 열은 냉각수에서 물로 전달됩니다. 프로필렌 글리콜은 훨씬 낮은 온도에서도 액체로 남아 있으며 계속해서 열을 흡수하여 물로 전달합니다. 프로필렌 글리콜도 시스템에 남아 있으므로 "폐쇄 루프"라는 이름이 붙었습니다. 열 교환기는 기존 온수기 탱크 외부에 있거나 기존 탱크를 교체합니다. PV 구동 저용량 순환 펌프도 이 시스템에 사용할 수 있습니다.

이러한 시스템 및 관련 기술은 기본적으로 비용, 정교함, 에너지 순으로 배열되어 있습니다. 간단한 시스템은 확실히 " 적절한 기술 "이며 최소한의 투자로 사용할 수 있으며 지침을 따르면 인식된 정교함에 관계없이 거의 모든 문화권에서 사용할 수 있습니다. 개방형 루프 시스템은 개발도상국에서 원래 건설되거나 개조된 상태로 사용될 수 있으며 간단한 시스템과 마찬가지로 설치 유형을 통해 에너지 비용과 GHG를 크게 줄이고 다른 요구 사항에 더 집중할 수 있습니다. 폐쇄 루프 시스템은 더 비싸므로 부유한 문화에 더 제한되지만 그 이점은 다른 시스템과 유사합니다. 1인당 에너지 사용량을 기준으로 볼 때, 더 비싼 시스템은 아마도 다른 시스템보다 더 많은 화석 연료 사용량을 줄일 수 있습니다.

양철집의 대피된 튜브 수집기

현대식 대량 생산 진공관 ^W 는 영하에서도 열을 수집합니다. 튜브 자체는 대량 생산에 가장 적합하지만 시스템의 나머지 부분은 제조에 더 유연합니다. 진공관은 진공으로 밀봉된 공간을 사용하여 수집관을 외부 요소로부터 분리합니다. 태양 복사열이 이러한 수집기에 의해 흡수되어 열로 변환될 때 진공 장벽은 이 에너지의 대부분이 빠져나가는 것을 방지합니다. 기본적으로 이 방법은 보온병과 유사한 방식으로 작동합니다. 외부 환경으로의 손실을 방지하면서 포착된 태양 복사를 억제하는 능력은 시스템 외부 온도가 매우 낮은 경우에도 진공 튜브 시스템이 지속적으로 물을 가열할 수 있게 해줍니다.

태양열 온수 수영장

아아아앙 액션! 태양 에너지의 실질적인 효과.

태양에서 파생된 에너지는 지구상의 생명을 움직이고 유지합니다. 그럼 왜 수영장을 데울 수 없나요?

수영장... 엄청나게 더운 여름날 맑고 시원한 물에 다이빙할 생각에 피부가 따끔거립니다. 이 정확한 접촉 순간은 수영장을 청소하고 관리하는 모든 번거로움을 그만한 가치가 있게 만들어줍니다. 그렇지 않습니까? 이제 뜨거운 날이 더 오래 지속되어 뒷마당 열대 지망생 천국에서 좀 더 여유롭게 시간을 보낼 수 있다면 좋겠습니다. 아아, 계절은 당신의 말을 듣지 않고 필연적으로 가을, 겨울, 봄이 당신의 소중한 수영장을 공격하여 타일 뼈까지 냉각시켜 완전히 사용할 수 없게 만듭니다. 일년 내내 당신의 수영장은 주인이 돌아오기를 간절히 기다리는 개처럼, 눈이 녹기를 기다리는 휴면 수선화 구근처럼, 사용되지 않고 사랑받지 못한 채 앉아 있습니다. 고통받는 지구, 분명 우리 모두는 원하는 것을 얻을 수 있습니다. 그리고 화석 연료에 따른 재정적, 환경적 비용이 들지 않는 온수 수영장이 포함되어 있다면 태양열 온수 시스템의 넓은 세계에 오신 것을 환영합니다.

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참고자료

또한보십시오

• 공간 난방 시스템의 그린 튜닝 : 물을 가열하여 그대로 사용하는 것 외에도 라디에이터를 통해 순환시키는 데에도 사용할 수 있어 공간 난방 시스템을 만드는 데 영향을 줄 수 있습니다(참조: 열 펌프 시스템#집에 열 펌프 시스템 장착) 실제로 )
• DIY 태양열 수집기

외부 링크

• 위키피디아:태양광 발전

전문논문

• BRIDGEMAN, AG의 가정용 온수 난방을 위한 간접 태양열 보조 열 펌프의 실험적 분석
• Cruickshank, C.의 태양열 난방 응용을 위한 층상 다중 탱크 열 저장 장치 평가
• 캐나다 주거용 계절 저장 시설을 갖춘 중앙 태양열 난방 시설: 드레이크 착륙 태양광 공동체 사례 연구( Wamboldt, J.