4.3. Napelemes berendezések háztartási vízmelegítéshez

A háztartási vízmelegítés messze az a terület, ahol a legtöbb napelemes berendezést telepítik.

4.3.1 Recirkulációs rendszerek a sűrűségkülönbség alapján

Mivel a forró víz fajlagos tömege kisebb, mint a hideg vízé, ezért melegítve a kollektorban és a csőrendszerben emelkedik, elérve a tartályt (amely fent van felszerelve), míg a másik oldalon hidegebb víz áramlik a tartályból a kollektorba. . A keringés akkor következik be, amikor a kollektorban lévő víz melegebb, mint a tartályban lévő víz, és annál erősebb, mivel a sugárzás mennyisége nagyobb, és így a kollektor és a tartály közötti hőmérséklet-különbség növekszik. Ezt az elvet recirkulációnak nevezzük a sűrűség vagy a radiátor különbsége alapján.

Előnyök: a recirkuláció szinte ideális esetben automatikusan zajlik, a szolárkör szivattyú, kiegészítő hőforrás és szabályozók nélkül működik. Ezért ezt az elvet mindenütt alkalmazzák, ahol kicsi, egyszerű telepítéseket kívánnak telepíteni, vagy ahol nincs áramellátó hálózat. A "standard típusú szolárrendszerrel" ellentétben a szivattyúra és a vezérlőrendszerre már nincs szükség, ami jelentős csökkenést okoz a rendszer árában.

Ezenkívül a radiátoros rendszerek viszonylag zökkenőmentesen működhetnek nyitott szolárkörrel (ha a szivattyúval visszakeringtetik, ez bizonyos alsó nyomáshatárt igényel). Így a telepítés tovább egyszerűsödik, mivel már nem kell ellenállnia a nyomásnak, és nincs szükség többé olyan eszközökre, mint a manométer, a nyomáscsökkentő szelep vagy a szellőzőszelep.

Hátrányok: a hátrányok a peremhidraulikai feltételek: az áramlási sebesség, illetve az áramlás nem állítható, és a hajtóerő viszonylag alacsony. Így viszonylag alacsony áramlási sebességek vannak, amelyek növelik a kollektor hőmérsékletét és csökkentik annak hatékonyságát. Ez azonban elkerülhető, akárcsak az alacsony áramlási rendszereknél, megfelelő technika alkalmazásával, különösen egy minőségi szolárköri hőcserélővel. A hidraulikus áram ellenállásának azonban alacsonynak kell lennie, mert különben a radiátor áramlása megállhat. A házzal ellátott hőcserélőket általában erre a célra szerelik fel.

Ezenkívül az ilyen rendszerek méretét és megvalósíthatóságát korlátozzák a marginális feltételek. A tartályt mindenképpen a kollektorok fölé kell szerelni annak érdekében, hogy az áram átadódjon a tartályhoz; tanácsos kerülni a hosszú vízszintes csövek felszerelését, mert ily módon a visszakeringetés nem valósulna meg megfelelően. A csövekben lévő áram ellen a hidraulikus ellenállásnak nagyon kicsinek kell lennie, ami azt jelenti, hogy a csövek keresztmetszetének nagynak, valamint a kollektor és a tartály közötti csövek hosszának nagyon kicsinek kell lennie. Annak elkerülése érdekében, hogy a hőhatású anyag éjszaka, a tartályban jelentősen melegebb legyen, mint a kollektor, a kollektor és a tartály között nem kívánatos a recirkuláció, ajánlott egy könnyen manőverezhető elzáró szelep beépítése.

A helykorlátozások és a beépítés által szabott korlátozások mellett (a tartály tetőre szerelése a tér szempontjából problémát jelenthet) vannak korlátozások, amelyeket statikus (tetőterhelés), esztétikai hatások (kívülről nézve a tartályoknak nincsenek) pozitív esztétikai hatás), valamint a telepítés szokásos gyakorlata által előírt korlátozások, illetve a meglévő telepítéshez való kapcsolódás.

Felhasználási területek

Közép-Európában ritkán alkalmaznak sűrűség-alapú berendezéseket: a napelemes tartályt általában a pincébe szerelik, a lehető legközelebb a fűtési rendszerhez, mert a külső tartályok túl nagy hőveszteséggel rendelkeznek az ezen a területen lévő éghajlat miatt. Dél-Európában, illetve a mediterrán térségben teljesen más a helyzet: az éghajlat enyhébb (de nem elég meleg ahhoz, hogy egyáltalán ne legyen szükség forró vízre), és a külső tartályok hővesztesége kisebb; itt a központi fűtés olyan ritka, mint a pincék, és a kényelem és az esztétikai hatás igényei (még) nem olyan magasak. Ezen okokból kifolyólag a fűtőtest-rendszerek elterjedtebbek a mediterrán térségben, több ezer (lapos) tetőn találhatók, és legfeljebb 10 m2-es területtel rendelkeznek, így a tető nem terhelődik túl. A világ legnagyobb napenergiájú piaca, nevezetesen Kína, az egyszerű radiátorberendezések által uralt ország mellett vannak olyan országok is, mint Ausztrália, Dél-Amerika és India. Így a radiátoros rendszerek messze a legelterjedtebb napelemes berendezések.

A különböző növénykonfigurációk előnyei és hátrányai

nyitott radiátor rendszer áramkörrel

Előnyök: a leírt rendszerhez képest nincs hőcserélő vagy tágulási tartály, mert a szolárkör nyitva van. Ugyanakkor egy úszó van felszerelve, amely egy bizonyos szinten leállítja a hideg vízellátást. Nagyon egyszerű tartályok és alkatrészek is alkalmazhatók, amelyeknek nem kell nyomásállónak lenniük. Az áramkörrel rendelkező rendszerek másik fontos előnye a jó hőátadás, mivel nem fordulnak elő hőcserélő veszteségek.

Hátrányok: nyitott rendszerekben meglehetősen magas a korrózió kockázata az oxigén behatolása miatt. Ezenkívül szennyeződések is elérhetik a tartályt, ami azt jelenti, hogy nem szabad kizárni, hogy a használati víz szennyezett. Ezért nem engedélyezték ezt a rendszert Németországban az ivóvíz használatára. Egykörös rendszerként nem képes fagyállóval működni.

Felhasználási területek: A legegyszerűbb és legolcsóbb radiátoros rendszert azokban a régiókban használják, ahol az ivóvíz-hálózat alacsony nyomású, vagy ahol gyakran megszakad a központi ivóvízellátó rendszer. A tartály egyben tárolótartály is, és a használati víz nyomását csak a tartály (általában a tetőre szerelt) és az adagoló szivattyú (statikus nyomás) közötti magasságkülönbség határozza meg. Fagyveszély esetén ki kell üríteni a rendszert. Ilyen konfigurációk találhatók például Észak-Afrika területein.

zárt radiátor rendszer áramkörrel

Előnyök: ebben az esetben is egyszerű és költséghatékony koncepció. Annak a ténynek köszönhetően, hogy zárt rendszerről van szó, a fent leírt rendszertől eltérően ez kizárja a szennyeződések kockázatát, miközben jó kollektív hőátadást biztosít a kollektor és a fogyasztói áramkör között. A vízhálózathoz való közvetlen csatlakozás révén korrózióveszély áll fenn az oxigén édesvízen keresztüli behatolása miatt.

Hátrányok: az alapvető körben a vízhálózat nyomása áll, amely Közép-Európában a csövekben általában 4 bar értékű, és további felszereléssel jár a berendezés biztonságának biztosítása érdekében, különös tekintettel a membránnal ellátott tágulási tartály felszerelésére. és egy biztonsági szelep. Az abszorbens elemek azonban ritkán ellenállnak ilyen nagy nyomásnak. A világ számos országában az ivóvíz-hálózat nyomása nagyon alacsony. Gyakran csak egy víztartály (műanyag akkumulátor) van a tetőn, ahol a nyomás a fogyasztótól való magasságkülönbség miatt alakul ki. Mivel a naprendszer is gyakran a tetőn van, problémák adódhatnak a rendszer túl alacsony nyomása miatt.

Felhasználási területek: ezt a fajta telepítést általában fagyveszély nélküli régiókba telepítik, ahol a csövekben lévő víz alacsony nyomása a domináns (legfeljebb 2 bar).

nyitott radiátor rendszer 2 áramkörrel

Előnyök: a szolárkör és a fogyasztó szétválasztása miatt fagyálló keveréket lehet használni a szolárkörhöz a fagy elleni védelem érdekében. Ezenkívül költséghatékony, nyomásálló tartály is telepíthető.

Hátrányok: mint minden nyitott rendszerben, az oxigén és a szennyeződések behatolása miatt fennáll a korrózió veszélye, itt különösen a tartályban lévő ivóvízre utalunk.

Felhasználási területek: A felhasználási területek hasonlóak az előző esetekben leírtakhoz. A telepítés ilyen konfigurációja azonban viszonylag ritka, mert a legtöbb telepíthető területen nincs fagyveszély, és a két áramkör szétválasztása csak magasabb költségeket és kevesebb előnyt jelentene.

2 körös radiátoros rendszer, nyitott szolárkörrel és zárt áramkörrel a fogyasztó számára

Előnyök: nyitott áramkörként a szolárkör kiépíthető, előnyös az egyszerű alkatrészek költségei szempontjából, amelyek nem feltétlenül ellenállnak a nyomásnak, és fagyállóval ellátott vízkeverékkel tölthetők meg. A fogyasztó zárt áramköre miatt nincs veszélye annak, hogy az ivóvízbe szennyeződések kerüljenek.

Hátrányok: a nyitott szolárkörben nagy a korrózió veszélye az oxigén behatolása miatt. A tartálynak nyomásállónak kell lennie.

Felhasználási területek: E rendszerek fő alkalmazási területe a Földközi-tenger nyugati országai. A rendszer egész évben működik, és a fagyveszélyes országokban.

Radiátorrendszer telepítése is lehetséges 2 körrel, amelyekből a szolárkör és a fogyasztói áramkör nyitva van. Az ilyen típusú rendszerkonfigurációnak azonban nincs sok értelme, ezért nem is nagyon valósul meg.

zárt radiátoros rendszer 2 áramkörrel

Az előnyök a többi rendszerrel szemben a korrózió és az ivóvízbe kerülő szennyeződések alacsony kockázata, valamint a fagyálló folyadék bevezetésének lehetősége a szolárkörbe.

Hátrányok: az eddig felsorolt összes típusú rendszer közül ez bizony a legdrágább, mivel mindenhol nyomásálló alkatrészeket kell felszerelni, és a zárt szolárkör miatt további eszközöktől, például az edénytől nem lehet eltekinteni. membrán tágulási szelep vagy biztonsági szelep.

Felhasználási területek: ilyen típusú rendszereket általában a Földközi-tengeren telepítenek, különösen azokban a városokban, ahol általában elegendő pénzügyi forrás áll rendelkezésre a naprendszerbe történő beruházáshoz, és ahol a csövekben olyan magas a víznyomás. stabil, hogy egy ilyen rendszert fel lehessen szerelni.

4.3.2 Kényszerített recirkulációs rendszerek

A radiátoros rendszerektől eltérően az erőltetett recirkulációjú szolárberendezések szivattyúval vannak ellátva, amelynek szerepe a hőgenerátor visszakeringtetése a szolárkörből. A szivattyú működtetéséhez vezérlő rendszert kell felszerelni. A kényszeres recirkulációval rendelkező berendezések fontos jellemzője a szivattyú és a vezérlő vagy szabályozó egységek jelenléte.

Előnyök: A vezérlő rendszerrel ellátott recirkulációs szivattyú telepítésénél már nincsenek a radiátoros rendszer korlátai. A kollektor és a tartály rögzítési helyei, valamint a két elem közötti távolság már nem olyan fontos, és nem kell őket a helyi viszonyokhoz igazítani. Sőt, az összes elem megfelelő méretezésével a rendszer maximális hatékonysággal működhet.

Hátrányok: hátrányos, hogy további erőfeszítésekre van szükség a szivattyú és a vezérlőrendszer működtetéséhez, valamint telepítésükhöz és beállításukhoz.

Felhasználási területek: Mivel az előnyök a gyakorlatban fontos szerepet játszanak, a kényszerű recirkulációs szolárberendezések standard kis rendszerekké váltak Közép- és Észak-Európában. A nagy installációkat nem lehet más módon elkészíteni.

A különböző növénykonfigurációk előnyei és hátrányai

Napenergia-létesítmények háztartási vízhöz olyan régiókban, ahol a közép-európai éghajlatú környezet van, a nagy üzemeltetési erőfeszítések ellenére a hőcserélővel ellátott zárt rendszer (a szolárkörben), mert ellenáll a fagytól és megfelel a telepítési technológia helyi szabványainak.

Előnyök: ennek a telepítésnek az egyszerű és nagyon rugalmas elgondolásához számtalan tapasztalat és különféle szabványos előre gyártott alkatrészek vannak, ami azt jelenti, hogy az ilyen típusú telepítések viszonylag olcsók és méretüktől függően kerülnek kiszállításra (előre gyártott csomagok)

Hátrányok: a radiátoros rendszerekhez képest ez a fajta telepítés több erőfeszítést igényel és drágább.

Alkalmazási területek: ivóvíz háztartási melegítése akár 8 fő számára (gyűjtő (2).

Kétkörös szolárrendszer kényszerített recirkulációs külső hőcserélővel (a szolárkörhöz) kéttartályos berendezésként

Előnyök: a hő jobban átkerül egy külső hőcserélőn keresztül. Az első tartály lehet egyszerű, nyomás alatt álló tartály, mellékletek nélkül. Ez a rendszer a belső helyett egy külső hőcserélővel is felszerelhető.

Hátrányok: a külső hőcserélő további erőfeszítéseket igényel a második szivattyúhoz és a csövek csatlakoztatásához. Mindkét tartály viszonylag nagy helyet igényel, és a hőveszteség nagyobb, mint egyetlen, azonos tárolási térfogatú tartályé. Mindkét tartálynak a háztartási víz nyomástartályának kell lennie.

Felhasználási területek: ezt a rendszert nagyobb telepítéseknél (> 10 m 2), de egy már létező rendszerhez való csatlakozáshoz is használják, ahol az utolsó esetnél már van egy második, a rendszer a standard megoldás, a második pedig a második tartály általában sokkal kisebb, mint a hagyományos fűtőberendezéseknél. Ebben az esetben költséghatékony egy további hőcserélőt és egy másik szivattyút felszerelni a második tartály tetejére; utóbbi feladata, hogy a kiegészítő tartályból vizet pumpáljon a másik tartályba, ha nincs eltömődés.

kényszer-recirkulációs háromkörös rendszer és belső hőcserélő (szolárkörhöz)

Előnyök: egy további hőcserélőn keresztül elválasztva a fogyasztói áramkört a tartálytól, nyomás nélkül felszerelhető egy másik puffertartály. Például fűtővíz található a tartályban.

Hátrányok: a kiegészítő elemek (külső hőcserélő, szivattyú plusz vezérlőrendszer, csőcsatlakozás) révén a rendszer több energiát igényel és drágább,

Felhasználási területek: a rendszert akkor használják, ha a tartályban lévő víz egy másik körhöz szükséges (például a fűtőkörhöz). Ezért ott van felszerelve, ahol a tartály térfogata meghaladja a 400 litert, és különleges védelmi intézkedéseket igényel a legionella baktérium ellen.

3 áramkörű rendszer kényszerített recirkulációval és külső hőcserélővel

Előnyök: a külső hőcserélő elválasztja az összes áramkört egymástól. Az egyszerű puffertartályok szolártartályként is felszerelhetők, így a nagy ivóvíz-tartályok és a háztartási vizet tartalmazó tartályok nagy létesítményekben is telepíthetők.

Hátrányok: ez a rendszer elég sok erőfeszítést igényel a számos további elem és a csövek összekapcsolásához szükséges költségek miatt. A hőveszteség a tartályok számával arányosan nő.

Felhasználási területek: a leírt konfiguráció nagy létesítmények (50 m 2 feletti gyűjtők) csatlakozását jelenti. Gyakran szükség van több tartály (2, 3 vagy több tartállyal rendelkező berendezések) soros összekapcsolására (a rendelkezésre álló hely miatt stb.). Ez a példa azt mutatja, hogy a nagy installációk nem egyszerűen a kisebb installációk nagyított példányai, hanem nagyrészt más kialakítást és ennek megfelelően nagyobb erőfeszítést igényelnek.

Közvetlen áramellátás

A nagy ivóvízhálózatokban, például a nagy otthonok, kórházak stb. Esetében a napenergia közvetlenül tank nélkül is szállítható. Ez azért lehetséges, mert amikor a naprendszer energiát termel, akkor az energia felszabadulása szinte mindig megtörténik, ami azt jelenti, hogy szükség van energiára (fogyasztásra). Ezenkívül az ilyen típusú létesítményeknél tartály van felszerelve, amely szükség esetén használható. Erre a célra előregyártott állomásokat fejlesztettek ki, amelyeken keresztül a már meglévő hálózatok később viszonylag egyszerűen kiépíthetők.