Zonnekoeling is een systeem dat warmte van de zon omzet in koeling die kan worden gebruikt voor koeling en airconditioning. Een zonnekoelsysteem verzamelt zonne-energie en gebruikt die in een thermisch aangedreven koelproces dat op zijn beurt wordt gebruikt om de temperatuur te verlagen en te regelen voor doeleinden zoals het genereren van gekoeld water of het conditioneren van lucht voor een gebouw.
Er zijn veel verschillende koelcyclustechnieken die verschillende principes gebruiken om te functioneren. Drie van de populairste technieken zijn:
- absorptiecycli
- desiccantcycli
- mechanische zonnecycli
Hoe zonnekoeling werkt
Overschillend welke techniek wordt gebruikt, een zonnekoelsysteem omvat doorgaans drie kerncomponenten:
- Een zonnecollector, zoals een zonnepaneel, dat wordt gebruikt om zonnestraling om te zetten in warmte of mechanische arbeid.
- Een koel- of airconditioninginstallatie die wordt gebruikt om de koeling te produceren.
- Een koellichaam dat eventueel afgestoten warmte opvangt en wegstraalt van het systeem.
De technieken die worden gebruikt om zonnekoeling te realiseren variëren, maar het einddoel blijft hetzelfde: gebruik maken van een externe warmtebron, zoals een zonnepaneel, om de omgevingstemperatuur op te vangen en gebruik vervolgens die warmte met een koelmiddel om druk te creëren binnen een gesloten koelmiddellus, zodat het zonnekoelsysteem kan werken.
Een koelmiddel is een stof of mengsel dat warmte uit de omgeving absorbeert en kan zorgen voor koeling of airconditioning als het wordt gecombineerd met de andere benodigde componenten, zoals compressoren en verdampers. In de meeste koelcycli gaat het koelmiddel van de vloeibare fase over in de gasfase en dan weer terug om het koelingsdoel te bereiken.
In absorptiecycli berust het koelingsproces op de verdampingskoeling van een koelmiddel. Aangezien verdamping energie-input vereist, onttrekt het proces warmte aan het systeem, waardoor de resterende vloeistof koeler blijft dan voorheen. Absorptiecycli voltooien het onder druk brengen door een koelmiddel op te lossen in een absorberend middel, of iets dat gemakkelijk vloeistof opneemt, in plaats van een mechanische compressor te gebruiken.
Absorptiekoelcycli hebben vier specifieke, belangrijke componenten: een absorber, een generator, een condensor en een verdamper. De verdamper is in wezen de koel- of airconditioninginstallatie die in alle koelsystemen wordt gebruikt, omdat hier de koeling plaatsvindt.
In een absorptiecyclus verloopt het koelproces als volgt:
- De absorber bevat een absorptie-koelmiddelmengsel dat via een vloeistofpomp aan de generator wordt geleverd.
- De generator neemt het absorptie-koelmiddelmengsel en verwarmt het met behulp van de externe zonne-energie die is opgevangen via een bron zoals een zonnepaneel. De oplossing begint te koken als reactie op de warmte, waardoor water in damp verandert die naar de condensor stroomt.
- De condensor maakt de waterdamp vloeibaar, waarbij warmte wordt afgevoerd die wordt opgevangen door het koellichaam. Het nieuwe vloeibare condensaat wordt vervolgens via een expansieventiel naar de verdamper geleid.
- Ten slotte zorgt de verdamping van het koelmiddel bij lage druk ervoor dat de verdamper de warmte uit de gekoelde ruimte absorbeert, waardoor het koeleffect ontstaat.
Aan het eind keert het verdampte koelmiddel terug naar de absorber en herhaalt de cyclus zich. Zonne-energie is verantwoordelijk voor het aandrijven van deze cyclus.
Desiccant koelsystemen berusten op cyclische ontvochtigings-bevochtigingsprocessen. Hierbij wordt gebruik gemaakt van stoffen en materialen die gemakkelijk water uit hun omgeving aantrekken om te ontvochtigen. Deze materialen staan bekend als droogmiddelen. De droogmiddelen worden in de cyclus geregenereerd door toepassing van zonne-energie.
Desiccant koelsystemen kunnen zowel met vloeibare als vaste droogmiddelen werken. Het droogmiddel-koelproces verloopt als volgt:
- Desiccants absorberen de waterdamp en verwijderen het vocht uit de proceslucht in de ontvochtigings-, of absorptie-unit. Door het verschil in dampdruk ontstaat een overdracht, waarbij warmte vrijkomt door de condensatie van water en een warmtewisseling ontstaat.
- De lucht wordt vervolgens in de ruimte of in een verdampingskoeler gebracht voor verdere koeling, terwijl het verdunde droogmiddel naar de regenerator wordt gestuurd. Voordat het verdunde droogmiddel de regenerator in kan, moet het echter door een vloeistof-vloeistof-warmtewisselaar en een verwarmingsspiraal om op temperatuur te komen.
- Eenmaal in de regenerator wordt het verwarmde, verdunde droogmiddel blootgesteld aan regeneratielucht, waardoor vocht wordt overgedragen van de verdunde oplossing naar de lucht. Deze overdracht is het gevolg van het gecreëerde verschil in dampdruk.
- Daarna passeert het resulterende, meer geconcentreerde droogmiddel nogmaals de vloeistof-vloeistof warmtewisselaar en een koelspiraal en gaat dan terug naar de ontvochtigingseenheid, waardoor de cyclus zich kan herhalen.
De derde techniek, mechanische cycli op zonne-energie, werkt heel anders dan de absorptie- en droogmiddelcycli. In plaats van een geheel nieuw systeem te creëren, wordt bij mechanische zonne-energiecycli geprobeerd om mechanica op zonne-energie te combineren met conventionele koelsystemen. In deze cyclus wordt zonne-energie gebruikt als brandstof voor de eigenlijke motor die de energie produceert om het hele koelsysteem te laten werken, in plaats van als brandstof voor de absorptiekoelmachine, zoals bij de absorptie- en de sorptiecyclus.
Toepassingen van zonnekoeling
Zonne-energiekoeling is in de eerste plaats bedoeld voor twee hoofddoelen: het koelen van voedselopslag en ruimtekoeling, of airconditioning. Zonnekoeling is te zien in voertuigen zoals RV's en campers die het systeem gebruiken voor koeling. Dampabsorptiekoelsystemen, die worden gebruikt in industrieën waar extreem lage procestemperaturen vereist zijn, evenals grote thermische vermogens, laten ook het gebruik van zonnekoeling zien.
Misschien wel de meest gunstige toepassing van zonnekoeling is de mogelijkheid om koelsystemen te leveren aan landen die anders niet in staat zouden zijn om de totale elektrische en energiekosten en belasting aan te kunnen die conventionele koelsystemen met zich meebrengen. Door zonnekoeling wordt de hoeveelheid energie die nodig is voor het koelen van levensnoodzakelijke producten zoals vaccins en landbouwproducten sterk verminderd, wat op zijn beurt kostenbesparingen oplevert en goed is voor het milieu door het gebruik van hernieuwbare energie en het verminderen van het gebruik van materialen die de ozonlaag aantasten.
Uitdagingen van zonnekoeling
Zonnekoeling wordt weliswaar toegepast in verschillende industriële omgevingen, maar huishoudelijke koelsystemen zijn vaak niet economisch. De verwachte hoge kosten en het lage rendement van de huishoudelijke systemen vormen een groot obstakel voor een bredere toepassing in woningen.
Daarnaast zijn de bedrijfskosten van het systeem op lange termijn weliswaar lager dan die van conventionele koelsystemen, maar de initiële investeringskosten zijn veel hoger vanwege het kleinere aanbod en de dure prijzen van systeemcomponenten zoals de zonnecollector en opslagtanks.
/p>