Nowoczesne metody magazynowania i wykorzystywania energii słonecznej

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.

Literatura

1. Jagnow K., Wolff D., Der Energieberater, VDW, Köln 2009.
2. Zawadzki M., Kolektory słoneczne, pompy ciepła – na tak, Polska Ekologia, 2003.
3. Remmers, Solare Heizungsunterstützung.
4. www.solarthermie2000.de.
5. BINE, „Themeninfo” nr 1/2009.
6. www.ZAE-Bayern.de.
7. www.itw.uni-stuttgart.de.
8. www.ecn.nl/egon.