Privātmājas saules apkure: iespējas un ierīču diagrammas

Dabas elementu piegādātās "zaļās" enerģijas izmantošana var ievērojami samazināt komunālo pakalpojumu izmaksas. Piemēram, noorganizējot privātmājas saules apsildīšanu, jūs piegādāsit zemas temperatūras radiatorus un apsildāmās grīdas ar praktiski bezmaksas dzesēšanas šķidrumu. Piekrītu, tas ir ietaupījums.

Uzziniet visu par “zaļajām tehnoloģijām” no mūsu raksta. Ar mūsu palīdzību jūs varat viegli izdomāt saules enerģijas instalēšanas veidus, kā tos sakārtot un darbības specifiku. Protams, jūs interesēs viena no populārajām iespējām, kas intensīvi strādā pasaulē, bet līdz šim nav pārāk populāra pie mums.

Pārskatā, kas tika iesniegts jūsu uzmanībai, tiek analizētas sistēmu dizaina iezīmes, detalizēti aprakstītas savienojuma shēmas. Dots piemērs saules apkures loka aprēķināšanai, lai novērtētu tās uzbūves realitāti. Lai palīdzētu neatkarīgiem meistariem, ir pievienotas fotoattēlu kolekcijas un videoklipi.

Zaļā siltuma tehnoloģijas

1 m vidējais² Zemes virsma stundā saņem 161 vatu saules enerģijas. Protams, pie ekvatora šis skaitlis būs daudzreiz lielāks nekā Arktikā. Turklāt saules starojuma blīvums ir atkarīgs no gada laika.

Maskavas reģionā saules starojuma intensitāte decembrī-janvārī atšķiras no maija-jūlija vairāk nekā piecas reizes. Tomēr mūsdienu sistēmas ir tik efektīvas, ka tās var darboties gandrīz visur uz zemes.

Mūsdienu saules sistēmas spēj efektīvi strādāt mākoņainā un aukstā laikā līdz -30 ° C

Lietošanas uzdevums saules starojuma enerģija ar maksimālu efektivitāti tiek atrisināts divos veidos: tieša apkure siltuma kolektoros un saules fotoelementi.Saules paneļi vispirms pārveido saules staru enerģiju elektrībā, pēc tam to caur īpašu sistēmu pārraida patērētājiem, piemēram, ar elektrisko katlu.

Siltuma kolektori, ko silda saules gaisma, silda apkures sistēmu dzesēšanas šķidrumu un karstā ūdens padevi.

Siltuma kolektori ir vairākos veidos, ieskaitot atvērtas un slēgtas sistēmas, plakanas un sfēriskas struktūras, puslodes kolektorus, koncentratorus un daudzas citas iespējas. No saules kolektoriem saņemto siltumenerģiju izmanto karstā ūdens vai sildīšanas līdzekļa sildīšanai.

Plašs nozaru klāsts ražo daudzveidīgas sistēmas iekļaušanai neatkarīgā apkures tīklā. Tomēr visvienkāršāko vasaras rezidences variantu ir viegli izdarīt ar savu:

Neskatoties uz acīmredzamo progresu, izstrādājot risinājumus saules enerģijas savākšanai, uzglabāšanai un izmantošanai, ir priekšrocības un trūkumi.

Efektīva saules enerģijas izmantošana

Acīmredzamākais ieguvums no saules enerģijas izmantošanas ir tā vispārējā pieejamība. Patiesībā pat drūmākajos un duļķainākajos laikos saules enerģiju var savākt un izmantot.

Otrais plus ir nulles izmeši. Faktiski šī ir videi draudzīgākā un dabiskākā enerģijas forma. Saules paneļi un kolekcionāri neizraisa troksni. Vairumā gadījumu tie tiek uzstādīti uz ēku jumtiem, neaizņemot piepilsētas zonas izmantojamo platību.

Saules sildīšanas efektivitāte mūsu platuma grādos ir diezgan zema, jo sistēmas regulārai darbībai nepietiek saulainu dienu (+)

Trūkumi, kas saistīti ar saules enerģijas izmantošanu, ir apgaismojuma nepastāvība. Tumsā nav ko savākt, situāciju pasliktina fakts, ka apkures sezonas maksimums iekrīt gada īsākajās dienasgaismas stundās. Ir jāuzrauga paneļu optiskā tīrība, neliels piesārņojums strauji samazina efektivitāti.

Turklāt nevar teikt, ka sistēmas darbība ar saules enerģiju ir pilnīgi bez maksas, pastāv pastāvīgas izmaksas par aprīkojuma nolietojumu, cirkulācijas sūkņa un vadības elektronikas darbību.

Būtisks apkures trūkums, pamatojoties uz saules kolektoru izmantošanu, ir nespēja uzglabāt siltumenerģiju. Ķēdē ir iekļauta tikai izplešanās tvertne (+)

Atvērtie saules kolektori

Atvērts saules kolektors ir caurulīšu sistēma, kas nav aizsargāta no ārējām ietekmēm un caur kuru cirkulē siltumnesējs, kuru tieši apsilda saule.

Kā siltumnesēju izmanto ūdeni, gāzi, gaisu, antifrīzu. Caurules ir vai nu uzstādītas uz atbalsta paneļa spoles veidā, vai arī ir savienotas paralēlās rindās ar izplūdes cauruli.

Atvērtā tipa saules kolektori nespēj tikt galā ar privātmājas apkuri. Izolācijas trūkuma dēļ dzesēšanas šķidrums ātri atdziest. Tos vasarā izmanto galvenokārt ūdens sildīšanai dušās vai baseinos

Atvērtiem kolektoriem parasti nav izolācijas. Dizains ir ļoti vienkāršs, tāpēc tam ir zemas izmaksas un tas bieži tiek izgatavots neatkarīgi.

Izolācijas trūkuma dēļ tie praktiski nesaglabā no saules saņemto enerģiju, un tiem raksturīga zema efektivitāte. Tos galvenokārt izmanto vasarā, lai sildītu ūdeni baseinos vai vasaras dušās.

Tie ir uzstādīti saulainā un siltā reģionā, ar nelielām atšķirībām apkārtējā temperatūrā un karstā ūdenī. Viņi labi darbojas tikai saulainā, mierīgā laikā.

Vienkāršākais saules kolektors ar siltuma izlietni, kas izgatavota no polimēru cauruļu nodalījuma, nodrošinās siltā ūdens piegādi vasarnīcai apūdeņošanai un sadzīves vajadzībām

Cauruļveida kolektori

Cauruļveida saules kolektori ir samontēti no atsevišķām caurulēm, pa kurām tek ūdens, gāze vai tvaiks. Šī ir viena no atvērto heliosistēmu šķirnēm. Tomēr dzesēšanas šķidrums jau ir daudz labāk aizsargāts no ārējā negatīvā. Īpaši vakuuma iekārtās, kas sakārtotas pēc termosa principa.

Katra caurule ir savienota ar sistēmu atsevišķi, paralēli viena otrai. Ja viena caurule neizdodas, to ir viegli nomainīt pret jaunu. Visu struktūru var salikt tieši uz ēkas jumta, kas ievērojami atvieglo uzstādīšanu.

Cauruļveida kolektoram ir modulāra struktūra. Galvenais elements ir vakuuma caurule, cauruļu skaits svārstās no 18 līdz 30, kas ļauj precīzi izvēlēties sistēmas jaudu

Svars plus cauruļveida saules kolektoriem ir galveno elementu cilindriskā forma, kā dēļ saules starojums tiek uztverts visas dienas garumā, neizmantojot dārgas sekošanas sistēmas saules kustībai.

Īpašs daudzslāņu pārklājums rada sava veida saules gaismas optisko slazdu. Diagramma daļēji parāda vakuuma spuldzes ārējo sienu, kas atspoguļo starus uz iekšējās spuldzes sienām (+)

Saskaņā ar cauruļu dizainu izšķir spalvu un koaksiālos saules kolektorus.

Koaksiālā caurule ir Dyayur trauks vai pazīstams termoss. Izgatavots no divām kolbām, starp kurām tiek izsūknēts gaiss. Uz iekšējās spuldzes iekšējās virsmas tiek uzklāts ļoti selektīvs pārklājums, kas efektīvi absorbē saules enerģiju.

Ar caurules cilindrisko formu saules stari vienmēr krīt perpendikulāri virsmai

Siltumenerģija no iekšējā selektīvā slāņa no alumīnija plāksnēm tiek nodota siltuma caurulei vai iekšējam siltummainim. Šajā posmā rodas nevēlami siltuma zudumi.

Spalvas caurule ir stikla cilindrs, kura iekšpusē ir ievietots spalvu absorbētājs.

Sistēma savu nosaukumu ieguva no spalvu absorbētāja, kas cieši aptin ap siltuma vadu, kas izgatavots no siltumvadoša metāla

Lai nodrošinātu labu siltumizolāciju, no caurules tiek izsūknēts gaiss. Siltuma pārnese no absorbētāja notiek bez zaudējumiem, tāpēc spalvu cauruļu efektivitāte ir augstāka.

Saskaņā ar siltuma pārneses metodi ir divas sistēmas: vienreizēja un ar siltuma cauruli. Termotīkla ir noslēgts trauks ar gaistošu šķidrumu.

Tā kā gaistošais šķidrums dabiski plūst uz siltuma caurules dibena, minimālais slīpuma leņķis ir 20 ° C

Termotēkla iekšpusē ir gaistošs šķidrums, kas absorbē siltumu no kolbas iekšējās sienas vai no spalvu absorbētāja. Temperatūras ietekmē šķidrums vārās un paaugstinās tvaika formā. Pēc tam, kad siltums tiek pārnests uz sildīšanas līdzekli vai karstā ūdens padevi, tvaiks kondensējas šķidrumā un plūst uz leju.

Ūdeni kā gaistošu šķidrumu bieži izmanto zemā spiedienā. Tiešās plūsmas sistēmā tiek izmantota U veida caurule, caur kuru cirkulē ūdens vai sildīšanas līdzeklis.

U-veida caurules viena puse ir paredzēta aukstam dzesēšanas šķidrumam, otrā noņem sakarsēto. Sildot, dzesēšanas šķidrums izplešas un nonāk uzglabāšanas tvertnē, nodrošinot dabisku cirkulāciju. Tāpat kā sistēmās ar termoputēm, minimālajam slīpuma leņķim jābūt vismaz 20⁰.

Izmantojot tiešās plūsmas savienojumu, spiediens sistēmā nevar būt augsts, jo kolbā ir tehnisks vakuums

Tiešās plūsmas sistēmas ir efektīvākas, jo tās nekavējoties silda dzesēšanas šķidrumu. Ja saules kolektoru sistēmas plāno izmantot visu gadu, tad tajās tiek iesūknēti speciāli antifrīzi.

Cauruļveida saules kolektoru izmantošanai ir vairākas priekšrocības un trūkumi. Cauruļveida saules kolektora dizains sastāv no tiem pašiem elementiem, kurus ir salīdzinoši viegli nomainīt.

Priekšrocības:

• zems siltuma zudums;
• spēja strādāt temperatūrā līdz -30⁰С;
• efektīva produktivitāte visu vasaras laiku;
• labs sniegums apgabalos ar mērenu un aukstu klimatu;
• zems blīvums, ko pamato cauruļveida sistēmas spēja iziet gaisa masas caur sevi;
• iespēja ražot dzesēšanas šķidrumu augstā temperatūrā.

Strukturāli cauruļveida struktūrai ir ierobežota atveres virsma.

Tam ir šādi trūkumi:

• nav spējīgs pašattīrīties no sniega, ledus, aizsalšanas;
• augstas izmaksas.

Neskatoties uz sākotnēji augstām izmaksām, cauruļveida kolekcionāri atmaksājas ātrāk. Viņiem ir ilgs kalpošanas laiks.

Cauruļveida kolektori ir atvērtā tipa saules enerģijas sistēmas, tāpēc nav piemēroti apkures sistēmu izmantošanai visu gadu (+)

Plakanas slēgtas sistēmas

Plakano kolektoru veido alumīnija rāmis, īpašs absorbējošais slānis - absorbētājs, caurspīdīgs pārklājums, cauruļvads un sildītājs.

Kā absorbētājs tiek izmantots melnots lokšņu varš, ko raksturo siltumvadītspēja, kas ideāli piemērota saules enerģijas sistēmu izveidošanai. Kad absorbētājs absorbē saules enerģiju, tā saņemtā saules enerģija tiek nodota dzesēšanas šķidrumam, kas cirkulē gar cauruļu sistēmu, kas atrodas blakus absorbētājam.

Ārpusē slēgtais panelis ir aizsargāts ar caurspīdīgu pārklājumu. Tas ir izgatavots no triecienizturīga rūdīta stikla, kura caurlaides josla ir 0,4–1,8 mikroni. Šis diapazons veido maksimālo saules starojumu. Triecienizturīgs stikls nodrošina labu aizsardzību pret krusu. Aizmugurē viss panelis ir ticami izolēts.

Plakanie saules kolektori piedāvā maksimālu veiktspēju un vienkāršu uzbūvi. To efektivitāte tiek palielināta, izmantojot absorbētāju. Viņi spēj uztvert izkliedētu un tiešu saules gaismu.

Slēgtu plakano paneļu priekšrocību sarakstā ietilpst:

• dizaina vienkāršība;
• labs sniegums reģionos ar siltu klimatu;
• spēja uzstādīt jebkurā leņķī ar ierīcēm slīpuma leņķa mainīšanai;
• spēja pašattīrīties no sniega un sasaluma;
• zemu cenu.

Plakanie saules kolektori ir īpaši izdevīgi, ja to lietošana tiek plānota projektēšanas stadijā. Kvalitatīvu produktu kalpošanas laiks ir 50 gadi.

Pie trūkumiem pieder:

• lieli siltuma zudumi;
• smags svars;
• novietojot paneļus leņķī pret horizontu, ir liela slodze;
• veiktspējas ierobežojumi, ja temperatūras atšķirības pārsniedz 40 ° C.

Slēgto kolektoru loks ir daudz plašāks nekā atvērtā tipa saules enerģijas instalācijas. Vasarā viņi spēj pilnībā apmierināt karstā ūdens nepieciešamību. Vēsajās dienās, kuras apkures sezonā neiekļauj komunālie pakalpojumi, tās var strādāt gāzes un elektrisko sildītāju vietā.

Tiem, kas vēlas uztaisīt saules kolektoru ar savām rokām sildīšanas ierīcei valstī mēs iesakām iepazīties ar pārbaudītām shēmām un pakāpeniskām montāžas instrukcijām.

Saules kolektoru raksturlielumu salīdzinājums

Vissvarīgākais saules kolektora rādītājs ir efektivitāte. Dažādu dizainu saules kolektoru lietderīgais sniegums ir atkarīgs no temperatūras starpības. Tajā pašā laikā plakanie kolektori ir daudz lētāki nekā cauruļveida.

Efektivitātes vērtības ir atkarīgas no saules kolektora ražošanas kvalitātes. Diagrammas mērķis ir parādīt dažādu sistēmu izmantošanas efektivitāti atkarībā no temperatūras starpības.

Izvēloties saules kolektoru, ir vērts pievērst uzmanību vairākiem parametriem, kas parāda ierīces efektivitāti un jaudu.

Saules kolektoriem ir vairākas svarīgas īpašības:

• adsorbcijas koeficients - parāda absorbētās enerģijas attiecību pret kopējo;
• emisijas koeficients - parāda pārvadītās enerģijas un absorbētās enerģijas attiecību;
• kopējais un diafragmas laukums;
• Efektivitāte.

Apertūras laukums ir saules kolektora darba zona. Plakanā kolekcionārā atveres laukums ir maksimālais. Apertūras laukums ir vienāds ar absorbētāja laukumu.

Veidi, kā izveidot savienojumu ar apkures sistēmu

Tā kā ar saules enerģiju darbināmas ierīces nevar nodrošināt stabilu un visu diennakti barojošu avotu, ir nepieciešama sistēma, kas izturīga pret šiem trūkumiem.

Centrālajā Krievijā saules enerģijas ierīces nevar garantēt vienmērīgu enerģijas piegādi, tāpēc tās tiek izmantotas kā papildu sistēma. Saules kolektora un saules paneļa integrācija esošajā apkures un karstā ūdens sistēmā ir atšķirīga.

Ūdens kolektora shēma

Atkarībā no siltuma kolektora izmantošanas mērķa tiek izmantotas dažādas pieslēguma sistēmas. Var būt vairākas iespējas:

1. Vasaras iespēja karstajam ūdenim
2. Ziemas iespēja apkurei un karstam ūdenim

Vasaras variants ir vienkāršākais, un to var iztikt bez pat cirkulācijas sūknisizmantojot dabisko ūdens cirkulāciju.

Ūdens tiek uzkarsēts saules kolektorā un termiskās izplešanās dēļ nonāk tvertnē vai katlā. Šajā gadījumā notiek dabiska cirkulācija: karstā ūdens vietā no tvertnes tiek iesūkts auksts ūdens.

Ziemā zemā temperatūrā tieša ūdens uzsildīšana nav iespējama. Īpašs antifrīzs cirkulē slēgtā kontūrā, nodrošinot siltuma pārnesi no kolektora uz siltummaini tvertnē

Tāpat kā jebkura sistēma, kuras pamatā ir dabiskā cirkulācija, tā nedarbojas ļoti efektīvi, liekot ievērot nepieciešamās novirzes. Turklāt uzglabāšanas tvertnei jābūt augstākai par saules kolektoru. Lai pēc iespējas ilgāk saglabātu ūdeni, karstā tvertne ir rūpīgi jāizolē.

Ja vēlaties patiešām sasniegt visefektīvāko saules kolektora darbību, savienojuma shēma ir sarežģīta.

Lai kolektors naktī nepārvērstos par dzesēšanas radiatoru, ir jāpiespiež apturēt ūdens cirkulāciju

Nesasalšanas dzesēšanas šķidrums cirkulē caur saules kolektoru sistēmu. Piespiedu cirkulāciju nodrošina sūknis, kuru kontrolē kontrolieris.

Kontrolieris kontrolē cirkulācijas sūkņa darbību, pamatojoties uz vismaz divu temperatūras sensoru rādījumiem. Pirmais sensors mēra temperatūru uzglabāšanas tvertnē, otrais - uz saules kolektora karstā siltumnesēja padeves caurules.

Tiklīdz temperatūra tvertnē pārsniedz dzesēšanas šķidruma temperatūru, kolektorā kontrolieris izslēdz cirkulācijas sūkni, pārtraucot dzesēšanas šķidruma cirkulāciju caur sistēmu. Savukārt, kad temperatūra tvertnē nokrītas zem iepriekš noteiktas vērtības, apkures katls tiek ieslēgts.

Ar jaunu vārdu un efektīvu alternatīvu saules kolektoriem ar dzesēšanas šķidrumu, tērauda sistēmām ar vakuuma caurules, ar darbības principu un ierīcēm, ar kurām mēs piedāvājam iepazīties.

Saules ķēde

Būtu vilinoši piemērot līdzīgu saules savienojuma shēma līdz elektrotīklam, kā tas ir saules kolektora gadījumā, akumulējot dienā saņemto enerģiju. Diemžēl ir ļoti dārgi izveidot pietiekamas ietilpības akumulatoru privātmājas energosistēmai. Tāpēc savienojuma shēma ir šāda.

Samazinoties saules baterijas elektriskās strāvas jaudai, ABP vienība (automātiska rezerves iekļaušana) nodrošina patērētāju savienojumu ar kopēju elektrisko tīklu

No saules paneļiem lādiņš nonāk uz lādētāja kontroliera, kurš veic vairākas funkcijas: nodrošina pastāvīgu akumulatoru uzlādi un stabilizē spriegumu. Turklāt elektriskā strāva tiek piegādāta invertoram, kur 12V vai 24V līdzstrāva tiek pārveidota par mainīgu vienfāzes strāvu 220V.

Diemžēl mūsu elektriskie tīkli nav pielāgoti enerģijas saņemšanai, tie var darboties tikai vienā virzienā no avota līdz patērētājam. Šī iemesla dēļ jūs nevarēsit pārdot saražoto elektrību vai vismaz likt skaitītājam griezties pretējā virzienā.

Saules paneļu izmantošana ir izdevīga, jo tie nodrošina daudzpusīgāku enerģijas veidu, taču tajā pašā laikā tos nevar salīdzināt ar saules kolektoriem. Tomēr pēdējiem atšķirībā no saules fotoelektriskajām baterijām nav iespējas uzkrāt enerģiju.

Nepieciešamās jaudas aprēķināšanas piemērs

Aprēķinot nepieciešamo saules kolektora jaudu, ļoti bieži ir kļūdaini veikt aprēķinus, pamatojoties uz ienākošo saules enerģiju gada aukstākajos mēnešos.

Fakts ir tāds, ka atlikušajos gada mēnešos visa sistēma pastāvīgi pārkarst. Dzesēšanas šķidruma temperatūra vasarā pie saules kolektora izejas var sasniegt 200 ° C, sildot tvaiku vai gāzi, 120 ° C antifrīzu, 150 ° C ūdens. Ja dzesēšanas šķidrums vārās, tas daļēji iztvaiko. Tā rezultātā tas būs jāaizstāj.

Ražotāji iesaka sākt ar šādiem skaitļiem:

• karstā ūdens piegādes nodrošināšana ne vairāk kā 70%;
• nodrošinot apkures sistēmu ne vairāk kā 30%.

Pārējais nepieciešamais siltums jāražo ar standarta apkures iekārtām. Tomēr ar šādiem rādītājiem gadā apkurei un karstā ūdens apgādei tiek ietaupīti vidēji aptuveni 40%.

Jauda, ​​ko rada viena vakuuma sistēmas caurule, ir atkarīga no ģeogrāfiskā atrašanās vietas. Saules enerģijas daudzums gadā samazinās par 1 m² zemi sauc par insolāciju.

Zinot caurules garumu un diametru, jūs varat aprēķināt atveri - efektīvo absorbcijas laukumu. Atliek piemērot absorbcijas un emisijas koeficientus, lai aprēķinātu vienas caurules ietilpību gadā.

Aprēķina piemērs:

Caurules standarta garums ir 1800 mm, efektīvais - 1600 mm. Diametrs 58 mm. Apertūra - apēnots apgabals, ko rada caurule. Tādējādi ēnu taisnstūra laukums ir:

S = 1,6 * 0,058 = 0,0928m²

Vidējās caurules efektivitāte ir 80%, saules insolācija Maskavai ir aptuveni 1170 kWh / m² gadā. Tādējādi viena caurule saražos gadā:

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

Jāatzīmē, ka tas ir ļoti aptuvens aprēķins. Saražotās enerģijas daudzums ir atkarīgs no uzstādīšanas orientācijas, leņķa, gada vidējās temperatūras utt.

Ar visādiem alternatīvie enerģijas avoti un to izmantošanas veidus varat atrast rakstā.

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

1. videoklips. Saules kolektora darbības demonstrēšana ziemā:

2. video. Dažādu saules kolektoru modeļu salīdzinājums:

Cilvēce savas pastāvēšanas laikā katru gadu patērē arvien vairāk enerģijas. Mēģinājumi izmantot bezmaksas saules starojumu tika veikti jau ilgu laiku, taču tikai nesen ir kļuvis iespējams efektīvi izmantot sauli mūsu platuma grādos. Nav šaubu, ka nākotne ir saistīta ar saules sistēmām.

Vai vēlaties ziņot par interesantām funkcijām lauku mājas vai vasarnīcas saules apkures organizēšanā? Lūdzu, rakstiet komentārus zemāk esošajā blokā. Šeit jūs varat uzdot jautājumu, atstāt fotoattēlu ar sistēmas montāžas procesa demonstrāciju, dalīties ar noderīgu informāciju.