Solarno grijanje privatne kuće: mogućnosti i dijagrami uređaja

Korištenje „zelene“ energije koju daju prirodni elementi može značajno smanjiti troškove komunalnih usluga. Na primjer, uredite solarno grijanje privatne kuće, opskrbit ćete radijatorima i sustavima podnog grijanja s praktički besplatnom rashladnom tekućinom. Slažete se, ovo je ušteda.

Sve o „zelenim tehnologijama“ naučit ćete iz našeg članka. Uz našu pomoć možete lako shvatiti sorte solarnih instalacija, kako ih organizirati i specifičnosti rada. Sigurno će vas zanimati jedna od popularnih opcija koje se intenzivno rade u svijetu, ali do sada nisu previše popularne kod nas.

U pregledu koji je predstavljen vašoj pažnji analiziraju se dizajnerske značajke sustava, detaljno su opisani dijagrami povezivanja. Daje se primjer izračuna kruga solarnog grijanja za procjenu stvarnosti njegove konstrukcije. Za pomoć neovisnim majstorima u prilogu su kolekcije fotografija i videozapisa.

Tehnologije zelene topline

Prosjek 1 m² Površina zemlje prima 161 vatu solarne energije na sat. Naravno, na ekvatoru će ta brojka biti mnogostruko veća nego na Arktiku. Uz to, gustoća sunčevog zračenja ovisi o doba godine.

Intenzitet sunčevog zračenja u prosincu-siječnju u moskovskoj se regiji razlikuje od maja do srpnja za više od pet puta. Međutim, moderni su sustavi toliko učinkoviti da mogu raditi gotovo svuda na zemlji.

Moderni solarni sustavi mogu učinkovito raditi u oblačnom i hladnom vremenu do -30 ° C

Zadatak upotrebe energija sunčevog zračenja maksimalna učinkovitost je riješena na dva načina: izravnim grijanjem u termičkim kolektorima i solarnim fotonaponskim baterijama.Solarni paneli prvo pretvaraju energiju sunčevih zraka u električnu energiju, a zatim je putem posebnog sustava prenose na potrošače, poput električnog kotla.

Kolektori topline, zagrijani djelovanjem sunčeve svjetlosti, zagrijavaju rashladno sredstvo sustava grijanja i opskrbu toplom vodom.

Toplinski kolektori dolaze u nekoliko oblika, uključujući otvorene i zatvorene sustave, ravne i sferne strukture, hemisferne kolektore, koncentratore i mnoge druge mogućnosti. Toplinska energija dobijena od solarnih kolektora koristi se za zagrijavanje tople vode ili grijaćeg medija.

Širok spektar industrija proizvodi raznovrsne sustave za uključivanje u neovisnu mrežu grijanja. Međutim, najjednostavnija opcija za ljetnu rezidenciju je jednostavno napraviti sa svojim vlastitim:

Unatoč jasnom napretku u razvoju rješenja za prikupljanje, skladištenje i korištenje solarne energije, postoje i prednosti i nedostaci.

Učinkovito korištenje solarne energije

Najočitija prednost korištenja solarne energije je opća dostupnost. U stvari, čak i u najmračnijim i oblačnim vremenima, solarna energija se može sakupljati i koristiti.

Drugi plus je nula emisija. Zapravo, to je ekološki najprirodniji i najprirodniji oblik energije. Solarni paneli a sakupljači ne stvaraju buku. U većini slučajeva ugrađuju se na krovove zgrada bez zauzimanja korisne površine prigradskog područja.

Učinkovitost solarnog grijanja na našim zemljopisnim širinama prilično je niska, zbog nedovoljnog broja sunčanih dana za redovan rad sustava (+)

Nedostaci povezani s korištenjem sunčeve energije su nepromjenljivost osvjetljenja. U mraku se nema što skupljati, situaciju pogoršava činjenica da vrhunac sezone grijanja pada na najkraće dnevno svjetlo u godini. Potrebno je pratiti optičku čistoću ploča, manje onečišćenje oštro smanjuje učinkovitost.

Uz to, ne može se reći da je rad sustava na solarnu energiju potpuno besplatan, da postoje stalni troškovi za amortizaciju opreme, rad cirkulacijske crpke i upravljačku elektroniku.

Značajan nedostatak grijanja temeljen na korištenju solarnih kolektora je nemogućnost skladištenja toplinske energije. U krug je uključen samo ekspanzijski spremnik (+)

Otvoreni solarni kolektori

Otvoreni solarni kolektor sustav je cijevi koje su nezaštićene od vanjskih utjecaja, kroz koje cirkulira nosač topline izravno zagrijan od sunca.

Voda, plin, zrak, antifriz koriste se kao nosači topline. Cijevi su ili montirane na potpornoj ploči u obliku zavojnice, ili su spojene u paralelnim redovima s izlaznom cijevi.

Solarni kolektori otvorenog tipa nisu u mogućnosti nositi se s grijanjem privatne kuće. Zbog nedostatka izolacije, rashladno sredstvo se brzo hladi. Koriste se ljeti uglavnom za zagrijavanje vode u tuševima ili bazenima

Otvoreni kolektori obično nemaju izolaciju. Dizajn je vrlo jednostavan, stoga ima nizak trošak i često se izrađuje samostalno.

Zbog nedostatka izolacije, oni praktički ne čuvaju energiju dobivenu od sunca, a karakterizira ih mala učinkovitost. Oni se uglavnom koriste ljeti za zagrijavanje vode u bazenima ili ljetnim tuševima.

Instaliraju se u sunčanim i toplim područjima, s malim razlikama u temperaturi okoline i grijanoj vodi. Dobro djeluju samo po sunčanom, mirnom vremenu.

Najjednostavniji solarni kolektor s hladnjakom napravljenim od zaljeva polimernih cijevi osigurat će opskrbu grijanom vodom u kućici za navodnjavanje i kućne potrebe

Tubularni razdjelnici

Cjevasti solarni kolektori sastavljaju se iz zasebnih cijevi duž kojih vode, plin ili para. Ovo je jedna od sorti otvorenih heliosustava. Međutim, rashladno sredstvo je već mnogo bolje zaštićeno od vanjskih negativnih izvora. Osobito u vakum instalacijama postavljenim na principu termoza.

Svaka cijev je odvojeno spojena na sustav, paralelno jedna s drugom. Ako jedna cijev ne uspije, lako je zamijeniti je novom. Cjelokupna konstrukcija može se sastaviti izravno na krovu zgrade, što uvelike olakšava ugradnju.

Cjevasti razdjelnik ima modularnu strukturu. Glavni element je vakuumska cijev, broj cijevi varira od 18 do 30, što vam omogućuje da točno odaberete snagu sustava

Važan plus cevastih solarnih kolektora je cilindrični oblik glavnih elemenata, zbog kojeg se solarno zračenje hvata tijekom cijelog dana bez upotrebe skupih sustava za praćenje kretanja sunca.

Posebni višeslojni premaz stvara svojevrsnu optičku zamku za sunčevu svjetlost. Dijagram djelomično prikazuje vanjski zid vakuumske žarulje koji odražava zrake na zidovima unutarnje žarulje (+)

Prema dizajnu cijevi, razlikuju se pero i koaksijalni solarni kolektori.

Koaksijalna cijev je Dyayur posuda ili poznati termos. Napravljene su od dviju tikvica između kojih se izbaci zrak. Visoko selektivni premaz koji učinkovito apsorbira solarnu energiju nanosi se na unutarnju površinu unutarnje žarulje.

Cilindričnim oblikom cijevi sunčeve zrake uvijek padaju okomito na površinu

Toplinska energija iz unutarnjeg selektivnog sloja prenosi se u toplinsku cijev ili unutarnji izmjenjivač topline s aluminijskih ploča. U ovoj fazi dolazi do neželjenih gubitaka topline.

Perutna cijev je stakleni cilindar sa umetnutom pero apsorberom.

Ime je sustav dobio po apsorberu pera koji se čvrsto omota oko toplinskog kanala izrađenog od metala koji provodi toplinu

Za dobru toplinsku izolaciju, zrak se izvlači iz cijevi. Prijenos topline iz apsorbera odvija se bez gubitaka, pa je i učinkovitost perastih cijevi veća.

Prema metodi prijenosa topline, postoje dva sustava: jednokratni i s toplinskom cijevi. Termotuba je zatvorena posuda s isparljivom tekućinom.

Budući da hlapljiva tekućina prirodno teče do dna toplinske cijevi, najmanji kut nagiba je 20 ° C

Unutar termoepruve nalazi se isparljiva tekućina koja apsorbira toplinu iz unutarnje stijenke tikvice ili iz apsorbera perja. Pod utjecajem temperature tekućina ključa i diže se u obliku pare. Nakon prenosa topline u medij za grijanje ili toplu vodu, para se kondenzira u tekućinu i odvodi se prema dolje.

Kao hlapljiva tekućina, voda se često koristi pri niskom tlaku. U sustavu s izravnim protokom koristi se cijev u obliku slova U, kroz koju cirkulira voda ili medij za grijanje.

Jedna polovica cijevi u obliku slova U dizajnirana je za hladnu rashladnu tekućinu, druga uklanja grijanu. Kada se zagrijava, rashladno sredstvo se širi i ulazi u spremnik, osiguravajući prirodnu cirkulaciju. Kao i u slučaju sa sustavima s termo-cijevi, minimalni kut nagiba treba biti najmanje 20 °.

Sa priključkom s izravnim protokom, tlak u sustavu ne može biti visok, jer unutar tikvice postoji tehnički vakuum

Sustavi s izravnim protokom učinkovitiji su jer odmah zagrijavaju rashladno sredstvo. Ako se sustavi solarnih kolektora planiraju koristiti tijekom cijele godine, u njih se ubacuju posebni antifrizi.

Uporaba cevastih solarnih kolektora ima nekoliko prednosti i nedostataka. Dizajn cevastog solarnog kolektora sastoji se od istih elemenata koje je relativno lako zamijeniti.

prednosti:

• mali gubici topline;
• sposobnost rada na temperaturama do -30⁰S;
• učinkovita produktivnost tijekom dnevnog svjetla;
• dobre performanse u područjima s umjerenom i hladnom klimom;
• niska okretnost, opravdana sposobnošću cjevastih sustava da prolaze zračne mase kroz sebe;
• mogućnost proizvodnje rashladne tekućine na visokoj temperaturi.

U strukturnom smislu, cjevasta struktura ima ograničenu površinu otvora.

Ima sljedeće nedostatke:

• nije sposoban za samočišćenje od snijega, leda, smrzavanja;
• visoki trošak.

Unatoč prvobitno visokim cijenama, cijevni kolektori se brže isplaćuju. Imaju dug životni vijek.

Cijevni kolektori su solarni sustavi otvorenog tipa, stoga nisu prikladni za cjelogodišnju upotrebu u sustavima grijanja (+)

Ravno zatvoreni sustavi

Ravni kolektor sastoji se od aluminijskog okvira, posebnog upijajućeg sloja - apsorbera, prozirnog premaza, cjevovoda i grijača.

Kao apsorber koristi se zatamnjeni bakreni lim koji karakterizira toplinska vodljivost idealna za stvaranje solarnih sustava. Kad se sunčeva energija apsorbira, solarna energija koja je primljena prenosi se u rashladno sredstvo koje cirkulira kroz cijevni sustav pokraj apsorbera.

S vanjske strane zatvorena ploča zaštićena je prozirnim premazom. Izrađen je od otpornog kaljenog stakla sa propusnim opsegom 0,4-1,8 mikrona. Ovaj raspon iznosi maksimalno sunčevo zračenje. Staklo otporno na udarce pruža dobru zaštitu od tuče. Sa stražnje strane cijela ploča je pouzdano izolirana.

Ravni solarni kolektori nude maksimalne performanse i jednostavnu konstrukciju. Njihova se učinkovitost povećava zahvaljujući upotrebi apsorbera. Sposobni su snimati raspršenu i izravnu sunčevu svjetlost.

Popis prednosti zatvorenih ravnih ploča uključuje:

• jednostavnost dizajna;
• dobre performanse u regijama s toplom klimom;
• mogućnost ugradnje pod bilo kojim kutom s uređajima za promjenu kuta nagiba;
• sposobnost samočišćenja od snijega i smrzavanja;
• niska cijena.

Ravni solarni kolektori posebno su povoljni ako se njihova primjena planira u fazi projektiranja. Vijek trajanja kvalitetnih proizvoda je 50 godina.

Nedostaci uključuju:

• visoki gubici topline;
• velika težina;
• visoka okretnost pri postavljanju ploča pod kutom prema horizontu;
• ograničenja performansi s temperaturnim razlikama većim od 40 ° C.

Opseg zatvorenih kolektora mnogo je širi od solarnih instalacija otvorenog tipa. Ljeti su u stanju u potpunosti zadovoljiti potrebe za toplom vodom. U hladnim danima, koje nisu uključene u javne službe tijekom sezone grijanja, mogu raditi umjesto plinskih i električnih grijača.

Onima koji to žele napraviti solarni kolektor vlastitim rukama za grijaćim uređajem u zemlji, predlažemo da se upoznate s provjerenim shemama i detaljnim uputama za montažu.

Usporedba karakteristika solarnih kolektora

Najvažniji pokazatelj solarnog kolektora je učinkovitost. Korisne performanse različitih solarnih kolektora u dizajnu ovise o temperaturnoj razlici. Istodobno, ravni sakupljači mnogo su jeftiniji od cevastih.

Vrijednosti učinkovitosti ovise o kvaliteti izrade solarnog kolektora. Svrha grafikona je prikazati učinkovitost korištenja različitih sustava ovisno o temperaturnoj razlici.

Prilikom odabira solarnog kolektora, vrijedi obratiti pažnju na niz parametara koji prikazuju učinkovitost i snagu uređaja.

Nekoliko je važnih karakteristika za solarne kolektore:

• koeficijent adsorpcije - pokazuje omjer apsorbirane energije prema ukupnom;
• faktor emisije - pokazuje omjer prenesene energije i apsorbirane;
• ukupna i otvor blende;
• Učinkovitost.

Područje otvora je radno područje solarnog kolektora. U ravnom kolektoru područje otvora je maksimalno. Površina otvora jednaka je površini apsorbera.

Načini spajanja na sustav grijanja

Budući da uređaji sa solarnim pogonom ne mogu osigurati stabilno i non-stop napajanje, potreban je sustav otporan na ove nedostatke.

U središnjoj Rusiji, solarni uređaji ne mogu jamčiti neprekidnu opskrbu energijom, pa se koriste kao dodatni sustav. Ugradnja u postojeći sustav grijanja i tople vode različita je za solarni kolektor i solarnu ploču.

Krug kolektora vode

Različiti sustavi povezivanja koriste se ovisno o namjeni korištenja kolektora topline. Možda postoji nekoliko opcija:

1. Ljetna opcija za toplu vodu
2. Zimska opcija za grijanje i toplu vodu

Ljetna opcija je najjednostavnija i može se učiniti bez čak cirkulacijska pumpakoristeći prirodnu cirkulaciju vode.

Voda se zagrijava u solarnom kolektoru i zbog toplinske ekspanzije ulazi u spremnik ili bojler. U tom slučaju dolazi do prirodne cirkulacije: hladna voda se usisava na mjesto tople vode iz spremnika.

Zimi, pri niskim temperaturama, izravno grijanje vode nije moguće. Poseban antifriz cirkulira u zatvorenom krugu, osiguravajući prijenos topline od kolektora do izmjenjivača topline u spremniku

Kao i svaki sustav temeljen na prirodnoj cirkulaciji, on ne radi vrlo učinkovito, zahtijevajući poštivanje potrebnih pristranosti. Osim toga, spremnik mora biti viši od solarnog kolektora. Da bi se zadržala voda što je duže moguće, spremnik za vruće mora biti pažljivo izoliran.

Ako želite doista postići najučinkovitiji rad solarnog kolektora, shema povezivanja je komplicirana.

Da biste spriječili da se kolektor noću pretvara u radijator za hlađenje, potrebno je prisilno zaustaviti cirkulaciju vode

Sredstvo za hlađenje bez smrzavanja cirkulira kroz sustav solarnih kolektora. Prisilnu cirkulaciju osigurava crpka kojom upravlja kontroler.

Regulator upravlja radom cirkulacijske crpke na temelju očitavanja najmanje dva osjetnika temperature. Prvi senzor mjeri temperaturu u spremniku, drugi - na opskrbnoj cijevi vrućeg nosača topline solarnog kolektora.

Čim temperatura u spremniku premaši temperaturu rashladne tekućine, u kolektoru regulator isključuje cirkulacijsku pumpu, zaustavljajući cirkulaciju rashladne tekućine kroz sustav. Zauzvrat, kada temperatura u spremniku padne ispod unaprijed određene vrijednosti, uključuje se grijaći kotao.

S novom riječju i učinkovitom alternativom solarnim kolektorima s rashladnom tekućinom, čeličnim sustavima sa vakuumske cijevi, s principom rada i uređajima s kojima predlažemo da se upoznamo.

Solarni krug

Bilo bi primamljivo primijeniti slično dijagram solarne veze do električne mreže, kao što je slučaj u solarnom kolektoru, akumulirajući dnevno primljenu energiju. Nažalost, stvoriti bateriju dovoljno kapaciteta za sustav napajanja privatne kuće vrlo je skupo. Stoga je dijagram veze sljedeći.

Uz smanjenje snage električne struje iz solarne baterije, ABP jedinica (automatsko uključivanje rezerve) osigurava povezivanje potrošača u zajedničku električnu mrežu

Od solarnih panela naboj ide do regulatora naboja koji obavlja nekoliko funkcija: omogućuje stalno punjenje baterija i stabilizira napon. Nadalje, električna struja se dovodi do pretvarača, gdje je pretvaranje istosmjerne struje 12V ili 24V u izmjeničnu jednofaznu struju 220V.

Nažalost, naše električne mreže nisu prilagođene za primanje energije, već mogu raditi samo u jednom smjeru od izvora do potrošača. Iz tog razloga nećete moći prodati proizvedenu električnu energiju ili barem natjerati brojilo da se vrti u suprotnom smjeru.

Upotreba solarnih panela blagotvorna je time što daju svestraniji oblik energije, ali istodobno se po učinkovitosti ne mogu uspoređivati ​​sa solarnim kolektorima. Međutim, potonji nemaju sposobnost akumuliranja energije, za razliku od solarnih fotonaponskih baterija.

Primjer za izračunavanje potrebne snage

Prilikom izračunavanja potrebne snage solarnog kolektora vrlo je često pogrešno izračun na temelju dolazne solarne energije u najhladnijim mjesecima u godini.

Činjenica je da će se u ostalim mjesecima u godini cijeli sustav neprestano pregrijavati. Ljeti temperatura rashladne tekućine na izlazu iz solarnog kolektora može doseći 200 ° C zagrijavanjem pare ili plina, 120 ° C antifriza, 150 ° C vode. Ako rashladno sredstvo zakuha, djelomično će ispariti. Zbog toga će ga morati zamijeniti.

Proizvođači preporučuju polaziti od sljedećih podataka:

• pružanje tople vode ne više od 70%;
• osiguravajući sustav grijanja ne veći od 30%.

Ostatak potrebne topline trebao bi se proizvoditi pomoću standardne opreme za grijanje. Ipak, s takvim pokazateljima godišnje, u grijanju i opskrbi toplom vodom u prosjeku se uštedi oko 40%.

Snaga koju stvara jedna cijev vakuumskog sustava ovisi o zemljopisnom položaju. Stopa solarne energije koja pada godišnje na 1 m² zemlja se naziva insolacija.

Znajući duljinu i promjer cijevi, možete izračunati otvor - efektivno područje apsorpcije. Ostaje primjena faktora apsorpcije i emisije kako bi se izračunao kapacitet jedne cijevi godišnje.

Primjer izračuna:

Standardna duljina cijevi je 1800 mm, učinkovita - 1600 mm. Promjer 58 mm. Otvor - zasjenjeno područje koje stvara cijev. Dakle, područje pravokutnika sjene je:

S = 1,6 * 0,058 = 0,028 m²

Učinkovitost prosječne cijevi je 80%, solarna insolacija za Moskvu je oko 1170 kWh / m² godišnje. Tako će se godišnje proizvesti jedna cijev:

Š = 0,0288 * 1170 * 0,8 = 86,86kW * h

Treba napomenuti da je ovo vrlo gruba procjena. Količina proizvedene energije ovisi o orijentaciji instalacije, kutu, prosječnoj godišnjoj temperaturi itd.

Sa svim vrstama alternativni izvori energije i načine njihove upotrebe možete pronaći u članku.

Zaključci i korisni video na temu

Video broj 1. Demonstracija djelovanja solarnog kolektora zimi:

Video broj 2. Usporedba različitih modela solarnih kolektora:

Kroz vlastito postojanje čovječanstvo svake godine troši sve više i više energije. Pokušaji korištenja besplatnog sunčevog zračenja počinjali su dugo vremena, ali tek odnedavno postalo je moguće učinkovito koristiti sunce na našim geografskim širinama. Nema sumnje da budućnost leži na solarnim sustavima.

Želite li prijaviti zanimljivosti u organizaciji solarnog grijanja seoske kuće ili vikendice? Napišite komentare u donji blok. Ovdje možete postaviti pitanje, ostaviti fotografiju s prikazom postupka sastavljanja sustava, podijeliti korisne informacije.