Tehnologie de încălzire a apei solare

Încălzitor de apă solar, dispozitiv care utilizează energia termică solară pentru a produce apă caldă. Un încălzitor de apă tipic este format dintr-un colector solar montat pe acoperișul unei clădiri și conectat la un rezervor de stocare a apei. În funcție de sistem, apa neîncălzită poate fi circulată din rezervor prin colector pentru a fi încălzită direct sau poate fi încălzită de un fluid de schimb de căldură de mare capacitate, care a fost încălzit în colector și care își transferă căldura prin tuburi în apa din tancul. În timp ce transferul de căldură de la colectorul solar la apa neîncălzită poate fi facilitat în mod pasiv fără mijloace mecanice, sistemele de apă caldă „activă” solară utilizează electricitatea pentru a circula fluidul de schimb de căldură și pentru a acționa pompe și controlere mecanice.

Deși practica utilizării soarelui pentru încălzirea apei pentru uz casnic poate fi urmărită în mai multe culturi antice, abia în 1891 primul sistem de apă caldă patentat a fost vândut comercial. Inventat de Clarence Kemp în Baltimore, Maryland, sistemul a fost numit „Climax” și a fost popular în California și în alte state americane calde. Având în vedere costul relativ ridicat și inconvenientul utilizării combustibililor convenționali pentru încălzirea apei, multe gospodării erau dornice să investească în aceste încălzitoare solare cu apă caldă. Cu toate acestea, sistemul Climax a fost limitat prin faptul că elementul de încălzire s-a dublat ca rezervor de stocare, limitând astfel cantitatea de apă caldă disponibilă. În 1909, William J. Bailey a patentat un sistem care a separat rezervorul de stocare a apei de elementul de încălzire solară, formând baza proiectării încălzitorilor solare de apă caldă folosite astăzi.

Sisteme active și pasive

Sistemele solare active de apă caldă utilizează pompe mecanice și regulatoare diferențiale pentru a regla și direcționa fluxul fluidului de transfer de căldură sau a apei de la colectorul solar la rezervor. Regulatoarele simt diferența de temperatură dintre apa din rezervor și temperatura din colectorul solar și pornesc pompa atunci când apa din rezervor se răcește sub temperatura colectorului. Unele pompe funcționează cu electricitate la rețea, iar altele funcționează cu electricitate generată de un panou fotovoltaic solar. În timp ce unele sisteme cu energie solară circulă lichidul doar atunci când soarele strălucește și stochează apa încălzită în rezervoarele izolate bine pentru încălzirea spațiului pe timp de noapte, altele utilizează electricitatea ca rezervă pentru zilele de noapte și înnopte. În sistemele solare active de apă caldă, rezervoarele de stocare a apei pot fi amplasate în spațiul acoperișului sau în orice altă locație care va reduce la minimum pierderile de căldură în aerul rece, deoarece fluxul de apă nu depinde exclusiv de gravitație. Prin urmare, aceste rezervoare pot fi combinate cu buteliile de apă caldă din sistemele de încălzire spațială menajeră, iar sistemul de apă caldă solară poate fi utilizat pentru preîncălzirea apei în cilindru în timpul iernii pentru încălzirea spațiului.

Sistemele pasive, care se bazează mai degrabă pe gravitație decât pe electricitate, sunt cele mai eficiente în climatele fierbinți în care nu este prezentă înghețarea pe timp de noapte sau de iarnă. Unele sisteme pasive utilizează o configurație termosifonă care folosește gravitația și fluxurile de căldură convective. Apa rece de la o înălțime curge în jos prin gravitație către colectorul solar și, pe măsură ce apa trece prin colector și se încălzește, aceasta se ridică prin convecție pentru a ajunge din nou la rezervorul de stocare. Un alt tip de sistem pasiv este sistemul integrat de depozitare a colectorului, în care colectorul formează partea superioară a rezervorului de stocare a apei și încălzește apa direct în rezervor.