Technologia słonecznego podgrzewacza wody

Solarny podgrzewacz wody, urządzenie wykorzystujące energię słoneczną do wytworzenia ciepłej wody. Typowy słoneczny podgrzewacz wody składa się z kolektora słonecznego zamontowanego na dachu budynku i podłączonego do zasobnika wody. W zależności od systemu, nieogrzewana woda może przepływać ze zbiornika przez kolektor, aby ją ogrzać bezpośrednio, lub może być ogrzewana za pomocą wysokowydajnego płynu wymiany ciepła, który został podgrzany w kolektorze i przekazał swoje ciepło przez rurki w wodzie w czołg. Podczas gdy przenoszenie ciepła z kolektora słonecznego do nieogrzewanej wody może być biernie ułatwione bez środków mechanicznych, „aktywne” słoneczne systemy ciepłej wody wykorzystują energię elektryczną do cyrkulacji płynu wymiany ciepła oraz do obsługi pomp mechanicznych i sterowników.

Chociaż praktykę wykorzystywania słońca do podgrzewania wody do użytku domowego można prześledzić w kilku starożytnych kulturach, dopiero w 1891 r. Pierwszy opatentowany słoneczny system ciepłej wody był sprzedawany na rynku. System, wymyślony przez Clarence'a Kempa w Baltimore w stanie Maryland, nazywał się „Climax” i był popularny w Kalifornii i innych ciepłych stanach amerykańskich. Biorąc pod uwagę stosunkowo wysoki koszt i niedogodności związane z wykorzystaniem konwencjonalnych paliw do podgrzewania wody, wiele gospodarstw domowych chętnie inwestowało w te słoneczne podgrzewacze ciepłej wody. Jednak system Climax był ograniczony tym, że element grzewczy podwoił się jako zbiornik akumulacyjny, ograniczając w ten sposób ilość dostępnej ciepłej wody. W 1909 r. William J. Bailey opatentował system, który oddzielał zasobnik wody od słonecznego elementu grzewczego, tworząc podstawę projektowania słonecznych podgrzewaczy ciepłej wody użytkowej.

Systemy aktywne i pasywne

Aktywne słoneczne systemy ciepłej wody wykorzystują pompy mechaniczne i regulatory różnicowe do regulacji i kierowania przepływu płynu przenoszącego ciepło lub wody z kolektora słonecznego do zbiornika. Sterowniki wykrywają różnicę temperatur między wodą w zbiorniku a temperaturą w kolektorze słonecznym i włączają pompę, gdy woda w zbiorniku ochładza się poniżej temperatury kolektora. Niektóre pompy zasilane są energią elektryczną z sieci (energia elektryczna z linii), a inne wykorzystują energię elektryczną wytwarzaną przez panel fotowoltaiczny. Podczas gdy niektóre systemy zasilane energią słoneczną cyrkulują płyn tylko wtedy, gdy świeci słońce i przechowują podgrzaną wodę w dobrze izolowanych zbiornikach do nocnego ogrzewania przestrzeni, inne wykorzystują energię elektryczną jako źródło zasilania na noc i pochmurne dni. W aktywnych słonecznych systemach ciepłej wody zbiorniki akumulacyjne mogą być umieszczone wewnątrz przestrzeni dachowej lub w dowolnym innym miejscu, które zminimalizuje straty ciepła do zimnego powietrza, ponieważ przepływ wody nie zależy wyłącznie od grawitacji. Zbiorniki te można zatem łączyć z zasobnikami ciepłej wody w domowych systemach ogrzewania pomieszczeń, a słoneczny system ciepłej wody można wykorzystać do podgrzewania wody w cylindrze zimą do ogrzewania pomieszczeń.

Systemy pasywne, które opierają się raczej na grawitacji niż na elektryczności, są najbardziej wydajne w gorącym klimacie, w którym nie występuje zamarzanie w nocy lub w zimie. Niektóre systemy pasywne wykorzystują konfigurację termosyfonu, która wykorzystuje grawitację i konwekcyjny przepływ ciepła. Zimna woda z wysokości spływa grawitacyjnie do kolektora słonecznego, a gdy woda przepływa przez kolektor i nagrzewa się, unosi się przez konwekcję, aby ponownie dotrzeć do zasobnika. Innym rodzajem systemu pasywnego jest zintegrowany system magazynowania kolektorów, w którym kolektor tworzy górną część zbiornika magazynującego wodę i podgrzewa wodę bezpośrednio w zbiorniku.