La agua caliente solar refiere al agua calentada por la energía solar . Los sistemas de la calefacción solar se componen generalmente de colectores termales solares, un sistema flúido para mover el calor desde el colector a su punto del uso, y un depósito o un tanque para el almacenaje del calor y el uso subsecuente. Los sistemas se pueden utilizar para calentar el agua caliente doméstica, agua de la piscina, o para la calefacción de talleres. El calor se puede también utilizar para los usos industriales o como entrada de energía para otras aplicaciones tales como equipo de enfriamiento.
En muchos climas, un sistema de calefacción solar puede proporcionar un porcentaje muy alto (50 a el 75%) de la energía del agua caliente doméstica. En muchos países europeos norteño, agua caliente combinada y sistemas de la calefacción de talleres (los combisystems solares se utilizan para proporcionar 15 a el 25% de energía térmica casera.
En las regiones del sur de África tienen gusto de Zimbabwe, los calentadores de agua solares han estado ganando renombre, los gracias al austriaco y otros proyectos financiados UE que están promoviendo soluciones más respetuosas del medio ambiente de la calefacción por agua.
Las instalaciones termales solares residenciales se pueden subdividir en dos clases de sistemas: sistemas compactos y bombeados. Ambos incluyen típicamente una fuente de energía auxiliar (elemento o conexión eléctrico de calefacción a un gas o a un sistema de gasolina y aceite de la calefacción central) se active que cuando el agua en el tanque cae debajo de un ajuste de temperatura mínimo tal como C de 50 °. Por lo tanto, la agua caliente está siempre disponible. La combinación de calefacción y de usar de la agua caliente solar el calor de una chimenea de madera de la estufa de calentar el agua puede permitir a un circuito de agua caliente trabajar el año redondo en climas norteños sin el requisito suplemental del calor de un circuito de agua caliente solar que es encontrado con combustibles fósiles o electricidad.
Técnica
Para calentar el agua usar energía solar, un colector se sujeta a la azotea de un edificio, o en una pared que hace frente al sol. En algunos casos, el colector puede ser libre. Se bombea (sistema activo) o es conducido el fluido operante por la convección natural (sistema pasivo) a través de él. El colector se podría hacer de una caja aislada rematada vidrio simple con un amortiguador solar plano hecho del metal de hoja atado a las pipas de cobre y pintó negro, o un sistema de tubos del metal rodeados por (cerca de vacío) un cilindro de cristal evacuado. En algunos casos, antes de que se absorba la energía solar, un espejo parabólico se utiliza para concentrar luz del sol en el tubo.
Un sistema simple de la calefacción por agua bombearía la agua fría hacia fuera a un colector que se calentará, las corrientes heated de nuevo a un tanque de la colección. Este tipo de colector puede proporcionar bastante agua caliente para una familia entera.
El calor se almacena en un tanque de agua caliente. El volumen del este tanque será más grande con los sistemas de calefacción solar para permitir maÌn tiempo, y porque la temperatura final óptima para el amortiguador es más baja que un calentador típico de la inmersión o de la combustión.
El fluido operante para el amortiguador puede ser la agua caliente del tanque, pero (por lo menos en sistemas bombeados) está más comunmente un lazo separado del líquido que contiene el anticongelante y un inhibidor de corrosión que entregue calor al tanque a través de un cambiador de calor (comúnmente una bobina de la tubería de cobre dentro del tanque. Otro concepto del bajo-mantenimiento es “drena-detrás”: no se requiere ninguÌn anticongelante; en lugar toda la tubería se inclina para hacer el agua drenar de nuevo al tanque. El tanque no se presuriza y está abierto a la presión atmosférica. Tan pronto como la bomba apagara, el flujo invierte y las pipas vacías para el momento en que cuando la congelación podría ocurrir.
Cuando una agua caliente solar y un sistema de agua caliente de la calefacción central se utilizan en la conjunción, el calor solar cualquiera será concentrado en un tanque de precalentamiento que alimente en el tanque calentado por la calefacción central, o el cambiador de calor solar será más bajo en el tanque que el más caliente. Es importante recordar; sin embargo, eso la necesidad principal de la calefacción central es en la noche en que no hay luz del sol y en el invierno en que el aumento solar es más bajo. La calefacción por agua por lo tanto solar para lavarse y bañarse es a menudo un mejor uso que la calefacción central porque la oferta y la demanda son mejores emparejadas. El agua del colector puede alcanzar mismo temperaturas altas en buena sol, o si la bomba falla. Los diseños deben permitir la relevación del calor de la presión y del exceso a través de una descarga del calor.
Costes de la economía, de la energía y de sistema
En localizaciones asoleadas, calientes, donde no está necesaria la protección del helada, un tipo de hornada calentador de agua caliente solar puede ser extremadamente rentable. En latitudes más altas, hay a menudo los requisitos de diseño adicionales para el tiempo frío, que agregan a la complejidad de sistema. Esto tiene el efecto de aumentar la inicial del costada (pero no el coste de ciclo vital) de un circuito de agua caliente solar, a un nivel mucho más arriba que un calentador de agua caliente comparable del tipo convencional. Al calcular el coste total a propio y funcionar, un análisis apropiado tomará en la consideración que la energía solar está libre, así reduciendo grandemente los gastos de explotación, mientras que otras fuentes de energía, tales como gas y electricidad, pueden ser absolutamente costosas en un cierto plazo. Así, cuando los costes iniciales de una Sistema Solar se financian y se comparan correctamente con costes energéticos, después, en muchos casos el coste mensual total de calor solar puede ser menos que otros tipos más convencionales de calentadores de agua caliente (y también conjuntamente con un calentador de agua caliente existente). Además, los incentivos federales y locales pueden ser significativos.Como ejemplo, un calentador de agua solar 56ft2 puede costar los E.500, pero ese coste inicial se reduce a apenas $3.300 en el estado de los E. de Oregon debido a los incentivos federales y del estado. El sistema ahorrará aproximadamente los E. $230 por año, con un reembolso de 14 años. Períodos de reembolso más bajos son posibles basados en la maximización de la exposición del sol. Sin embargo, en localizaciones más norteñas, la calefacción solar es menos eficiente. Las cantidades usables de agua caliente doméstica están disponibles en los meses del verano, en días despejados, entre abril y octubre. Durante el invierno y en días nublados la salida es pobre. Los costes de la instalación en el Reino Unido son prohibitivos, en promedio sobre £9,000. Debido a esto del restituir el período puede ser hasta 50 años.
Circuitos de agua calientes solares
Los circuitos de agua calientes solares se pueden clasificar en maneras diferentes:
el tipo de colector usado (véase abajo)
La localización del colector - montaje de la azotea, montaje de la tierra, montaje de la pared
La localización del tanque de almacenaje en lo referente al colector
El requisito para una bomba - active contra voz pasiva
El método de traspaso térmico - de anillo abierto o de circuito cerrado (vía cambiador de calor)
Sistemas compactos (sistemas pasivos)
Un sistema pasivo también conocido como sistema monobloque del ( Thermosiphon ), un sistema compacto consiste en un tanque para el agua heated, un colector solar, y los tubos de comunicación todo premontados en un marco. Las corrientes hacia arriba cuando está calentado en el panel. Cuando esta agua entra en el tanque (colocado más arriba que el panel solar), expele un poco de agua fría desde adentro de modo que el traspaso térmico ocurra sin la necesidad de una bomba. Un sistema típico para un hogar de cuatro personas en una región asoleada consiste en un tanque de 150 a 300 litros y tres a cuatro metros cuadrados de los paneles del colector solar.Un tipo especial de sistema compacto es el almacenaje integrado del colector (ICS, calentador de la hornada) donde el tanque actúa como almacenaje y colector solar. Son simples y eficientes pero solamente convenientes en climas moderados con buena sol. Los sistemas compactos directos del (“lazo abierto ") no son convenientes para los climas fríos si se hacen de metales. En la noche el agua restante puede congelar y dañar los paneles, y el tanque de almacenaje se expone a las temperaturas al aire libre que causarán pérdidas de calor excesivo en días fríos. Algunos sistemas compactos tienen un circuito primario del . El circuito primario incluye los colectores y la parte externa del tanque. En vez del agua, se utiliza un líquido anticongelante no tóxico. Cuando este líquido se calienta para arriba, fluye a la parte externa del tanque y transfiere el calor al agua colocada adentro. Sin embargo, (sistemas directos los “del lazo abierto ") son levemente más baratos y más eficientes.
Un sistema compacto puede ahorrar hasta 4.5 toneladas anualmente de las emisiones de gases de efecto invernadero . Para alcanzar las punterías del protocolo de Kyoto, varios países están ofreciendo subsidios al usuario final. Algunos sistemas pueden trabajar por hasta 25 años con mantenimiento mínimo. Estas clases de sistemas se pueden redimir en seis años, y alcanzan un equilibrio positivo de la energía (energía usada para construirlos menos energía que ahorran) de 1. Mayor parte del año, cuando el elemento de calefacción eléctrico no está trabajando, estos sistemas no utiliza ninguna fuente externa para la energía (como corrientes debido al principio del thermosyphon).
Los colectores termales solares plano se utilizan generalmente, pero los sistemas del acuerdo usar los colectores del tubo de vacío están disponibles en el mercado. Éstos dan una producción de un calor más alto por metro cuadrado en climas más fríos pero cuestan generalmente sistemas del colector de placa más que plana.
Sistemas bombeados (sistemas activos)
Cómo se bombea y se controla el sistema solar de la calefacción por agua determina si es un carbón cero o un sistema con poco carbono. Los sistemas con poco carbono utilizan principalmente electricidad para circular el líquido a través del colector. El uso de la electricidad reduce típicamente los ahorros del carbón de un sistema por el 10% a el 20%.Los diseños de sistema con poco carbono convencionales utilizan una bomba de circulación accionada las cañerías siempre que el tanque de agua caliente se coloque debajo de los paneles solares. La mayoría de los sistemas en Northern Europe son de este tipo. El tanque de almacenaje se coloca dentro del edificio, y requiere así un regulador esas medidas cuando el agua es más caliente en los paneles que en el tanque. El sistema también requiere una bomba para transferir el líquido entre las piezas.
Los reguladores electrónicos usados por algunos sistemas permiten una amplia gama de la funcionalidad tal como medida de la energía producida; funciones de seguridad más sofisticadas; control termostático y del tiempo-reloj del calor, de los lazos de la circulación de la agua caliente, o de otros auxiliares; exhibir o transferencia de los mensajes o de las alarmas de error; los paneles de exhibición alejados; y telecontrol o el datalogging local.
Los sistemas solares de la calefacción por agua de un carbón cero más nuevo son accionados por (fotovoltaico o picovoltio) las bombas fotovoltaico. Éstos utilizan típicamente un panel que haga frente en la misma dirección que el panel principal de la calefacción solar y un pequeño, bomba de 5-20W picovoltio de diafragma del flujo bajo para bombear el agua.
El colector solar más de uso general es la pantalla plana esmaltada aislada. Los paneles menos costosos, como los paneles del polipropileno (para las piscinas) o la alto-ejecución de unos como los colectores evacuados del tubo, se utilizan a veces.
Colectores la termal de la calefacción solar
Ver el colector termal solarHay tres clases principales de colectores termales solares en de uso común. En orden del coste cada vez mayor están: Colectores plásticos formados, colectores planos, y colectores evacuados del tubo. La eficacia del sistema se relaciona directo con las pérdidas de calor de la superficie del colector (eficacia que es definida como la proporción de energía térmica que se puede obtener provechosamente del aislamiento). Las pérdidas de calor son gobernadas predominante por el gradiente termal entre la temperatura de la superficie del colector y la temperatura ambiente. La eficacia disminuye cuando o las caídas de la temperatura ambiente o como la temperatura del colector aumentan. Esta disminución de la eficacia puede ser atenuada aumentando el aislamiento de la unidad sellando la unidad de colectores del vidrio e. completamente o proporcionando un colector evacuado del tubo del sello de vacío e. La opción del colector es determinada por los requisitos y las condiciones ambientales de calefacción en los cuales se emplea.
Colectores plásticos formados (tales como polipropileno, EPDM o plásticos del ANIMAL DOMÉSTICO )
Consiste en los tubos o los paneles formados a través de los cuales el agua es circulada y calentada por la radiación del sol. Éstos son de uso frecuente para prolongar la estación de la natación en piscinas. En algunos países la calefacción de una piscina al aire libre con las fuentes de energía no renovables no se permite, y entonces estos sistemas baratos ofrecen una buena solución. El este panel no es conveniente para las aplicaciones redondas del año como el abastecimiento de la agua caliente para el uso casero, sobre todo debido a su carencia del aislamiento que reduce su eficacia grandemente cuando temperatura del aire ambiente es más bajo que la temperatura del líquido que es heated.
Colector de placa plana
Consiste en una hoja fina del amortiguador (generalmente el de cobre, a el cual una capa negra o selectiva es aplicada) movida hacia atrás por una rejilla o una bobina de la tubería flúida y colocada en una cubierta aislada con una cubierta de cristal. El líquido se circula a través de la tubería para quitar el calor del amortiguador y para transportarlo a un tanque de agua aislado, a un cambiador de calor o a un poco de otro dispositivo para usar el líquido heated.Como alternativa para metal los colectores, algunos nuevos colectores de placa plana del polímero ahora se están produciendo en Europa. Éstos pueden ser enteramente el polímero, o pueden ser las placas de metal detrás de las cuales están los canales de agua congelar-tolerantes hechos del caucho de silicón en vez del metal. Los polímeros, siendo flexibles y por lo tanto congelar-tolerante, pueden contener el agua llana en vez del anticongelante, de modo que puedan en algunos casos sondear directo en los tanques de agua existentes en vez de necesitar el tanque ser substituido por uno con los cambiadores de calor adicionales.
Colectores evacuados del tubo
Se hacen de una serie de tubos modulares, montada paralelamente, a cuyo número puede ser agregado o ser reducido mientras que las necesidades de la entrega de la agua caliente cambian. Este tipo de colector consiste en filas de tubos de cristal transparentes paralelos, que contiene un tubo del amortiguador (en lugar de la placa del amortiguador a la cual los tubos del metal se atan en un colector del placa llano). Los tubos se cubren con una capa de luz-modulación especial. En un colector evacuado del tubo, la luz del sol que pasa a través de un tubo de cristal externo calienta el tubo del amortiguador contenido dentro de ella. El amortiguador puede consistir en el cobre (glass-metal) o la tubería de cristal especial-revestida (glass-glass). Los tubos evacuados glass-metal se sellan típicamente en el extremo multíple, y el amortiguador se sella realmente en el vacío, así el hecho de que el amortiguador y la pipa de calor sean metales disimilar no crea ninguÌn problema de la corrosión. Los sistemas de una mejor calidad utilizan el aislamiento de la espuma en el múltiple. el vidrio bajo del hierro se utiliza en la fabricación evacuada más de alta calidad de los tubos.
Los sistemas evacuados de baja calidad del tubo utilizan el amortiguador revestido de cristal. Debido a la diferencia extrema de la temperatura del vidrio bajo temperaturas del estancamiento, el vidrio rompe a veces. El vidrio es un material de baja calidad del silicato del boro y la pipa de calor de aluminio del amortiguador y del cobre se resbala abajo dentro del extremo de tragante abierto del tubo. La humedad que incorpora el múltiple alrededor de la cubierta del metal de hoja es absorbida eventual por el aislamiento de la fibra de vidrio y después encuentra su manera abajo en los tubos. Esto lleva a la corrosión en el área del interfaz del amortiguador/de la pipa de calor, también congela las rupturas del tubo sí mismo si los terraplenes del tubo suficientemente con agua.
Dos tipos de colectores del tubo son distinguidos por su método del traspaso térmico: las bombas más simples que un líquido de traspaso térmico (agua o el anticongelante ) a través de un tubo de cobre en forma de "U" colocó en cada uno de los tubos de cristal del colector. El segundo tipo utiliza una pipa de calor sellada que contenga un líquido que se vaporice mientras que es heated. El vapor se levanta a calor-transfiere el bulbo que se coloca fuera del tubo del colector en una pipa a través de la cual se bombee un segundo líquido del traspaso térmico (el agua o el anticongelante). Para ambos tipos, el líquido heated después circula a través de un cambiador de calor y emite su calor al agua que se almacena en un tanque de almacenaje (que sí mismo pueda ser mantenido caliente parcialmente por la luz del sol). Calor evacuado de los colectores del tubo a temperaturas más altas, con algunos modelos proporcionando una producción considerablemente más solar por metro cuadrado que las pantallas planas. Sin embargo, son más costosa y frágil que las pantallas planas. Las altas temperaturas del estancamiento pueden hacer el anticongelante analizar, así que el estudio detallado debe ser utilizado si selecciona este tipo de sistema en climas templados.
Para un amortiguador dado el área, los tubos evacuados puede mantener su eficacia sobre una amplia gama de temperaturas ambiente y de requisitos de calefacción. Sin embargo, debido al diseño el área del amortiguador ocupa solamente el cerca de 50% del panel del colector. En la mayoría de los climas y para la mayoría de servicios del agua caliente doméstica, los colectores del placa llano serán generalmente una solución más rentable que los tubos evacuados. A menos que estén empleados en órdenes grandes, los colectores evacuados eficientes pero costosos del tubo tengan solamente ventaja neta marginal en invierno y den poca ventaja verdadera en los meses más calientes. Debido al vacío, a la helada pesada o a la nieve no derretirá apagado bajo luz del sol. Se adaptan más a las temperaturas ambiente extremadamente frías o en situaciones de constantemente low-light. También se utilizan en los usos industriales, donde las temperaturas del apogeo o necesidad del vapor de ser generado.
Enfriamiento solar la termal
El enfriamiento solar la termal se puede alcanzar vía los ciclos de refrigeración de la absorción, los ciclos desecantes y los procesos solar-mecánicos.
El sistema de enfriamiento solar del ciclo de la absorción trabaja como un refrigerador en que utiliza la agua caliente para comprimir un gas que, una vez que está ampliado, produzca una reacción endotérmica que refresque el aire. El mayor problema es actual que la máquina del amortiguador funciona con el líquido en el °C 90, un bastante de alta temperatura que se alcanzará con los paneles solares bombeados sin fuente de potencia auxiliar.
Iguales bombearon la instalación termal solar se pueden utilizar para producir la agua caliente por el año entero. Puede también ser utilizado para refrescarse en el verano y parcialmente calentar el edificio en invierno.
Uso
Los colectores del placa llano para la calefacción por agua solar eran populares en el la Florida y el California meridional en los años 20. Debido a la abundancia de luz del sol en Israel, los calentadores de agua solares fueron utilizados por alguÌn 20% de la población antes de 1967. Después de la crisis de la energía en los años 70, el Knesset israelí aprobó una ley que requería la instalación de los calentadores de agua solares en todos los nuevos hogares (excepto altas torres con área escasa de la azotea). Consecuentemente Israel ahora es el líder de mundo en el uso de la energía solar per capita (el 3% del consumo de energía nacional primario).
Durante este tiempo, había un cierto resurgimiento del interés en la calefacción solar en el Norteamérica . La innovación técnica ha mejorado funcionamiento, esperanza de vida y la facilidad de empleo de estos sistemas. La instalación de la calefacción de agua caliente solar se ha convertido en la norma en países con una abundancia de radiación solar, como Israel y Grecia, y en Japón y Austria, donde hay menos.
Los circuitos de agua calientes solares han llegado a ser populares en el China, en donde los modelos básicos comienzan aproximadamente 1.500 yuan (US$190), mucho más barato que en los países occidentales (el alrededor 80% más barato para un tamaño dado del colector). Se demanda que por lo menos 30 millones de hogares chinos ahora tienen uno, y que el renombre es debido a los tubos evacuados eficientes que permiten que los calentadores funcionen incluso debajo de los cielos grises y en las temperaturas manar bajo cero.
En el España 2005 se convirtió en el primer país en el mundo para requerir la instalación de la producción eléctrica fotovoltaica en nuevos edificios, y el segundo en el mundo (después Israel ) para requerir la instalación de circuitos de agua calientes solares.
Los diseños convenientes para los climas calientes pueden ser mucho más simples y más baratos, y se pueden considerar una tecnología apropiada . El mercado termal solar global es dominado por el China, el Europa, el Japón y el la India .
Ver también
Aire acondicionado solar
Combisystem solar
Energía solar
Calefacción solar
Recurso reanudable
Energías renovables
Diseño sostenible
Colector termal solar
Almacén termal estacional
Invernadero solar (técnico)
Calor de la agua caliente que recicla
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