Panou solar termic
Această intrare sau secțiune pe tema energiei nu menționează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți . |
1) Supapă;
2) Rezervor de acumulare;
3) Canal de inserție;
4) Panou de absorbție;
5) Canal de introducere a apei reci.
Panoul solar termic sau colectorul solar este un dispozitiv pentru conversia radiației solare în energie termică [1] și transferul acesteia, de exemplu, la un acumulator termic pentru utilizare ulterioară: producerea de apă caldă (sanitară sau de proces), spațiu încălzire, răcire solară (răcire solară).
Acesta diferă de panoul solar fotovoltaic , deoarece acesta din urmă este folosit în schimb pentru producerea de energie electrică .
Istorie
Această intrare sau secțiune pe tema energiei nu menționează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți . |
Concepția panourilor solare termice poate datează din Imperiul Roman, care știa deja o metodă de exploatare a radiației solare prin intermediul efectului de seră creat de sticla cu care erau închise ferestrele caselor. În secolul al XVI-lea, însă, Leonardo Da Vinci extinsese studiul pildelor pentru a concentra energia solară pentru ao aplica industriei vremii; în secolul al XVIII-lea, Lavoisier a reușit să topească platina , al cărei punct de topire este de 1780 ° C, încălzind-o prin concentrația razelor solare.
În 1767, un prim tip de panou solar a fost inventat de Horace-Bénédict de Saussure : o oală de lemn căptușită cu plută neagră, folosită de americani pentru gătit. A ajuns la 109 ° C prin intermediul unui sistem de trei straturi în partea superioară a vasului. În 1830, în Anglia, John Herschel a perfecționat sistemul conceput de Horace-Bénédict de Saussure din care s-a născut o tehnică de gătit, numită acum gătit solar . Americanul Clarence Kemp a brevetat în 1891 primul panou solar termic pentru producția de apă caldă menajeră; acest sistem a avut mare succes și s-a răspândit cu ușurință în urma crizei energetice din 1973 .
După primul război mondial , un sistem natural de circulație care furniza apă fierbinte în timpul zilei s-a răspândit în SUA în 1920. În 1935, tot în America, a fost construită prima clădire încălzită de un sistem de panouri solare termice. [2]
Tehnologie
Un sistem solar termic constă în mod normal dintr-un panou care primește energie solară, un schimbător pe care circulă fluidul folosit pentru a-l transfera în rezervor , care este utilizat pentru a stoca energia acumulată. Sistemul poate avea două tipuri de circulație, naturală sau forțată. [3]
Circulația naturală
(A) admisie de apă rece;
(B) Rezervor izolat;
(C) Panou solar termic;
(D) Radiația solară;
(E) Ieșire apă caldă.
În cazul circulației naturale a termosifonului, convecția este utilizată pentru a circula fluidul vector în panoul solar [4] . Lichidul vector care se încălzește în panoul solar se extinde și plutește în comparație cu lichidul mai rece prezent în schimbătorul rezervorului de stocare. Prin urmare, deplasându-se către schimbătorul plasat mai sus decât panoul solar, acesta își transferă căldura în apa sanitară a secundarului. Acest tip este mai simplu decât cel cu circulație forțată.
Nu există consum de energie electrică datorită pompei de circulație și a unității de control diferențiale solare prezente în sistemul de circulație forțată. Lichidul purtător utilizat în circuitul primar este propilen glicolul netoxic (cunoscut sub denumirea de antigel ) amestecat cu apă într-un procent care garantează o rezistență adecvată la îngheț. Rezervorul este plasat la o înălțime mai mare decât cea a panourilor solare la care este conectat și din motive estetice este de tip orizontal cu cavitate.
În comparație cu circulația forțată, circulația naturală este mai sensibilă la căderile de presiune din circuitul primar și, prin urmare, sunt create sisteme de kit compacte în care rezervorul de stocare este situat foarte aproape de panoul solar. Bobinele pot fi, de asemenea, două, în cazul în care doriți, de asemenea, să preîncălziți apa din rezervor cu integrarea într-un termosemineu sau cazan. De asemenea, este posibil să se integreze o rezistență electrică pentru încălzirea apei în caz de iradiere solară insuficientă sau absentă (noaptea).
Un sistem natural de circulație cu rezervor extern este potrivit în regiunile cu temperaturi nocturne non-rigide. În prezent, se acordă multă atenție impactului vizual al acestor sisteme prin colorarea rezervoarelor cu o culoare de țiglă sau prin plasarea lor direct pe sol. Acest tip de sistem este potrivit pentru familiile care au economii reduse, deoarece, deoarece nu au nevoie de energie electrică sau costuri de administrare a sistemului, economiile sunt nete de cheltuieli suplimentare.
Circulație forțată
1) Panou solar;
2) regulator;
3) Pompa;
4) Presostat;
5) Rezervor de apă;
6) Alte surse de căldură (cazan, pompă de căldură etc.).
Circulația lichidului are loc cu ajutorul pompelor numai atunci când fluidul purtător din panouri este la o temperatură mai mare decât cea a apei conținute în rezervoarele de stocare. Pentru reglarea circulației, se folosesc senzori electrici care compară temperatura fluidului purtător din colector cu cea din rezervorul de stocare ( termocuplu ). În astfel de instalații există mai puține constrângeri pentru amplasarea rezervoarelor de stocare.
În mod normal, circuitul hidraulic conectat la panou este închis și separat de cel al apei pe care îl încălzește, poziționând o bobină în rezervor ca schimbător de căldură. Bobinele pot fi, de asemenea, două, trei sau patru în cazul în care doriți să preîncălziți fluidul sistemului de încălzire prin apa din rezervor sau integrarea într-un termosemineu sau cazan.
De asemenea, este posibil să se integreze o rezistență electrică pentru încălzirea apei în caz de iradiere solară insuficientă sau absentă (noaptea). Acest sistem este recomandat pentru zonele montane rigide și dacă familia are economii semnificative, deoarece consumul de energie și costurile de gestionare a sistemului afectează economiile date.
La golire
Similar circulației forțate, sistemul se umple numai atunci când este posibil sau necesar. Sistemul funcționează numai când este soare și rezervorul nu a atins temperatura dorită, în alte cazuri sistemul rămâne în stare de repaus. Pompa golește sistemul dacă nu există soare sau dacă temperatura de depozitare a atins temperatura dorită.
Componente opționale
- Acumularea: acumularea este uneori o parte integrantă a panoului solar și în aceste cazuri este adesea la vedere imediat deasupra acestuia sau în imediata vecinătate. De foarte multe ori acumularea nu face parte din panou, ci din sistemul de încălzire.
Tipuri
Panourile solare termice pot fi împărțite în câteva tipuri de construcții:
- panouri solare termice plate
- nu vitrate sau neacoperite
- glazurat
- nu selectiv
- selectiv
- aer
- panouri solare termice sub vid
- Tubul "U"
- țeavă de căldură
- panouri solare termice cu rezervor integrat
- panouri solare termice concentratoare
Colectorul plat este cel mai utilizat sistem pentru a obține temperaturi scăzute, adică între 50 ° C și 90 ° C, care se obțin cu ușurință prin încălzirea suprafețelor plane către Soare.
Un colector plat este format din:
- O foaie transparentă de sticlă (în cazul panourilor vitrate), care permite trecerea radiațiilor de intrare și blochează radiațiile de ieșire
- Un absorbant de cupru , care este un bun conductor de căldură , conține multe canale pe care circulă apă sau aer (în cazul panoului plat vitrat cu aer ). Soarele încălzește placa, care la rândul său încălzește apa sau aerul.
- Izolație termică , care previne pierderea de căldură.
Panourile solare termice plate, fără geamuri sau neacoperite, nu conțin sticlă; au avantajul că sunt ieftine și au o performanță excelentă în condiții optime de iradiere atunci când temperatura exterioară este ridicată. Datorită lipsei de izolație, performanța lor scade rapid pe măsură ce se îndepărtează de condițiile optime. Apa trece direct în conductele panoului unde este încălzită de razele soarelui și este gata de utilizare. Limita acestor panouri este că, nefiind izolate, funcționează cu o temperatură ambiantă de cel puțin 20 ° C (sub echilibrul dintre energia acumulată și energia dispersată este nefavorabil), iar temperatura maximă a apei nu depășește 40 ° C. Prin urmare, acestea sunt potrivite numai pentru utilizarea sezonieră și exclusiv pentru producerea apei calde menajere și sunt adesea utilizate la încălzirea piscinei.
Panourile solare termice glazurate cu apă (uneori împreună cu lichid antigel) au o structură în jurul absorbantului care limitează dispersia acestuia atât prin convecție cu aerul, cât și prin radiații, deoarece sticla care acoperă partea superioară a absorbantului este proiectată pentru această funcție. Au un randament ușor mai mic decât ferestrele fără geam în condiții optime, dar în condiții mai puțin favorabile au un randament decisiv mai mare, producând apă caldă pentru uz sanitar aproximativ din martie până în octombrie; panourile solare termice vitrate selective constau într-un tratament special al absorbantului care îl face mai receptiv la căldură, din acest motiv sunt mai eficiente în perioadele mai puțin favorabile, în timp ce cele neselective au pur și simplu absorbantul colorat în negru pentru a atrage mai mult radiația solară.
Panourile solare termice cu aer plat circulă aerul în loc de apă. Aerul este circulat între sticlă și absorbant sau, în unele cazuri, într-o cavitate formată între absorbant și fundul izolant din poliuretan. Acestea din urmă sunt proiectate în așa fel încât aerul să rămână în panoul solar cât mai mult timp posibil, deoarece schimbă căldura mai greu decât apa.
Panourile solare termice sub vid sunt capabile să garanteze o alimentare mai mare cu energie chiar și în condiții de iradiere scăzută sau temperaturi exterioare scăzute, există în principal două tipuri de colectoare de vid, numite și colectoare de tuburi de vid, cele care conțin un tub "U" în care direct circulă lichidul care absoarbe căldura și acele conducte de căldură care conțin o conductă de cupru închisă la capete conținând un lichid de joasă presiune care se evaporă la încălzire și se condensează în partea superioară a conductei, dând căldura apei de deasupra.
Utilizări
Panourile solare pot fi utilizate pentru a furniza apă caldă și încălzire sau pentru a genera electricitate .
În cazul producerii de apă caldă, rezervorul stochează apa menajeră care este pusă în contact cu fluidul printr-o bobină. Bobina permite fluidului să transfere energia stocată în apă fără a contamina apa. Această apă poate fi utilizată ca apă caldă în case sau poate fi utilizată pentru a suplimenta încălzirea prin pardoseală a camerelor. Panourile solare termice pot furniza apă caldă în cantități bune, dar nu pot înlocui complet metodele obișnuite de încălzire din cauza inconstanței energiei solare.
În cazul producerii de energie electrică, schimbătorul de căldură este încălzit până la fierbere ; odată ce lichidul a trecut în faza gazoasă este trimis la o turbină termoelectrică care transformă mișcarea gazului în energie electrică. Acest tip de sistem se numește solar termodinamic și necesită spații mari pentru instalarea panourilor solare și o prezență constantă a soarelui, motiv pentru care deșerturile sunt deseori locuri potrivite pentru astfel de instalații. O centrală electrică de acest tip a fost construită și în Sicilia cu proiectul Archimede , a cărui inaugurare a avut loc în iulie 2010. [5]
Considerații economice
În Italia, un sistem de panouri solare termice se plătește pentru sine în termen de 5-10 ani, în funcție de locație și utilizare. Deoarece durata medie a acestor plante este de 15-20 de ani, rezultă că este o investiție bună pe termen mediu, excluzând orice scutire de impozite sau alte forme de facilitare care fac amortizarea mai rapidă.
Beneficii
Utilizarea panourilor solare pentru încălzirea apei, înlocuirea unui cazan sau a unui încălzitor electric de apă , are consecința directă a economisirii hidrocarburilor și a energiei electrice . În plus:
- lipsa emisiilor de CO2, oxizi de sulf, azot și particule ;
- producerea de căldură dintr-o sursă regenerabilă eco-compatibilă (soarele);
- mai puțină nevoie de infrastructură pentru transportul energiei pe distanțe mari;
- independența energetică (nu depind de alimentarea cu combustibil);
- indirect reducerea dezastrelor de mediu;
- eșecul de a elibera căldură în mediu;
- tehnologie accesibilă (cea mai simplă formă constă dintr-un tub metalic de culoare neagră);
- costuri reduse de construcție și eliminare;
- randament termic ridicat.
Integrare în sistemul hidraulic
Integrarea unui panou solar într-un sistem de instalații sanitare pentru producerea apei calde menajere are loc de obicei conform următoarei scheme.
Conducta de ieșire a rezervorului este conectată la mică distanță de o supapă termostatică care amestecă apa fierbinte a rezervorului de stocare cu apa rece a sistemului, menținând ieșirea apei la o temperatură constantă (40-50 ° C). Această supapă este necesară din trei motive:
- pericol de arsuri;
- dispersia căldurii în țevi datorită temperaturii ridicate (din acest motiv, supapa nu trebuie amplasată prea departe de acumulare);
- deteriorarea oricărui cazan plasat în serie cu panoul solar.
Ieșirea supapei termostatice este apoi conectată la o supapă de deviere cunoscută și sub numele de supapă cu trei căi. Această supapă are o intrare și două ieșiri posibile. În funcție de temperatura de intrare, una sau alta ieșire este activată, dar niciodată simultan. Această soluție este adoptată pentru a se asigura că atunci când temperatura este de aproximativ 40 ° C sau mai mare, apa este introdusă direct în circuitul de apă caldă menajeră; în caz contrar, este trimis la intrarea unui cazan instant sau de stocare, care îl încălzește până la temperatura dorită înainte de a fi introdus în circuit. Supapa de deviere menționată mai sus poate fi acționată manual (supapă manuală), de exemplu în timpul iernii sau în perioade lungi de iradiere scăzută, sau poate fi controlată mecanic de un motor mic acționat de un senzor de temperatură, de obicei un termocuplu, plasat în rezervorul de stocare (supapă electronică).
Trebuie remarcat faptul că cazanul pentru producerea apei calde, care urmează să fie pus în serie cu panoul, trebuie să poată „modula” reducând foarte mult flacăra dacă este instantanee (adică fără acumulare). În cazul unui cazan de stocare, reglarea flăcării și aprinderea acesteia sunt controlate de un senzor de temperatură prezent în rezervorul de stocare, deci nu este necesară o pregătire specială.
Notă
- ^ panou în Enciclopedia Treccani , pe www.treccani.it . Adus pe 20 ianuarie 2017 .
- ^ Primul colector solar: povestea - Idei verzi , pe www.ideegreen.it . Adus pe 20 ianuarie 2017 .
- ^ Panouri solare termice - apă caldă , pe www.enerpoint.it . Adus pe 20 ianuarie 2017 .
- ^ Luigi Mirri Michele Parente, Fizica mediului, energiile alternative și regenerabile , Zanichelli, p. 224, ISBN 978-88-08-76968-8 .
- ^ Planta Archimede , pe www.enea.it. Adus la 17 iulie 2021 .
Elemente conexe
- Centrală solară orbitală
- Decretul legislativ 311/2006
- Energiile regenerabile
- Panou solar fotovoltaic
- Panou solar hibrid
- Panou solar concentrator
- Încălzire solară aerotermică
Alte proiecte
-
Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere pe panouri solare termice
| Controlul autorității | Tezaur BNCF 23898 · LCCN (EN) sh85124495 · GND (DE) 4058500-1 · BNF (FR) cb119776328 (data) |
|---|
