Załóż konto na portalu i bezpłatnie pobierz wydanie Rynku Instalacyjnego 7-8/2018

Magazynowanie energii słonecznej dla grzania i chłodzenia

Co zrobić z nadmiarem ciepła, produkowanym przez kolektory słoneczne?
Co zrobić z nadmiarem ciepła, produkowanym przez kolektory słoneczne?
Viessmann

Energii słonecznej mamy pod dostatkiem wtedy, gdy zwykle nie jest potrzebna, a brakuje jej, kiedy zapotrzebowanie na ciepło wzrasta. Problem tej sezonowej dostępności można już uznać za częściowo rozwiązany – w lecie, kiedy słońce grzeje najmocniej, potrzebny jest chłód, który wytworzyć można przy pomocy intensywnego promieniowania. Czy podobne rozwiązanie można znaleźć również dla ogrzewania zimą?

Ogrzewanie

Gdyby sporządzić listę tematów, którymi zajmują się obecnie naukowcy i konstruktorzy, sporo miejsca zajęłaby na niej fotowoltaika, czyli wytwarzanie energii elektrycznej z energii promieniowania słonecznego, oraz poszukiwanie jak najlepszego i najtańszego sposobu magazynowania ciepła słonecznego.

Przeczytaj także: Wykorzystanie skoncentrowanego promieniowania słonecznego w warunkach polskich >>

Skuteczne metody gromadzenia energii elektrycznej są już od dawna znane, a celem konstruktorów są coraz wydajniejsze i mniejsze akumulatory. Jeśli uda się to osiągnąć, wykorzystanie słońca do ogrzewania będzie bardzo proste – grzałki elektryczne mają bardzo wysoką sprawność i łatwo można z nich korzystać.

A co z ciepłem wytwarzanym w kolektorach słonecznych? Do dyspozycji mamy obecnie zasobniki wodne, magazyny dwufazowe czy grunt jako pojemnościowy magazyn ciepła dostarczanego bezpośrednio z kolektorów słonecznych, a pobieranego przez kolektory poziome lub pionowe związane z instalacją domową przez pompę ciepła.

Jedna z firm opracowała ostatnio nową konstrukcję modułowego wodnego zasobnika ciepła (rys. 1). Moduł podstawowy stanowi zbiornik o przekroju eliptycznym o pojemności 1300 l i szerokości zaledwie 70 cm. Z takich elementów można budować zasobniki o dużej pojemności, jednak bez konieczności wykonywania w budynku wielkich otworów montażowych służących wprowadzeniu zbiornika do wnętrza.

Innym zasobnikiem może być sieć ciepłownicza – w zimie dostarczająca energię do ogrzewania i przygotowania ciepłej wody, a latem wykorzystywana w bardzo małym stopniu w stosunku do możliwości transportu energii – tylko do przygotowywania ciepłej wody użytkowej.

Energia ze słońca pozyskiwana za pomocą kolektorów słonecznych w okresie największego nasłonecznienia może być wprowadzona do sieci ciepłowniczej i używana zarówno do zasilania węzłów przygotowujących ciepłą wodę, jak i do urządzeń klimatyzacyjnych wytwarzających chłód. Problemem jest jednak odpowiednie gospodarowanie tak pozyskiwaną energią cieplną i sterowanie.

Chłodzenie

Do wytworzenia chłodu potrzebujemy energii niezbędnej do napędu silników sprężarek (silników elektrycznych lub gazowych) albo energii cieplnej, którą można wykorzystać w chłodziarkach absorpcyjnych. Mają one podobną zasadę działania i konstrukcję jak absorpcyjne pompy ciepła (rys. 2).

W tych ostatnich za zwiększenie potencjału ciepła niskotemperaturowego odpowiadają właściwości roztworów, najczęściej dwuskładnikowych, które mają wyższe temperatury wrzenia niż czyste rozpuszczalniki. Napędowa moc cieplna Qw doprowadzana do warnika, a uzyskiwana np. ze spalania gazu lub z sieci cieplnej, wywołuje proces desorpcji czynnika roboczego z roztworu (np. amoniaku z jego wodnego roztworu lub wody z roztworu bromku litu).

Para czynnika roboczego dopływa do skraplacza, gdzie w procesie skraplania oddawana jest moc cieplna Q. Skroplony czynnik roboczy zostaje zdławiony w zaworze rozprężnym i dopływa do parownika, po czym odparowując, pobiera ciepło z dolnego źródła (efekt chłodzenia). Absorpcyjne urządzenia chłodnicze można zatem wykorzystać zarówno do grzania (pompa ciepła), jak i chłodzenia (klimatyzacja).

Instalacje zintegrowane

Projektanci instalacji od dawna próbują połączyć różne instalacje tak, by ograniczyć pobieranie energii z zewnątrz, a zgromadzoną wykorzystywać raz do grzania, a innym razem do chłodzenia. Problemem jest takie zbilansowanie potrzeb, żeby raz dostarczona do budynku energia, prawie jak w perpetuum mobile, nigdy już tego obiektu nie opuszczała.

Austriacka firma opracowała konstrukcję specjalnego sprzęgła hydraulicznego – rozdzielacza Zortström (fot. 1). Na schemacie przykładowej instalacji pokazano, gdzie ciepło powstaje i dokąd jest kierowane w zależności od potrzeb (rys. 3). Wszystko zaczyna się i kończy w samym rozdzielaczu, który można nazwać punktem zerowym (hydrauliczny punkt zero), gdyż wyrównują się w nim ciśnienia poszczególnych obiegów.

W omawianym przykładzie zasobnikami są zbiorniki wodne, w których magazynowany jest nadmiar ciepła. Zastosowano tu trzystopniowy rozdzielacz łączący instalację solarną z ogrzewaniem budynku i przygotowaniem ciepłej wody, siecią cieplną oraz zbiornikami buforowymi. Układ czujek temperatury i sterowania pompami pozwala na kierowanie ciepła tam, gdzie jest ono aktualnie potrzebne.

Jeżeli system jest bardziej rozbudowany, możliwe jest zastosowanie nawet pięciostopniowego rozdzielacza (rys. 4), włączając do układu np. rezerwowe źródło ciepła, którym może być kocioł na paliwo stałe, gazowy lub olejowy. Powstaje instalacja, w skład której wchodzą ściśle współpracujące ze sobą urządzenia, np. kolektory słoneczne z absorpcyjną pompą ciepła.

Jak to wykorzystać w praktyce? Od czerwca 2011 r. w niemieckim Marburgu działa instalacja badawczo-rozwojowa o nazwie „elektrownia słoneczna 3U” [6]. Celem badań jest stworzenie samowystarczalnej instalacji zaopatrującej pomieszczenia biurowe i mieszkalne w potrzebną energię. Pierwsze wyniki są bardzo zachęcające – już teraz „elektrownia” produkuje rocznie 35 MWh energii elektrycznej, 240 MWh ciepła i 110 MWh chłodu.

W całości pokrywa to zapotrzebowanie biura o powierzchni ponad 3000 m2 oraz pomieszczenia serwerowni (ok. 50 m2). Firma pracuje obecnie nad uruchomieniem następnych elektrowni tego typu.

Przeczytaj także: Magazynowanie energii w dużych instalacjach solarnych >>

W instalacji zastosowano różne technologie pozwalające na możliwie efektywne wykorzystanie energii słonecznej i magazynowanie jej nadmiaru. Do produkcji energii elektrycznej służą moduły fotowoltaiczne o mocy 45 kW, a powstały prąd dostarczany jest także do sieci energetycznej. Energię słoneczną pobierają kolektory próżniowe o mocy 320 kW, a schładzanie powietrza w lecie zapewniają trzy chłodziarki adsorpcyjne, po 9 kW mocy chłodniczej każda.

Do magazynowania ciepła zainstalowano zbiornik buforowy o pojemności 300 000 l, a do gromadzenia wody chłodniczej zbiornik o pojemności 20 000 l. Obydwa zostały wyposażone w izolację termiczną wysokiej klasy. Jak twierdzą konstruktorzy instalacji, niemieckie słońce wystarcza do pokrycia całkowitego zapotrzebowania budynku na prąd, ciepło i chłód.

Literatura

1. www.consolar.de.
2. www.zortea.at.
3. Kosieradzki J., Magazynowanie energii słonecznej – nowe systemy, „Rynek Instalacyjny” nr 1–2/2010.
4. Lewandowski W.M., Meler P., Magazynowanie energii cieplnej w gaczu parafinowym, „Rynek Instalacyjny” nr 4 i 5/2010.
5. Chodura J., Magazynowanie energii w dużych instalacjach solarnych, „Rynek Instalacyjny” nr 1–2/2011.
6. www.3usolar.de.
7. Rubik M., Pompy ciepła, Wyd. Ośrodek Informacji „Technika instalacyjna w budownictwie”, Warszawa 1999.

Chcesz być na bieżąco? Czytaj naszego newslettera!
   15.02.2013

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie

 


Zdradzamy sposób na projektowanie instalacji najwyższej jakości »

projektowanie

 



Z jakiego powodu tworzywa sztuczne zdominowały rynek wod-kan » Jak bez problemowo przeprowadzić iniekcję mikropali, kotew i gwoździ gruntowych »
bezpieczeństwo instalatora pomoc w projektowaniu
czytam więcej » poznaj go dziś »

 


Czy można dobrze odseparować wodę kanalizacyjną od gruntowej »

innowacyjne projektowanie

 



Poznaj bezpieczne systemy do dezynfekcji wody pitnej i basenowej » Jak zabezpieczyć wentylatory dachowe »
czysta woda wentylator dachowy
wiem więcej » spróbuj już dziś »

 


Przedłuż certyfikat HVAC bez wychodzenia z firmy »

szkolenia hvac

 



Czy łatwo zainstalować podwieszaną toaletę » Z jakego powodu ta pompa wyprzedza przyszłość »
podwieszana toaleta pompy ciepła
wiem więcej » wiem więcej »

 


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
10/2019

Aktualny numer:

Rynek Instalacyjny 10/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Ogrzewanie obiektów przemysłowych
  • - Wentylacja domów jednorodzinnych
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