Zonne-verwarming van een privéwoning: opties en apparaatschema's

Het gebruik van "groene" energie die door natuurlijke elementen wordt geleverd, kan de energiekosten aanzienlijk verlagen. Als u bijvoorbeeld zonnewarmte van een woonhuis heeft geregeld, voorziet u lagetemperatuurradiatoren en vloerverwarmingssystemen van vrijwel gratis koelmiddel. Mee eens, dit is een besparing.

U leert alles over "groene technologieën" uit ons artikel. Met onze hulp kunt u gemakkelijk de variëteiten van zonne-installaties berekenen, hoe u ze kunt rangschikken en de specifieke kenmerken van de werking. U zult zeker geïnteresseerd zijn in een van de populaire opties die intensief in de wereld werken, maar tot nu toe niet al te populair bij ons.

In het overzicht dat aan u wordt gepresenteerd, worden de ontwerpkenmerken van de systemen geanalyseerd en worden de verbindingsschema's in detail beschreven. Een voorbeeld van het berekenen van een zonneverwarmingscircuit om de realiteit van de constructie te beoordelen, wordt gegeven. Om onafhankelijke meesters te helpen, zijn fotocollecties en video's bijgevoegd.

Groene warmtetechnologieën

1 m gemiddeld² Het aardoppervlak ontvangt 161 watt aan zonne-energie per uur. Natuurlijk zal dit cijfer op de evenaar vele malen hoger zijn dan in het noordpoolgebied. Bovendien is de dichtheid van zonnestraling afhankelijk van het seizoen.

In de regio Moskou verschilt de intensiteit van zonnestraling in december-januari meer dan vijf keer van mei-juli. Moderne systemen zijn echter zo effectief dat ze bijna overal op aarde kunnen werken.

Moderne zonnesystemen kunnen effectief werken bij bewolkt en koud weer tot -30 ° C

Taak van gebruik zonne-stralingsenergie met maximale efficiëntie wordt op twee manieren opgelost: directe verwarming in thermische collectoren en fotovoltaïsche zonnecellen.Zonnepanelen zetten eerst de energie van de zonnestralen om in elektriciteit en geven die vervolgens via een speciaal systeem door aan consumenten, zoals een elektrische boiler.

Warmtecollectoren, verwarmd door de inwerking van zonlicht, verwarmen de koelvloeistof van verwarmingssystemen en warmwatervoorziening.

Thermische collectoren zijn er in verschillende vormen, waaronder open en gesloten systemen, platte en bolvormige structuren, halfronde collectoren, concentrators en vele andere opties. Door zonnecollectoren ontvangen thermische energie wordt gebruikt om warm water of een verwarmingsmedium te verwarmen.

Een breed scala aan industrieën produceert veelvoudige systemen voor opname in een onafhankelijk verwarmingsnetwerk. De eenvoudigste optie voor een zomerresidentie is echter gemakkelijk te doen met uw eigen:

Ondanks de duidelijke vooruitgang bij het ontwikkelen van oplossingen voor het verzamelen, opslaan en gebruiken van zonne-energie, zijn er voor- en nadelen.

Efficiënt gebruik van zonne-energie

Het meest voor de hand liggende voordeel van het gebruik van zonne-energie is de algemene beschikbaarheid. Zelfs bij het meest sombere en bewolkte weer kan zelfs zonne-energie worden opgevangen en gebruikt.

Het tweede pluspunt is nulemissie. In feite is dit de meest milieuvriendelijke en natuurlijke vorm van energie. Zonnepanelen en verzamelaars maken geen lawaai. In de meeste gevallen worden ze op de daken van gebouwen geïnstalleerd zonder de bruikbare oppervlakte van een buitenwijk in te nemen.

Het rendement van zonneverwarming op onze breedtegraden is vrij laag vanwege het onvoldoende aantal zonnige dagen voor de normale werking van het systeem (+)

De nadelen die samenhangen met het gebruik van zonne-energie zijn de onbestendigheid van de verlichting. In het donker is er niets te verzamelen, de situatie wordt verergerd door het feit dat de piek van het stookseizoen op de kortste daglichturen van het jaar valt. Het is noodzakelijk om de optische reinheid van de panelen te bewaken, kleine vervuiling vermindert de efficiëntie sterk.

Bovendien kan niet worden gezegd dat de werking van het systeem op zonne-energie volledig gratis is, er zijn constante kosten voor afschrijving van apparatuur, de werking van de circulatiepomp en regelelektronica.

Een belangrijk nadeel van verwarming door het gebruik van zonnecollectoren is het onvermogen om thermische energie op te slaan. Alleen expansievat is opgenomen in het circuit (+)

Open zonnecollectoren

Een open zonnecollector is een buizenstelsel dat niet is beschermd tegen invloeden van buitenaf, waardoor een door de zon direct verwarmde warmtedrager circuleert.

Water, gas, lucht, antivries worden gebruikt als warmtedrager. De buizen zijn ofwel gemonteerd op een ondersteunend paneel in de vorm van een spoel of zijn in parallelle rijen verbonden met de uitlaatpijp.

Open-type zonnecollectoren kunnen de verwarming van een privéwoning niet aan. Door het gebrek aan isolatie koelt het koelmiddel snel af. Ze worden in de zomer voornamelijk gebruikt voor het verwarmen van water in douches of zwembaden

Open collectoren hebben doorgaans geen isolatie. Het ontwerp is heel eenvoudig, daarom heeft het lage kosten en wordt het vaak onafhankelijk gemaakt.

Door het gebrek aan isolatie houden ze de door de zon ontvangen energie praktisch niet vast en worden ze gekenmerkt door een laag rendement. Ze worden voornamelijk in de zomer gebruikt om water in zwembaden of zomerdouches te verwarmen.

Ze worden geïnstalleerd in zonnige en warme streken, met kleine verschillen in omgevingstemperatuur en verwarmd water. Ze werken alleen goed bij zonnig, kalm weer.

De eenvoudigste zonnecollector met een koellichaam gemaakt van een baai van polymeerpijpen zorgt voor de toevoer van verwarmd water in het huisje voor irrigatie en huishoudelijke behoeften

Buisvormige spruitstukken

Buisvormige zonnecollectoren zijn samengesteld uit afzonderlijke buizen waarlangs water, gas of stoom loopt. Dit is een van de varianten van open heliosystemen. Het koelmiddel is echter al veel beter beschermd tegen extern negatief. Vooral in vacuüminstallaties, gerangschikt volgens het principe van thermosflessen.

Elke buis is afzonderlijk parallel aan het systeem aangesloten. Als één buis defect raakt, is deze gemakkelijk te vervangen door een nieuwe. De hele constructie kan direct op het dak van het gebouw worden gemonteerd, wat de installatie aanzienlijk vergemakkelijkt.

Het buisvormige spruitstuk heeft een modulaire structuur. Het belangrijkste element is een vacuümbuis, het aantal buizen varieert van 18 tot 30, waarmee u de kracht van het systeem nauwkeurig kunt selecteren

Een belangrijk pluspunt van buisvormige zonnecollectoren is de cilindrische vorm van de hoofdelementen, waardoor de hele dag zonnestraling wordt opgevangen zonder het gebruik van dure volgsystemen voor de beweging van de zon.

Een speciale meerlaagse coating creëert een soort optische val voor zonlicht. Het diagram toont gedeeltelijk de buitenwand van de vacuümlamp die de stralen reflecteert op de wanden van de binnenlamp (+)

Volgens het ontwerp van de buizen worden veer- en coaxiale zonnecollectoren onderscheiden.

De coaxiale buis is een Dyayur-vat of een bekende thermoskan. Gemaakt van twee kolven waartussen lucht wordt weggepompt. Op het binnenoppervlak van de binnenbol wordt een zeer selectieve coating aangebracht die effectief zonne-energie absorbeert.

Door de cilindrische vorm van de buis vallen de zonnestralen altijd loodrecht op het oppervlak

Thermische energie van de interne selectieve laag wordt overgebracht van aluminium platen naar een warmtepijp of interne warmtewisselaar. In dit stadium treedt ongewenst warmteverlies op.

De veerbuis is een glazen cilinder met daarin een veerabsorbeerder.

Het systeem dankt zijn naam aan een veerabsorber, die zich strak om een ​​warmtekanaal van warmtegeleidend metaal wikkelt

Voor een goede thermische isolatie wordt lucht uit de buis gepompt. De warmteoverdracht van de absorber gebeurt zonder verlies, dus de efficiëntie van de veerbuizen is hoger.

Volgens de methode van warmteoverdracht zijn er twee systemen: eenmalig en met een warmtepijp. De thermobuis is een afgesloten container met een vluchtige vloeistof.

Aangezien vluchtige vloeistof van nature naar de bodem van de warmtepijp stroomt, is de minimale hellingshoek 20 ° C

Binnenin de thermobuis bevindt zich een vluchtige vloeistof die warmte van de binnenwand van de kolf of van de veren absorbeert. Onder invloed van temperatuur kookt en stijgt de vloeistof in de vorm van stoom. Nadat de warmte is overgedragen aan het verwarmingsmedium of de warmwatervoorziening, condenseert de stoom in een vloeistof en stroomt naar beneden.

Als vluchtige vloeistof wordt water vaak onder lage druk gebruikt. In een direct-flow-systeem wordt een U-vormige buis gebruikt, waardoor water of een verwarmingsmedium circuleert.

De ene helft van de U-vormige buis is ontworpen voor koude koelvloeistof, de tweede verwijdert de verwarmde. Bij verwarming zet het koelmiddel uit en komt het in de opslagtank, voor een natuurlijke circulatie. Net als bij systemen met thermobuis moet de minimale hellingshoek minimaal 20⁰ zijn.

Met directe stroomaansluiting kan de druk in het systeem niet hoog zijn, omdat er een technisch vacuüm in de kolf zit

Direct-flow-systemen zijn efficiënter omdat ze het koelmiddel onmiddellijk verwarmen. Als zonnecollectorsystemen het hele jaar door worden gebruikt, worden er speciale antivriesmiddelen in gepompt.

Het gebruik van buisvormige zonnecollectoren heeft verschillende voor- en nadelen. Het ontwerp van de buisvormige zonnecollector bestaat uit dezelfde elementen, die relatief eenvoudig te vervangen zijn.

Voordelen:

• laag warmteverlies;
• vermogen om te werken bij temperaturen tot -30⁰С;
• effectieve productiviteit gedurende de uren met daglicht;
• goede prestaties in gebieden met een gematigd en koud klimaat;
• weinig wind, gerechtvaardigd door het vermogen van buisvormige systemen om luchtmassa's door zichzelf heen te laten gaan;
• de mogelijkheid om koelvloeistof op hoge temperatuur te produceren.

Structureel heeft de buisvormige structuur een beperkt diafragmaoppervlak.

Het heeft de volgende nadelen:

• niet zelfreinigend tegen sneeuw, ijs, rijp;
• hoge kosten.

Ondanks de aanvankelijk hoge kosten, betalen buiscollectoren sneller terug. Ze hebben een lange levensduur.

Buiscollectoren zijn open zonnestelsels, daarom niet geschikt voor gebruik het hele jaar door in verwarmingssystemen (+)

Plat gesloten systemen

De vlakke collector bestaat uit een aluminium frame, een speciale absorberende laag - een absorber, een transparante coating, een pijpleiding en een verwarming.

Als absorber wordt zwart gezwart koper gebruikt, dat wordt gekenmerkt door een warmtegeleidingsvermogen dat ideaal is voor het creëren van zonnestelsels. Wanneer de zonne-energie wordt geabsorbeerd door de absorber, wordt de zonne-energie die daardoor wordt opgevangen, overgebracht naar het koelmiddel dat circuleert langs het buizensysteem naast de absorber.

Aan de buitenkant wordt het gesloten paneel beschermd door een transparante coating. Het is gemaakt van schokbestendig gehard glas met een doorlaatband van 0,4-1,8 micron. Dit bereik houdt rekening met de maximale zonnestraling. Schokbestendig glas biedt goede bescherming tegen hagel. Aan de achterzijde is het gehele paneel betrouwbaar geïsoleerd.

Vlakke zonnecollectoren bieden maximale prestaties en eenvoudige constructie. Hun efficiëntie wordt verhoogd door het gebruik van een absorber. Ze zijn in staat om verstrooid en direct zonlicht op te vangen.

De lijst met voordelen van gesloten flatpanels omvat:

• eenvoud van ontwerp;
• goede prestaties in regio's met een warm klimaat;
• de mogelijkheid om onder elke hoek te installeren met apparaten voor het wijzigen van de hellingshoek;
• het vermogen om zelf te reinigen van sneeuw en rijp;
• lage prijs.

Vlakke zonnecollectoren zijn vooral voordelig als hun toepassing in de ontwerpfase is gepland. De levensduur van kwaliteitsproducten is 50 jaar.

De nadelen zijn onder meer:

• hoog warmteverlies;
• zwaar gewicht;
• hoge windsnelheid bij het plaatsen van panelen onder een hoek met de horizon;
• prestatiebeperkingen met temperatuurverschillen van meer dan 40 ° C.

De reikwijdte van gesloten collectoren is veel breder dan die van open-type zonne-installaties. In de zomer kunnen ze volledig voorzien in de behoefte aan warm water. Op koele dagen, die tijdens het stookseizoen niet door de openbare voorzieningen worden meegerekend, kunnen ze werken in plaats van gas- en elektrische kachels.

Voor degenen die dat wensen maak een zonnecollector Met uw eigen handen voor een verwarmingsapparaat in het land, raden we u aan om vertrouwd te raken met beproefde schema's en stapsgewijze montage-instructies.

Vergelijking van de kenmerken van zonnecollectoren

De belangrijkste indicator van een zonnecollector is efficiëntie. De bruikbare prestatie van verschillende in design zonnecollectoren hangt af van het temperatuurverschil. Tegelijkertijd zijn platte collectoren veel goedkoper dan buisvormige.

Rendementswaarden zijn afhankelijk van de fabricagekwaliteit van de zonnecollector. Het doel van de grafiek is om de effectiviteit van verschillende systemen te laten zien, afhankelijk van het temperatuurverschil.

Bij het kiezen van een zonnecollector is het de moeite waard om op een aantal parameters te letten die de efficiëntie en kracht van het apparaat laten zien.

Er zijn verschillende belangrijke kenmerken voor zonnecollectoren:

• adsorptiecoëfficiënt - toont de verhouding van geabsorbeerde energie tot totaal;
• emissiefactor - toont de verhouding van overgedragen energie tot geabsorbeerd;
• totaal en diafragma gebied;
• Efficiëntie.

Het diafragma is het werkgebied van de zonnecollector. In een platte collector is het diafragma maximaal. Het diafragma is gelijk aan het oppervlak van de absorber.

Manieren om verbinding te maken met het verwarmingssysteem

Omdat apparaten op zonne-energie geen stabiele en 24-uurs stroomvoorziening kunnen bieden, is een systeem nodig dat bestand is tegen deze tekortkomingen.

Voor Centraal-Rusland kunnen zonneapparaten geen constante energietoevoer garanderen, daarom worden ze gebruikt als een extra systeem. Integratie in het bestaande verwarmings- en warmwatersysteem is anders voor de zonnecollector en het zonnepaneel.

Watercollector circuit

Afhankelijk van het doel van de warmtecollector worden verschillende verbindingssystemen gebruikt. Er kunnen verschillende opties zijn:

1. Zomeroptie voor warm water
2. Winteroptie voor verwarming en warm water

De zomeroptie is de eenvoudigste en kan zelfs zonder circulatiepompmet natuurlijke watercirculatie.

Water wordt verwarmd in de zonnecollector en komt door thermische uitzetting in de opslagtank of ketel. In dit geval treedt natuurlijke circulatie op: koud water wordt uit de tank naar de plaats van heet water gezogen.

In de winter, bij lage temperaturen, is directe verwarming van het water niet mogelijk. Een speciaal antivriesmiddel circuleert in een gesloten circuit en zorgt voor warmteoverdracht van de collector naar de warmtewisselaar in de tank

Zoals elk systeem dat is gebaseerd op natuurlijke circulatie, werkt het niet erg efficiënt, waardoor de noodzakelijke vooroordelen moeten worden nageleefd. Daarnaast moet de opslagtank hoger zijn dan de zonnecollector. Om het water zo lang mogelijk te houden, moet de hete tank zorgvuldig worden geïsoleerd.

Als u echt de meest efficiënte werking van de zonnecollector wilt bereiken, is het aansluitschema ingewikkeld.

Om te voorkomen dat de collector 's nachts in een koelradiator verandert, is het noodzakelijk om de circulatie van water met geweld te stoppen

Niet-bevriezende koelvloeistof circuleert door het zonnecollectorsysteem. De geforceerde circulatie wordt verzorgd door een pomp die wordt bestuurd door een controller.

De controller regelt de werking van de circulatiepomp op basis van de aflezingen van minimaal twee temperatuursensoren. De eerste sensor meet de temperatuur in de opslagtank, de tweede - op de toevoerleiding van de hete warmtedrager van de zonnecollector.

Zodra de temperatuur in de tank de temperatuur van de koelvloeistof overschrijdt, schakelt de controller in de collector de circulatiepomp uit, waardoor de circulatie van de koelvloeistof door het systeem stopt. Wanneer de temperatuur in de opslagtank op zijn beurt onder een vooraf bepaalde waarde zakt, wordt de verwarmingsketel ingeschakeld.

Met een nieuw woord en een effectief alternatief voor zonnecollectoren met koelvloeistof, stalen systemen met vacuümbuizen, met het werkingsprincipe en de apparaten waarvan we voorstellen om kennis te maken.

Zonne-circuit

Het zou verleidelijk zijn om iets soortgelijks toe te passen zonne-aansluitschema naar het elektriciteitsnet, zoals het geval is bij de zonnecollector, waarbij de ontvangen energie per dag wordt geaccumuleerd. Helaas is het erg duur om een ​​batterijpakket te maken met voldoende capaciteit voor het voedingssysteem van een privéwoning. Daarom is het aansluitschema als volgt.

Met een afname van het vermogen van elektrische stroom van de zonnebatterij, zorgt de ABP-eenheid (automatische opname van de reserve) voor de aansluiting van consumenten op een gemeenschappelijk elektrisch netwerk

Van zonnepanelen gaat de lading naar de laadregelaar, die verschillende functies vervult: het zorgt voor een constant opladen van de batterijen en stabiliseert de spanning. Verder wordt de elektrische stroom geleverd aan de omvormer, waar de conversie van gelijkstroom 12V of 24V naar wisselstroom eenfasig 220V is.

Onze elektrische netwerken zijn helaas niet aangepast om energie te ontvangen; ze kunnen slechts in één richting werken van een bron naar een consument. Om deze reden kunt u de geproduceerde elektriciteit niet verkopen of op zijn minst de meter in de tegenovergestelde richting laten draaien.

Het gebruik van zonnepanelen is gunstig omdat ze een meer veelzijdige vorm van energie bieden, maar tegelijkertijd kunnen ze qua efficiëntie niet worden vergeleken met zonnecollectoren. Deze laatste hebben echter niet het vermogen om energie op te slaan, in tegenstelling tot fotovoltaïsche batterijen op zonne-energie.

Voorbeeld voor het berekenen van het benodigde vermogen

Bij het berekenen van het benodigde vermogen van de zonnecollector is het vaak foutief om berekeningen te maken op basis van de binnenkomende zonne-energie in de koudste maanden van het jaar.

Het is een feit dat in de resterende maanden van het jaar het hele systeem constant oververhit zal raken. De temperatuur van de koelvloeistof in de zomer aan de uitgang van de zonnecollector kan 200 ° C bereiken bij verwarming van stoom of gas, 120 ° C antivries, 150 ° C water. Als het koelmiddel kookt, verdampt het gedeeltelijk. Als gevolg hiervan zal het moeten worden vervangen.

Fabrikanten raden aan te beginnen met de volgende figuren:

• het leveren van warmwatervoorziening niet meer dan 70%;
• het verstrekken van een verwarmingssysteem van niet meer dan 30%.

De rest van de benodigde warmte moet worden opgewekt door standaard verwarmingsapparatuur. Desalniettemin wordt met dergelijke indicatoren per jaar gemiddeld zo'n 40% bespaard op verwarming en warmwatervoorziening.

Het vermogen dat door één buis van het vacuümsysteem wordt opgewekt, is afhankelijk van de geografische locatie. Het tarief van zonne-energie daalt per jaar op 1 m² land heet bezonning.

Als u de lengte en diameter van de buis kent, kunt u de opening berekenen - het effectieve absorptiegebied. Rest nog de absorptie- en emissiefactoren toe te passen om de capaciteit van één buis per jaar te berekenen.

Rekenvoorbeeld:

De standaard lengte van de buis is 1800 mm, effectief - 1600 mm. Diameter 58 mm. Diafragma - een gearceerd gebied gecreëerd door de buis. Het gebied van de schaduwrechthoek is dus:

S = 1,6 * 0,058 = 0,0928 m²

Het rendement van de gemiddelde buis is 80%, de zoninstraling voor Moskou is ongeveer 1170 kWh / m² per jaar. Er wordt dus één buis per jaar geproduceerd:

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

Opgemerkt moet worden dat dit een zeer ruwe schatting is. De hoeveelheid opgewekte energie is afhankelijk van de oriëntatie van de installatie, hoek, gemiddelde jaartemperatuur, etc.

Met allerlei soorten alternatieve energiebronnen en manieren om ze te gebruiken vind je in het artikel.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Video # 1. Demonstratie van de werking van de zonnecollector in de winter:

Video # 2. Vergelijking van verschillende modellen zonnecollectoren:

Door haar hele bestaan ​​wordt de mensheid elk jaar meer en meer energie verbruikt. Pogingen om gratis zonnestraling te gebruiken, worden al lang gemaakt, maar pas sinds kort is het mogelijk geworden om de zon effectief te gebruiken op onze breedtegraden. Het lijdt geen twijfel dat de toekomst bij zonnestelsels ligt.

Wilt u interessante functies melden bij de organisatie van zonneverwarming van een landhuis of cottage? Schrijf opmerkingen in het onderstaande blok. Hier kunt u een vraag stellen, een foto achterlaten met een demonstratie van het systeemassemblageproces, nuttige informatie delen.