Energy efficiency of solar collectors using water as solar liquid

Abstract

EFEKTYWNOŚĆ ENERGETYCZNA KOLEKTORÓW SŁONECZNYCH WYKORZYSTUJĄCYCH WODĘ, JAKO PŁYN SOLARNYW Polsce najczęściej stosowanym płynem solarnym w instalacjach grzewczych z kolektorami słonecznymi są 35-50% wodne roztwory glikolu propylenowego lub etylowego. Takie mieszaniny wraz z dodatkami uszlachetniającymi skutecznie zabezpieczają instalację solarną przed skutkami zamarznięcia czynnika roboczego przy niskich temperaturach zewnętrznych panujących w okresie zimowym. Roztwory te, w porównaniu do wody, charakteryzują się wyższą lepkością i niższą wartością ciepła właściwego w zakresie typowych temperatur pracy cieczy roboczej w obiegu solarnym, mają wyższą cenę w przeliczeniu na jednostkową obję-tość oraz mogą powodować zatrucia w wyniku przypadkowego spożycia. W instalacjach solarnych pracujących również w okresie zimowym możliwe jest wykorzystanie samej wody, bez dodatku glikoli, ale konieczne jest wtedy wyposażenie układu regulacji automatycznej sterującego instalacją w funkcję ochrony przeciwzamrożeniowej. Celem niniejszej pracy jest omówienie funkcji przeciwzamrożeniowej w instalacji solarnej z kolektorami próżniowo-rurowymi, w której wykorzystano wodę, jako płyn solarny. Poddano szczegółowej analizie okres czasu, w którym ta funkcja była stosowana. Kolektory słoneczne pracujące w warunkach rzeczywistych dla przygotowania ciepłej wody użytkowej i wspomagania centralnego ogrzewania w obiekcie mieszkalno-usługowym, są częścią multiwalentnej instalacji hybrydowej, gdzie do wytwarzania ciepła dodatkowo zastosowano trzy różne urządzenia grzewcze. Określono również efektywność energetyczną kolektorów słonecznych.

Long-Term Performance of Anti-Freeze Protection System of a Solar Thermal System

“…Such mixtures, together with refining additives, effectively protect the solar system from freezing of the working medium at outdoor temperatures reaching around −36 • C during the winter. In comparison to water, such solutions have several times higher viscosity, which generates greater hydraulic resistance when pumping liquid in the solar system and, consequently, an increased consumption of electricity by the circulating pump [12,13]. Other disadvantages of these fluids compared to water include:…”

“…lower specific heat values in the range of typical operating temperatures of the working fluid; -thermal degradation with precipitation of, among others, lactates, acetates and formates, as well as insoluble ethers depositing on the inner surface of the solar system components, -hindering heat transfer and increasing the freezing point of the solar fluid; -can be highly corrosive, resulting in accelerated clogging of the collectors and in some cases other system components; -risk of poisoning as a result of accidental ingestion; -much higher price per unit volume [12][13][14].…”

“…It is then necessary to apply a solution that protects the system against the freezing of water. In the literature, several solutions can be found: -automatic control system equipped with an anti-freeze protection (AFP) function which, by switching on the solar pump, allows for the transfer of heat from the heat storage to the SC; -use of an additional component, e.g., electric heating system (heating tapes), that keeps the water temperature in the part of the system exposed to freezing at a safe level; -a drain-back system in which solar liquid is discharged from elements exposed to freezing to a special tank; -a drain-out system in which the system is emptied completely of water; -use of flexible materials which can withstand the occasional freezing of liquids in system elements, e.g., flexible silicone peroxide pipes insides copper pipes in the SC; -the use of a phase-change material in the SCs with a transformation temperature <10 • C which does not directly protect the pipes of the solar system [11,12,[15][16][17][18][19].…”

Comparison of the Efficiency of Solar Collectors in Terms of the Working Medium—Review of Selected Technical Solutions

“…However, it is related to the use of the appropriate controller or control system of the operation of such an installation. In time of the conducted research, the installation worked without failure [3].…”