Сонячні системи гарячого водопостачання призначені для передачі сонячної енергії сонця воді . Знайти найбільш ефективну та ефективну сонячну систему гарячого водопостачання для даної ситуації може бути складним завданням. Існує ряд ключових факторів, які необхідно враховувати при виборі найбільш підходящої конфігурації системи. Ці фактори включають, в значній мірі, кількість сонячної інсоляції, клімат, вартість будівництва, монтажу та матеріалів, розташування та доступність системи, кількість води, що потребує нагріву, частоту використання гарячої води, наявність електроенергії, наявність матеріалів, та рівень майстерності в будівництві.
Наступні класифікації систем поділяються на три групи по дві та одну групу з однієї унікальної системи. Ці чотири основні групи:
- Розімкнутий цикл проти замкнутого циклу .
- Активний проти пасивного .
- Використовує теплообмінник і не використовує теплообмінник .
- Пакетна система .
Будь-яка дана система використовує одну характеристику з кожної групи. Наприклад, система може бути активною системою з відкритим контуром, яка не використовує теплообмінник. Або інший приклад, система може бути пасивною системою із замкнутим контуром, яка використовує теплообмінник. Деякі системи набагато легше створити, ніж інші, і люди з базовими знаннями про інструменти та конструкції можуть легко створити функціональну систему. Якщо хтось хоче створити власну систему, ця мінливість складності вплине на вибір типу системи.
Ще одним фактором є вартість, і кожна конфігурація системи має низку різних витрат і переваг. Вартість будь-якої конкретної системи може значно відрізнятися від країни до країни та регіону до регіону. Певні конфігурації з використанням певних типів обладнання ефективніші за інші в конкретних ситуаціях. Наступна інформація дає детальний огляд цих різних способів будівництва сонячних колекторів для гарячої води.
Різні типи колекторів також показані в кінці цієї сторінки, а також приклади різних поширених сонячних систем гарячого водопостачання.
На цій сторінці описано різні системи, які використовуються для нагрівання води сонцем. Щоб отримати більш загальний опис сонячної гарячої води, відвідайте сторінку Сонячна гаряча вода .
Зміст
Системи з відкритим контуром
Відкритий контур означає, що вода, яка потребує нагрівання, проходить безпосередньо через сам сонячний колектор гарячої води. Немає проміжної рідини. Дивіться заголовок «Замкнутий цикл» нижче, щоб дізнатися про єдиний виняток із цього визначення, коли вода в системі із замкнутим контуром тече безпосередньо через сонячний колектор. Системи з відкритим контуром не використовують теплообмінники.
Переваги
Системи з відкритим контуром є найпростішими для проектування та будівництва. Як правило, вони вимагають найменшої конструкції та можуть прослужити довше без серйозного обслуговування через обмежену кількість рухомих частин.
Недоліки
Системи з відкритим контуром не ідеальні в регіонах, де температура може опускатися нижче нуля. Труби можуть замерзнути, в результаті чого рідка вода перетвориться на лід, який призведе до розриву труб. Перед будь-якими температурами замерзання необхідно осушити систему, щоб зберегти труби. У регіонах, де температура падає нижче точки замерзання, рекомендується використовувати систему із замкнутим контуром із теплообмінником або застосувати один чи декілька методів запобігання замерзанню труб. Профілактичні заходи можуть бути у формі дренажу системи, ручного чи керованого термостатом, або насоса, який проштовхує традиційно нагріту воду через систему під час холодної погоди. Система також може бути сконструйована таким чином, щоб вода витікала з колектора самопливом, коли циркуляційний насос не працює.
Системи замкнутого циклу
Системи із замкнутим контуром є складнішими у створенні та впровадженні, ніж системи з відкритим контуром, оскільки їх можна використовувати в різноманітних кліматичних умовах. У замкнутій системі використовується рідина, яка має набагато нижчу температуру замерзання, ніж вода, але при цьому легко поглинає та віддає тепло. Гарним прикладом є антифриз, який використовується в автомобільних радіаторах. Ця рідина проходить через сонячний колектор, нагрівається та переміщується в певний тип теплообмінника. Див. Системи теплообмінника нижче. Через характер систем із замкнутим циклом для передачі тепла від колектора до води необхідні теплообмінники. Системи із замкнутим контуром також можна використовувати в системах опалення підлоги або настінних радіаторів для обігріву приміщення, а не води.
Переваги
На відміну від більшості систем із відкритим контуром, системи із закритим контуром можна використовувати в регіонах, де спостерігається температура нижче нуля. Завдяки унікальним властивостям води труби можуть лопнути при замерзанні. Цьому запобігає використання рідини, яка має набагато нижчу температуру замерзання, ніж вода.
Недоліки
Системи замкнутого циклу вимагають використання теплообмінника. Це додає системі неефективність, яку необхідно враховувати на етапі проектування та визначення розміру системи. Додаткові матеріали для теплообмінника також можуть збільшити вартість системи.
Активні системи
Активні системи — це системи, для функціонування яких потрібна зовнішня енергія. Зазвичай ця енергія надходить у вигляді електричного насоса, який проштовхує рідину через колектор. Нерідко зустрічаються насоси, що працюють від сонячної енергії, як зовнішнє джерело живлення. Накачування сонячними батареями доцільно за багатьох обставин через те, що вода лише нагрівається, і, отже, її потрібно перекачувати лише тоді, коли світить сонце.
Переваги
Через природу гідрології та термодинаміки перекачування води через колектори замінює необхідність зберігання нагрітої води над колекторами, що може бути складним і обмежувальним для проектування (Див. Пасивні системи для подальшого пояснення).
Недоліки
Використання насоса вимагає як придбання насоса, так і потреби в джерелі живлення, швидше за все, електриці для живлення насоса.
Пасивні системи
Також відомі як термосифонна система, сонячні системи пасивного типу – це ті, які не використовують зовнішнє джерело енергії. Пасивна сонячна батарея – це термін, який застосовується до набагато більшого, ніж просто сонячна гаряча вода. Наприклад, фарбування басейну в чорний колір, щоб поглинати більше енергії, або розміщення вікон на південній стороні будинку (у північній півкулі), щоб пропускати більше енергії сонця, вважаються пасивною сонячною енергією.
Пасивний сонячний водонагрівач повинен враховувати фізику навколо гідрології та термодинаміки. У цьому типі системи використовується термосифон. Термосифон використовує енергію сонця для переміщення води або іншої колекторної рідини у вертикальному напрямку. Це відбувається, коли рідина має різну температуру, а отже, і густину. Оскільки найгарячіша вода завжди рухається вгору, таким чином витісняючи холоднішу воду вниз, резервуар для зберігання гарячої води або теплообмінник має бути над сонячним колектором.
Переваги
Для руху рідини через систему не потрібна зовнішня енергія. Менше рухомих частин означає менше речей, які можна зламати.
Недоліки
Якщо використовується резервуар для гарячої води або теплообмінник, він повинен бути розташований над сонячним колектором, щоб термосифон протікав. Це може спричинити проблеми, оскільки більшість сонячних систем розташовано на дахах будинків. Зараз доступно багато варіантів конструкції, які полегшують зберігання гарячої води над системою.
Теплообмінні системи
Теплообмінники використовуються в регіонах, де температура нижче нуля. Самі теплообмінники вбудовані в замкнуту систему і передають зібране в колекторі тепло в систему гарячого водопостачання будинку. Існує ряд конструкцій теплообмінників.
Загальною конструкцією є доповнення до звичайного нагрівача гарячої води шляхом передачі тепла від рідини сонячного колектора в резервуар для гарячої води. Мідна трубка є хорошим матеріалом для легкої передачі теплової енергії рідини.
Інший поширений тип теплообмінника використовує ствол із двома лініями міді, паралельними одна одній. Одна трубка виходить із сонячного колектора, входить у стовбур зверху, обертається по спіралі навколо краю стовбура, виходить із стовбура знизу та завершує замкнутий цикл, повертаючись до сонячного колектора. Інша труба, яка йде паралельно першій, – це гаряче водопостачання. Він надходить у бочку внизу, паралельно колекторній трубі до верхньої частини бочки та виходить із бочки у верхній частині з гарячою водою. Тепло передається від гарячої рідини з колектора через мідні трубки до побутової води. Стовбур може бути ізольований зовні для підвищення ефективності передачі.
Існує кілька різних рідин, які можна використовувати в системі замкнутого циклу. Нижче наведено найбільш широко використовувані та легкодоступні рідини: суміші гліколь/вода, вуглеводневі масла, холодоагенти/автомобільні антифризи та силікони. Кожен із них має переваги та недоліки. Перейдіть за посиланням EERE , щоб дізнатися більше. [1]
Переваги
Теплообмінники використовуються з кількох основних причин: для захисту системи від замерзання та як один із варіантів доповнення до іншого джерела нагріву води.
Недоліки
Теплообмінники ускладнюють систему гарячого водопостачання. Існує більше аспектів системи, які необхідно спроектувати та спланувати при використанні теплообмінника. Існує також більша ймовірність того, що речі зламаються або не функціонуватимуть належним чином через додані компоненти. Необхідно також бути обережним, щоб переконатися, що колекторна рідина або нетоксична, або що існує дуже мала ймовірність забруднення колекторної рідини джерела питної води в разі розривів у замкнутій системі.
Нетеплообмінні системи
Це системи, в яких питна вода, яку потрібно нагріти, проходить безпосередньо через сонячний колектор. Цей тип системи є системою відкритого циклу.
Переваги
Див. Системавідкритого циклу
Недоліки
Див. Системавідкритого циклу
Пакетні системи
Також відомі як Breadbox або системи Integral Collector-Storage (ICS), вони включають один або кілька чорних резервуарів або трубок в ізольованій заскленій коробці. Це може бути навіть так просто, як пофарбувати резервуар у чорний колір, помістити його в ящик, ізолювати його з усіх боків, окрім того, який спрямований на сонце, і накрити ту сторону, яка піддається сонцю, склом або пластиком. Коли сонце нагріває воду, вона розширюється і стає менш щільною, спонукаючи гарячу воду текти до верхньої частини колектора. Звідти витягується в будинок за потреби або в допоміжний резервуар для зберігання. Вони найкраще працюють у регіонах, де морозні температури бувають рідко. Незважаючи на кліматичні обмеження, вони працюють відносно добре; у більш холодному кліматі їх можна використовувати сезонно та осушувати перед суворими зимовими місяцями.
Колекціонери
Неглазуровані
Засклені
Вакуумна трубка
Пакетний колектор
див. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:BatchSolarHeater.JPG
Приклади
Активна замкнута система
Активна система з відкритим контуром
Пасивна замкнута система
Пасивна система з відкритим контуром
Список літератури
- ↑ Міністерство енергетики США. Посібник споживача EERE: теплоносії для сонячних систем водонагріву. http://www.eere.energy.gov/consumer/your_home/water_heating/index.cfm/mytopic=12940
http://www.builditsolar.com/Projects/WaterHeating/ISPWH/IPSWH.pdf Завантажте книгу «Інтегральний пасивний сонячний водонагрівач» Девіда Бейнбріджа