Załóż konto na portalu i bezpłatnie pobierz wydanie Rynku Instalacyjnego 7-8/2019 

Nowoczesne metody magazynowania i wykorzystywania energii słonecznej

System solarnego chłodzenia
System solarnego chłodzenia

Jednym z najważniejszych problemów w technice solarnej jest brak korelacji między dostępną w danej chwili ilością energii promieniowania słonecznego a potrzebami energetycznymi użytkownika. Aby zapobiec tej rozbieżności, zestawy solarne zaopatrywane są w zasobniki (bufory) energii cieplnej. Umożliwiają one magazynowanie ciepła dostarczonego przez kolektory i, w ograniczonym stopniu, jego późniejsze wykorzystanie. Specjalne metody magazynowania energii słonecznej wykorzystywane są w dużych instalacjach solarnych (RI 1–2/2011).


Tradycyjne sposoby magazynowania energii

W zależności od celu, w jakim w budynkach indywidualnych wykorzystuje się energię słoneczną (podgrzew ciepłej wody użytkowej, wspomaganie ogrzewania itp.), instalacje zaopatrzone są w zasobniki ciepłej wody użytkowej, bufory wody kotłowej lub zasobniki kombinowane. Na rys. 1 pokazano podstawowe rodzaje zasobników stosowanych w tradycyjnych zestawach solarnych do przygotowania c.w.u.

Stosowanie zasobników z wężownicą, z uwagi na różny poziom temperatur cieczy dochodzącej do poszczególnych króćców, prowadzi do zjawiska wymieszania cieczy, a co za tym idzie do zniszczenia struktury warstwowej temperatur. W zasobniku warstwowym woda podgrzana w zewnętrznym wymienniku ciepła doprowadzana jest do zasobnika i kierowana do odpowiedniego poziomu temperaturowego  zimna na dół, ciepła do góry). Dzięki temu możliwe jest szybkie uzyskanie wymaganej temperatury roboczej.

W przypadku zestawów solarnych służących oprócz przygotowywania ciepłej wody użytkowej również wspomaganiu ogrzewania układy są trochę bardziej rozbudowane. Mogą zostać wykonane jako dwu- lub jednozasobnikowe. W standardowych układach z dwoma zasobnikami kolektory słoneczne zasilają zasobnik c.w.u. oraz bufor ciepła, a w przypadku zasobnika kombinowanego ogrzewają wodę kotłową zgromadzoną w jego głównej części. Innym rozwiązaniem, wykorzystywanym w większych instalacjach solarnych, jest zastosowanie dużego bufora ciepła, z którego czerpie się energię cieplną do przygotowania c.w.u. i wspomagania ogrzewania.

Wszystkie te sposoby magazynowania energii mają zasadniczą wadę, a mianowicie zastosowane w nich urządzenia cechują stosunkowo duże gabaryty, a materiałem gromadzącym ciepło jest woda, która ma ograniczoną pojemność cieplną. Nie można również do nich doprowadzać energii w sytuacjach skrajnych (gdy zasobniki są „pełne”, a energia słoneczna dostępna). Równocześnie zastosowanie wody jako środka gromadzącego ciepło ma tę zaletę, że jest ona bezpośrednio wykorzystywana do użycia, np. pobierana z zasobnika do kabin prysznicowych, poza tym jest zwykle korzystna cenowo.

Jednak w przypadku żadnego z omówionych powyżej zasobników nie ma możliwości skorelowania w czasie potrzeb energetycznych z dostępnym promieniowaniem słonecznym. Zwykle wtedy, kiedy konieczne jest ogrzewanie pomieszczeń (np. w nocy), promieniowania słonecznego nie ma, a gdy potrzeba dużej ilości ciepłej wody użytkowej, od kilku dni pada deszcz. Z uwagi na ograniczone możliwości magazynowania energii w wodzie, wynoszące ok. 60 kWh/m3, podjęto prace nad wykorzystaniem do magazynowania materiałów o większym potencjale oraz znalezieniem nowych metod.

Latentne zasobniki ciepła (PCM)

Stosując wodę jako materiał gromadzący ciepło, mamy do czynienia z liniową zależnością zgromadzonej energii od temperatury (rys. 2). W standardowym zasobniku c.w.u. do uzyskania wymaganej temperatury wody niezbędne jest doprowadzenie energii cieplnej. Ten sposób magazynowania energii bywa nazywany „czułym”, gdyż zmagazynowane ciepło musi dostosowywać się, a więc „czuć” potrzeby energetyczne (stąd określenie ciepło „czułe” – linia prosta na rys. 2). Oznacza to, że w przypadku zwiększonych potrzeb energetycznych niezbędne jest dostarczenie dużych ilości energii w celu uzyskania wysokiej temperatury zgromadzonej wody.

W wielu krajach prowadzone są badania nad materiałami, które mogą zmagazynować duże ilości energii na znacznie niższym niż tradycyjnie poziomie temperatur. Materiały te, nazywane latentnymi albo PCM (ang. Phase Change Materials), gromadzą energię dzięki przemianom fazowym – zwykle jest to przejście ze stanu stałego w ciekły. Energia topnienia 1 kg lodu (woda w stałym stanie skupienia) jest równoważna energii jej podgrzania do temperatury 80°C. W przypadku materiałów latentnych (linia krzywa na rys. 2) w momencie osiągnięcia temperatury przemiany fazowej następuje zjawisko utrzymywania się stałej temperatury w całym okresie zmiany stanu skupienia, a po stopieniu materiału temperatura zaczyna ponownie rosnąć.

Zaletą materiałów latentnych jest możliwość magazynowania ciepła w bardzo szerokim zakresie temperatur, wynika to z faktu zachodzenia zmiany ich stanu skupienia od temperatur poniżej 0°C do ponad 800°C (rys. 3). Umożliwia to magazynowanie ciepła i „zimna”, a więc wykorzystanie tych materiałów zarówno w procesach grzewczych, jak i na przykład w klimatyzacji pomieszczeń.

System solarnego chłodzenia

Pracę systemu z zasobnikiem latentnym w trakcie solarnego chłodzenia przedstawiono na rys. 4. Kolektory słoneczne ogrzewają medium robocze do temperatury  90°C, a do ich obwodu wpięty jest równolegle standardowy zasobnik ciepłej wody użytkowej (HT), który umożliwia uzupełnienie energii w przypadku zachmurzenia.

Absorpcyjny agregat chłodniczy (AKM) wykorzystuje doprowadzoną energię słoneczną jako napęd do wytworzenia wody chłodzącej o temperaturze 15°C w układzie klimatyzacji budynku (B). Aby proces ten się powiódł, niezbędne jest odprowadzenie do otoczenia ciepła wylotowego o temperaturze 40°C z urządzenia chłodniczego poprzez zewnętrzną suchą chłodnicę (RK). W celu uzyskania wymaganej temperatury cieczy chłodzącej w wysokości 32°C, również gdy występują wysokie temperatury otoczenia i niemożliwe jest bezpośrednie jej uzyskanie przez chłodnicę, do obwodu wpięty zostaje szeregowo zasobnik PCM magazynujący latentnie powstały nadmiar energii.

   16.05.2011

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie

 


Poznaj nowinki z branży HVAC »

klimatyzatory

 



4 sposoby zastosowania wymienników ciepła »

Na czym polega automatyzacja instalacji  w technice budowlnej »
wymienniki ciepła systemy kanalizacyjne
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


Grzejnik czy podłogówka - czym ogrzewać? »

ogrzewanie hybrydowe

 



Jak prawidłowo odizolować wodę kanalizacyjną od gruntowej »

Zdradzamy 3 funkcje ultra nowoczesnych klimatyzatorów »
produkcja studni wodomierzowych film o pompowni ppoz
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


Czy znasz 5 funkcji, które ułatwią pomiary? »

systemy wentylacyjne

 



Poznaj sposób na optymalizację strat energii »

Jakie są korzyści płynące ze stosowania pomp wodnych »
pompy cyrkulacyjne pompy wodne
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


Jak zaprojektować niezawodne instalacje w budynku »

innowacyjne projektowanie instalacji

 



5 sposobów na szybką i dokładną pracę w miernictwie »

Dobierz wielogazowy detektor podtynkowy »
rozwiązania pomiarowe detektor gazów
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


Jesteś instalatorem, ale elektryka nie jest Ci obca? Dołącz do klubu »

klub instalatora

 



Jakie urządzenia sanitarne planuje się podłączyć w pomieszczeniu? » Jaki rekuperator poleci Instalator »
kanalizacja centrale rekuperacyjne
wiem więcej » poznaj dziś »

 


Ekspert Budowlany - zlecenia

Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »

Co Szperacz wyszperał ;-)

źle wykonana instalacja

Sztywniactwo i niechlujstwo - zobacz i skomentuj »

Dla tych, którzy szukają bardziej elektryzujących wrażeń Szperacz ma dziś coś specjalnego - rozdzielnia w toalecie.

zaślepka


TV Rynek Instalacyjny


 tv rynek instalacyjny
7-8/2020

Aktualny numer:

Rynek Instalacyjny 7-8/2020
W miesięczniku m.in.:
  • - Nowoczesne kotły na gaz i paliwa stałe
  • - Dezynfekcja powietrza wentylacyjnego
Zobacz szczegóły
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright © 2011 - 2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl