Ηλιακή Ψύξη

Η θερμότητα που παράγεται από τον ήλιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί, εκτός από την κάλυψη των αναγκών σε θέρμανση, για κάλυψη των αναγκών και σε ψύξη. Ο ήλιος, οποίος αποτελεί την κύρια αιτία για ανάγκη σε ψύξη, είναι δυνατό να μας την προσφέρει, αρκεί βεβαίως να υπάρχουν και οι απαιτούμενες προϋποθέσεις. Τα συστήματα ηλιακής ψύξης, άνκαι μετρούν μερικές μόνο δεκαετίες και αφορούν κυρίως μεγάλου μεγέθους συστήματα (commercial), βασίζονται κυρίως στους κύκλους ψύξης απορρόφησης και προσρόφησης. Ειδικά η τεχνολογία που βασίζεται στον κύκλο απορρόφησης, δεν είναι καθόλου καινούργια, αφού την είχαμε πρωτοσυναντήσει πριν από αρκετές δεκαετίες στα ψυγεία υγραερίου, λόγω απουσίας δικτύου ηλεκτροδότησης σε κάποιες περιοχές. Στην προκειμένη περίπτωση, το απορροφητικό μέσο αποτελούσε η αμμωνία, ενώ η θερμότητα προερχόταν από την καύση του υγραερίου.

Υπάρχουσες τεχνολογίες
Μέχρι σήμερα έχουν αναπτυχθεί τέσσερις τεχνολογίες αναφορικά με τον ηλιακό κλιματισμό, οι οποίες αναλύονται παρακάτω κατά φθίνουσα σειρά, αναλόγως των εφαρμογών τους στην αγορά.
Στο παρόν άρθρο αναλύονται εκτενώς οι δύο πρώτες κατηγορίες, οι οποίες εφαρμόζονται στις πλείστες περιπτώσεις. Α. Κλειστού κύκλου: Απορρόφησης (Absorption), Προσρόφησης (Adsorption) B. Ανοικτού κύκλου: Ψύξη Στερεού Μέσου (Desiccant), Χημειορρόφησης (Chemisorption)

Αρχές Προσρόφησης
Στην περίπτωση των Ψυκτών Προσρόφησης, αντί υγρού διαλύματος χρησιμοποιούνται στερεά πορώδη ροφητικά υλικά. Τα διαθέσιμα στην αγορά συστήματα χρησιμοποιούν νερό ως ψυκτικό μέσο και silica gel ως ροφητικό υλικό. Οι ψύκτες αποτελούνται από δύο χώρους ροφητικού υλικού, έναν εξατμιστή και ένα συμπυκνωτή. Ενώ το ροφητικό υλικό στο πρώτο διαμέρισμα αναγεννάται, χρησιμοποιώντας ζεστό νερό από εσωτερική πηγή θερμότητας π.χ ηλιακούς συλλέκτες, το προφητικό υλικό στο άλλο διαμέρισμα (προσροφητικό υλικό) προσροφά τους υδρατμούς, που εισάγονται από τον εξατμιστή.
Το νερό στον εξατμιστή περνά από την αέρια φάση, θερμαινόμενο από ένα εξωτερικό κύκλωμα νερού, όπου παράγεται η χρήσιμη ψυκτική ισχύς. Η ψυκτική τους ικανότητα κυμαίνεται από 50-430kW. Η απλότητα κατασκευής των ψυκτών προσρόφησης και η αναμενόμενη μηχανική αντοχή τους είναι σημαντικά πλεονεκτήματα. Επίσης, δεν υπάρχει εσωτερική αντλία διαλύματος και ως εκ τούτου η ηλεκτρική ενέργεια που καταναλώνεται, είναι ελάχιστη.
Μειονεκτήματα αυτού του τύπου των ψυκτών είναι ο συγκριτικά μεγάλος όγκος και το βάρος τους, αλλά και η τιμή τους, λόγω της μικρής παραγωγής τέτοιων συστημάτων.

Αρχές Απορρόφησης
Οι ψύκτες απορρόφησης χρησιµοποιούν ζεύγη δυο ουσιών. Ένα ψυκτικό µέσο και έναν απορροφητή. Συνήθως λειτουργούν µε µείγµα απορροφητικού/ψυκτικού LiBr/H2O ή σε ορισµένες περιπτώσεις διάλυμα Η2Ο/ΝΗ3. Εκτός από τα αναφερόµενα κλασικά ζεύγη, µπορούν να χρησιµοποιηθούν και οργανικές ενώσεις, όταν οι θερµοκρασίες δεν είναι υψηλές, όπου θα προκαλούνταν καταστροφική αποσύνθεση.

Κύκλος απορρόφησης
Στον κύκλο απορρόφησης παίρνει μέρος ένα ζεύγος ουσιών, που αποτελείται από το ψυκτικό μέσο και το μέσο απορρόφησης. Η αρχή λειτουργίας βασίζεται στην ιδιότητα ορισμένων ουσιών να απορροφούν ικανές ποσότητες ενός ψυκτικού μέσου σε χαμηλές πιέσεις και θερμοκρασίες και να αποδίδουν το ψυκτικό μέσο σε υψηλές θερμοκρασίες. Τέτοιες ουσίες είναι τα διαλύματα νερού-Βρωμιούχου Λιθίου ή Νερού και Αμμωνίας.
Το διάλυμα απορρόφησης (Βρομιούχου Λιθίου- Νερό, Αμμωνία-Νερό) αναρροφάται από την αντλία του διαλύματος και καταθλίβεται μέσα στη θερμογεννήτρια. Εντός της θερμογεννήτριας το διάλυμα θερμαίνεται από το θερμό νερό, που παράγεται στους ηλιακούς συλλέκτες, διαχωρίζεται (το διάλυμα) και ανυψώνεται η θερμοκρασία του ψυκτικού μέσου (Νερό στην Περίπτωση LiBr-H2O ή εξατμιζόμενη αμμωνία στην περίπτωση NH3-H2O).
Το ψυκτικό μέσο (ατμοί αμμωνίας ή ατμοί νερού) μπαίνει στο συμπυκνωτή και συμπυκνώνονται. Έπειτα το εξερχόμενο ψυκτικό μέσο από το συμπυκνωτή, σε υγρή φάση, περνά από τη βαλβίδα εκτόνωσης, όπου με εκτόνωση πέφτει η πίεση και η θερμοκρασία του στα επίπεδα λειτουργίας του εξατμιστή. Τώρα με χαμηλή πίεση και θερμοκρασία, το ψυκτικό μέσο μπαίνει στον εξατμιστή και εξατμίζεται. Στο στάδιο αυτό παράγεται η χρήσιμη ψυκτική ισχύς.
Τέλος, οι ατμοί του ψυκτικού μέσου κατευθύνονται προς τον απορροφητήρα, όπου αναμειγνυόμενοι είτε με το νερό είτε με το βρομιούχο λίθιο, σχηματίζουν το αρχικό απορροφητικό διάλυμα, το οποίο αναρροφούμενο πάλι από την αντλία, καταθλίβεται μέσα στη θερμογεννήτρια και ξαναρχίζει ένας νέος κύκλος ψύξης.

Εγκατάσταση συστήματος
Ηλιακό πεδίο
Το Ηλιακό πεδίο μιας εγκατάστασης Ηλιακού Κλιματισμού αποτελείται από ηλιακούς συλλέκτες. Οι συλλέκτες αυτοί μπορεί να είναι συλλέκτες κενού (evacuated tubes) είτε υψηλής απόδοσης επίπεδοι συλλέκτες με επιλεκτική βαφή είτε παραβολικοί συλλέκτες.
Δεξαμενή αποθήκευσης ζεστού νερού
Δεξαμενή με θερμομονωμένα τοιχώματα για αποθήκευση του ζεστού νερού, που παράγεται από τους συλλέκτες για ετεροχρονισμένη χρήση από τον ψύκτη απορρόφησης.
Ψύκτης απορρόφησης (absorption chiller)
Μονάδα παραγωγής ψυχρού νερού στην οποία λαμβάνουν χώρα διεργασίες του κύκλου απορρόφησης όπως περιγράφηκε πιο πάνω.
Πύργος Ψύξης
Μονάδα, η οποία χρησιμοποιείται για την ψύξη νερού κατά τη διεργασία του ψυκτικού κύκλου. Συγκεκριμένα ψύχει το νερό, που διέρχεται από τον απορροφητή και τον συμπυκνωτή.

Εφαρμογές
Η μεγιστοποίηση των αναγκών ψύξης ταυτίζεται συνήθως με τη μεγιστοποίηση της έντασης της ηλιακής ακτινοβολίας, γεγονός που ευνοεί την χρήση των συγκεκριμένων τεχνολογιών σε κτίρια, τα οποία χρησιμοποιούνται κατ΄αυτή την χρονική περίοδο. Τέτοια είναι κτίρια τραπεζικών οργανισμών, δημόσια κτίρια, γραφεία, εργοστάσια κλπ.
Πολύ σπάνια συναντώνται εφαρμογές ηλιακής ψύξης σε οικίες, αφενός μεν της μεγάλης απαιτούμενης επιφάνειας σε ηλιακούς συλλέκτες, αφετέρου δε της απουσίας μέχρι πρότινος μικρού μεγέθους ψυκτών απορρόφησης.

Πλεονεκτήματα
• O κλιµατισµός µε τη χρήση ηλιακής ενέργειας έχει σηµαντικά πλεονεκτήµατα έναντι των άλλων µεθόδων:
• Αναμφίβολα τα συστήματα ηλιακής ψύξης είναι φιλικά προς το περιβάλλον με τη χρήση των οποίων μειώνεται η κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας και κατ’ επέκταση μειώνεται και η παραγωγή αερίων, που προκαλούν το φαινόμενο του θερμοκηπίου.
• Είναι ευέλικτα ως προς τη λειτουργία τους, αφού με τις κατάλληλες τροποποιήσεις το σύστημα μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για θέρμανση κατά τους χειμερινούς μήνες.
• Τα κλιµατιστικά που λειτουργούν µε ηλιακή ενέργεια είναι ιδανικά για εφαρμογές µεγάλου µεγέθους, όπως ξενοδοχεία, σούπερ µάρκετ, σχολεία, εργοστάσια κλπ.
• Συνεισφέρει στη σταδιακή απεξάρτηση από τη χρήση των συμβατικών καυσίμων.
• Μειώνεται η μέγιστη ζήτηση κατά τις περιόδους αιχμής, προστατεύοντας το δίκτυο μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας από υπερφορτώσεις.

Μειονεκτήματα
Σε σχέση με τα συμβατικά συστήματα ψύξης, τα συστήματα ηλιακής ψύξης έχουν 2 με 2,5 φορές ψηλότερο κόστος.
Έχουν υψηλότερο κόστος συντήρησης, ειδικά στις περιπτώσεις που χρησιμοποιείται και πύργος ψύξης (αυξημένη κατανάλωση νερού, προσθήκη χημικών κλπ).
Έχουν χαμηλό βαθμό απόδοσης (COP) 0,6-0,75 σε αντίθεση με τα συμβατικά συστήματα, τα οποία στις ίδιες θερμοκρασιακές συνθήκες παρουσιάζουν βαθμό απόδοσης έως και 4.
Σε περιόδους χωρίς ηλιοφάνεια η λειτουργία τους είναι δαπανηρή, μιας που το νερό που θερμαίνει τη θεογεννήτρια πρέπει να παράγεται από συμβατικά συστήματα θέρμανσης, εκτός εάν μέρος της απαιτούμενης ποσότητας ζεστού νερού αποθηκεύεται σε δεξαμενές, γεγονός που αυξάνει το αρχικό κόστος της επένδυσης. Συνεπώς, η ετεροχρονισμένη χρήση του συστήματος δεν θεωρείται ιδιαίτερα συμφέρουσα (π.χ χώροι που χρησιμοποιούνται κυρίως κατά τις βραδινές ώρες).

Χορηγίες
Στα πλαίσια του σχεδίου χορηγιών για την ενθάρρυνση της χρήσης των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και της εξοικονόμησης ενέργειας μέσω του ειδικού ταμείου για τις Α.Π.Ε και την ΕΞ.Ε, δίνονται χορηγίες υπό μορφή κρατικών ενισχύσεων, ως εξής:
Για φυσικά και νομικά πρόσωπα και οργανισμούς στο βαθμό, που δεν ασκούν οικονομική δραστηριότητα 55% του επιλέξιμου κόστους με μέγιστο ποσό χορηγίας €117467
Για φυσικά και νομικά πρόσωπα, καθώς και φορείς του δημόσιου τομέα, που ασκούν οικονομική δραστηριότητα 40% του επιλέξιμου κόστους με μέγιστο ποσό χορηγίας €85.431.