|Ηλιοθερμία
Ηλιοθερμία 2018-03-19T19:01:14+00:00

Ηλιοθερμία

Η ηλιακή ενέργεια, ιδιαίτερα στη χώρα μας, αποτελεί μια αστείρευτη πηγή ενέργειας άνευ κόστους. Η ηλιοθερμία είναι η μέθοδος με την οποία αξιοποιείται η ηλιακή ενέργεια για θέρμανση χώρων και παραγωγή ζεστών νερών χρήσης. Σε αντίθεση με τα συμβατικά μέσα θέρμανσης  όπως το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο, τα ηλιοθερμικά συστήματα θερμαίνουν το νερό χωρίς να καταναλώνουν καύσιμα. Επιτυγχάνουν έτσι, μεγάλη μείωση, εως και 80%, στο λειτουργικό κόστος της θέρμανσης δαπέδου και στην παραγωγή ζεστών νερών χρήσης.

Ο ήλιος είναι η μοναδική ανεξάντλητη πηγή καθαρής και άμεσα εκμεταλλεύσιμης δωρεάν ενέργειας. Η ηλιακή ενέργεια απορροφάται από τους ηλιακούς  συλλέκτες και αποθηκεύεται σε δοχεία με τη μορφή ζεστού νερού ή ατμου. Μία μονάδα ελέγχου διαχειρίζεται «έξυπνα» την ενέργεια και την προσαρμόζεται ανάλογα με τις ανάγκες . Επιπλέον, η αξιοποίηση του ήλιου ως ανανεώσιμη πηγή ενέργειας λειτουργεί ευεργετικά ως προς την προστασία του περιβάλλοντος.

Η PVMAINT μελετά , σχεδιάζει και κατασκευαζει  σύγχρονα και ευέλικτα ηλιοθερμικά συστήματα είτε για οικιακο τομέα  , είτε για επαγγελματικό αλλα ακομα και για βιομηχανικό  τομεα  συνδυάζοντας τεχνολογίες που  εξασφαλίζουν το επιθημητό αποτελεσμα.

Ηλιακό σύστημα βεβιασμένης κυκλοφορίας

Μια εφαρμογή που εξελίσετε με ταχεία ανάπτυξη στις Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας(Α.Π.Ε)  είναι η θέρμανση χώρων με ενεργητικά ηλιακά συστήματα  Βεβιασμένης Κυκλοφορίας παράλληλα με τη παραγωγή ζεστού νερού χρήσης. Μια τέτοια εφαρμογή αν συνδυαστεί με την κατάλληλη μελέτη κατασκευής του κτιρίου ( προσανατολισμό, καλή μόνωση κ.α.) γίνεται αισθητά αποδοτική σε τεχνικό και οικονομικό επίπεδο.

Αυτό το θερμικό ηλιακό σύστημα βεβιασμένης κυκλοφορίας μπορέι να αξιοποιηθεί σε οικιακες και επαγγελματικες εφαρμογές με την χρήση ηλιακών συλλέκτων υψηλής απορρόφησης , με την χρήση θερμοδοχέιων και συστηματων ελεγχου με κυκλοφορητες και διαφορικους θερμοστάτες  και  εξασφαλίζουν ένεργεία για σε εφαρμογές

  • Θέρμανσης χώρων (ηλιακή θέρμανση)
  • Ψύξης Χώρων (ηλιακή ψύξη)
  • Ζεστό νερό χρήσης για κατοικίες , Ξενοδοχεία, Νοσοκομεία κλπ
  • Θέρμανση πισίνας
  • Θέρμανση Κολυμβητηρίου

Για τη θέρμανση χώρων και επιφανειών με ηλιακή ενέργεια απαιτείται ηλιακό σύστημα βεβιασμένης κυκλοφορίας με επιφάνεια ηλιακών συλλεκτών ανάλογη του θερμαινόμενου χώρου, του προσανατολισμού των ηλιακών συλλεκτών, του επιθυμητού ποσοστού κάλυψης από την ηλιακή ενέργεια, καθώς και το είδος των ηλιακών συλλεκτών (επίπεδους επιλεκτικούς, σωλήνων κενού).

Ένα θερμικό ηλιακό σύστημα για παραγωγή ζεστών νερών χρήσης και θέρμανσης χώρων αποτελείται από:

  • ηλιακούς συλλέκτες υψηλής απορρόφησης (επιλεκτικούς ή συλλέκτες κενού),
  • δοχείο αποθήκευσης,
  • δίκτυο σωληνώσεων
  • σύστημα ελέγχου (κυκλοφορητή, δοχείο διαστολής, διαφορικός θερμοστάτης και λοιπά υλικά).

Οι ηλιακοί συλλέκτες τοποθετούνται συνήθως στην οροφή του κτιρίου με νότιο προσανατολισμό και κλίση 30ο – 60ο ως προς τον ορίζοντα, μεγιστοποιώντας με αυτό τον τρόπο το ποσό της ακτινοβολίας που συλλέγεται.

Για την αποταμίευση του ζεστού νερού χρήσης χρειάζεται ένα δοχείο αποθήκευσης (συσσωρευτής) με έναν εναλλάκτη για το κλειστό κύκλωμα του ηλιακού και προαιρετικά ηλεκτρική αντίσταση ή επιπλέον εναλλάκτη ή και επιπλέον παροχές για εκμετάλλευση πολλαπλών πηγών ενέργειας (λέβητας (πετρελαίου, αερίου, ξύλου), αντλία θερμότητας, ενεργειακό τζάκι).
Επίσης υπάρχει δυνατότητα το δοχείο αποθήκευσης είτε να περιέχει ενσωματωμένο εναλλάκτη (σερπατίνα) για παραγωγή φρέσκου ζεστού νερού χρήσης είτε να έχει ενσωματωμένο εσωτερικά μικρότερο δοχείο (tank in tank). Στις παραπάνω περιπτώσεις με ένα δοχείο και το ίδιο ηλιακό σύστημα έχουμε και παραγωγή ζεστών νερών χρήσης και νερά θέρμανσης.

Η βεβιασμένη κυκλοφορία θα πραγματοποιείται μέσω ενός κυκλοφορητή, ο οποίος θα ελέγχεται από έναν διαφορικό θερμοστάτη όπου θα συγκρίνει ανα πάσα στιγμή την θερμοκρασία του νερού στο δοχείο αποθήκευσης και αυτή των ηλιακών συλλεκτών.

 

Συγκεντρωτικοί Ηλιακοί Συλλέκτες

Για Βιομηχανικές εφαρμογές πέραν των συστημα των βεβιασμένης κυκλοφορίας μελετουνται εξεσεζητημενα συστηματα  παραγωγής ζεστου νερου υψηλών θερμοκρασιλων με την Χρήση Συγκεντρωτικών ΗλιακώνΣυλλέκτων .

Το σύστημα αυτό περιλαμβάνει μηχανοκίνητα κάτοπτρα που ακολουθούν τη διεύθυνση του ήλιου και στέλνουν την ακτινοβολία σε ένα δοχείο με νερό. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της θερμοκρασίας του νερού μέσα σε ειδικά δοαμορφωμένο  δοχείο μέχρι και τους  400°C, με συνέπεια τη δημιουργία ατμού  όπου με την διεργασία αυτή εξασφαλίζεται ενεργεια για

  • Ψύξη Χώρων (ηλιακή ψύξη)
  • Παραγωγή Ατμου
  • Αφαλάτωση
  • Ηλεκτροπαραγωγή

Η εξαιρετική ευελιξία των συγκεντρωτικών ηλιακών συλλεκτών προσφέρει ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών για τη βιομηχανική χρήση και όχι μόνο. Κοινό χαρακτηριστικό όλων των εφαρμογών, είναι ότι προσφέρουν οικολογικές και οικονομικές εναλλακτικές λύσεις παραγωγής ενέργειας, σε προσιτό κόστος.

O συγκεντρωτικός ηλιακός συλλέκτης μετατρέπει την ηλιακή ακτινοβολία σε θερμότητα. Αποτελείται από τους ανακλαστήρες, τον δέκτη και τον μηχανισμό μετατροπής της γωνίας πρόσπτωσης των ηλιακών ακτινών, βάσει του συστήματος παρακολούθησης της κίνησης του ήλιου (PLC Tracker).

Το σύστημα αποτελείται από λωρίδες ανακλαστήρων, οι οποίοι είναι συνδεδεμένοι με το σύστημα παρακολούθησης ήλιου (PLC solar tracker) και με τη μέθοδο της ανάκλασης συγκεντρώνουν την ηλιακή ακτινοβολία σε έναν δέκτη, ο οποίος ευρίσκεται στο επάνω μέρος του συστήματος.

Στο κέντρο του δέκτη βρίσκεται ο απορροφητής, ο οποίος έχει κυλινδρικό σχήμα, με δύο ομόκεντρα κανάλια (ένα εσωτερικό και ένα εξωτερικό) και δημιουργεί συνθήκες κενού στο εξωτερικό κανάλι, με αποτέλεσμα τη σημαντική μείωση απωλειών θερμότητας. Μέσα στον εσωτερικό κυλινδρικό σωλήνα, ρέει ειδικό υγρό που μετατρέπει την ηλιακή ακτινοβολία σε θερμότητα.

Η θερμότητα που παράγεται μπορεί να χρησιμοποιηθεί με δύο τρόπους:

  • Απευθείας για παραγωγή ατμού θερμοκρασιών 150° – 400°C, για βιομηχανικές εφαρμογές.
  • Για ηλεκτροπαραγωγή μέσω ατμογεννήτριας, για σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής ή βιομηχανικές εφαρμογές.

Οι ηλιακοί συλλέκτες γραμμικής εστίασης θεωρούνται ο διάδοχος των κοίλων παραβολικών (parabolic trough), με βασικά πλεονεκτήματα:

  • την δυνατότητα απευθείας παραγωγής ατμού
  • το χαμηλό κόστος επένδυσης συντήρησης και λειτουργικών δαπανών, εξαιτίας της απλότητας και το χαμηλό ύψος κατασκευής
  • πιο αποτελεσματική εκμετάλλευση γης (μεγαλύτερη συλλεκτική επιφάνεια ανά τ.μ. οικοπέδου).

Αρχή λειτουργίας

  • Οι ανακλαστήρες – ανάλογα με την κίνηση του ήλιου – περιστρέφονται σε έναν άξονα.
  • Η μέγιστη ηλιακή ακτινοβολία ανακλάται στην επιφάνεια των ανακλαστήρων και κατευθύνεται προς τον δέκτη.
  • Η ηλιακή ακτινοβολία μεταφέρεται (είτε απευθείας, είτε με δευτερεύουσα ανάκλαση), προς συγκέντρωση στο σωλήνα κενού (εξωτερικό κυλινδρικό κανάλι) που βρίσκεται στο κέντρο του δέκτη.
  • Η συγκεντρωμένη πλέον ακτινοβολία απορροφάται από τον δέκτη και μετατρέπεται σε θερμότητα.
  • Το ρευστό που κυκλοφορεί εσωτερικά του σωλήνα θερμαινόμενο ανεβάζει θερμοκρασία στο εύρος των 150° – 400°C.
  • Το ρευστό οδηγείται στην κατανάλωση ανάλογα με την εφαρμογή.

Ψύξη

Η παραγωγή ψύξης μέσω της ηλιακής ενέργειας αποτελεί μία από τις πιο ελκυστικές εφαρμογές. Οι απαιτήσεις σε ενέργεια κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού, ιδιαίτερα για την κάλυψη αναγκών ψύξης, ολοένα και αυξάνονται .

Ενώ για την ψύξη με συμβατικά μέσα απαιτούνται τεράστια ποσά ηλεκτρικής ενέργειας για τη λειτουργία του συμπιεστή, στην ηλιακή ψύξη καταναλώνεται ενέργεια θερμότητας, η οποία μας παρέχεται δωρεάν από τον ήλιο. Προϊόν της διαδικασίας είναι η παραγωγή ψυχρού νερού ή κλιματιζόμενου αέρα. Σημαντικό πλεονέκτημα του ηλιακού συστήματος ψύξης, είναι η χρονική σύμπτωση των υψηλών αναγκών ψύξης που απαιτούνται κυρίως κατά τους θερινούς μήνες, με τις ώρες υψηλής ηλιακής ακτινοβολίας.

Παραγωγή ατμού

Διάφοροι τύποι συλλεκτών χρησιμοποιούνται για παραγωγή ατμού κυρίως σε βιομηχανικές εφαρμογές. Το υψηλής θερμοκρασίας θερμικό μέσο που ρέει στο συλλεκτικό πεδίο, συνήθως μεταφέρει θερμότητα στο νερό, μέσω εναλλάκτη (σερπαντίνας). Απαραίτητη προϋπόθεση για την επίτευξη υψηλών θερμοκρασιών είναι η χρήση συγκεντρωτικών ηλιακών συλλεκτών.

Αφαλάτωση

Τα τελευταία χρόνια παρουσιάζονται έντονα προβλήματα λειψυδρίας εξαιτίας της αλόγιστης χρήσης του νερού από τον άνθρωπο, των κλιματικών αλλαγών, αλλά και από τη λανθασμένη διαχείριση των φυσικών πόρων. Η έλλειψη πόσιμου νερού είναι ιδιαίτερα έντονη στη νησιωτική Ελλάδα, όπου ήδη πραγματοποιείται μεταφορά νερού με πλοία για να καλυφθούν οι ανάγκες των νησιών. Η συμβατική βιομηχανική αφαλάτωση θαλασσινού νερού απαιτεί τεράστια ποσά ηλεκτρικής ενέργειας, τα οποία όταν στηρίζονται σε ορυκτά καύσιμα αυξάνουν κατά πολύ το κόστος.

Ο ήλιος είναι ίσως η μόνη ανανεώσιμη πηγή ενέργειας που μπορεί να χρησιμοποιηθεί οικονομικά στην αφαλάτωση. Τεχνολογίες αφαλάτωσης που χρησιμοποιούν ηλιακή ενέργεια, λειτουργούν με ικανοποιητικό βαθμό απόδοσης χωρίς ταυτόχρονα να ρυπαίνουν το περιβάλλον.

Ηλεκτροπαραγωγή

Τα οφέλη που απορρέουν από την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας μέσω των συγκεντρωτικών ηλιακών συστημάτων είναι κοινωνικο-οικονομικά και περιβαλλοντικά. Οι τιμές των ορυκτών καυσίμων συνεχώς αυξάνουν και οι εκπομπές ρύπων στην ατμόσφαιρα από τη χρήση τους, επιβαρύνουν το περιβάλλον.

Οι τεχνολογίες ηλιακής συγκέντρωσης είναι διατάξεις ανακλαστήρων που συγκεντρώνουν την ηλιακή ενέργεια, εστιάζοντας την ηλιακή ακτινοβολία σε ένα σημείο ή μία γραμμή εστίασης, θερμαίνοντας ένα θερμικό μέσο (π.χ. ατμός ή λάδι). Το θερμικό μέσο σε υψηλή θερμοκρασία (150° – 1200° C) οδηγείται σε μία εργομηχανή, όπου η θερμική ενέργεια μετατρέπεται σε κινητική. Στη συνέχεια, η κινητική ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική μέσω ηλεκτροπαραγωγού ζεύγους.