태양열 온수는 원하는 용도로 물을 가열하기 위해자유롭게 존재하는 태양열 에너지를 활용하는 능동적, 수동적 태양열 기술을 말합니다 .
그것은 전기 저항 가열 이나 연료 연소와 달리 에너지 변환이 필요 없기 때문에 물을 가열하는 가장 효율적인 방법 중 하나입니다(에너지/폐기물 측면에서). 그것은 한 장소에서 다른 장소로 열 에너지를 간단히 전달하고 집중시킵니다. ( 위키피디아:열 전달 참조 . ) 이 기술의 효율성에 대한 또 다른 예는 그것이 무료이며, 오직 사용된 기술과 그 비용 및 효율성에 따라 달라지는 태양 에너지로 작동한다는 것입니다. 다시 말해, 에너지는 무료이며, 수집, 변환 및 저장 장치만이 시스템 비용에 기여합니다. 그렇긴 하지만, 태양열 에너지의 주요 단점은 태양이 보이는 곳에서만/언제나 사용할 수 있다는 것입니다.
햇빛 아래에 놓인 정원 호스에서 뜨거운 물이 흘러나오는 것을 느껴본 적이 있다면, 태양열 온수가 실제로 사용되는 것을 경험한 것입니다.
기본적으로 태양열 온수 시스템은 태양열 수집기 , 단열이 잘 된 저장 용기, 수집기에서 유체 매체(어떤 경우에는 물 자체)를 통해 용기로 열을 전달하는 시스템으로 구성됩니다.
내용물
응용 프로그램
전 세계적으로 가정용, 상업용, 산업용으로 온수를 이용하는 용도가 수없이 많기 때문에 태양열 기술을 적용하여 온수를 가열할 수 있는 기회가 있습니다.
오늘날 시장은 변화하고 있으며, 가스와 전기를 사용하여 물을 가열하는 데 따르는 경제적, 환경적 비용이 태양열 온수 시스템과 같은 더 효율적이고 비용이 저렴한 시스템으로 인해 도전받고 있습니다.
배경
태양열 온수는 새로운 현상이 아닙니다. 미국에서는 1920년대까지 널리 사용되다가 신뢰할 수 있는 화석 연료 시스템으로 대체되었습니다.
뜨거운 물은 적절한 기술 분야에서 거의 적용되지 않으며 대부분 선진국에서 제공하는 사치품으로 여겨진다. 이 주제에 대한 한 텍스트 [ 검증 필요 ] 는 "제3세계"에서 필요한 뜨거운 물은 집과 물을 동시에 덥히는 나무와 같은 연료를 사용하여 덥힐 수 있다고 제안한다. 이러한 기각은 두 가지 이유로 위험하다.
- 첫째, 적절한 기술은 폐기물을 줄이고 천연 자원 사용의 효율성을 높이는 것을 목표로 합니다. 나무는 물과 집을 모두 덥히지만, 많은 빈곤 국가에서는 구할 수 없는 천연 자원이기도 합니다. 태양은 어디에나 존재하며 우리가 사용하든 사용하지 않든 에너지를 방출할 것입니다. 제3세계 국가의 많은 여성과 어린이는 부적절한 환기와 조리 불에서 나오는 과도한 연기로 인한 폐 질환으로 사망하지만, 실제로는 에이즈와 기아보다 1위의 살인자가 되는 경향이 있습니다.
- 둘째, 뜨거운 물이 필요한 곳에서는 지역 자원이 정한 매개변수 내에서 비용 효율적으로 뜨거운 물을 얻을 수 있는 방법이 있어야 합니다. 이 기술이 확산되면 기존 방식의 물 가열 과 관련된 지역의 생태 발자국 크기가 상당히 줄어들 수 있습니다 .
태양으로부터의 에너지
지도 A와 B 지구 대기 최상부(위)와 수평 1제곱미터 기준 표면의 이론적인 연평균 일사량입니다.
지도 C 세계 태양 에너지 자원 지도. 색상은 표면에서 사용 가능한 평균 태양 에너지를 보여줍니다(1991년에서 1993년까지 측정). 비교를 위해, 어두운 디스크는 변환 효율이 8%인 PV를 사용하여 총 1차 에너지 수요를 공급하는 데 필요한 육지 면적을 나타냅니다.태양 복사선은 1제곱미터당 1366와트(W/m 2 ) 의 속도로 지구 상층 대기에 도달합니다 . [1] 지도 A는 태양 에너지가 위도에 따라 어떻게 달라지는지 보여줍니다.
대기를 통과하는 동안 들어오는 태양 복사선(일사량)의 6%가 반사되고 16%가 흡수되어 적도에서 최대 조도가 1,020W/m²가 됩니다. 평균 대기 조건(구름, 먼지, 오염 물질)은 반사를 통해 일사량을 20%, 흡수를 통해 3% 더 줄입니다. 대기 조건은 지구 표면에 도달하는 일사량을 줄일 뿐만 아니라 들어오는 빛을 확산시키고 스펙트럼을 변경하여 일사량의 질에도 영향을 미칩니다. [2]
지도 C는 1991년부터 1993년까지 수집된 위성 데이터에서 계산된 평균 지구 일조도를 보여줍니다. 예를 들어, 북미에서는 1년 내내(밤과 흐린 날씨 기간 포함) 지상에서의 평균 일사량은 125~375W/m²(3~9kWh/m²/일)입니다. [3] 이는 공급되는 전력이 아니라 사용 가능한 전력을 나타냅니다. 현재 태양광 패널은 일반적으로 입사하는 햇빛의 약 15%를 전기 로 변환합니다 . 따라서 미국 본토의 태양광 패널은 평균 19~56W/m² 또는 0.45~1.35kWh/m²/일을 공급합니다. [4]
오른쪽 지도 C 의 어두운 디스크는 2003년 총 세계 1차 에너지 공급량보다 약간 더 많은 에너지를 전기 형태로 생산할 수 있는 8% 효율의 태양광 패널로 덮는 경우의 육지 지역의 예입니다. [5] 평균 일사량과 전력은 지역적 규모에서 태양광 발전 의 잠재력에 대한 통찰력을 제공하지만, 특정 사이트의 잠재력에 있어서는 지역적으로 관련된 조건이 가장 중요합니다.
지구 대기를 통과한 후, 태양 에너지의 대부분은 가시광선과 적외선 복사의 형태입니다. 식물은 광합성을 통해 화학 에너지를 생성하기 위해 태양 에너지를 사용합니다. 인간은 이 에너지를 정기적으로 나무나 화석 연료를 태우거나 단순히 식물을 먹을 때 사용합니다. 식물과 화석 연료를 방정식에서 제외하고 이 에너지를 활용할 방법을 찾았다고 상상해보세요.
최근 우려되는 것은 지구 표면에 도달하는 햇빛이 줄어드는 오염의 효과인 지구적 어두움입니다. 오염 입자와 지구 온난화와 밀접하게 연관되어 있으며, 주로 지구 기후 변화 문제에 대한 우려이지만, 현재와 미래의 이용 가능한 태양 에너지 감소로 인해 태양열 발전 지지자들에게도 우려 사항입니다. (1961~90년 기간 동안 해수면에서 이용 가능한 태양 에너지가 약 4% 감소했습니다.) 대부분은 구름에서 우주로 반사되는 양이 증가하기 때문입니다. [6]
- 참고: 위키피디아 내용은 이 섹션에만 적용됩니다.
유형
멕시코 코아우일라 파라스 데 라 푸엔테의 폐쇄 루프 수동 시스템태양열 온수 시스템은 태양의 태양 에너지를 물로 전달하도록 설계되었습니다. 주어진 상황에 가장 효율적이고 효과적인 태양열 온수 시스템을 찾는 것은 어려운 과제가 될 수 있습니다. 가장 적합한 시스템 구성을 선택할 때 고려해야 할 핵심 요소 가 많이 있습니다. 이러한 요소에는 주로 일사량, 기후, 건설, 설치 및 자재 비용, 시스템의 위치 및 접근성, 가열이 필요한 물의 양, 온수 사용 빈도, 전기 가용성, 자재 가용성 및 건설 기술 수준이 포함됩니다.
다음 시스템 분류는 2개의 3개 그룹과 1개의 고유한 시스템 그룹으로 나뉩니다. 이 4개의 주요 그룹은 다음과 같습니다.
- 오픈 루프 대 클로즈드 루프 .
- 능동적 vs 수동적 .
- 열교환기를 사용하는지 vs 열교환기를 사용하지 않는지 .
- 배치 시스템 .
주어진 시스템은 각 그룹에서 하나의 특성을 사용합니다. 예를 들어, 시스템은 열교환기를 사용하지 않는 능동적, 개방 루프 시스템일 수 있습니다. 또는 다른 예로, 시스템은 열교환기를 사용하는 수동적, 폐쇄 루프 시스템일 수 있습니다. 일부 시스템은 다른 시스템보다 만들기가 훨씬 쉽고 도구와 구조에 대한 기본적인 지식이 있는 사람이라면 기능적 시스템을 쉽게 만들 수 있습니다. 누군가가 자신의 시스템을 만들고자 한다면 복잡성의 이러한 다양성은 어떤 유형의 시스템을 선택할지에 영향을 미칠 것입니다.
비용은 또 다른 요소이며 각 시스템 구성에는 다양한 비용과 이점이 있습니다. 특정 시스템의 비용은 국가와 지역마다 크게 다를 수 있습니다. 특정 유형의 장비를 사용하는 특정 구성은 특정 상황에서 다른 구성보다 효율적입니다. 다음 정보는 온수 태양열 수집기를 구성하는 이러한 다양한 방법에 대해 자세히 살펴봅니다.
이 페이지의 마지막 부분에서는 다양한 유형의 집열기 와 다양한 일반적인 태양열 온수 시스템의예를 보여줍니다.
이 페이지에서는 태양으로 물을 가열하는 데 사용되는 다양한 시스템을 설명합니다. 태양열 온수에 대한 보다 일반적인 설명은 태양열 온수 페이지를 방문하세요.
간단한 시스템
매우 간단한 태양열 샤워기는 햇볕이 잘 드는 지역에 효과적이며, 물이 가득 찬 검은 자루를 직사광선에 걸어 놓습니다.
매우 간단한 "시스템"은 햇빛에 노출된 호스나 파이프를 통해 물을 흘려보내고, 열 사이펀 배열의 저장 용기에 연결하여 고안할 수 있습니다. 열 사이펀은 가열된 물이 그 위의 차가운 물을 대체하게 하며, 가열된 물이 계속 위로 올라갈 수 있는 한 그렇게 될 것입니다. 파이프/호스에는 공기가 있어서는 안 됩니다. 공기가 있으면 움직임이 중단되기 때문입니다. 또한 호스에서 저장 용기까지 최소 ~4피트(1.2m)가 올라가야 합니다. 루프를 설정하여 용기에서 호스로, 그리고 다시 호스로 물을 순환시켜 가열 과정을 계속할 수 있습니다. 차가운 물은 바닥에서 끌어올려져 호스를 통해 순환되고 용기의 상단 근처로 돌아갑니다. 사이펀이 파손되지 않는 한(공기가 있는 경우) 물을 용기에서 꺼내거나 빼내어 사용할 수 있습니다. 이것은 간단한 개방 루프 시스템으로, 물이 시스템에 들어와서 시스템에서 사용하기 위해 제거됩니다.
일괄 히터.또 다른 유형은 배치 히터 라고 할 수 있는데 , 열 사이펀을 사용하여 일정량의 물을 가열하지만 태양 에너지를 흡수하기 위해 구성된 태양열 수집기를 사용하기 때문입니다. 이 유형의 제한 사항은 탱크가 수집기 위에 있고, 지붕이나 태양에 노출된 영역에 있기 때문에 뜨거운 물을 사용 지점까지 파이프로 연결해야 하며, 이는 열 손실이 발생합니다. 배치 히터를 사용하는 특수 공동 태양열 온수 시스템도 제안되었습니다.
더욱 정교한 시스템
더 정교한 시스템이 있으며, 일부는 여전히 개방 루프 시스템 (기존 온수기나 다른 용기에 연결)을 사용합니다. 펌프와 전원이 있는 햇빛 속의 태양열 수집기는 기존 온수 장치를 보조하거나 대체하기 위해 작동합니다. 물은 온수기 탱크에서 노출된 수집기로, 그리고 다시 탱크로 순환하며, 이것은 물을 계속 재순환시키고 가열합니다. 이 시스템에서는 태양광 으로 구동되는 저용량 순환 펌프를 사용할 수 있으므로 외부 전력이 필요하지 않습니다. 효율이 높고 수집기가 크고 탱크 저장 용량이 작을수록 물이 더 빨리 가열됩니다. 작동 시간이 길수록 열 손실이 물 온도와 같아질 때까지 물이 더 뜨거워집니다. 이 개방 루프 시스템은 영하 온도가 없거나 드문 기후에서 매우 잘 작동합니다. 동결되는 시스템의 일부에서 물을 비우기 위한 배수구가 있는 시스템을 사용하여 더 시원한 기후에서 작동할 수 있습니다. 배수구는 수동으로 작동하거나 자동으로 온도 조절하여 제어할 수 있습니다. 이러한 유형의 시스템은 기존의 기존 온수기를 보조하거나 대체하는 데 널리 사용될 수 있습니다.
폐쇄 루프 시스템은 동결되고 더 낮은 온도에 도달하는 기후에서 가장 좋지만, 더 정교하고 따라서 더 비쌉니다. 폐쇄 루프 시스템에서 냉각수(일반적으로 프로필렌 글리콜)는 수집기를 통해 순환한 다음 열교환기로 이동하며, 여기서 흡수된 열은 냉각수에서 물로 전달됩니다. 프로필렌 글리콜은 훨씬 낮은 온도에서도 액체 상태를 유지하며 계속해서 열을 흡수하여 물로 전달합니다. 프로필렌 글리콜은 또한 시스템에 남아 있으므로 "폐쇄 루프"라는 이름이 붙었습니다. 열교환기는 기존 온수기 탱크 외부에 있거나 기존 탱크를 대체합니다. 이 시스템에서는 PV 구동 저용량 순환 펌프도 사용할 수 있습니다.
이러한 시스템과 관련 기술은 기본적으로 비용, 정교함, 에너지 순으로 정리되어 있습니다. 간단한 시스템은 확실히 " 적절한 기술 "이며 최소한의 투자로 사용할 수 있으며, 지침이 있으면 인식된 정교함과 관계없이 사실상 모든 문화에서 사용할 수 있습니다. 개방 루프 시스템은 원래 건설 또는 개조된 개발 사회에서 사용할 수 있으며, 간단한 시스템과 마찬가지로 설치 유형은 에너지 비용, GHG를 크게 줄이고 다른 요구 사항에 더 집중할 수 있습니다. 폐쇄 루프 시스템은 더 비싸므로 부유한 문화에 더 제한적이지만 이점은 다른 시스템과 비슷합니다. 1인당 에너지 사용량을 기준으로 볼 때, 더 비싼 시스템은 다른 시스템보다 화석 연료 사용량을 더 많이 줄일 수 있습니다.
주석집의 진공관 수집기현대의 대량 생산 진공관 W는 영하에서도 열을 수집합니다. 튜브 자체는 대량 생산에 가장 적합하지만 나머지 시스템은 제조에 더 유연합니다. 진공관은 진공 밀봉 공간을 사용하여 수집관과 외부 요소를 분리합니다. 태양 복사선이 이러한 수집기에 흡수되어 열로 변환되면 진공 장벽이 이 에너지의 대부분이 빠져나가는 것을 방지합니다. 본질적으로 이 방법은 보온병과 비슷한 방식으로 작동합니다. 외부 환경으로의 손실을 방지하면서 포착된 태양 복사선을 가두는 능력은 진공관 시스템이 시스템 외부의 온도가 매우 차가워도 물을 계속 가열할 수 있게 해줍니다.
태양열 온수 풀
아아아아아 액션! 태양 에너지의 실체적 효과.태양에서 얻은 에너지는 지구의 생명을 움직이고 유지해줍니다. 그렇다면 왜 수영장을 데울 수 없을까요?
수영장... 엄청나게 더운 여름날에 맑고 시원한 물에 뛰어드는 것을 기대하며 피부가 간지럽습니다. 이 정확한 접촉 순간이 수영장을 청소하고 관리하는 모든 번거로움을 가치 있게 만들지 않습니까? 이제 뜨거운 날이 더 오래 지속되어 뒷마당의 열대 낙원에서 조금 더 게으르게 지낼 수만 있다면 좋겠습니다. 아쉽게도 계절은 당신의 말을 듣지 않고, 피할 수 없이 가을, 겨울, 봄이 소중한 수영장을 공격하여 타일 뼈대까지 차가워지게 만들고, 당신에게는 완전히 쓸모없게 만듭니다. 일년 중 대부분 수영장은 주인이 돌아오기를 간절히 기다리는 개처럼, 눈이 녹기를 기다리는 잠자는 수선화 구근처럼, 마치... 우리가 고통을 겪기 위해 지구로 보내지지 않은 것처럼, 우리 모두는 원하는 것을 얻을 수 있을 것입니다. 그리고 화석 연료의 재정적, 환경적 비용 없이 온수 수영장을 원한다면, 태양열 온수 시스템의 광활한 세계에 오신 것을 환영합니다.
관련 프로젝트
참고문헌
- ↑ 태양 스펙트럼: 표준 기단 제로 NREL 재생 가능 자원 데이터 센터
- ↑ 지구 방사선 예산 NASA 랭글리 연구 센터
- ↑ 태양지도 NREL: 동적 지도, GIS 데이터 및 분석 도구
- ↑ us_pv_annual_may2004.jpg 미국 국립 재생 에너지 연구소
- ↑ 홈페이지 국제에너지기구
- ↑ Liepert, BG (2002-05-02) 1961년부터 1990년까지 미국과 전 세계에서 관찰된 표면 태양 복사 감소 지구물리학 연구 편지, 제29권, 제10호, 1421
또한보십시오
- 난방 시스템의 녹색 튜닝 : 물을 그대로 사용하기 위해 가열하는 것 외에도 라디에이터를 통해 순환시키는 데 사용할 수 있으며, 실제로는 난방 시스템을 만드는 데 사용할 수 있습니다(참조: 히트펌프 시스템#실제로 집에 히트펌프 시스템을 설치하는 방법 )
- DIY 태양열 수집기
외부 링크
전문 논문
- BRIDGEMAN, AG의 가정용 온수 난방을 위한 간접 태양열 보조 열 펌프의 실험 분석
- Cruickshank, C.가 태양열 난방 응용 분야를 위한 계층형 다중 탱크 열 저장 장치 평가
- 캐나다 주거용 계절 저장 장치를 갖춘 중앙 태양열 난방 시설: 드레이크 랜딩 태양열 커뮤니티 사례 연구 (Wamboldt, J. 저)
![[4]](#cite_note-us_pv_annual_may2004.jpg-4){kind=link}
