System słonecznego podgrzewacza ciepłej wody

Wiele osób uważa, że ​​pompa ciepła nie jest właściwym systemem zasilanym energią słoneczną, ponieważ nie wykorzystuje kolektorów. Ci ludzie się mylą! Systemy pomp ciepła nie potrzebują żadnych kolektorów słonecznych, ponieważ wykorzystują inny rodzaj energii słonecznej. Tam, gdzie „konwencjonalne” systemy słoneczne do podgrzewania wody potrzebują światła słonecznego do podgrzania wody, pompy ciepła pobierają ciepło słoneczne z otaczającego nas powietrza i wykorzystują to ciepło do podniesienia temperatury wody. Chociaż wydaje się to mało prawdopodobne, w otaczającym powietrzu jest wystarczająco dużo ciepła – nawet w zimowy dzień – aby podgrzać wodę aż do wrzenia!
Systemy pomp ciepła rzeczywiście wykorzystują energię elektryczną do usuwania ciepła z powietrza i przekazywania go do wody (w zasadzie są to klimatyzatory w „trybie ogrzewania”), ale zużywają około 75% mniej energii elektrycznej do podgrzewania wody w ten sposób – w porównaniu do konwencjonalny elektryczny podgrzewacz wody.
Oto typowy system pompy ciepła – widać podobieństwa do klimatyzatora!

Tego typu systemy są najpopularniejsze w Japonii, Izraelu i Australii, gdzie przez ostatnie 30 lat zainstalowano miliony systemów mieszkaniowych i komercyjnych. Podobnie jak system ICS, system termosyfonowy eliminuje system cyrkulacji i kontroli.
Jednakże cyrkulację zapewnia zasada termosyfonu: Zbiornik ciepłej wody jest umieszczony wyżej niż kolektor słoneczny, a przepływ cyrkulacji jest indukowany, gdy najzimniejsza woda na dnie zasobnika spada grawitacyjnie przez linię cyrkulacyjną na dno zasobnika. panel kolektora słonecznego, gdzie jest podgrzewany i unosi się. Woda podgrzana w panelu kolektora słonecznego podnosi się do linii cyrkulacyjnej do najwyższego punktu w zbiorniku wody.

Systemy drenażowe składają się z kilku dodatkowych elementów, ale zostały specjalnie zaprojektowane w celu zapewnienia niezawodnej pracy w klimatach z częstym zamarzaniem podczas najzimniejszej zimowej pogody. Kolektor słoneczny i układ sterowania są takie same jak w systemie bezpośredniego obiegu. Jednakże roztwór zapobiegający zamarzaniu przepływa przez kolektor słoneczny z powrotem do wymiennika ciepła w zbiorniku ciepłej wody. Dodatek wymiennika ciepła zwiększa koszt systemu i powoduje pewien stopień strat energii podczas przenoszenia ciepła, co w połączeniu z faktem, że systemy te są zwykle instalowane na wyższych szerokościach geograficznych, gdzie ograniczane jest docierające promieniowanie słoneczne, powoduje, że pośrednia woda słoneczna ogrzewanie jest mniej opłacalne niż jego kuzyn z bezpośrednim obiegiem.
Podobnie jak w systemie bezpośrednim, elektroniczny układ sterowania porównuje temperaturę czujnika umieszczonego na kolektorze słonecznym z temperaturą czujnika umieszczonego na dnie zasobnika ciepłej wody użytkowej (w miejscu, w którym znajduje się najzimniejsza woda). Kiedy temperatura kolektora słonecznego jest wyższa od temperatury wody na dnie zbiornika o pewną z góry ustaloną różnicę (na przykład cztery stopnie), sterowanie elektroniczne włącza małą pompę. Jednakże w systemie drenażowym płyn krążący przez kolektor słoneczny jest oddzielana od wody pitnej w zbiorniku ciepłej wody.
Przez kolektor słoneczny i zbiornik zwrotny przepływa woda lub roztwór glikolu. Kiedy pompa się zatrzyma, płyn z kolektora słonecznego „spływa z powrotem” do zbiornika spustowego, pozostawiając kolektor słoneczny pusty, jeśli nie ma w nim przepływu płynu. Druga pompa obiegowa tłoczy wodę pitną ze zbiornika ciepłej wody przez wymiennik ciepła w zbiorniku zwrotnym.

Zintegrowane systemy magazynowania kolektorów, zwane także „wsadowymi” podgrzewaczami słonecznymi, łączą zbiornik ciepłej wody i powierzchnię kolektora słonecznego w jeden element, eliminując potrzebę stosowania pomp obiegowych lub automatycznych systemów sterowania. W najprostszej realizacji zbiornik na wodę pomalowany na czarno i wystawiony na działanie promieni słonecznych jest podstawowym systemem ICS.
Ten typ systemu najlepiej sprawdza się jako podgrzewacz do konwencjonalnego lub bezzbiornikowego podgrzewacza wody. Linia zimnej wody zasilająca konwencjonalny podgrzewacz wody jest odwracana i przesyłana w pierwszej kolejności przez moduł słoneczny ICS. Cyrkulację zapewnia ciśnienie z sieci wodociągowej. Innymi słowy, gdy gorąca woda jest pobierana do użytku z konwencjonalnego podgrzewacza wody, zbiornik buforowy jest uzupełniany wodą podgrzewaną energią słoneczną zamiast zimną wodą. Dzięki temu grzejnik elektryczny lub gazowy może pracować znacznie krócej.

Nazywany także systemem „aktywnym” lub „pętlą otwartą”, jest to typ systemu najczęściej instalowany w środkowych i południowych obszarach Florydy oraz w innych niezamarzających strefach klimatycznych w Stanach Zjednoczonych.
W układzie bezpośrednim elektroniczny układ sterowania porównuje temperaturę czujnika umieszczonego przy kolektorze słonecznym z temperaturą czujnika umieszczonego na dnie zasobnika ciepłej wody użytkowej (w miejscu, w którym znajduje się najzimniejsza woda). Kiedy temperatura kolektora słonecznego jest wyższa od temperatury wody na dnie zbiornika o pewną z góry ustaloną różnicę (na przykład cztery stopnie), sterowanie elektroniczne włącza małą pompę, która pobiera zimną wodę z dna zasobnika ciepłej wody użytkowej i przepuszcza go przez kolektor słoneczny. Podgrzana energią słoneczną woda jest zawracana do górnej części zbiornika.
Pompa obiegowa jest bardzo mała i zazwyczaj zużywa mniej więcej taką samą ilość energii elektrycznej, jak 100-watowa żarówka. Inna wersja tego systemu wykorzystuje mały panel fotowoltaiczny (słoneczny) do obsługi pompy obiegowej prądu stałego (DC).