Die meisten Solarwarmwassersysteme verwenden Solarkollektoren oder -paneele, um Sonnenenergie zu absorbieren. Wasser wird von der Sonne erwärmt, wenn es durch die Kollektoren fließt. Es fließt dann zur späteren Verwendung in einen isolierten Lagertank. In passiven Systemen fließt Wasser aufgrund eines Thermosiphoneffekts zwischen den Kollektoren und dem Tank. Inaktive Systeme wird Wasser zwischen den Kollektoren und dem Tank gepumpt.
Der Speichertank ist normalerweise mit einem Booster für Elektro-, Gas- oder Festbrennstoffe ausgestattet, der das Wasser erwärmt, wenn das Sonnenlicht nicht ausreicht. Einige Solarwarmwasserbereiter verfügen auch über einen Frostschutz, um Schäden in frostgefährdeten Bereichen zu vermeiden.
Sonnenkollektoren
Solarkollektoren fangen die Sonnenwärme ein und nutzen sie, um die Wassertemperatur zu erhöhen. Es gibt zwei Haupttypen von Solarkollektoren: Flachkollektoren und Vakuumröhrenkollektoren.
Flachkollektoren - Dies sind die am häufigsten verwendeten Typen. Sie bestehen aus:
- Eine luftdichte Box mit einer transparenten Abdeckung.
- Eine dunkle, metallische Absorptionsplatte mit Wasserleitungen. Isolierung zur Reduzierung des Wärmeverlusts von der Rückseite und den Seiten der Absorberplatte. Ein kleiner Nachteil von Flachkollektoren besteht darin, dass sie nur dann mit maximaler Effizienz arbeiten, wenn die Sonnenstrahlen senkrecht zur Flachplatte treffen. Sie leiden auch unter einem gewissen Wärmeverlust bei kaltem Wetter.
Solar evakuiertes Rohrwarmwassersystem.
Vakuumröhrensolarkollektoren - Diese Art von Kollektor besteht aus:
Eine Reihe transparenter äußerer Glasröhren, durch die Lichtstrahlen mit minimaler Reflexion hindurchtreten können.
Jedes Rohr enthält eine innere Wasserleitung, die mit einer Schicht beschichtet ist, die die Sonnenstrahlen absorbiert und Wärme erzeugt.
Wasser fließt durch dieses Innenrohr und wird erwärmt.
Zwischen dem Außenrohr und der Wasserleitung besteht ein Vakuum (daher "evakuiert"), das als Isolierung dient und den Wärmeverlust verringert.
Evakuierte Rohrsysteme sind insbesondere in den kühleren Monaten und an bewölkten Tagen effizienter als Flachplattensysteme. Dies ist teilweise auf die Vakuumisolierung (die den Wärmeverlust minimiert) und teilweise auf die Tatsache zurückzuführen, dass die gekrümmte Oberfläche der Röhren die Sonnenstrahlen für einen größeren Teil des Tages senkrecht zum Wasser treffen lässt. Evakuierte Rohrsysteme wiegen viel weniger als Flachplattensysteme, kosten aber deutlich mehr. Einzelne Röhren können im Schadensfall ausgetauscht werden, wodurch eine langfristige Wartung möglicherweise kostengünstiger wird. In wärmeren Klimazonen wie Darwin sind die zusätzlichen Kosten für evakuierte Rohre normalerweise nicht gerechtfertigt, da ein Flachkollektor die meiste Energie liefert, die für die Warmwasserbereitung benötigt wird. Ordnungsgemäß gewartete Solarthermiekollektoren sollten die Lebensdauer des Speichertanks überdauern. Wenn der Tank braucht
Durch den Austausch können die vorhandenen Kollektoren an den neuen Tank angeschlossen werden.
Frostschutz
Frostschutz für Sonnenkollektoren ist in frostgefährdeten Bereichen unerlässlich. Während eines Frosts kann Wasser in der Sonne gefrieren
Sammler und beschädigen es, es sei denn, es werden vorbeugende Maßnahmen ergriffen. Übliche Arten des Frostschutzes sind:
Klopfventile (mechanische Ablassventile). Diese Ventile können problematisch sein, da sie sich häufig öffnen und den Tank entleeren oder nicht funktionieren und schwere Schäden verursachen.
Elektrische Heizelemente, die bei Stromausfall anfällig sind.
Systeme mit geschlossenem Kreislauf, die die Heizflüssigkeit vom Wasser trennen (siehe Abbildung unten). Systeme mit geschlossenem Kreislauf sind normalerweise die beste Option in frostgefährdeten Bereichen, da sie sicherstellen, dass kein Wasser durch die Solarkollektoren fließt und daher in den Kollektoren nicht gefrieren kann.
Unterbrechung gegen geschlossenen Stromkreis
- In einem offenen Kreislauf fließt Wasser direkt durch die Solarkollektoren, in den Speichertank und dann durch Rohre in Ihr Haus.
- In einem geschlossenen Kreislauf fließt eine andere Flüssigkeit als Wasser durch die Kollektoren, nimmt Wärme von der Sonne auf und überträgt diese Wärme über einen Wärmetauscher auf Wasser im Speicher. Closed-Circuit-Systeme werden am häufigsten zum Frostschutz verwendet (siehe Abbildung unten). Eine Flüssigkeit mit einem niedrigeren Gefrierpunkt als Wasser wird verwendet, um die Eisbildung in den Sonnenkollektoren zu vermeiden. Es ist wichtig, die Flüssigkeit sorgfältig auszuwählen, da einige „träge“ werden und die Effizienz verringern.
Einige Systeme mit geschlossenem Kreislauf pumpen heißes Wasser durch die Kollektoren, wenn sich die Temperaturen dem Gefrierpunkt nähern. Dies senkt den Wirkungsgrad erheblich. Vermeiden Sie Systeme mit dieser Funktion.
Passive vs aktive Systeme
Passive (oder Thermosiphonsysteme)
Bei passiven Systemen (oder Thermosiphonsystemen) wird der Tank über den Sonnenkollektoren platziert, so dass kaltes Wasser entsteht
sinkt in die Sammler, wo es von der Sonne erwärmt wird, und steigt in den Tank. Ein kontinuierlicher Wasserfluss
durch die Kollektoren entsteht ohne die Notwendigkeit von Pumpen.
Es gibt zwei Arten von passiven Systemen:
- geschlossen gekoppelte oder Schwerkraftzufuhr.
In einem eng gekoppelten System ist der horizontale Lagertank direkt über dem Kollektor auf dem Dach montiert. Erhitztes Wasser wird mit Netzdruck zugeführt. Diese Anordnung ist am kostengünstigsten zu installieren, aber die Effizienz wird in kühlen und kalten Klimazonen durch Wärmeverlust aus dem Tank verringert.
In diesen Klimazonen ist eine zusätzliche Isolierung der Tanks wünschenswert. Alternativ können Tanks abgenommen und innerhalb des Dachraums bewegt werden, obwohl dies die Kosten erhöht. Bei einem Schwerkraftfördersystem ist der Lagertank im Dachhohlraum installiert. Diese Systeme sind am billigsten zu kaufen, aber Haushaltsinstallationen müssen für die Schwerkraftzufuhr geeignet sein, einschließlich Rohren mit größerem Durchmesser zwischen dem Warmwasserbereiter und den Wasserhähnen. Eine übliche Alternative ist die Verwendung eines Schwerkraftzufuhrsystems mit geschlossenem Kreislauf, um das Leitungsdruckwasser unter Verwendung eines Wärmetauschers zu erwärmen.
Aktive (oder gepumpte) Systeme
Inaktive Systeme (auch als Pumpensysteme oder Split-Systeme bezeichnet), Sonnenkollektoren werden auf dem Dach installiert und der Speichertank befindet sich auf dem Boden oder an einem anderen geeigneten Ort, der nicht über den Solarkollektoren liegen muss. Wasser (oder eine andere Flüssigkeit) wird mit einer kleinen elektrischen Pumpe durch die Sonnenkollektoren gepumpt. Da aktive Systeme keinen auf dem Dach montierten Tank benötigen, wirken sie sich weniger optisch aus, insbesondere wenn die Solarkollektoren bündig mit dem Dach montiert sind. Aktive Systeme sind jedoch in der Regel teurer in der Anschaffung und erfordern mehr Wartung als passive Systeme.
Aktive Systeme verbrauchen mehr Energie als passive Systeme, da zusätzliche Energie benötigt wird, um Flüssigkeit um das System zu pumpen. Es gibt auch zusätzliche Wärmeverluste in den Rohren zwischen dem Tank und den Solarkollektoren. Wenn jedoch erneuerbare Energie zur Stromversorgung der Pumpe verwendet wird und ein hohes Maß an Isolierung für die Rohre und den Tank verwendet wird, können aktive Systeme die Treibhausgasemissionen ebenso reduzieren wie ein passives System. Aktive Systeme werden häufig für Solarumwandlungen verwendet, wenn Solarkollektoren zu einem vorhandenen Warmwassersystem hinzugefügt werden. Sie können auch verwendet werden, wenn das Dach kein passives System tragen kann.
Lagertanks
Die Tanks werden aus Edelstahl, Kupfer oder Weichstahl hergestellt, der mit Glasemail beschichtet ist.
Mit Kupfer ausgekleidete Tanks sind nur für Niederdrucksysteme geeignet. Die anderen Tanks sind für den Netzdruck geeignet.
Glasschmelztanks sind mit einer „Opferanode“ ausgestattet, die alle paar Jahre ausgetauscht werden muss, um vor Korrosion zu schützen (häufiger bei schlechter Wasserqualität). Andere Tanks benötigen diesen Schutz nicht. Lagertanks im Freien können in kühlen Klimazonen Frostschäden und erhebliche Wärmeverluste erleiden. In solchen Klimazonen sollten sie nach Möglichkeit als Teil eines Trockenschranks in Innenräumen aufgestellt werden.
Booster-Systeme
Solarwarmwasserbereiter können Gas-, Elektro- oder Festbrennstoffverstärker sein.
Elektrische Booster verwenden ein elektrisches Element im Speicher, um Wasser zu erwärmen. Gasbooster verwenden einen Erdgasbrenner, um Wasser entweder im Speichertank oder häufiger als separates zu erwärmen
Einheit stromabwärts des Lagertanks. Inline-Gas-Booster werden immer häufiger eingesetzt, da sie sicherstellen, dass heißes Wasser mit der gewünschten Temperatur geliefert wird und gleichzeitig der solare Beitrag maximiert wird. Festbrennstoff-Booster erwärmen Wasser durch einen Wärmetauscher, der allgemein als "Wet-Back" -System bekannt ist.
Mit Gas und festen Brennstoffen verstärkte Systeme verursachen weniger Treibhausgasemissionen. Booster können manuell betrieben oder automatisch von einem Thermostat gesteuert werden, der beim Tank einschaltet
Die Temperaturen fallen unter die gewünschten Werte. Wenn Booster nicht angemessen ausgelegt und betrieben werden, können sie den Zweck eines solaren Warmwasserbereiters zunichte machen, indem sie den solaren Beitrag reduzieren.
Beispielsweise schalten thermostatgesteuerte Booster im Tank häufig nachts ein, was bedeutet, dass bei Sonnenaufgang nur wenig nützliche Heizung erforderlich ist.
Bei gut konzipierten Solarwarmwasserbereitern, die einen elektrischen Booster im Tank verwenden, wird das Booster-Heizelement so positioniert, dass der Solarbeitrag maximiert wird. Heißes Wasser tritt unten in den Tank ein, daher sollte sich das Element hoch oben im Tank befinden, um Störungen durch eindringendes heißes Wasser zu vermeiden. Wenn es jedoch zu hoch im Tank ist, kann es an bewölkten Tagen nicht genug Wasser erwärmen .
Timer können auch verwendet werden, um Booster zu verwalten und sicherzustellen, dass Sie den maximalen Solarbeitrag erhalten. Sprechen Sie mit Ihrem Lieferanten über den korrekten Betrieb der Timer.
