Solarheizung eines Privathauses: Optionen und Gerätediagramme

Die Verwendung von "grüner" Energie, die durch natürliche Elemente geliefert wird, kann die Betriebskosten erheblich senken. Wenn Sie beispielsweise die Solarheizung eines Privathauses arrangiert haben, versorgen Sie Niedertemperaturheizkörper und Fußbodenheizungssysteme mit praktisch freiem Kühlmittel. Stimmen Sie zu, dies ist eine Ersparnis.

In unserem Artikel erfahren Sie alles über „grüne Technologien“. Mit unserer Hilfe können Sie auf einfache Weise die verschiedenen Solaranlagen, deren Anordnung und die Besonderheiten des Betriebs herausfinden. Sicherlich werden Sie an einer der beliebten Optionen interessiert sein, die in der Welt intensiv arbeiten, aber bei uns bisher nicht allzu beliebt sind.

In der Ihnen vorgelegten Überprüfung werden die Konstruktionsmerkmale der Systeme analysiert und die Anschlussdiagramme ausführlich beschrieben. Ein Beispiel für die Berechnung eines Solarheizkreislaufs zur Beurteilung der Realitäten seines Aufbaus wird gegeben. Um unabhängigen Meistern zu helfen, werden Fotosammlungen und Videos angehängt.

Technologien für grüne Wärme

1 m durchschnittlich² Die Erdoberfläche erhält 161 Watt Sonnenenergie pro Stunde. Natürlich wird diese Zahl am Äquator um ein Vielfaches höher sein als in der Arktis. Darüber hinaus hängt die Dichte der Sonnenstrahlung von der Jahreszeit ab.

In der Region Moskau unterscheidet sich die Intensität der Sonnenstrahlung von Dezember bis Januar von Mai bis Juli um mehr als das Fünffache. Moderne Systeme sind jedoch so effektiv, dass sie fast überall auf der Erde funktionieren können.

Moderne Sonnensysteme können bei bewölktem und kaltem Wetter bis zu -30 ° C effektiv arbeiten

Aufgabe der Nutzung Sonnenenergie mit maximaler Effizienz wird auf zwei Arten gelöst: direkte Erwärmung in Wärmekollektoren und Solar-Photovoltaik-Batterien.Sonnenkollektoren wandeln zuerst die Energie der Sonnenstrahlen in Elektrizität um und übertragen sie dann über ein spezielles System an Verbraucher, beispielsweise einen Elektrokessel.

Wärmekollektoren, die durch Sonneneinstrahlung erwärmt werden, erwärmen das Kühlmittel von Heizsystemen und die Warmwasserversorgung.

Wärmekollektoren gibt es in verschiedenen Formen, einschließlich offener und geschlossener Systeme, flacher und kugelförmiger Strukturen, halbkugelförmiger Kollektoren, Konzentratoren und vieler anderer Optionen. Von Solarkollektoren erhaltene Wärmeenergie wird zum Erhitzen von heißem Wasser oder einem Heizmedium verwendet.

Eine breite Palette von Branchen produziert vielfältige Systeme zur Einbindung in ein unabhängiges Heizungsnetz. Die einfachste Option für eine Sommerresidenz ist jedoch einfach mit Ihrer eigenen zu tun:

Trotz der deutlichen Fortschritte bei der Entwicklung von Lösungen für die Sammlung, Speicherung und Nutzung von Solarenergie gibt es Vor- und Nachteile.

Effiziente Nutzung von Sonnenenergie

Der offensichtlichste Vorteil der Nutzung von Solarenergie ist die allgemeine Verfügbarkeit. Selbst bei trübem und bewölktem Wetter kann Sonnenenergie gesammelt und genutzt werden.

Das zweite Plus ist emissionsfrei. In der Tat ist dies die umweltfreundlichste und natürlichste Energieform. Sonnenkollektoren und Sammler machen keinen Lärm. In den meisten Fällen werden sie auf den Dächern von Gebäuden installiert, ohne die Nutzfläche eines Vorortgebiets zu belegen.

Der Wirkungsgrad der Solarheizung in unseren Breiten ist aufgrund der unzureichenden Anzahl von Sonnentagen für den regulären Betrieb des Systems (+) recht gering.

Die mit der Nutzung der Sonnenenergie verbundenen Nachteile sind die Unbeständigkeit der Beleuchtung. Im Dunkeln gibt es nichts zu sammeln, die Situation wird durch die Tatsache verschärft, dass der Höhepunkt der Heizperiode auf die kürzesten Tageslichtstunden des Jahres fällt. Es ist notwendig, die optische Sauberkeit der Paneele zu überwachen, eine geringe Verschmutzung verringert die Effizienz stark.

Darüber hinaus kann nicht gesagt werden, dass der Betrieb der Anlage mit Solarenergie völlig kostenlos ist, es gibt konstante Kosten für die Abschreibung von Geräten, den Betrieb der Umwälzpumpe und der Steuerelektronik.

Ein wesentlicher Nachteil der Heizung aufgrund der Verwendung von Solarkollektoren ist die Unfähigkeit, Wärmeenergie zu speichern. Nur der Ausgleichsbehälter ist im Kreislauf enthalten (+)

Sonnenkollektoren öffnen

Ein offener Sonnenkollektor ist ein Rohrsystem, das ungeschützt vor äußeren Einflüssen ist und durch das ein direkt von der Sonne erwärmter Wärmeträger zirkuliert.

Als Wärmeträger werden Wasser, Gas, Luft und Frostschutzmittel eingesetzt. Die Rohre sind entweder in Form einer Spule auf einer Stützplatte montiert oder in parallelen Reihen mit dem Auslassrohr verbunden.

Offene Solarkollektoren sind nicht in der Lage, die Heizung eines Privathauses zu bewältigen. Aufgrund der fehlenden Isolierung kühlt das Kühlmittel schnell ab. Sie werden im Sommer hauptsächlich zum Erhitzen von Wasser in Duschen oder Pools verwendet

Offene Kollektoren haben normalerweise keine Isolierung. Das Design ist sehr einfach, daher kostengünstig und wird häufig unabhängig hergestellt.

Aufgrund der fehlenden Isolierung erhalten sie die von der Sonne empfangene Energie praktisch nicht und zeichnen sich durch einen geringen Wirkungsgrad aus. Sie werden hauptsächlich im Sommer zum Erhitzen von Wasser in Pools oder Sommerduschen verwendet.

Sie werden in sonnigen und warmen Regionen mit geringen Unterschieden bei Umgebungstemperatur und erwärmtem Wasser installiert. Sie funktionieren nur bei sonnigem, ruhigem Wetter.

Der einfachste Solarkollektor mit einem Kühlkörper aus einer Bucht aus Polymerrohren sorgt für die Versorgung des Hauses mit beheiztem Wasser für Bewässerungs- und Haushaltszwecke

Rohrverteiler

Röhrenförmige Solarkollektoren werden aus getrennten Röhren zusammengesetzt, entlang derer Wasser, Gas oder Dampf fließen. Dies ist eine der Sorten offener Heliosysteme. Das Kühlmittel ist jedoch bereits viel besser vor äußeren Negativen geschützt. Besonders in Vakuumanlagen, die nach dem Prinzip der Thermoskanne angeordnet sind.

Jedes Rohr ist separat parallel zueinander mit dem System verbunden. Wenn ein Rohr ausfällt, kann es leicht durch ein neues ersetzt werden. Die gesamte Struktur kann direkt auf dem Dach des Gebäudes montiert werden, was die Installation erheblich erleichtert.

Der Rohrverteiler ist modular aufgebaut. Das Hauptelement ist eine Vakuumröhre. Die Anzahl der Röhren variiert zwischen 18 und 30, sodass Sie die Leistung des Systems genau auswählen können

Ein gewichtiges Plus an röhrenförmigen Sonnenkollektoren ist die zylindrische Form der Hauptelemente, wodurch die Sonnenstrahlung den ganzen Tag ohne den Einsatz teurer Nachführsysteme für die Bewegung der Sonne erfasst wird.

Eine spezielle mehrschichtige Beschichtung schafft eine Art optische Falle für Sonnenlicht. Das Diagramm zeigt teilweise die Außenwand des Vakuumkolbens, die die Strahlen an den Wänden des Innenkolbens reflektiert (+)

Je nach Rohrkonstruktion werden Feder- und Koaxial-Solarkollektoren unterschieden.

Das Koaxialrohr ist ein Dyayur-Gefäß oder eine bekannte Thermoskanne. Hergestellt aus zwei Kolben, zwischen denen Luft abgepumpt wird. Eine hochselektive Beschichtung, die Sonnenenergie effektiv absorbiert, wird auf die Innenfläche des Innenkolbens aufgebracht.

Bei der zylindrischen Form der Röhre fallen die Sonnenstrahlen immer senkrecht zur Oberfläche

Wärmeenergie aus der inneren selektiven Schicht wird von Aluminiumplatten auf ein Wärmerohr oder einen inneren Wärmetauscher übertragen. In diesem Stadium tritt ein unerwünschter Wärmeverlust auf.

Das Federrohr ist ein Glaszylinder, in den ein Federabsorber eingesetzt ist.

Das System erhielt seinen Namen von einem Federabsorber, der sich eng um einen Wärmekanal aus wärmeleitendem Metall wickelt

Für eine gute Wärmedämmung wird Luft aus dem Rohr gepumpt. Die Wärmeübertragung vom Absorber erfolgt verlustfrei, so dass der Wirkungsgrad der Federrohre höher ist.

Nach der Methode der Wärmeübertragung gibt es zwei Systeme: Durchlauf und mit Wärmerohr. Das Thermoröhrchen ist ein verschlossener Behälter mit einer flüchtigen Flüssigkeit.

Da flüchtige Flüssigkeit auf natürliche Weise zum Boden des Wärmerohrs fließt, beträgt der minimale Neigungswinkel 20 ° C.

Im Inneren des Thermoröhrchens befindet sich eine flüchtige Flüssigkeit, die Wärme von der Innenwand des Kolbens oder vom Federabsorber absorbiert. Unter dem Einfluss der Temperatur siedet die Flüssigkeit und steigt in Form von Dampf auf. Nachdem die Wärme auf das Heizmedium oder die Warmwasserversorgung übertragen wurde, kondensiert der Dampf zu einer Flüssigkeit und fließt nach unten.

Als flüchtige Flüssigkeit wird Wasser häufig bei niedrigem Druck verwendet. In einem Direktstromsystem wird ein U-förmiges Rohr verwendet, durch das Wasser oder ein Heizmedium zirkulieren.

Eine Hälfte des U-förmigen Rohrs ist für kaltes Kühlmittel ausgelegt, die zweite entfernt das erhitzte. Beim Erhitzen dehnt sich das Kühlmittel aus und gelangt in den Lagertank, wodurch eine natürliche Zirkulation gewährleistet wird. Wie bei Systemen mit Thermoröhrchen sollte der minimale Neigungswinkel mindestens 20 ° betragen.

Bei Direktstromanschluss kann der Druck im System nicht hoch sein, da im Kolben ein technisches Vakuum herrscht

Direktstromsysteme sind effizienter, da sie das Kühlmittel sofort erwärmen. Wenn die Systeme von Solarkollektoren das ganze Jahr über eingesetzt werden sollen, werden spezielle Frostschutzmittel in sie gepumpt.

Die Verwendung von röhrenförmigen Solarkollektoren hat mehrere Vor- und Nachteile. Das Design des röhrenförmigen Solarkollektors besteht aus denselben Elementen, die relativ einfach auszutauschen sind.

Vorteile:

• geringer Wärmeverlust;
• Fähigkeit, bei Temperaturen bis zu -30 ° C zu arbeiten;
• effektive Produktivität während der Tageslichtstunden;
• gute Leistung in Gebieten mit gemäßigtem und kaltem Klima;
• geringe Luftströmung, gerechtfertigt durch die Fähigkeit von Rohrsystemen, Luftmassen durch sich selbst zu leiten;
• die Möglichkeit der Erzeugung von Hochtemperaturkühlmittel.

Strukturell hat die röhrenförmige Struktur eine begrenzte Öffnungsfläche.

Es hat folgende Nachteile:

• nicht in der Lage, sich selbst von Schnee, Eis, Raureif zu reinigen;
• hohe Kosten.

Trotz der anfänglich hohen Kosten zahlen sich Rohrkollektoren schneller aus. Sie haben eine lange Lebensdauer.

Röhrenkollektoren sind offene Solarsysteme und daher nicht für den ganzjährigen Einsatz in Heizungssystemen geeignet (+).

Flache geschlossene Systeme

Der Flachkollektor besteht aus einem Aluminiumrahmen, einer speziellen Absorptionsschicht - einem Absorber, einer transparenten Beschichtung, einer Rohrleitung und einer Heizung.

Als Absorber wird geschwärztes Kupferblech verwendet, das sich durch Wärmeleitfähigkeit auszeichnet, die sich ideal zur Erzeugung von Sonnensystemen eignet. Wenn Sonnenenergie vom Absorber absorbiert wird, wird die von ihm empfangene Sonnenenergie auf das Kühlmittel übertragen, das durch das Rohrsystem neben dem Absorber zirkuliert.

Außen ist die geschlossene Platte durch eine transparente Beschichtung geschützt. Es besteht aus stoßfestem gehärtetem Glas mit einem Durchlassbereich von 0,4 bis 1,8 Mikrometern. Dieser Bereich erklärt die maximale Sonneneinstrahlung. Stoßfestes Glas bietet guten Schutz gegen Hagel. Auf der Rückseite ist die gesamte Platte zuverlässig isoliert.

Flache Solarkollektoren bieten maximale Leistung und einfache Konstruktion. Ihr Wirkungsgrad wird durch die Verwendung eines Absorbers erhöht. Sie sind in der Lage, gestreutes und direktes Sonnenlicht einzufangen.

Die Liste der Vorteile geschlossener Flachbildschirme umfasst:

• Einfachheit des Designs;
• gute Leistung in Regionen mit warmem Klima;
• die Fähigkeit, mit Vorrichtungen zum Ändern des Neigungswinkels in jedem Winkel zu installieren;
• die Fähigkeit, sich selbst von Schnee und Raureif zu reinigen;
• niedriger Preis.

Flache Solarkollektoren sind besonders vorteilhaft, wenn ihre Anwendung bereits in der Entwurfsphase geplant ist. Die Lebensdauer von Qualitätsprodukten beträgt 50 Jahre.

Die Nachteile umfassen:

• hoher Wärmeverlust;
• schweres Gewicht;
• hoher Luftwiderstand beim Platzieren von Paneelen in einem Winkel zum Horizont;
• Leistungsbeschränkungen bei Temperaturunterschieden von mehr als 40 ° C.

Der Umfang geschlossener Kollektoren ist viel größer als bei offenen Solaranlagen. Im Sommer können sie den Bedarf an heißem Wasser voll decken. An kühlen Tagen, die während der Heizperiode nicht von den öffentlichen Versorgungsunternehmen berücksichtigt werden, können sie anstelle von Gas- und Elektroheizungen arbeiten.

Für diejenigen, die es wünschen einen Sonnenkollektor bauen Wir empfehlen Ihnen, sich mit Ihren eigenen Händen für ein Heizgerät im Land mit bewährten Schemata und schrittweisen Montageanleitungen vertraut zu machen.

Vergleich der Eigenschaften von Solarkollektoren

Der wichtigste Indikator für einen Solarkollektor ist der Wirkungsgrad. Die nützliche Leistung von Solarkollektoren unterschiedlicher Bauart hängt von der Temperaturdifferenz ab. Gleichzeitig sind Flachkollektoren viel billiger als Rohrkollektoren.

Wirkungsgrade hängen von der Qualität der Herstellung des Solarkollektors ab. Der Zweck des Diagramms besteht darin, die Wirksamkeit der Verwendung verschiedener Systeme in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz zu zeigen.

Bei der Auswahl eines Solarkollektors sollten einige Parameter berücksichtigt werden, die den Wirkungsgrad und die Leistung des Geräts anzeigen.

Für Solarkollektoren gibt es mehrere wichtige Merkmale:

• Adsorptionskoeffizient - zeigt das Verhältnis der absorbierten Energie zur Gesamtenergie;
• Emissionsfaktor - zeigt das Verhältnis von übertragener Energie zu absorbierter Energie;
• Gesamt- und Öffnungsfläche;
• Effizienz.

Der Öffnungsbereich ist der Arbeitsbereich des Solarkollektors. In einem flachen Kollektor ist die Aperturfläche maximal. Die Aperturfläche entspricht der Fläche des Absorbers.

Möglichkeiten zum Anschluss an das Heizsystem

Da solarbetriebene Geräte keine stabile Stromversorgung rund um die Uhr bieten können, ist ein System erforderlich, das diesen Mängeln standhält.

Für Zentralrussland können Solargeräte keine stetige Energieversorgung garantieren und werden daher als zusätzliches System eingesetzt. Die Integration in das bestehende Heizungs- und Warmwassersystem unterscheidet sich für den Solarkollektor und das Solarpanel.

Wassersammelkreislauf

Je nach Verwendungszweck des Wärmekollektors werden unterschiedliche Verbindungssysteme verwendet. Es gibt verschiedene Möglichkeiten:

1. Sommeroption für heißes Wasser
2. Winteroption zum Heizen und Warmwasser

Die Sommeroption ist die einfachste und kann sogar auskommen Umwälzpumpemit natürlicher Wasserzirkulation.

Das Wasser wird im Solarkollektor erwärmt und gelangt aufgrund der Wärmeausdehnung in den Speicher oder Kessel. In diesem Fall tritt eine natürliche Zirkulation auf: Kaltes Wasser wird an die Stelle von heißem Wasser aus dem Tank gesaugt.

Im Winter ist bei niedrigen Temperaturen eine direkte Erwärmung des Wassers nicht möglich. Ein spezielles Frostschutzmittel zirkuliert in einem geschlossenen Kreislauf und sorgt für die Wärmeübertragung vom Kollektor zum Wärmetauscher im Tank

Wie jedes System, das auf natürlicher Zirkulation basiert, arbeitet es nicht sehr effizient und erfordert die Einhaltung der notwendigen Verzerrungen. Außerdem muss der Speichertank höher sein als der Solarkollektor. Um das Wasser so lange wie möglich zu halten, muss der heiße Tank sorgfältig isoliert werden.

Wenn Sie wirklich den effizientesten Betrieb des Solarkollektors erzielen möchten, ist das Anschlussschema kompliziert.

Um zu verhindern, dass sich der Kollektor nachts in einen Kühler verwandelt, muss die Wasserzirkulation gewaltsam gestoppt werden

Nicht gefrierendes Kühlmittel zirkuliert durch das Solarkollektorsystem. Die erzwungene Zirkulation wird durch eine Pumpe bereitgestellt, die von einer Steuerung gesteuert wird.

Die Steuerung steuert den Betrieb der Umwälzpumpe anhand der Messwerte von mindestens zwei Temperatursensoren. Der erste Sensor misst die Temperatur im Speicher, der zweite - an der Zuleitung des heißen Wärmeträgers des Solarkollektors.

Sobald die Temperatur im Tank die Temperatur des Kühlmittels im Kollektor überschreitet, schaltet die Steuerung die Umwälzpumpe aus und stoppt die Umwälzung des Kühlmittels durch das System. Wenn wiederum die Temperatur im Lagertank unter einen vorgegebenen Wert fällt, wird der Heizkessel eingeschaltet.

Mit einem neuen Wort und einer effektiven Alternative zu Solarkollektoren mit Kühlmittel, Stahlsystemen mit Vakuumröhren, mit dem Funktionsprinzip und den Geräten, die wir kennenlernen möchten.

Solarstromkreis

Es wäre verlockend, ein ähnliches anzuwenden Solaranschlussplan an das Stromnetz, wie es beim Solarkollektor der Fall ist, die pro Tag empfangene Energie akkumulieren. Leider ist es sehr teuer, einen Akku mit ausreichender Kapazität für das Stromversorgungssystem eines Privathauses herzustellen. Daher ist das Verbindungsdiagramm wie folgt.

Mit einer Verringerung der Leistung des elektrischen Stroms aus der Solarbatterie stellt die ABP-Einheit (automatische Einbeziehung der Reserve) die Verbindung der Verbraucher zu einem gemeinsamen Stromnetz sicher

Von Sonnenkollektoren geht die Ladung an den Laderegler, der mehrere Funktionen erfüllt: Er sorgt für ein konstantes Aufladen der Batterien und stabilisiert die Spannung. Ferner wird der elektrische Wechselstrom dem Wechselrichter zugeführt, wo die Umwandlung von Gleichstrom 12 V oder 24 V in einphasigen Wechselstrom 220 V erfolgt.

Leider sind unsere Stromnetze nicht für die Aufnahme von Energie geeignet, sondern können nur in eine Richtung von einer Quelle zum Verbraucher arbeiten. Aus diesem Grund können Sie den erzeugten Strom nicht verkaufen oder den Zähler zumindest in die entgegengesetzte Richtung drehen lassen.

Die Verwendung von Solarmodulen ist insofern vorteilhaft, als sie eine vielseitigere Energieform bieten, gleichzeitig aber nicht in ihrer Effizienz mit Solarkollektoren verglichen werden können. Letztere können jedoch im Gegensatz zu Solar-Photovoltaik-Batterien keine Energie akkumulieren.

Beispiel zur Berechnung der benötigten Leistung

Bei der Berechnung der erforderlichen Leistung des Solarkollektors ist es sehr oft falsch, Berechnungen basierend auf der einfallenden Sonnenenergie in den kältesten Monaten des Jahres durchzuführen.

Tatsache ist, dass in den verbleibenden Monaten des Jahres das gesamte System ständig überhitzt. Die Temperatur des Kühlmittels im Sommer am Ausgang des Sonnenkollektors kann durch Erhitzen von Dampf oder Gas, 120 ° C Frostschutzmittel und 150 ° C Wasser 200 ° C erreichen. Wenn das Kühlmittel kocht, verdunstet es teilweise. Infolgedessen muss es ersetzt werden.

Hersteller empfehlen, von folgenden Zahlen auszugehen:

• Bereitstellung einer Warmwasserversorgung von nicht mehr als 70%;
• Bereitstellung eines Heizsystems von nicht mehr als 30%.

Der Rest der notwendigen Wärme sollte von Standardheizgeräten erzeugt werden. Mit solchen Indikatoren pro Jahr werden jedoch durchschnittlich etwa 40% der Heizungs- und Warmwasserversorgung eingespart.

Die von einer Röhre des Vakuumsystems erzeugte Leistung hängt von der geografischen Lage ab. Die Rate der Sonnenenergie fällt pro Jahr auf 1 m² Land heißt Sonneneinstrahlung.

Wenn Sie die Länge und den Durchmesser des Rohrs kennen, können Sie die Öffnung berechnen - die effektive Absorptionsfläche. Es bleibt, die Absorptions- und Emissionsfaktoren anzuwenden, um die Kapazität eines Rohrs pro Jahr zu berechnen.

Berechnungsbeispiel:

Die Standardlänge des Rohrs beträgt 1800 mm, effektiv - 1600 mm. Durchmesser 58 mm. Blende - ein schattierter Bereich, der von der Röhre erzeugt wird. Somit ist die Fläche des Schattenrechtecks:

S = 1,6 · 0,058 = 0,0928 m²

Der Wirkungsgrad der durchschnittlichen Röhre beträgt 80%, die Sonneneinstrahlung für Moskau beträgt ca. 1170 kWh / m² Im Jahr. Somit wird eine Röhre pro Jahr produziert:

W = 0,0928 · 1170 · 0,8 = 86,86 kW · h

Es ist zu beachten, dass dies eine sehr grobe Schätzung ist. Die Menge der erzeugten Energie hängt von der Ausrichtung der Anlage, dem Winkel, der durchschnittlichen Jahrestemperatur usw. ab.

Mit allen Arten alternative Energiequellen und Möglichkeiten, sie zu verwenden, finden Sie im Artikel.

Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema

Video # 1. Demonstration der Wirkung des Sonnenkollektors im Winter:

Video # 2. Vergleich verschiedener Modelle von Solarkollektoren:

Während ihrer eigenen Existenz wird die Menschheit jedes Jahr mehr und mehr Energie verbraucht. Versuche, freie Sonnenstrahlung zu nutzen, wurden lange Zeit unternommen, aber erst seit kurzem ist es möglich, die Sonne in unseren Breiten effektiv zu nutzen. Es besteht kein Zweifel, dass die Zukunft bei Sonnensystemen liegt.

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