Solarthermie, heißes Wasser von der Sonne

Wir können die kostenlose Sonnenenergie, die wir jeden Tag von der Sonne erhalten, auf zwei Arten umwandeln: in solarthermische Energie (Solarwarmwasser) oder solare elektrische Energie (Strom) zur Nutzung in unserem Häuser.

Wir können die Photonenlichtenergie der Sonne nutzen, die wir tagsüber erhalten, um mithilfe von Photovoltaikmodulen und -anordnungen Strom zu erzeugen, oder wir können die thermische Wärmeenergie der Sonne mithilfe von Sonnenkollektoren nutzen, um solares Warmwasser zu erzeugen. Solarpoolheizung, Solarraumheizung und Solarkühlung usw.

Es ist wichtig zu verstehen, dass Solarthermie nicht dasselbe ist wie Solarenergie oder Solarphotovoltaikenergie, da Photovoltaik umwandelt die sonnen leuchten direkt in strom. Solarthermie kann jedoch verwendet werden, um die Sonnenstrahlen zu konzentrieren und Wärme zu erzeugen, die dann zur Erzeugung von Dampf verwendet wird, der einen Generator antreibt, um Strom zu erzeugen.

Solarthermische Kollektoren

Die Menge an elektrischer Energie und Gasenergie, die heute zur Erwärmung von Brauchwasser und zur Raumheizung in unseren Wohnungen und Büros verwendet wird, ist enorm. Der Begriff “Solarthermie” systems steht für solarthermische Heizungs- und Solarwarmwassertechnologien und -geräte, die die Energie der Sonne nutzen, um Warmwasser und Heizung für unsere Häuser, Büros, Fabriken und andere derartige Anwendungen bereitzustellen, indem sie erneuerbare Sonnenenergie nutzen.

Solarthermische Energiesysteme enthalten typischerweise einen auf dem Dach montierten Solarenergiekollektor, der allgemein als "solarthermischer Kollektor" bezeichnet wird. die Sonnenlicht aufnimmt und in nutzbare Wärme umwandelt, wodurch umweltfreundliche Heizung und Warmwasser erzeugt werden, wodurch der Bedarf an Strom und Erdgas sowie anderen Heizstoffen und natürlich die Rechnungen gesenkt werden.

Solar-Warmwasser-Heizsysteme kann als direkt oder indirekt charakterisiert werden, je nachdem, ob das Brauchwasser direkt im Sonnenkollektor oder über einen separaten Wärmetauscher erwärmt wird.

Dann bezieht sich Solarthermie auf eine Technologie, die die Sonnenenergie nutzt, um Wasser oder andere Arten von Wärmeübertragungsflüssigkeiten für eine Vielzahl von Wohn-, Industrie- und anderen Anwendungen zu erhitzen, wobei Schwimmbadheizung, Warmwasserheizung und Raumheizung derzeit die Hauptanwendungen sind Solarthermie.

Die Menge an Sonneneinstrahlung, die die Welt empfängt, ist groß genug, damit solarthermische Technologien an jedem Ort ein integraler Bestandteil einer sauberen Energiezukunft sein können. Solarthermische Systeme bestehen aus drei Hauptelementen: einem oder mehreren Sonnenkollektoren, isolierten Wärmetransportrohren und einer Art Wärmespeicher wie einem Warmwasserspeicher. Aktive solarthermische Energiesysteme verwenden auch Pumpen und/oder Ventilatoren, um die Wärme zu verteilen, elektronische Zeitschaltuhren, Steuerungen und Thermostate und in kälteren Klimazonen Frostschutzmittel und andere solche Chemikalien zum Schutz.

Arten von Thermische Sonnenkollektoren

Thermische Solarkollektoren sind das Herzstück eines jeden solarthermischen Energiesystems, indem sie die erforderliche Menge an Sonnenenergie zur Erwärmung des Wassers erzeugen. Solarthermische Kollektoren unterscheiden sich von Photovoltaik (PV)-Modulen, die nur Solarstrom erzeugen. Ein Solarkollektor kann so einfach sein wie ein gerades oder gewickeltes Stück Kunststoff- oder Kupferrohr.

Sogar ein altes Stück Gartenschlauch, das an einer sonnigen Stelle auf dem Boden platziert wird, kann zum Vorwärmen des Wassers verwendet werden durchströmt, bevor es in einen standardmäßigen elektrischen Warmwasserbereiter eintritt. Obwohl diese Anordnung definitiv funktionieren wird, hat sie ihre Grenzen in Bezug auf Effizienz und Praktikabilität, insbesondere nachts oder in den kalten Wintermonaten.

Die Menge an Sonnenwärme, die von thermischen Solarkollektoren erzeugt wird, variiert je nach Kollektordesign, der Oberfläche der Kollektorröhren sowie dem lokalen Klima und den Standortbedingungen, und es sind verschiedene Arten von kommerziellen thermischen Solarkollektoren erhältlich, wie z Röhre, Integralkollektorspeicher (ICS), Thermosiphon und Concentrating Solar Power (CSP). Sie alle haben die gleiche Aufgabe, produzieren „Solar-Warmwasser“, wobei jeder Typ seine eigenen Anwendungen, Vor- und Nachteile hat.

Solarthermische Kollektoren fangen die Sonnenwärme zur Warmwasserbereitung ein und /oder Raumheizung und die typischerweise auf den Dächern installiert werden, wo sie für maximale Effizienz der maximalen Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind. Die meisten solaren Warmwasserkollektoren sind passive Geräte, die aus Kästen, Rahmen, Tanks oder geschlossenen Rohren bestehen, die die folgenden grundlegenden Teile enthalten:

• Eine klare transparente Glas- oder Kunststoffabdeckung oder -röhre, um die Sonnenenergie hereinzulassen.
• Eine dunkel lackierte Oberfläche im Inneren, Absorber genannt, die die Sonnenwärme aufnimmt Weiterleitung an eine Wärmeübertragungsflüssigkeit oder Luft.
• Isoliermaterialien, um zu verhindern, dass die eingefangene Wärme wieder in die Atmosphäre entweicht.

< li class="list-group-item border-0 adv">Rohre, Entlüftungen oder Kanäle, um die erhitzte Flüssigkeit oder Luft aus dem Solarkollektor dorthin zu transportieren, wo sie verwendet oder gelagert werden kann.

Flachkollektoren – Flachplatten-Solarkollektoren sind die gebräuchlichsten und einfachsten Arten von Sonnenkollektoren, die für solare Warmwasserbereitung und Warmluftraumheizung mit niedriger bis mittlerer Temperatur erhältlich sind. Die meisten Flachkollektoren bestehen in der Regel aus einer Reihe einzelner Kupferrohre oder einer einzelnen Spule, die an einer dunklen, wärmeabsorbierenden Platte befestigt ist, die in einer großen isolierten Holz- oder Metallbox versiegelt ist.

Die versiegelte Thermobox ist mit abgedeckt eine Abdeckung aus gehärtetem Glas oder transparentem Kunststoff, damit die Strahlungsenergie der Sonne von den Kupferrohren absorbiert werden kann, wodurch solares Warmwasser erzeugt wird. Flachkollektoren sind einfach aus einer Holzkiste und ein paar Kupferrohren zu konstruieren und somit ein ideales Einsteigerprojekt für den Einstieg in die Welt der Solarthermie.

Typischer Solar-Vakuumröhrenkollektor

evakuiert Röhrenkollektoren – ”Vakuumröhrenkollektoren” bestehen aus Reihen paralleler, transparenter Glasröhren. Jedes Rohr besteht aus einem metallischen, wärmeabsorbierenden Material, normalerweise Kupfer, wobei das gesamte Glasrohr "evakuiert" Luft (daher der Name) und versiegelt, um ein Vakuum innerhalb der Glasröhre zu bilden. Dieses Vakuum hilft dem Kollektor, extrem hohe Temperaturen zu erreichen, da das Vakuum als hocheffizienter Isolator um das zentrale wärmeabsorbierende Material wirkt.

Da Luft ein guter Überträger von Wärmeenergie ist, verhindert das Vakuum innerhalb der Röhre, dass die Wärme vom Absorber zum äußeren Kühlerglas übertragen wird. Wasser oder Öl überträgt die vom Solarkollektor aufgenommene Wärme auf einen Speicher, wo sie zu Heizzwecken genutzt wird.

Vakuumröhrenkollektoren werden aufgrund ihres besseren Wirkungsgrades gegenüber Flachkollektoren in der Regel als Medium eingesetzt zu hohen Temperaturen oder größeren Mengen solaren Warmwassers benötigt werden, sowie für Prozessheizungen und solare Klimaanlagen.

Integrierter Kollektorspeicher  – Ein “integraler Kollektorspeicher” oder “ICS” System vereint Solarkollektor und Speicher in einer Aufdacheinheit. Obwohl ein integrierter Kollektorspeicher nicht so viel Solarwärme erzeugen kann wie die vorherigen Systeme, kann er eine angemessene Menge an solarem Warmwasser bereitstellen oder als kostengünstiger Vorwärmer für herkömmliche Elektro- oder Gas-Warmwasserbereiter dienen. Solarthermische Energiekollektoren von ICS werden als passive Geräte bezeichnet, da sie keine Pumpen, Thermostate, Regler, Sensoren, Kabel oder Strom benötigen, um Warmwasser zu erzeugen, sondern sie einfach auf die Sonne richten.

Thermosiphon-Kollektoren – ”Thermosiphon-Kollektoren” werden häufig für die solare Warmwasserbereitung verwendet und sind leicht an ihrem großen Speicher oben auf dem Sonnenkollektor zu erkennen. Der Solarkollektor ist unterhalb des Speichertanks montiert, um die Thermosiphonwirkung zu ermöglichen, d. h. die Aufwärtsbewegung von erwärmtem Wasser durch natürliche Konvektion. Wenn die Sonne auf die Sonnenkollektoren scheint, wird das Wasser darin erhitzt und dehnt sich aus.

Wenn es sich ausdehnt, wird es leichter als das kältere Wasser oben im Vorratstank. Die Schwerkraft zieht das schwerere kalte Wasser aus dem Tank nach unten und in den Kollektoreinlass. Wenn das kalte Wasser den Vorratstank verlässt, drückt es das erwärmte Wasser nach oben durch den Kollektorauslass und in die Oberseite des Tanks.

Diese kontinuierliche Erwärmung und fließende Wirkung, da das heiße Wasser aufgrund natürlicher Konvektion das Wasser durch die Kollektoren zirkuliert, wodurch am Ende des Tages ein Tank voller heißem Wasser bereitgestellt wird. Wie das vorherige ICS-System sind auch Thermosiphon-Systeme passive Systeme, die sie automatisch, einfach und zuverlässig machen.

Der Hauptnachteil eines Thermosiphonsystems besteht jedoch darin, dass das erwärmte Wasser im darüber liegenden Speicher nachts oder in kalten Perioden die Richtung ändern kann, wodurch die Sonnenkollektoren zu Heizkörpern werden, die die Wärme wieder an die Atmosphäre abgeben. Außerdem kann das Gewicht des mit Wasser gefüllten Tanks und der Rohre auf einem Dach erfordern, dass das Dach oder die Stützen, auf denen es sitzt, verstärkt werden müssen.

Solarthermische Energiekonzentratoren

Bisher haben wir einfache Solarthermie-Warmwassersysteme mit offenem Regelkreis besprochen, bei denen das Wasser direkt durch die Sonnenenergie unter Verwendung von auf dem Dach montierten Sonnenkollektoren erwärmt wird. Dies macht sie ideal für Privathaushalte, die keinen Platz für einen zweiten Warmwasserspeicher oder ein System haben, das Warmwasser mit mittlerer bis hoher Temperatur (50 bis 80 °C) für den Hausgebrauch erzeugt. Aber für industrielle und gewerbliche Anwendungen sind diese Arten von solarthermischen Energiesystemen zu klein und ineffizient.

Um Strom aus der Energie der Sonnenstrahlen zu erzeugen, die als solarthermische elektrische Energie bezeichnet wird, müssen wir solarthermische Energie nutzen um das Wasser auf eine viel höhere Temperatur zu erhitzen, wodurch Dampf erzeugt wird, der dann zum Antrieb von Turbinen verwendet werden kann.

Die direkte Sonnenstrahlung der Sonne kann konzentriert und gesammelt werden, indem Reflektoren, Spiegel, Wannen und Schalen verwendet werden, die < genannt werden b>Solarkonzentratoreneinen einzigen Brennpunkt extrem hoher Temperatur erzeugen. Die durch konzentrierte Solarenergie oder CSP-Technologien erzeugte Wärme wird dann zum Betrieb eines konventionellen Stromgenerators verwendet. Die tagsüber gesammelte Hochtemperatur-Solarwärme kann auch in flüssigen oder festen Medien wie Salzschmelzen, Keramik, Beton oder zukünftig phasenwechselnden Salzmischungen gespeichert werden. Nachts kann es dem Speichermedium entnommen werden, um den Turbinenbetrieb fortzusetzen.

Parabolrinnen – Eine “Parabolrinne” CSP-Systeme bestehen aus einem verspiegelten parabolisch gekrümmten Reflektor, der die Sonnenenergie auf ein Empfängerrohr fokussiert, das sich im Brennpunkt der parabolischen Kurve befindet und eine Übertragungsflüssigkeit erwärmt, die aufgrund der hohen Temperaturen normalerweise auf Ölbasis durch das Rohr fließt. Das Transferfluid erzeugt dann überhitzten Dampf, der einer Turbine und einem elektrischen Generator zugeführt wird, um Strom zu erzeugen. Diese Parabolrinnen-Reflektoren sind im Allgemeinen an einer Art Sonnennachführsystem angebracht, das die Bewegung der Sonne von Ost nach West während des Tages verfolgt, sodass die Sonne für maximale Effizienz kontinuierlich auf die Empfängerrohre fokussiert wird.

Solar Dish Concentrator

Solar-Dish-Engines – Ein “Solar-Dish-Engine-System” ist eine andere Art von Solarkonzentrator. Ein Solar Dish Collector besteht aus vielen kleinen Glasspiegeln, die in Form einer Parabolschüssel aneinander angeordnet sind. Die Spiegel reflektieren das Sonnenlicht auf eine Leistungsumwandlungseinheit, die über der Schüssel im Brennpunkt angebracht ist (ähnlich einer Satelliten-TV-Schüssel).

Die Leistungsumwandlungseinheit umfasst einen Solarempfänger, der die Solarenergie absorbiert und an den Solarmotor überträgt. Der Motor wandelt diese Energie dann in Wärme um. Der Wärmeempfänger umfasst Rohre für das Übertragungsfluid, normalerweise Wasserstoff oder Helium, das Wärme an einen Generator überträgt, um Strom zu erzeugen. Solarschüssel-/Motorsysteme verwenden automatische zweiachsige Kollektoren, um die Sonne zu verfolgen.

Solar Power Towers – ”Solarkraftwerke” Verwenden Sie Tausende von der Sonne nachgeführten Spiegeln, sogenannte Heliostaten, um das Sonnenlicht auf einen Empfänger zu konzentrieren, der sich auf der Spitze eines hohen zentralen Turms befindet. Der Solar Power Tower erzeugt im Brennpunkt der Spiegelanordnung extrem hohe Temperaturen, die eine Übertragungsflüssigkeit wie geschmolzenes Nitratsalz erhitzen, das dann zur Erzeugung von Dampf zum Antrieb eines Turbinengenerators verwendet wird, der zur Stromerzeugung verwendet wird. Das geschmolzene Salz erreicht im Empfänger etwa 1.050 Grad Fahrenheit, bevor es in einem Tank gelagert wird, wo es seine Wärme effizient für mehrere Stunden oder sogar Tage speichern kann, bevor es zur Stromerzeugung verwendet wird.

Wir haben gesehen, dass die beiden Die Hauptkomponenten eines typischen solarthermischen Energiesystems im Haushalt, das zur Erzeugung von solarem Warmwasser verwendet werden kann, sind ein Wasserspeicher und ein solarthermischer Kollektor, der die Wärme der Sonne aufnimmt. Die zwei Haupttypen von thermischen Solarkollektoren, die für Haushaltsanwendungen verfügbar sind, sind der Flachplattenkollektor und der Vakuumröhrenkollektor, die mehr als genug solares Warmwasser für einen typischen Haushalt produzieren können.

Für industrielle und gewerbliche Anwendungen ist “Solarthermie” derzeit führend als kostengünstigste Solartechnologie im großen Maßstab. Es schlägt derzeit andere Formen alternativer Energiesysteme und kann auch die Kosten für Strom schlagen, der aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe wie Erdgas erzeugt wird. Spanien und Australien sind derzeit die führenden Länder in der kommerziellen solarthermischen Energieerzeugung, in denen Spanien bereits einen großen Teil seines Stromverbrauchs durch seinen solarthermischen Kraftwerksturm und seine Solarschüssel-/Motoranlagen produziert.

So ist Solarenergie Wärmeenergie das Richtige für Sie?. Höchstwahrscheinlich kann die Verwendung der Sonnenenergie zur Erzeugung von Solarwärmewasser die Warmwasserrechnungen im Haushalt um bis zu 60 % oder mehr pro Jahr senken und Tausende von US-Dollar oder britischen Pfund für das durchschnittliche Familienhaus über die Lebensdauer eines Solarwarmwassersystems einsparen .

Solarthermische Energiesysteme tragen auch dazu bei, unsere natürlichen Ressourcen und die Umwelt zu schonen, indem sie die Treibhausgasemissionen reduzieren, da weniger fossile Brennstoffe verbrannt werden, um Strom zu erzeugen, nur um Wasser zu erhitzen, aber bedenken Sie dies für jeden Dollar, Britisches Pfund oder Euro, den Sie ausgeben, um Ihr Zuhause energieeffizienter zu machen, können Sie die Größe, die Kosten und die Komplexität einer zu Hause installierten Solarthermieanlage reduzieren.

Im nächsten Tutorial über &#8220 ;Solarthermie” schauen wir uns Flachkollektoren an und sehen, wie sie die Wärme der Sonne in heißes Wasser umwandeln.