Uppvärmning av solvatten - Solar water heating

Solvattenuppsamlare installerade i Spanien

Solvattenuppvärmning ( SWH ) är uppvärmning av vatten genom solljus , med hjälp av en solvärmesamlare . En mängd olika konfigurationer finns tillgängliga till varierande kostnader för att tillhandahålla lösningar i olika klimat och breddgrader. SWH används i stor utsträckning för bostäder och vissa industriella applikationer.

En solriktad uppsamlare värmer en arbetsvätska som passerar in i ett lagringssystem för senare användning. SWH är aktiva (pumpade) och passiva ( konvektionsdrivna ). De använder bara vatten, eller både vatten och en arbetsvätska. De värms upp direkt eller via ljuskoncentrerande speglar. De fungerar oberoende eller som hybrider med el- eller gasvärmare. I storskaliga installationer kan speglar koncentrera solljuset till en mindre solfångare.

Från och med 2017 är den globala värmekapaciteten för solvarmvatten (SHW) 472 GW och marknaden domineras av Kina , USA och Turkiet . Barbados , Österrike , Cypern , Israel och Grekland är de ledande länderna per kapacitet per person.

Historia

En annons för en solvärmare från 1902

Frank Shumans solmotor på omslaget i mars 1916 av Hugo Gernsbacks The Electrical Experimenter

Registreringar av solfångare i USA dateras till före 1900, med en svartmålad tank monterad på ett tak. År 1896 inneslutna Clarence Kemp från Baltimore en tank i en trälåda och skapade därmed den första "batchvattenberedaren" som de är kända idag. Frank Shuman byggde världens första solvärmekraftverk i Maadi, Egypten , med hjälp av paraboliska tråg för att driva en 45 till 52 kilowatt (60 till 70 hästkrafter) motor som pumpade 23 000 liter vatten per minut från Nilen till intilliggande bomullsfält.

Plattformssamlare för uppvärmning av solvatten användes i Florida och södra Kalifornien på 1920-talet. Intresset växte i Nordamerika efter 1960, men särskilt efter oljekrisen 1973 .

Solkraft används i Australien , Kanada , Kina , Tyskland , Indien , Israel , Japan , Portugal , Rumänien , Spanien , Storbritannien och USA .

medelhavs

Passiva ( termosifon ) solvärmare på taket i Jerusalem

Israel, Cypern och Grekland är ledande per capita när det gäller användning av solvattenuppvärmningssystem som stöder 30% –40% av bostäderna.

Plattplattans solsystem perfekterades och användes i stor skala i Israel. På 1950 -talet ledde bränslebristen till att regeringen förbjöd uppvärmning av vatten mellan klockan 22.00 och 06.00. Levi Yissar byggde den första prototypen israelisk solvärmare och 1953 lanserade han NerYah Company, Israels första kommersiella tillverkare av solvärme. Solvattenvärmare användes av 20% av befolkningen år 1967. Efter energikrisen på 1970 -talet krävde Israel 1980 installation av solvärmare i alla nya bostäder (förutom högtorn med otillräcklig takyta). Som ett resultat blev Israel världsledande inom användning av solenergi per capita med 85% av hushållen som använde solvärmesystem (3% av den primära nationella energiförbrukningen), beräknat spara landet 2 miljoner fat (320 000 m ³ ) olja om året.

2005 blev Spanien världens första land som krävde installation av fotovoltaisk elproduktion i nya byggnader, och det andra (efter Israel) som krävde installation av solvattenvärmesystem, 2006.

Asien

Nya solvarmvatteninstallationer under 2007, över hela världen

Efter 1960 marknadsfördes system i Japan.

Australien har en mängd olika nationella och statliga föreskrifter för solvärme som börjar med MRET 1997.

Solvattenuppvärmningssystem är populära i Kina, där grundläggande modeller börjar på cirka 1500 yuan (235 dollar), cirka 80% mindre än i västländerna för en given samlarstorlek. Minst 30 miljoner kinesiska hushåll har ett. Populariteten beror på effektiva evakuerade rör som gör att värmare kan fungera även under grå himmel och vid temperaturer långt under fryspunkten.

Designkrav

Typ, komplexitet och storlek på ett solvattenvärmesystem bestäms mestadels av:

Förändringar i omgivningstemperatur och solstrålning mellan sommar och vinter
Förändringar i omgivningstemperatur under dag-natt-cykeln
Möjligheten till dricksvatten eller uppsamlingsvätska överhettas eller fryser

Systemets minimikrav bestäms vanligtvis av mängden eller temperaturen på varmt vatten som krävs under vintern, när systemets utmatning och inkommande vattentemperatur normalt är som lägst. Systemets maximala effekt bestäms av behovet av att förhindra att vattnet i systemet blir för varmt.

Frysskydd

Frysskyddsåtgärder förhindrar skador på systemet på grund av expansion av frysöverföringsvätska. Avloppssystem dränerar överföringsvätskan från systemet när pumpen stannar. Många indirekta system använder frostskyddsmedel (t.ex. propylenglykol ) i värmeöverföringsvätskan.

I vissa direkta system kan uppsamlare tömmas manuellt när frysning förväntas. Detta tillvägagångssätt är vanligt i klimat där frysningstemperaturer inte förekommer ofta, men kan vara mindre tillförlitliga än ett automatiskt system eftersom det är beroende av en operatör.

En tredje typ av frysskydd är frystolerans, där lågtrycksvattenledningar av silikongummi helt enkelt expanderar vid frysning. En sådan samlare har nu European Solar Keymark -ackreditering.

Överhettningsskydd

När inget varmvatten har använts på en dag eller två kan vätskan i uppsamlaren och lagringen nå höga temperaturer i alla system som inte dräneras. När lagringstanken i ett dräneringssystem når sin önskade temperatur, stannar pumparna och avslutar uppvärmningsprocessen och förhindrar därmed lagringstanken från överhettning.

Vissa aktiva system kyler avsiktligt vattnet i lagringstanken genom att cirkulera varmt vatten genom uppsamlaren ibland när det är lite solljus eller på natten och förlorar värme. Detta är mest effektivt i direkt- eller termiska butiksrör och är praktiskt taget ineffektivt i system som använder evakuerade rörsamlare på grund av deras överlägsna isolering. Vilken samlartyp som helst kan fortfarande överhettas. Högtrycksförseglade solvärmesystem förlitar sig slutligen på driften av temperatur- och tryckavlastningsventiler . Lågt tryck, öppna ventilerade värmare har enklare och mer tillförlitliga säkerhetskontroller, vanligtvis en öppen ventil.

System

Enkla mönster inkluderar en enkel isolerad låda med glastopp med en platt solabsorberare av plåt, kopplad till värmeväxlarrör i koppar och mörkfärgade, eller en uppsättning metallrör omgiven av en evakuerad (nära vakuum) glascylinder. I industriella fall kan en parabolisk spegel koncentrera solljuset på röret. Värme lagras i en varmvattenbehållare . Volymen på denna tank måste vara större med solvärmesystem för att kompensera för dåligt väder och eftersom den optimala sluttemperaturen för solfångaren är lägre än en typisk nedsänknings- eller förbränningsvärmare. Värmeöverföringsvätskan (HTF) för absorbatorn kan vara vatten, men vanligare (åtminstone i aktiva system) är en separat slinga med vätska som innehåller frostskyddsmedel och en korrosionshämmare levererar värme till tanken genom en värmeväxlare (vanligtvis en spole av kopparvärmeväxlarrör i tanken). Koppar är en viktig komponent i solvärme- och kylsystem på grund av dess höga värmeledningsförmåga, korrosionsbeständighet i atmosfären och vattnet, tätning och sammanfogning genom lödning och mekanisk hållfasthet. Koppar används både i mottagare och primära kretsar (rör och värmeväxlare för vattentankar).

Ett annat lägre underhållskoncept är "dränering". Ingen frostskydd krävs; i stället lutar alla rörledningar för att få vatten att rinna tillbaka till tanken. Tanken är inte trycksatt och fungerar vid atmosfärstryck. Så snart pumpen stängs av vänder flödet och rören töms innan frysning kan inträffa.

Hur ett solvarmvattensystem fungerar

Bostadens solvärmeinstallationer delas in i två grupper: passiva (ibland kallade "kompakta") och aktiva (ibland kallade "pumpade") system. Båda inkluderar vanligtvis en extra energikälla (elvärmeelement eller anslutning till ett centralvärmesystem för gas eller eldningsolja) som aktiveras när vattnet i tanken faller under en lägsta temperaturinställning, vilket säkerställer att varmt vatten alltid är tillgängligt. Kombinationen av solvattenuppvärmning och reservvärme från en vedspis skorsten kan göra att ett varmvattensystem fungerar året runt i svalare klimat, utan att det extra värmebehovet för ett solvattenvärmesystem uppfylls med fossila bränslen eller el.

När ett solvärme- och varmvattencentralvärmesystem används tillsammans, kommer solvärmen antingen att koncentreras i en förvärmningstank som matas in i tanken som värms upp av centralvärmen , eller så kommer solvärmeväxlaren att ersätta det nedre värmeelementet och det övre elementet kommer att finnas kvar för extra värme. Det primära behovet av centralvärme är dock på natten och på vintern när solvärdet är lägre. Därför är solvattenuppvärmning för tvätt och bad ofta en bättre tillämpning än centralvärme eftersom utbud och efterfrågan matchas bättre. I många klimat kan ett solvarmvattensystem tillhandahålla upp till 85% av tappvarmvattenenergin. Detta kan inkludera inhemska, icke-elektriska, koncentrerande solvärmesystem . I många nordeuropeiska länder används kombinerade varmvatten- och rumsuppvärmningssystem ( solkombisystem ) för att tillhandahålla 15 till 25% av hemvärmeenergin. I kombination med lagring kan storskalig solvärme ge 50-97% av den årliga värmeförbrukningen för fjärrvärme .

Värmeöverföring

Direkt

Direktsystem: (A) Passivt CHS -system med tank ovanför uppsamlare. (B) Aktivt system med pump och styrenhet som drivs av en solcellspanel.

System med direkt eller öppen krets cirkulerar dricksvatten genom uppsamlarna. De är relativt billiga. Nackdelarna inkluderar:

De erbjuder lite eller inget överhettningsskydd om de inte har en värmeexportpump.
De erbjuder lite eller inget frysskydd, såvida inte samlarna är frystoleranta.
Samlare samlar skala i hårda vattenområden, såvida inte en jonbytare används.

Tillkomsten av frystoleranta konstruktioner utökade marknaden för SWH till kallare klimat. Under frysförhållanden skadades tidigare modeller när vattnet förvandlades till is och sprängde en eller flera komponenter.

Indirekt

Indirekta eller slutna system använder en värmeväxlare för att överföra värme från "värmeöverföringsvätskan" (HTF) -vätskan till dricksvattnet. Den vanligaste HTF är en frostskydds-/vattenblandning som vanligtvis använder giftfri propylenglykol . Efter uppvärmning i panelerna, reser HTF till värmeväxlaren, där dess värme överförs till dricksvattnet. Indirekta system erbjuder frysskydd och vanligtvis överhettningsskydd.

Framdrivning

Passiv

Passiva system är beroende av värmedriven konvektion eller värmerör för att cirkulera arbetsvätskan. Passiva system kostar mindre och kräver lågt eller inget underhåll, men är mindre effektiva. Överhettning och frysning är stora problem.

Aktiva

Aktiva system använder en eller flera pumpar för att cirkulera vatten och/eller värmevätska . Detta möjliggör ett mycket större utbud av systemkonfigurationer.

Pumpade system är dyrare att köpa och använda. De fungerar dock med högre effektivitet och kan lättare kontrolleras.

Aktiva system har styrenheter med funktioner som interaktion med en elektrisk eller gasdriven varmvattenberedare, beräkning och loggning av sparad energi, säkerhetsfunktioner, fjärråtkomst och informativa displayer.

Passiva direktsystem

Ett integrerat kollektorlagringssystem (ICS)

Ett integrerat kollektorlagringssystem (ICS eller batchvärmare) använder en tank som fungerar både som lagring och uppsamlare. Satsvärmare är tunna rätlinjiga tankar med en glas sida som vetter mot solen vid middagstid . De är enkla och billigare än platt- och rörsamlare, men de kan kräva stag om de installeras på ett tak (för att stödja 400–700 lb (180–320 kg) lbs vatten), lider av betydande värmeförlust på natten sedan sidan mot solen är i stort sett oisolerat och är endast lämpliga i måttligt klimat.

Ett konvektionsvärmelagringssystem (CHS) liknar ett ICS -system, förutom att lagertanken och kollektorn är fysiskt separerade och överföringen mellan de två drivs av konvektion. CHS-system använder vanligtvis standardplattform eller evakuerade rörsamlare. Lagertanken måste vara placerad ovanför kollektorerna för att konvektion ska fungera korrekt. Den främsta fördelen med CHS -system framför ICS -system är att värmeförlust i stor utsträckning undviks eftersom lagertanken kan isoleras helt. Eftersom panelerna är placerade under lagringstanken, orsakar värmeförlust inte konvektion, eftersom kallt vatten stannar vid den lägsta delen av systemet.

Aktiva indirekta system

Trycksatta frostskyddsanläggningar använder en blandning av frostskyddsmedel (nästan alltid lågtoxiskt propylenglykol) och vattenblandning för HTF för att förhindra frysskador.

Även om de är effektiva för att förhindra frysskador, har frostskyddssystem nackdelar:

Om HTF blir för varm bryts glykolen ned i syra och ger sedan inget frysskydd och börjar lösa solslingans komponenter.
System utan dräneringstankar måste cirkulera HTF - oavsett lagertankens temperatur - för att förhindra att HTF försämras. Överdriven temperatur i tanken orsakar ökad skala och sedimentuppbyggnad, möjliga allvarliga brännskador om en härdningsventil inte är installerad, och om den används för lagring, eventuellt termostatfel.
Glykol/vatten HTF måste bytas ut vart 3–8 år, beroende på de temperaturer det har upplevt.
Vissa jurisdiktioner kräver dyrare, dubbelväggiga värmeväxlare trots att propylenglykol är lågtoxiskt.
Även om HTF innehåller glykol för att förhindra frysning, cirkulerar det varmt vatten från lagringstanken till uppsamlaren vid låga temperaturer (t.ex. under 40 ° F (4 ° C)), vilket orsakar betydande värmeförlust.

Ett dräneringssystem är ett aktivt indirekt system där HTF (vanligtvis rent vatten) cirkulerar genom uppsamlaren, driven av en pump. Samlarröret är inte trycksatt och innehåller en öppen dräneringsbehållare som finns i ett konditionerat eller halvkonditionerat utrymme. HTF förblir i avloppsbehållaren om inte pumpen är i drift och återvänder dit (tömmer kollektorn) när pumpen stängs av. Kollektorsystemet, inklusive rörledningar, måste tappas via gravitation till dräneringstanken. Drainback -system utsätts inte för frysning eller överhettning. Pumpen fungerar endast när den är lämplig för värmeinsamling, men inte för att skydda HTF, öka effektiviteten och minska pumpkostnaderna.

Gör-det-själv (DIY)

Planer för solvattenvärmesystem finns på Internet. DIY SWH -system är vanligtvis billigare än kommersiella, och de används både i den utvecklade och utvecklande världen.

Jämförelse

Karakteristisk	ICS (sats)	Termosifon	Aktiv direkt	Aktiv indirekt	Drainback	Bubbla pump
Låg profil-diskret			Y	Y	Y	Y
Lätt uppsamlare			Y	Y	Y	Y
Överlever frysväder			Y	Y	Y	Y
Lågt underhåll	Y	Y	Y		Y	Y
Enkelt: ingen kompletterande kontroll	Y	Y				Y
Eftermonteringspotential till befintlig butik			Y	Y	Y	Y
Platsbesparande: ingen extra lagertank	Y	Y
Jämförelse av SWH -system. Källa: Basvatten för solvärme - homepower.com

Komponenter

Samlare

Solvärmekollektorer fångar upp och behåller värme från solen och använder den för att värma en vätska. Två viktiga fysiska principer styr tekniken för solvärmesamlare:

Alla heta föremål återvänder i slutändan till termisk jämvikt med sin miljö på grund av värmeförlust från ledning , konvektion och strålning. Effektivitet (andelen värmeenergi som behålls under en fördefinierad tidsperiod) är direkt relaterad till värmeförlust från kollektorytan. Konvektion och strålning är de viktigaste källorna till värmeförlust. Värmeisolering används för att bromsa värmeförlust från ett hett föremål. Detta följer termodynamikens andra lag ("jämviktseffekten").
Värme förloras snabbare om temperaturskillnaden mellan ett hett föremål och dess omgivning är större. Värmeförlust styrs övervägande av den termiska gradienten mellan kollektorytan och omgivningstemperaturerna. Ledning, konvektion och strålning sker hela snabbare över stora termiska gradienter (den delta- t effekt).

Platt platt solvärmefångare, sett från taknivå

Platt platta solar

Flat tallrikssamlare är en förlängning av idén att placera en uppsamlare i en "ugn" -liknande låda med glas direkt mot solen. De flesta plattskivsamlare har två horisontella rör på toppen och botten, kallade rubriker, och många mindre vertikala rör som förbinder dem, kallade stigerör. Stigningarna är svetsade (eller på liknande sätt anslutna) till tunna absorbatorfenor. Värmeöverföringsvätska (vatten eller vatten/frostskyddsblandning) pumpas från varmvattenbehållaren eller värmeväxlaren in i uppsamlarnas bottenhuvud, och den färdas uppåt stigarna, samlar upp värme från absorbatorfenorna och lämnar sedan kollektorn ut översta rubriken. Serpentinplattsamlare skiljer sig något från denna "harpa" -design, och använder istället ett enda rör som rör sig upp och ner i kollektorn. Men eftersom de inte kan dräneras ordentligt för vatten kan serpentinplattansamlare inte användas i dräneringssystem.

Den typ av glas som används i platta samlare är nästan alltid lågjärnigt, härdat glas . Sådant glas tål betydande hagel utan att gå sönder, vilket är en av anledningarna till att platta samlare anses vara den mest hållbara kollektortypen.

Oglaserade eller formade kollektorer liknar plattplattsamlare, förutom att de inte är värmeisolerade eller fysiskt skyddade av en glaspanel. Följaktligen är dessa typer av uppsamlare mycket mindre effektiva när vattentemperaturen överstiger omgivningens lufttemperaturer. För pooluppvärmningsapplikationer är vattnet som ska värmas ofta kallare än den omgivande taktemperaturen, då bristen på värmeisolering gör att ytterligare värme kan dras från den omgivande miljön.

Evakuerat rör

Evakuerat rör solvärmare på ett tak

Evakuerade rörsamlare (ETC) är ett sätt att minska värmeförlusten, inneboende i platta plattor. Eftersom värmeförlust på grund av konvektion inte kan passera ett vakuum, bildar det en effektiv isoleringsmekanism för att hålla värmen inne i kollektorrören. Eftersom två platta glasskivor i allmänhet inte är tillräckligt starka för att klara ett vakuum, skapas vakuumet mellan två koncentriska rör. Vanligtvis är vattenledningarna i en ETC därför omgiven av två koncentriska glasrör åtskilda av ett vakuum som tillåter värme från solen (för att värma röret) men som begränsar värmeförlusten. Innerröret är belagt med en termisk absorberare. Vakuumlivet varierar från samlare till uppsamlare, från 5 år till 15 år.

Plattskivsamlare är i allmänhet mer effektiva än ETC vid solsken. Emellertid minskar energiproduktionen från platta samlare något mer än ETC i grumliga eller extremt kalla förhållanden. De flesta ETC är gjorda av glödgat glas, vilket är känsligt för hagel , misslyckas med grova partiklar i golfboll. ETCs gjorda av "koksglas", som har en grön nyans, är starkare och mindre benägna att förlora sitt vakuum, men effektiviteten minskar något på grund av minskad transparens. ETCs kan samla energi från solen hela dagen under låga vinklar på grund av deras rörform.

Pump

PV -pump

Ett sätt för att driva ett aktivt system är via en solceller (PV) panel . För att säkerställa korrekt pumpprestanda och livslängd måste (DC) pumpen och PV -panelen vara lämpligt anpassade. Även om en PV-driven pump inte fungerar på natten, måste regulatorn se till att pumpen inte fungerar när solen är ute men uppsamlingsvattnet inte är tillräckligt varmt.

PV -pumpar erbjuder följande fördelar:

Enklare/billigare installation och underhåll
Överskott av PV -utmatning kan användas för hushållens elanvändning eller sättas tillbaka i elnätet
Kan avfukta bostadsutrymme
Kan fungera vid strömavbrott
Undviker kolförbrukningen från att använda nätdrivna pumpar

Bubbla pump

Spela media

Bubblaseparatorn i ett bubbelpumpsystem

En bubbelpump (även känd som gejserpump) är lämplig för såväl platta som vakuumrörsystem. I ett bubbelpumpsystem är den stängda HTF -kretsen under reducerat tryck, vilket får vätskan att koka vid låg temperatur när solen värmer den. Ångbubblorna bildar en gejser, vilket orsakar ett uppåtflöde. Bubblorna separeras från den heta vätskan och kondenseras vid den högsta punkten i kretsen, varefter vätskan strömmar nedåt mot värmeväxlaren orsakad av skillnaden i vätskenivåer. HTF anländer vanligtvis till värmeväxlaren vid 70 ° C och återgår till cirkulationspumpen vid 50 ° C. Pumpning börjar vanligtvis vid cirka 50 ° C och ökar när solen går upp tills jämvikt uppnås.

Kontroller

En differentialregulator känner temperaturskillnader mellan vatten som lämnar solfångaren och vattnet i lagringstanken nära värmeväxlaren. Regulatorn startar pumpen när vattnet i uppsamlaren är tillräckligt cirka 8–10 ° C varmare än vattnet i tanken, och stoppar den när temperaturskillnaden når 3–5 ° C. Detta säkerställer att lagrat vatten alltid får värme när pumpen är igång och förhindrar att pumpen går och stänger för mycket. (I direkta system kan pumpen utlösas med en skillnad runt 4 ° C eftersom de inte har någon värmeväxlare.)

Tank

Den enklaste uppsamlaren är en vattenfylld metalltank på en solig plats. Solen värmer tanken. Det var så de första systemen fungerade. Denna inställning skulle vara ineffektiv på grund av jämviktseffekten: så snart som uppvärmningen av tanken och vattnet börjar förloras den uppvärmda värmen för miljön och detta fortsätter tills vattnet i tanken når rumstemperatur. Utmaningen är att begränsa värmeförlusten.

Lagringstanken kan placeras lägre än kollektorerna, vilket möjliggör ökad frihet i systemdesign och tillåter att redan befintliga lagertankar används.
Lagringstanken kan döljas från sikten.
Lagringstanken kan placeras i konditionerat eller halvkonditionerat utrymme, vilket minskar värmeförlusten.
Dräneringstankar kan användas.

Isolerad tank

ICS eller satsuppsamlare minskar värmeförlusten genom att värmeisolera tanken. Detta uppnås genom att innesluta tanken i en låda med glastopp som gör att värme från solen kan nå vattentanken. Lådans andra väggar är värmeisolerade, vilket minskar konvektion och strålning. Lådan kan också ha en reflekterande yta på insidan. Detta återspeglar värme som förloras från tanken tillbaka mot tanken. På ett enkelt sätt kan man betrakta en ICS solvärmare som en vattentank som har inneslutits i en typ av "ugn" som behåller värme från solen såväl som värmen från vattnet i tanken. Att använda en låda eliminerar inte värmeförlust från tanken till miljön, men det minskar i stor utsträckning denna förlust.

Standard ICS-uppsamlare har en egenskap som starkt begränsar kollektorns effektivitet: ett litet förhållande mellan yta och volym. Eftersom mängden värme som en tank kan absorbera från solen i stor utsträckning är beroende av ytan på tanken som är direkt exponerad för solen, följer det att ytstorleken definierar i vilken grad vattnet kan värmas upp av solen. Cylindriska föremål som tanken i en ICS-kollektor har ett naturligt litet förhållande mellan yta och volym. Samlare försöker öka detta förhållande för effektiv uppvärmning av vattnet. Variationer på denna grundläggande design inkluderar uppsamlare som kombinerar mindre vattenbehållare och evakuerad glasrörsteknik, en typ av ICS -system som kallas en Evacuated Tube Batch (ETB) -samlare.

Ansökningar

Evakuerat rör

ETSC kan vara mer användbara än andra solfångare under vintersäsongen. ETCs kan användas för uppvärmning och kylning i industrier som läkemedel och läkemedel, papper, läder och textil och även för bostadshus, sjukhus, äldreboende, hotell, simhall etc.

En ETC kan fungera vid olika temperaturer från medelstora till höga för solvarmvatten, pool, luftkonditionering och solspis.

ETCs högre driftstemperaturområde (upp till 200 ° C (392 ° F)) gör dem lämpliga för industriella applikationer som ångbildning, värmemotor och soltorkning.

Simbassänger

Flytande pooltäckningssystem och separata STC används för uppvärmning av pooler.

Pooltäckningssystem, oavsett om det är massiva ark eller flytande skivor, fungerar som isolering och minskar värmeförlusten. Mycket värmeförlust uppstår genom avdunstning, och med hjälp av ett lock bromsar avdunstningen.

STC för icke -drickbart poolvatten är ofta gjorda av plast. Poolvatten är lätt frätande på grund av klor. Vatten cirkulerar genom panelerna med hjälp av det befintliga poolfiltret eller tilläggspumpen. I milda miljöer är oflasade plastuppsamlare mer effektiva som ett direkt system. I kalla eller blåsiga miljöer används evakuerade rör eller platta plattor i indirekt konfiguration tillsammans med en värmeväxlare. Detta minskar korrosionen. En ganska enkel differentialtemperaturregulator används för att rikta vattnet till panelerna eller värmeväxlaren antingen genom att vrida en ventil eller genom att driva pumpen. När poolvattnet har uppnått önskad temperatur används en avledningsventil för att återföra vatten direkt till poolen utan uppvärmning. Många system är konfigurerade som dräneringssystem där vattnet rinner ut i poolen när vattenpumpen stängs av.

Samlarpanelerna är vanligtvis monterade på ett närliggande tak eller markmonterade på ett lutande ställ. På grund av den låga temperaturskillnaden mellan luften och vattnet bildas panelerna ofta uppsamlare eller oglaserade plattplåtskollektorer. En enkel tumregel för det panelområde som krävs är 50% av poolens ytarea. Detta är endast för områden där pooler används under sommarsäsongen. Att lägga till solfångare till en konventionell utomhuspool i kallt klimat kan vanligtvis förlänga poolens bekväma användning med månader och mer om ett isolerande poolskydd används. När de är dimensionerade till 100% täckning kan de flesta solvarmvattensystem värma en pool var som helst från så lite som 4 ° C för en vindexponerad pool, till så mycket som 10 ° C för en vindskyddad pool täckt konsekvent med en solcell pool filt.

Ett aktivt analysprogram för solenergisystem kan användas för att optimera soluppvärmningssystemet innan det byggs.

Energiproduktion

En tvättomat i Kalifornien med paneler på taket som ger varmt tvättvatten

Mängden värme som levereras av ett solvattenvärmesystem beror främst på mängden värme som levereras av solen på en viss plats ( insolation ). I tropikerna kan insolationen vara relativt hög, t.ex. 7 kWh/m ² per dag, jämfört med t.ex. 3,2 kWh/m ² per dag i tempererade områden. Även på samma breddgrad kan genomsnittlig insolation variera mycket från plats till plats på grund av skillnader i lokala vädermönster och mängden mulet. Miniräknare finns tillgängliga för att uppskatta insolation på en plats.

Nedan är en tabell som ger en grov indikation på specifikationerna och energin som kan förväntas från ett solvärmeanläggning som omfattar cirka 2 m ² absorberarea i kollektorn, vilket visar två evakuerade rör och tre platta solvärmessystem. Certifieringsinformation eller siffror beräknade utifrån dessa data används. De två nedre raderna ger uppskattningar för daglig energiproduktion (kWh/dag) för ett tropiskt och ett tempererat scenario. Dessa uppskattningar gäller uppvärmning av vatten till 50 ° C över omgivningstemperaturen.

Med de flesta solvattenuppvärmningssystem skalas energiproduktionen linjärt med kollektorns yta.

Daglig energiproduktion (kW _th. T) för fem solvärmesystem. Evak -rörsystemen som används nedan har båda 20 rör.
Teknologi	Platt tallrik	Platt tallrik	Platt tallrik	ETC	ETC
Konfiguration	Direkt aktiv	Termosifon	Indirekt aktiv	Indirekt aktiv	Direkt aktiv
Total storlek (m ² )	2,49	1,98	1,87	2,85	2,97
Absorberstorlek (m ² )	2.21	1,98	1,72	2,85	2,96
Maximal effektivitet	0,68	0,74	0,61	0,57	0,46
Energiproduktion (kWh/dag): - Insolering 3,2 kWh/m ² /dag ( tempererat ) - t.ex. Zürich, Schweiz	5.3	3.9	3.3	4.8	4.0
- Insolering 6,5 kWh /m ² /dag (tropisk) - t.ex. Phoenix, USA	11.2	8.8	7.1	9.9	8.4

Siffrorna är ganska lika mellan ovanstående samlare, vilket ger cirka 4 kWh/dag i ett tempererat klimat och cirka 8 kWh/dag i ett tropiskt klimat när man använder en kollektor med en 2 m ² absorber. I det tempererade scenariot är detta tillräckligt för att värma 200 liter vatten med cirka 17 ° C. I tropiska scenariot skulle motsvarande uppvärmning vara cirka 33 ° C. Många termosifonsystem har jämförbar energieffekt med ekvivalenta aktiva system. Effektiviteten hos evakuerade rörkollektorer är något lägre än för platta samlare eftersom absorberna är smalare än rören och rören har utrymme mellan dem, vilket resulterar i en betydligt större procentandel av inaktiv total samlaryta. Vissa jämförelsemetoder beräknar effektiviteten hos evakuerade rörsamlare baserat på det faktiska absorberarean och inte på det upptagna utrymmet, vilket har gjorts i tabellen ovan. Effektiviteten minskar vid högre temperaturer.

Kostar

På soliga, varma platser, där frysskydd inte är nödvändigt, kan en ICS (batch -typ) solvärmare vara kostnadseffektiv. På högre breddgrader ökar konstruktionskraven för kallt väder till systemets komplexitet och kostnad. Detta ökar initialkostnaderna , men inte livscykelkostnaderna. Det största enskilda övervägandet är därför det stora initiala ekonomiska utgifterna för solvattenvärmesystem. Att kompensera denna kostnad kan ta år. Återbetalningstiden är längre i tempererade miljöer. Eftersom solenergi är gratis är driftskostnaderna små. På högre breddgrader kan solvärmare vara mindre effektiva på grund av lägre insolering, vilket möjligen kräver större och/eller dubbla värmesystem. I vissa länder kan statliga incitament vara betydande.

Kostnadsfaktorer (positiva och negativa) inkluderar:

Pris på solvärmare (mer komplexa system är dyrare)
Effektivitet
Installationskostnad
Elektricitet som används för pumpning
Priset på vattenvärmebränsle (t.ex. gas eller el) sparat per kWh
Mängd vattenvärme som används
Första och/eller återkommande statsbidrag
Underhållskostnad (t.ex. frostskyddsmedel eller pumpbyte)
Besparingar i underhåll av konventionellt (el/gas/olja) vattenvärmesystem

Återbetalningstider kan variera mycket på grund av regional sol, extra kostnad på grund av frostskyddsbehov hos uppsamlare, hushållsvattenanvändning etc. Till exempel i centrala och södra Florida kan återbetalningstiden lätt vara 7 år eller mindre snarare än de 12,6 år som anges på diagrammet för USA.

Kostnader och återbetalningstider för SWH -system för bostäder med besparingar på 200 kWh/månad (med data från 2010), ex underhållskostnader, subventioner och installationskostnader
Land	Valuta	Systemkostnad	Bidrag(%)	Effektiv kostnad	Elkostnad/kWh	Elbesparingar/månad	Återbetalningstid (y)
Brasilien	BRL	2500	0	2500	0,25	50	4.2
Sydafrika	ZAR	14000	15	11900	0,9	180	5.5
Australien	AUD	5000	40	3000	0,18	36	6.9
Belgien	EUR	4000	50	2000	0,1	20	8.3
Förenta staterna	USD	5000	30	3500	0,1158	23.16	12.6
Storbritannien	GBP	4800	0	4800	0,11	22	18.2

Återbetalningstiden är kortare med tanke på större insolering. Men även i tempererade områden är uppvärmning av solvatten kostnadseffektivt. Återbetalningstiden för solcellsanläggningar har historiskt sett varit mycket längre. Kostnader och återbetalningstid är kortare om inget kompletterande/backupsystem krävs. vilket förlänger återbetalningstiden för ett sådant system.

Subventioner

Australien driver ett system för förnybar energikrediter, baserat på nationella mål för förnybar energi.

De Toronto Solar Stadsdelar Initiative ger stöd för inköp av sol varmvatten heter.

Energifotavtryck och livscykelbedömning

Energifotavtryck

Elkällan i ett aktivt SWH -system avgör i vilken utsträckning ett system bidrar till atmosfäriskt kol under drift. Aktiva solvärmesystem som använder elnät för att pumpa vätskan genom panelerna kallas 'lågkoldioxid'. I de flesta system minskar pumpningen energibesparingarna med cirka 8% och koldioxidbesparingarna i solenergi med cirka 20%. Pumpar med låg effekt fungerar dock med 1-20W. Om man antar att en solfångare levererar 4 kWh/dag och en pump som går intermittent från elnätet under totalt 6 timmar under en 12-timmars solig dag, kan den potentiellt negativa effekten av en sådan pump reduceras till cirka 3% av värmen produceras.

PV-drivna aktiva solvärmesystem använder emellertid vanligtvis en 5–30 W PV-panel och en liten membranpump med låg effekt eller centrifugalpump för att cirkulera vattnet. Detta minskar det operativa koldioxid- och energifotavtrycket.

Alternativa icke-elektriska pumpsystem kan använda termisk expansion och fasbyten av vätskor och gaser.

Livscykelbedömning av energi

Erkända standarder kan användas för att leverera robusta och kvantitativa livscykelbedömningar (LCA). LCA tar hänsyn till de finansiella och miljömässiga kostnaderna för förvärv av råvaror, tillverkning, transport, användning, service och bortskaffande av utrustningen. Element inkluderar:

Finansiella kostnader och vinster
Energiförbrukning
CO ₂ och andra utsläpp

När det gäller energiförbrukning går cirka 60% in i tanken, med 30% mot kollektorn (termosifonplatta i detta fall). I Italien används cirka 11 giga-joule el för att producera SWH-utrustning, med cirka 35% går mot tanken, med ytterligare 35% mot uppsamlaren. Den viktigaste energirelaterade effekten är utsläpp. Energin som används i tillverkningen återvinns inom de första 2-3 åren efter användning (i södra Europa).

Däremot rapporteras återbetalningstiden för energi i Storbritannien som endast 2 år. Denna siffra gällde ett direkt system, eftermonterat till ett befintligt vattenlager, PV -pumpat, frystolerant och med en öppning på 2,8 kvm. Som jämförelse tog det en PV -installation cirka 5 år att uppnå återbetalning av energi, enligt samma jämförande studie.

När det gäller CO ₂ -utsläpp beror en stor del av de sparade utsläppen på i vilken grad gas eller el används för att komplettera solen. Genom att använda Eco-indicator 99-poängssystemet som måttstock (dvs. den årliga miljöbelastningen för en genomsnittlig europeisk invånare) i Grekland kan ett rent gasdrivet system ha färre utsläpp än ett solsystem. Denna beräkning förutsätter att solsystemet producerar ungefär hälften av varmvattenbehovet i ett hushåll. Men eftersom metan (CH ₄ ) -utsläpp från naturgasbränslecykeln dvärgar växthuspåverkan av CO ₂ , är nettoutsläppen av växthusgaser (CO ₂ e) från gasdrivna system betydligt större än för solvärmare, särskilt om kompletterande el också är från kolfri generation.

Ett testsystem i Italien producerade cirka 700 kg CO ₂ , med tanke på alla komponenter för tillverkning, användning och bortskaffande. Underhåll identifierades som en utsläppskostnad när värmeöverföringsvätskan (glykolbaserad) byttes ut. Emissionskostnaden återhämtades dock inom cirka två år efter att utrustningen använts.

I Australien återhämtades också livscykelutsläpp. Det testade SWH -systemet hade cirka 20% av effekten av en elektrisk varmvattenberedare och hälften av en gasvattenberedare.

Analysera deras nedre effekt eftermontering frystoleranta solvattenvärmesystem, Allen et al. (qv) rapporterade en CO ₂ -produktion på 337 kg, vilket är ungefär hälften av miljöpåverkan som rapporterats i Ardente et al. (qv) studie.

Systemspecifikation och installation

De flesta SWH -installationer kräver reservvärme.
Mängden varmvatten som förbrukas varje dag måste bytas ut och värmas upp. I ett solcellssystem innebär att en hög andel av vattnet i behållaren förbrukar betydande temperaturvariationer i behållaren. Ju större reservoar desto mindre är den dagliga temperaturvariationen.
SWH -system erbjuder betydande ekonomier i kollektor- och tankkostnader. Således uppfyller den mest ekonomiskt effektiva vågen 100% av applikationens uppvärmningsbehov.
Direktsystem (och vissa indirekta system som använder värmeväxlare) kan eftermonteras i befintliga butiker.
Utrustningskomponenter måste isoleras för att uppnå fulla systemfördelar. Installation av effektiv isolering minskar värmeförlusten avsevärt.
De mest effektiva PV -pumparna startar långsamt i svagt ljus, så de kan orsaka en liten mängd oönskad cirkulation medan kollektorn är kall. Regulatorn måste förhindra lagrat varmvatten från denna kylningseffekt.
Evakuerade rörkollektorarrayer kan justeras genom att ta bort/lägga till rör eller deras värmerör, vilket möjliggör anpassning under/efter installationen.
Över 45 grader bredd tenderar takmonterade solfångare att producera väggmonterade uppsamlare. Emellertid kan uppsättningar av väggmonterade branta uppsamlare ibland ge mer användbar energi eftersom vinster i förbrukad energi på vintern kan kompensera förlusten av oanvänd (överskott) energi på sommaren.

Standarder

Europa

EN 806: Specifikationer för installationer i byggnader som transporterar vatten som livsmedel. Allmän.
EN 1717: Skydd mot förorening av dricksvatten i vatteninstallationer och allmänna krav på anordningar för att förhindra förorening genom återflöde.
EN 60335: Specifikation för säkerhet för hushållsapparater och liknande elektriska apparater. (2–21)
UNE 94002: 2005 Termiska solsystem för tappvarmvattenproduktion. Beräkningsmetod för värmebehov.

Förenta staterna

OG-300: OG-300-certifiering av solvärmesystem.

Kanada

Australien

Lag om förnybar energi (el) 2000
Förnybar energi (el) (storskalig generationsavgift) Act 2000
Förnybar energi (el) (småskalig teknikbristavgift) Act 2010
Regler för förnybar energi (el) 2001
Regler för förnybar energi (el) 2001 - STC -beräkningsmetodik för solvattenvärmare och luftvärmepump Vattenvärmare
Ändringsförslag (övergångsbestämmelse) föreskrifter för förnybar energi (el) 2010
Förnybar energi (el) ändringsföreskrifter (övergångsbestämmelser) 2009

Alla relevanta deltagare i målet för storskalig förnybar energi och småskaligt system för förnybar energi måste följa ovannämnda lagar.

Användning över hela världen

Solvarmvattensystem installerat på billiga bostäder i Kouga Local Municipality , Sydafrika

Toppländer som använder solvärme världen över (GW _th )
#	Land	2005	2006	2007	2008	2009	2010	2011	2012	2013
1	Kina	55,5	67,9	84,0	105,0	101,5	117,6	-	-	262,3
-	EU	11.2	13.5	15.5	20,0	22.8	23.5	25.6	29.7	31.4
2	Förenta staterna	1.6	1.8	1.7	2.0	14.4	15.3	-	-	16.8
3	Tyskland	-	-	-	7.8	8.9	9.8	10.5	11.4	12.1
4	Kalkon	5.7	6.6	7.1	7.5	8.4	9.3	-	-	11,0
5	Australien	1.2	1.3	1.2	1.3	5.0	5.8	-	-	5.8
6	Brasilien	1.6	2.2	2.5	2.4	3.7	4.3	-	-	6.7
7	Japan	5.0	4.7	4.9	4.1	4.3	4.0	-	-	3.2
8	Österrike	-	-	-	2.5	3.0	3.2	2.8	3.4	3.5
9	Grekland	-	-	-	2.7	2.9	2.9	2.9	2.9	2.9
10	Israel	3.3	3.8	3.5	2.6	2.8	2.9	-	-	2.9
	Världen (GW _th )	88	105	126	149	172	196	-	-	-

europeiska unionen

Solvärme i Europeiska unionen (MW _th )
#	Land	2008	2009	2010	2011	2012	2013
1	Tyskland	7 766	9 036	9 831	10 496	11 416	12 055
2	Österrike	2 268	3031	3,227	2792	3.448	3538
3	Grekland	2.708	2 853	2855	2861	2885	2 915
4	Italien	1 124	1 410	1 753	2 152	2 380	2590
5	Spanien	988	1306	1,543	1 659	2 075	2 238
6	Frankrike	1 137	1 287	1470	1 277	1 691	1 802
7	Polen	254	357	459	637	848	1 040
8	Portugal	223	395	526	547	677	717
9	Tjeckien	116	148	216	265	625	681
10	Schweiz	416	538	627	-	-	-
11	Nederländerna	254	285	313	332	605	616
12	Danmark	293	339	379	409	499	550
13	Cypern	485	490	491	499	486	476
14	Storbritannien	270	333	374	460	455	475
15	Belgien	188	204	230	226	334	374
16	Sverige	202	217	227	236	337	342
17	Irland	52	85	106	111	177	196
18	Slovenien	96	111	116	123	142	148
19	Ungern	18	59	105	120	125	137
20	Slovakien	67	73	84	100	108	113
21	Rumänien *	66	80	73	74	93	110
22	Bulgarien *	22	56	74	81	58	59
23	Malta*	25	29	32	36	34	35
24	Finland *	18	20	23	23	30	33
25	Luxemburg *	16	19	22	25	23	27
26	Estland*	1	1	1	3	10	12
27	Lettland *	1	1	1	3	10	12
28	Litauen *	1	2	2	3	6	8
Total	EU27+Sw (GW _th )	19,08	21,60	23.49	25.55	29,66	31.39
* = uppskattning, ^F = Frankrike som helhet