Încălzirea solară a unei case private: opțiuni și diagrame ale dispozitivului

Utilizarea energiei „verzi” furnizate de elementele naturale poate reduce semnificativ costurile de utilitate. De exemplu, după ce ați aranjat încălzirea solară a unei case particulare, veți furniza radiatoare de temperatură joasă și sisteme de încălzire în pardoseală cu lichid de răcire practic gratuit. De acord, aceasta este o economie.

Veți afla totul despre „tehnologiile verzi” din articolul nostru. Cu ajutorul nostru, puteți descoperi cu ușurință varietățile instalațiilor solare, cum să le aranjați și specificul funcționării. Cu siguranță veți fi interesat de una dintre opțiunile populare care lucrează intens în lume, dar nu prea popular la noi până acum.

În revizuirea prezentată în atenția dumneavoastră, sunt analizate caracteristicile de proiectare ale sistemelor, diagramele de conectare sunt descrise în detaliu. Este prezentat un exemplu de calcul al unui circuit de încălzire solară pentru a evalua realitățile construcției sale. Pentru a ajuta maeștrii independenți, colecțiile de fotografii și videoclipurile sunt atașate.

Tehnologii ecologice de căldură

1 m mediu² Suprafața pământului primește 161 wați de energie solară pe oră. Desigur, la ecuator, această cifră va fi de multe ori mai mare decât în ​​Arctica. În plus, densitatea radiațiilor solare depinde de perioada anului.

În regiunea Moscova, intensitatea radiațiilor solare în decembrie-ianuarie diferă de mai-iulie de mai mult de cinci ori. Cu toate acestea, sistemele moderne sunt atât de eficiente încât pot funcționa aproape oriunde pe pământ.

Sistemele solare moderne sunt capabile să funcționeze eficient pe vreme noroasă și rece până la -30 ° C

Sarcina de utilizare energia radiației solare cu eficiență maximă se rezolvă în două moduri: încălzirea directă în colectoarele termice și bateriile solare fotovoltaice.Panourile solare transformă mai întâi energia razelor solare în energie electrică, apoi o transmit printr-un sistem special consumatorilor, cum ar fi un cazan electric.

Colectoarele de căldură, încălzite prin acțiunea razelor solare, încălzesc lichidul de răcire a sistemelor de încălzire și alimentarea cu apă caldă.

Colectorii termici au mai multe forme, inclusiv sisteme deschise și închise, structuri plane și sferice, colectoare emisferice, concentratoare și multe alte opțiuni. Energia termică primită de la colectoarele solare este utilizată pentru încălzirea apei calde sau a unui mediu de încălzire.

O gamă largă de industrii produce multiple sisteme pentru includerea într-o rețea de încălzire independentă. Cu toate acestea, cea mai simplă opțiune pentru o reședință de vară este ușor de făcut cu propria persoană:

În ciuda progreselor clare în dezvoltarea de soluții pentru colectarea, stocarea și utilizarea energiei solare, există avantaje și dezavantaje.

Utilizarea eficientă a energiei solare

Cel mai evident beneficiu al utilizării energiei solare este disponibilitatea generală. De fapt, chiar și pe vremea cea mai mohorâtă și înnorată, energia solară poate fi colectată și folosită.

Al doilea plus este zero emisii. De fapt, aceasta este cea mai ecologică și naturală formă de energie. Panouri solare iar colecționarii nu fac zgomot. În cele mai multe cazuri, acestea sunt instalate pe acoperișurile clădirilor fără a ocupa suprafața utilizabilă a unei zone suburbane.

Eficiența încălzirii solare în latitudinile noastre este destul de scăzută, din cauza numărului insuficient de zile însorite pentru funcționarea regulată a sistemului (+)

Dezavantajele asociate utilizării energiei solare sunt inconstanța iluminării. În întuneric, nu este nimic de colectat, situația este agravată de faptul că vârful sezonului de încălzire se încadrează în cele mai scurte ore de lumină din an. Este necesar să se monitorizeze curățenia optică a panourilor, poluarea minoră reduce brusc eficiența.

În plus, nu se poate spune că funcționarea sistemului pe energia solară este complet gratuită, există costuri constante pentru deprecierea echipamentelor, funcționarea pompei de circulație și electronica de control.

Un dezavantaj semnificativ al încălzirii bazate pe utilizarea colectoarelor solare este incapacitatea de a stoca energia termică. Numai rezervorul de expansiune este inclus în circuit (+)

Colectoare solare deschise

Un colector solar deschis este un sistem de tuburi care nu este protejat de influențele externe, prin care circulă un purtător de căldură încălzit direct de soare.

Apa, gazul, aerul, antigelul sunt utilizate ca purtător de căldură. Tuburile sunt fie montate pe un panou de sprijin sub formă de bobină, fie sunt conectate în rânduri paralele la conducta de ieșire.

Colectorii solari de tip deschis nu pot face față încălzirii unei case particulare. Din cauza lipsei de izolare, lichidul de răcire se răcește rapid. Se folosesc vara, în principal, pentru încălzirea apei la dușuri sau piscine

Colectoarele deschise nu au de obicei izolare. Designul este foarte simplu, de aceea are un cost redus și este adesea realizat independent.

Din cauza lipsei de izolație, practic nu păstrează energia primită de la soare și se caracterizează printr-o eficiență scăzută. Acestea sunt folosite mai ales vara pentru încălzirea apei în bazine sau dușuri de vară.

Sunt instalate în regiuni însorite și calde, cu mici diferențe de temperatură ambientală și apă încălzită. Ei funcționează bine numai pe vreme însorită, calmă.

Cel mai simplu colector solar cu o chiuvetă termică realizată dintr-un golf de țevi de polimer va asigura furnizarea de apă încălzită la cabană pentru irigații și necesități casnice

Colectori tubulari

Colectorii solari tubulari sunt asamblați din tuburi separate de-a lungul cărora curge apă, gaz sau abur. Acesta este unul dintre soiurile de heliosisteme deschise. Cu toate acestea, lichidul de răcire este deja mult mai bine protejat de negativul extern. Mai ales în instalațiile de vid, dispuse pe principiul termosurilor.

Fiecare tub este conectat la sistem separat, paralel unul cu celălalt. Dacă un tub nu reușește, este ușor să-l înlocuiți cu unul nou. Întreaga structură poate fi asamblată direct pe acoperișul clădirii, ceea ce facilitează foarte mult instalarea.

Colectorul tubular are o structură modulară. Elementul principal este un tub de vid, numărul de tuburi variază de la 18 la 30, ceea ce vă permite să selectați cu exactitate puterea sistemului

Un plus important al colectorilor solari tubulari este forma cilindrică a elementelor principale, datorită căreia radiația solară este captată toată ziua fără a utiliza sisteme de urmărire scumpe pentru mișcarea soarelui.

O acoperire specială cu mai multe straturi creează un fel de capcană optică pentru lumina soarelui. Diagrama arată parțial peretele exterior al becului de vid care reflectă razele de pe pereții bulbului interior (+)

Conform designului tuburilor, se disting colectoarele solare cu pene și coaxiale.

Tubul coaxial este un vas Dyayur sau un termos familiar. Fabricat din două baloane între care este pompat aerul. O acoperire extrem de selectivă care absoarbe eficient energia solară este aplicată pe suprafața interioară a becului interior.

Cu forma cilindrică a tubului, razele soarelui cad întotdeauna perpendicular pe suprafață

Energia termică din stratul selectiv intern este transferată la o conductă de căldură sau la un schimbător de căldură intern din plăci de aluminiu. În această etapă, se produce pierderi nedorite de căldură.

Tubul cu pene este un cilindru de sticlă cu un amortizor de pene introdus în interior.

Sistemul și-a primit numele de la un amortizor de pene, care se înfășoară strâns în jurul unui canal de căldură din metal termoreductor

Pentru o izolare termică bună, aerul este pompat din tub. Transferul de căldură de la absorbant are loc fără pierderi, astfel încât eficiența tuburilor de pene este mai mare.

Conform metodei de transfer de căldură, există două sisteme: o singură dată și cu o conductă de căldură. Termotubul este un recipient sigilat cu un lichid volatil.

Deoarece lichidul volatil curge în mod natural pe fundul conductei de căldură, unghiul minim de înclinare este de 20 ° C

În interiorul termotubului există un lichid volatil care absoarbe căldura din peretele interior al balonului sau de la amortizorul de pene. Sub influența temperaturii, lichidul fierbe și crește sub formă de abur. După ce căldura este transferată în mediul de încălzire sau alimentarea cu apă caldă, aburul se condensează într-un lichid și curge în jos.

Ca lichid volatil, apa este adesea folosită la presiune scăzută. Într-un sistem cu flux direct, se folosește un tub în formă de U, prin care circulă apă sau un mediu de încălzire.

O jumătate din tubul în formă de U este proiectat pentru lichidul de răcire la rece, al doilea îl îndepărtează pe cel încălzit. Când este încălzit, lichidul de răcire se extinde și intră în rezervorul de depozitare, asigurând circulație naturală. Ca și în cazul sistemelor cu termotub, unghiul minim de înclinare trebuie să fie de cel puțin 20⁰.

Cu conexiune cu flux direct, presiunea în sistem nu poate fi ridicată, deoarece există un vid tehnic în interiorul balonului

Sistemele cu flux direct sunt mai eficiente, deoarece încălzesc imediat lichidul de răcire. Dacă sistemele de colectoare solare sunt planificate pentru utilizare pe tot parcursul anului, atunci antigelurile speciale sunt pompate în ele.

Utilizarea colectoarelor solare tubulare are mai multe avantaje și dezavantaje. Proiectarea colectorului solar tubular constă din aceleași elemente, care sunt relativ ușor de înlocuit.

avantaje:

• pierderi reduse de căldură;
• capacitatea de a lucra la temperaturi de până la -30⁰⁰;
• productivitate eficientă pe parcursul orelor de zi;
• performanțe bune în zonele cu un climat temperat și rece;
• vânt redus, justificat de capacitatea sistemelor tubulare de a trece masele de aer prin sine;
• posibilitatea producerii lichidului de răcire la temperaturi ridicate.

Structurala, structura tubulara are o suprafata de deschidere limitata.

Are următoarele dezavantaje:

• nu este capabil să se auto-curățeze de zăpadă, gheață, îngheț;
• cost ridicat.

În ciuda costurilor inițial ridicate, colecționarii tubulari plătesc mai repede. Au o durată de viață lungă.

Colectorii tubulari sunt sisteme solare de tip deschis, prin urmare, nu sunt adecvate pentru utilizarea pe tot parcursul anului în sistemele de încălzire (+)

Sisteme închise plate

Colectorul plat este format dintr-un cadru de aluminiu, un strat absorbant special - un absorbant, o acoperire transparentă, o conductă și un încălzitor.

Ca absorbant, se folosește cupru de tablă înnegrit, care se caracterizează prin conductivitate termică ideală pentru crearea sistemelor solare. Atunci când energia solară este absorbită de absorbant, energia solară primită de acesta este transferată lichidului de răcire care circulă prin sistemul de tuburi adiacent absorbantului.

La exterior, panoul închis este protejat de un strat transparent. Este confecționat din sticlă temperată rezistentă la șocuri cu o bandă de trecere de 0,4-1,8 microni. Această gamă reprezintă radiația solară maximă. Sticla rezistentă la șoc oferă o bună protecție împotriva grindinei. Pe partea din spate, întregul panou este izolat în mod fiabil.

Colectoarele solare plate oferă performanțe maxime și construcții simple. Eficiența lor este crescută datorită utilizării unui absorbant. Sunt capabili să capteze lumina soarelui împrăștiată și directă.

Lista beneficiilor panourilor plate închise include:

• simplitatea designului;
• performanțe bune în regiunile cu un climat cald;
• capacitatea de a instala în orice unghi cu dispozitive pentru schimbarea unghiului de înclinare;
• capacitatea de a se auto-curăța de zăpadă și îngheț;
• pret mic.

Colectoarele solare plate sunt deosebit de avantajoase dacă aplicarea lor este planificată în faza de proiectare. Durata de viață a produselor de calitate este de 50 de ani.

Dezavantajele includ:

• pierderi mari de căldură;
• greutate mare;
• vânt mare atunci când așezați panouri într-un unghi cu orizontul;
• limitări de performanță cu diferențe de temperatură mai mari de 40 ° C.

Domeniul de colectare închis este mult mai larg decât instalațiile solare de tip deschis. Vara, ei sunt capabili să satisfacă pe deplin nevoia de apă caldă. În zilele răcoroase, neincluse de utilitățile publice în timpul sezonului de încălzire, pot funcționa în locul instalațiilor de încălzire cu gaz și electric.

Celor care doresc faceți un colector solar cu propriile mâini pentru un dispozitiv de încălzire din țară, vă sugerăm să vă familiarizați cu scheme dovedite și instrucțiuni de asamblare pas cu pas.

Compararea caracteristicilor colectoarelor solare

Cel mai important indicator al unui colector solar este eficiența. Performanța utilă a diferitor colectori solari de design depinde de diferența de temperatură. În același timp, colectoarele plate sunt mult mai ieftine decât cele tubulare.

Valorile eficienței depind de calitatea fabricației colectorului solar. Scopul graficului este de a arăta eficiența utilizării diferitelor sisteme în funcție de diferența de temperatură.

Atunci când alegeți un colector solar, merită să fiți atenți la o serie de parametri care arată eficiența și puterea dispozitivului.

Există câteva caracteristici importante pentru colectoarele solare:

• coeficientul de adsorbție - arată raportul dintre energia absorbită și total;
• factorul de emisie - arată raportul dintre energia transmisă și cea absorbită;
• suprafață totală și diafragmă;
• Eficiență.

Zona de deschidere este zona de lucru a colectorului solar. Într-un colector plat, suprafața de deschidere este maximă. Zona de deschidere este egală cu suprafața absorbantului.

Moduri de conectare la sistemul de încălzire

Deoarece dispozitivele solare nu pot asigura o sursă de alimentare stabilă și permanentă, este necesar un sistem rezistent la aceste deficiențe.

Pentru Rusia centrală, dispozitivele solare nu pot garanta o furnizare constantă de energie, de aceea sunt utilizate ca sistem suplimentar. Integrarea în sistemul de încălzire și apă caldă existentă este diferită pentru colectorul solar și panoul solar.

Circuitul colectorului de apă

În funcție de scopul utilizării colectorului de căldură sunt utilizate diferite sisteme de conectare. Pot exista mai multe opțiuni:

1. Opțiune de vară pentru apă caldă
2. Opțiune de iarnă pentru încălzire și apă caldă

Opțiunea de vară este cea mai simplă și se poate face fără nici măcar pompa de circulatiefolosind circulația naturală a apei.

Apa este încălzită în colectorul solar și datorită expansiunii termice intră în rezervorul de stocare sau cazan. În acest caz, circulația naturală are loc: apa rece este aspirată în locul apei calde din rezervor.

Iarna, la temperaturi scăzute, încălzirea directă a apei nu este posibilă. Un antigel special circulă într-un circuit închis, asigurând transferul de căldură de la colector la schimbătorul de căldură din rezervor

Ca orice sistem bazat pe circulație naturală, acesta nu funcționează foarte eficient, necesitând respectarea părtinirilor necesare. În plus, rezervorul de depozitare trebuie să fie mai mare decât colectorul solar. Pentru a menține apa cât mai mult timp, rezervorul fierbinte trebuie izolat cu atenție.

Dacă doriți să obțineți într-adevăr cea mai eficientă funcționare a colectorului solar, schema de conectare este complicată.

Pentru a împiedica colectorul să se transforme într-un radiator de răcire noaptea, este necesar să opriți forța circulației apei

Sistemul de colectare solară circulă lichidul de răcire fără îngheț. Circulația forțată este asigurată de o pompă controlată de un controler.

Controlerul controlează funcționarea pompei de circulație pe baza citirilor a cel puțin doi senzori de temperatură. Primul senzor măsoară temperatura din rezervorul de stocare, al doilea - pe conducta de alimentare a purtătorului de căldură fierbinte al colectorului solar.

Imediat ce temperatura din rezervor depășește temperatura lichidului de răcire, în colector, regulatorul oprește pompa de circulație, oprind circulația lichidului de răcire prin sistem. La rândul său, când temperatura din rezervorul de depozitare scade sub o valoare prestabilită, centrala de încălzire este pornită.

Cu un cuvânt nou și o alternativă eficientă la colectoarele solare cu un sistem de oțel cu lichid de răcire tuburi de vid, cu principiul funcționării și dispozitivele de care ne propunem să facem cunoștință.

Circuitul solar

Ar fi tentant să se aplice o similară diagrama de conexiune solară la rețeaua electrică, așa cum se întâmplă în cazul colectorului solar, acumulând energia primită pe zi. Din păcate, este foarte scump să creezi un pachet de baterii cu o capacitate suficientă pentru sistemul de alimentare cu energie electrică al unei case private. Prin urmare, diagrama de conexiune este următoarea.

Odată cu scăderea puterii curentului electric din bateria solară, unitatea ABP (includerea automată a rezervei) asigură conectarea consumatorilor la o rețea electrică comună

De la panourile solare, încărcarea trece la regulatorul de încărcare, care îndeplinește mai multe funcții: asigură încărcarea constantă a bateriilor și stabilizează tensiunea. În plus, curentul electric este furnizat invertorului, unde conversia curentului continuu 12V sau 24V la curent monofazat alternativ 220V.

Din păcate, rețelele noastre electrice nu sunt adaptate pentru a primi energie, ci pot funcționa doar într-o direcție de la o sursă la un consumator. Din acest motiv, nu veți putea vinde electricitatea produsă sau măcar să faceți contorul să se rotească în direcția opusă.

Utilizarea panourilor solare este benefică prin faptul că oferă o formă de energie mai versatilă, dar în același timp nu pot fi comparate în ceea ce privește eficiența cu colectoarele solare. Cu toate acestea, acestea din urmă nu au capacitatea de a acumula energie, spre deosebire de bateriile solare fotovoltaice.

Exemplu pentru calcularea puterii necesare

Atunci când se calculează puterea de colectare solară necesară, este adesea eronat să se facă calcule pe baza energiei solare primite în cele mai reci luni ale anului.

Cert este că în lunile rămase ale anului, întregul sistem se va supraîncălzi. Temperatura lichidului de răcire în vară la ieșirea din colectorul solar poate ajunge la 200 ° C cu încălzirea aburului sau a gazului, 120 ° C antigel, 150 ° C apă. Dacă lichidul de răcire fierbe, se va evapora parțial. Ca urmare, va trebui să fie înlocuit.

Producătorii recomandă pornirea de la următoarele cifre:

• furnizarea de apă caldă nu mai mult de 70%;
• asigurarea unui sistem de încălzire de cel mult 30%.

Restul de căldură necesară trebuie generat de echipamentele de încălzire standard. Cu toate acestea, cu astfel de indicatori pe an, se economisește, în medie, aproximativ 40% la încălzire și alimentare cu apă caldă.

Puterea generată de un tub al sistemului de vid depinde de locația geografică. Rata energiei solare care scade pe an la 1 m² terenul se numește insolare.

Cunoscând lungimea și diametrul tubului, puteți calcula diafragma - zona de absorbție eficientă. Rămâne să se aplice factorii de absorbție și de emisie pentru a calcula capacitatea unui tub pe an.

Exemplu de calcul:

Lungimea standard a tubului este de 1800 mm, efectivă - 1600 mm. Diametru 58 mm. Apertura - o zonă umbrită creată de tub. Astfel, aria dreptunghiului de umbră este:

S = 1,6 * 0,058 = 0,0928 m²

Eficiența tubului mediu este de 80%, insolarea solară pentru Moscova este de aproximativ 1170 kWh / m² pe an. Astfel, un tub va produce pe an:

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

Trebuie menționat că aceasta este o estimare foarte brută. Cantitatea de energie generată depinde de orientarea instalației, unghiul, temperatura medie anuală etc.

Cu tot felul surse alternative de energie și modalitățile de utilizare a acestora le puteți găsi în articol.

Concluzii și video util pe această temă

Video # 1. Demonstrarea acțiunii colectorului solar în timpul iernii:

Video # 2. Comparația diferitelor modele de colectoare solare:

De-a lungul propriei existențe, umanitatea este consumată din ce în ce mai multă energie în fiecare an. Încercările de utilizare a radiațiilor solare gratuite s-au făcut de mult timp, dar de curând a devenit posibilă utilizarea eficientă a soarelui în latitudinile noastre. Nu există nici o îndoială că viitorul constă în sistemele solare.

Doriți să raportați caracteristici interesante în organizarea încălzirii solare a unei case de țară sau cabană? Vă rugăm să scrieți comentarii în blocul de mai jos. Aici puteți pune o întrebare, lăsați o fotografie cu o demonstrație a procesului de asamblare a sistemului, partajați informații utile.