Solárne vykurovanie súkromného domu: možnosti a schémy zariadení

Použitie „zelenej“ energie dodávanej prírodnými prvkami môže výrazne znížiť náklady na energie. Napríklad, keď zariadite solárne vykurovanie súkromného domu, dodáte nízkoteplotné radiátory a podlahové vykurovacie systémy prakticky zadarmo chladivo. Súhlasíte, toto je úspora.

Všetko o ekologických technológiách sa dozviete z nášho článku. S našou pomocou môžete ľahko zistiť rôzne druhy solárnych zariadení, ako ich usporiadať a špecifiká prevádzky. Určite vás bude zaujímať jedna z populárnych možností, ktoré vo svete intenzívne pracujú, ale zatiaľ nie sú u nás príliš populárne.

V preskúmaní, ktoré sa vám venuje, sa analyzujú konštrukčné prvky systémov a podrobne sa opisujú schémy zapojenia. Uvádza sa príklad výpočtu solárneho vykurovacieho okruhu na vyhodnotenie skutočností jeho konštrukcie. V záujme pomoci nezávislým majstrom sú priložené fotografie a videá.

Technológie zeleného tepla

Priemer 1 m² Povrch zeme prijíma 161 wattov slnečnej energie za hodinu. V rovníku bude toto číslo mnohokrát vyššie ako v Arktíde. Hustota slnečného žiarenia navyše závisí od ročného obdobia.

V oblasti Moskvy sa intenzita slnečného žiarenia v decembri až januári líši od mája do júla viac ako päťkrát. Moderné systémy sú však také účinné, že môžu pracovať takmer všade na Zemi.

Moderné solárne systémy dokážu efektívne pracovať za oblačného a chladného počasia až do -30 ° C

Úloha použitia energia slnečného žiarenia s maximálnou účinnosťou je riešená dvoma spôsobmi: priame vykurovanie v tepelných kolektoroch a solárne fotovoltaické batérie.Solárne panely najprv premieňajú energiu slnečných lúčov na elektrickú energiu a potom ju prenášajú prostredníctvom špeciálneho systému na spotrebiteľov, napríklad na elektrický kotol.

Zberače tepla, zohrievané pôsobením slnečného žiarenia, ohrievajú chladivo vykurovacích systémov a prívod teplej vody.

Tepelné kolektory sa dodávajú v niekoľkých formách, vrátane otvorených a uzavretých systémov, plochých a sférických štruktúr, hemisférických kolektorov, koncentrátorov a mnohých ďalších možností. Tepelná energia získaná zo solárnych kolektorov sa používa na ohrev teplej vody alebo vykurovacieho média.

Široká škála priemyselných odvetví vyrába rozdeľovacie systémy na začlenenie do nezávislej vykurovacej siete. Najjednoduchšia voľba letnej rezidencie je však jednoduchá:

Napriek jasnému pokroku vo vývoji riešení na zhromažďovanie, uchovávanie a využívanie slnečnej energie existujú výhody a nevýhody.

Efektívne využívanie slnečnej energie

Najviditeľnejšou výhodou využívania slnečnej energie je jej všeobecná dostupnosť. V skutočnosti sa môže slnečná energia zhromažďovať a využívať dokonca aj za najchmurnejších a najjasnejších dní.

Druhým plusom sú nulové emisie. V skutočnosti je to najekologickejšia a najprirodzenejšia forma energie. Solárne panely a kolektory nevydávajú hluk. Vo väčšine prípadov sú inštalované na strechách budov bez toho, aby zaberali využiteľnú plochu prímestskej oblasti.

Účinnosť solárneho vykurovania v našich zemepisných šírkach je pomerne nízka z dôvodu nedostatočného počtu slnečných dní na pravidelnú prevádzku systému (+)

Nevýhody spojené s využívaním slnečnej energie sú nepresnosti osvetlenia. V tme nie je čo zbierať, situácia sa zhoršuje skutočnosťou, že vrchol vykurovacej sezóny pripadá na najkratšie denné hodiny v roku. Je potrebné monitorovať optickú čistotu panelov, menšie znečistenie výrazne znižuje účinnosť.

Okrem toho nie je možné povedať, že prevádzka systému na slnečnej energii je úplne zadarmo, stále existujú náklady na odpisy zariadení, prevádzku obehového čerpadla a riadiacej elektroniky.

Významnou nevýhodou vykurovania založeného na použití solárnych kolektorov je neschopnosť uchovávať tepelnú energiu. V okruhu je zahrnutá iba expanzná nádrž (+)

Otvorte solárne kolektory

Otvorený slnečný kolektor je systém rúrok, ktorý nie je chránený pred vonkajšími vplyvmi, cez ktorý cirkuluje tepelný nosič ohrievaný priamo slnkom.

Ako nosič tepla sa používa voda, plyn, vzduch a nemrznúca zmes. Rúry sú buď namontované na nosnom paneli vo forme cievky, alebo sú spojené s rovnobežnými radmi s výstupnou rúrkou.

Otvorené solárne kolektory sa nedokážu vyrovnať s vykurovaním súkromného domu. Chladivo sa kvôli nedostatočnej izolácii rýchlo ochladí. V lete sa používajú hlavne na ohrev vody v sprchách alebo bazénoch

Otvorené kolektory obvykle nemajú izoláciu. Dizajn je veľmi jednoduchý, preto má nízku cenu a je často vyrobený samostatne.

Kvôli nedostatku izolácie si prakticky nezachovávajú energiu prijatú zo slnka a vyznačujú sa nízkou účinnosťou. Používajú sa hlavne v lete na ohrev vody v bazénoch alebo letných sprchách.

Inštalujú sa v slnečných a teplých oblastiach s malými rozdielmi v okolitej teplote a ohriatej vode. Fungujú dobre iba za slnečného a pokojného počasia.

Najjednoduchší solárny kolektor s chladičom vyrobeným z zálivu z polymérnych potrubí zabezpečí prívod zohriatej vody do chaty pre zavlažovanie a domáce potreby.

Rúrkové rozdeľovače

Rúrkové solárne kolektory sú zostavené zo samostatných trubíc, pozdĺž ktorých preteká voda, plyn alebo para. Toto je jeden z variantov otvorených heliosystémov. Chladivo je však už oveľa lepšie chránené pred vonkajšími negatívami. Najmä vo vákuových zariadeniach, usporiadaných na princípe termóz.

Každá trubica je pripojená k systému osobitne, navzájom paralelne. Ak jedna trubica zlyhá, je ľahké ju vymeniť za novú. Celá konštrukcia môže byť zmontovaná priamo na streche budovy, čo výrazne uľahčuje inštaláciu.

Rúrkový rozdeľovač má modulárnu štruktúru. Hlavným prvkom je vákuová trubica, počet trubíc sa pohybuje od 18 do 30, čo vám umožňuje presne zvoliť silu systému

Vážnym plusom rúrkových solárnych kolektorov je valcovitý tvar hlavných prvkov, vďaka ktorému je slnečné žiarenie zachytávané celý deň bez použitia drahých sledovacích systémov na pohyb slnka.

Špeciálny viacvrstvový povlak vytvára určitý druh optického lapača slnečného žiarenia. Schéma čiastočne ukazuje vonkajšiu stenu vákuovej banky odrážajúcej lúče na stenách vnútornej banky (+)

Podľa konštrukcie rúrok sa rozlišujú perie a koaxiálne slnečné kolektory.

Koaxiálna trubica je Dyayurova nádoba alebo známe termosky. Vyrobené z dvoch baniek, medzi ktorými je prečerpávaný vzduch. Na vnútorný povrch vnútornej banky sa aplikuje vysoko selektívny povlak, ktorý efektívne absorbuje slnečnú energiu.

Pri valcovom tvare trubice dopadajú slnečné lúče vždy kolmo na povrch

Tepelná energia z vnútornej selektívnej vrstvy sa prenáša do tepelného potrubia alebo vnútorného výmenníka tepla z hliníkových platní. V tejto fáze dochádza k nežiaducim stratám tepla.

Perová trubica je sklenený valec s vloženým absorbérom peria.

Názov dostal systém od perového absorbéra, ktorý pevne obopína tepelný kanál vyrobený z tepelne vodivého kovu.

Pre dobrú tepelnú izoláciu sa z trubice čerpá vzduch. K prenosu tepla z absorbéra dochádza bez strát, takže účinnosť perových rúrok je vyššia.

Podľa spôsobu prenosu tepla existujú dva systémy: prietokové a s tepelným potrubím. Termoska je utesnená nádoba s prchavou kvapalinou.

Pretože prchavá kvapalina prirodzene tečie na dno tepelného potrubia, minimálny uhol sklonu je 20 ° C

Vo vnútri termoskúmavky je prchavá kvapalina, ktorá absorbuje teplo z vnútornej steny banky alebo z absorbéra peria. Tekutina pod vplyvom teploty vrie a stúpa vo forme pary. Po prenose tepla do ohrievacieho média alebo dodávky horúcej vody para kondenzuje na kvapalinu a steká.

Ako prchavá kvapalina sa voda často používa pri nízkom tlaku. V systéme s priamym tokom sa používa trubica v tvare U, cez ktorú cirkuluje voda alebo vykurovacie médium.

Jedna polovica trubice v tvare U je navrhnutá pre chladiace médium, druhá odoberá vyhrievanú hadicu. Pri zahrievaní chladivo expanduje a vstupuje do zásobníka, čím zabezpečuje prirodzenú cirkuláciu. Tak ako v prípade systémov s termoskou, minimálny uhol sklonu by mal byť najmenej 20⁰.

Pri priamom pripojení na prietok nemôže byť tlak v systéme vysoký, pretože vo vnútri banky je technické vákuum

Systémy s priamym tokom sú účinnejšie, pretože okamžite zahrejú chladivo. Ak sa systémy solárnych kolektorov plánujú používať po celý rok, potom sa do nich pumpujú špeciálne nemrznúce zmesi.

Použitie rúrkových solárnych kolektorov má niekoľko výhod a nevýhod. Konštrukcia trubicového solárneho kolektora pozostáva z rovnakých prvkov, ktoré sa dajú relatívne ľahko vymeniť.

výhody:

• nízke tepelné straty;
• schopnosť pracovať pri teplotách do -30 ° C;
• efektívna produktivita počas denných hodín;
• dobrý výkon v oblastiach s miernym a studeným podnebím;
• nízke vinutie, opodstatnené schopnosťou rúrkových systémov prechádzať vzduchovými masami cez neho;
• možnosť výroby vysokoteplotného chladiva.

Štruktúrne má rúrková štruktúra obmedzený povrch otvoru.

Má nasledujúce nevýhody:

• nie sú schopné samočistenia od snehu, ľadu, námrazy;
• vysoké náklady.

Napriek pôvodne vysokým nákladom sa rúrkové kolektory oplatia rýchlejšie. Majú dlhú životnosť.

Rúrkové kolektory sú otvorené solárne systémy, preto nie sú vhodné na celoročné použitie vo vykurovacích systémoch (+)

Ploché uzavreté systémy

Plochý kolektor sa skladá z hliníkového rámu, špeciálnej absorpčnej vrstvy - absorbéra, priehľadného povlaku, potrubia a ohrievača.

Ako absorbér sa používa čierna plechová meď, ktorá sa vyznačuje tepelnou vodivosťou ideálnou na vytváranie solárnych systémov. Keď je solárna energia absorbovaná absorbérom, solárna energia, ktorú prijíma, sa prenáša na chladivo cirkulujúce cez trubicový systém priľahlý k absorbéru.

Z vonkajšej strany je uzavretý panel chránený priehľadným povlakom. Vyrába sa z tvrdeného skla odolného voči nárazom s priechodným pásmom 0,4 - 1,8 mikrónov. Tento rozsah zodpovedá maximálnemu slnečnému žiareniu. Nárazuvzdorné sklo poskytuje dobrú ochranu pred krupobitím. Na zadnej strane je celý panel spoľahlivo izolovaný.

Ploché solárne kolektory ponúkajú maximálny výkon a jednoduchú konštrukciu. Ich účinnosť sa zvyšuje použitím absorbéra. Sú schopné zachytiť rozptýlené a priame slnečné svetlo.

Zoznam výhod uzavretých plochých panelov obsahuje:

• jednoduchosť dizajnu;
• dobrý výkon v regiónoch s teplou klímou;
• schopnosť inštalácie v akomkoľvek uhle so zariadeniami na zmenu uhla sklonu;
• schopnosť samočistenia od snehu a námrazy;
• nízka cena.

Ploché solárne kolektory sú zvlášť výhodné, ak sa ich použitie plánuje vo fáze projektovania. Životnosť kvalitných výrobkov je 50 rokov.

Medzi nevýhody patrí:

• vysoké tepelné straty;
• ťažká váha;
• vysoké vinutie pri umiestnení panelov pod uhlom k obzoru;
• výkonnostné obmedzenia s teplotnými rozdielmi nad 40 ° C

Rozsah uzavretých kolektorov je omnoho širší ako otvorené solárne zariadenia. V lete sú schopní úplne uspokojiť potrebu teplej vody. V chladných dňoch, ktoré nie sú zahrnuté do verejných služieb počas vykurovacieho obdobia, môžu pracovať namiesto plynových a elektrických ohrievačov.

Pre tých, ktorí si želajú vytvoriť solárny kolektor vlastnými rukami pre vykurovacie zariadenie v krajine vám odporúčame oboznámiť sa s osvedčenými schémami a postupnými montážnymi pokynmi.

Porovnanie charakteristík solárnych kolektorov

Najdôležitejším ukazovateľom solárneho kolektora je účinnosť. Užitočný výkon rôznych konštrukčných solárnych kolektorov závisí od teplotného rozdielu. Súčasne sú ploché kolektory lacnejšie ako trubkové kolektory.

Hodnoty účinnosti závisia od kvality výroby solárneho kolektora. Účelom grafu je ukázať účinnosť použitia rôznych systémov v závislosti od teplotných rozdielov.

Pri výbere solárneho kolektora by ste mali venovať pozornosť viacerým parametrom, ktoré ukazujú účinnosť a výkon zariadenia.

Pre solárne kolektory existuje niekoľko dôležitých charakteristík:

• adsorpčný koeficient - zobrazuje pomer absorbovanej energie k súčtu;
• emisný faktor - zobrazuje pomer prenášanej energie k absorbovanej energii;
• celková a clonová plocha;
• Efektivitu.

Oblasť clony je pracovnou oblasťou solárneho kolektora. V plochom kolektore je clona maximálna. Plocha otvoru je rovnaká ako plocha absorbéra.

Spôsoby pripojenia k vykurovaciemu systému

Keďže solárne zariadenia nemôžu poskytovať stabilné a nepretržité napájanie, je potrebný systém odolný voči týmto nedostatkom.

V prípade stredného Ruska nemôžu solárne zariadenia zaručiť stálu dodávku energie, preto sa používajú ako doplnkový systém. Integrácia do existujúceho systému vykurovania a teplej vody je odlišná pre solárny kolektor a solárny panel.

Okruh kolektora vody

V závislosti od účelu použitia kolektora tepla sa používajú rôzne spojovacie systémy. Môže existovať niekoľko možností:

1. Letná možnosť na teplú vodu
2. Zimná možnosť kúrenia a teplej vody

Letná možnosť je najjednoduchšia a nezaobíde sa dokonca obehové čerpadlopomocou prirodzenej cirkulácie vody.

Voda sa v solárnom kolektore zohrieva a tepelnou expanziou vstupuje do zásobníka alebo kotla. V takom prípade dochádza k prirodzenej cirkulácii: studená voda sa nasáva na miesto horúcej vody z nádrže.

V zime nie je možné priame ohrievanie vody pri nízkych teplotách. V nemrznúcom okruhu cirkuluje špeciálna nemrznúca zmes, ktorá zabezpečuje prenos tepla z kolektora do výmenníka tepla v nádrži

Ako každý systém založený na prirodzenom obehu, nefunguje veľmi efektívne a vyžaduje dodržiavanie nevyhnutných predpätí. Okrem toho musí byť akumulačná nádrž vyššia ako solárny kolektor. Aby bola voda čo najdlhšia, musí byť nádrž na teplú vodu starostlivo izolovaná.

Ak chcete skutočne dosiahnuť najúčinnejšiu prevádzku solárneho kolektora, schéma zapojenia je komplikovaná.

Aby sa zabránilo tomu, že sa kolektor v noci zmení na chladič, je potrebné násilne zastaviť cirkuláciu vody

Prostredníctvom solárneho kolektora cirkuluje nemrznúca kvapalina. Nútenú cirkuláciu zabezpečuje čerpadlo ovládané regulátorom.

Regulátor riadi činnosť obehového čerpadla na základe odčítania najmenej dvoch snímačov teploty. Prvý senzor meria teplotu v zásobnej nádrži, druhý - na prívodnom potrubí horúceho tepelného nosiča solárneho kolektora.

Hneď ako teplota v nádrži prekročí teplotu chladiacej kvapaliny, regulátor v kolektore vypne obehové čerpadlo a zastaví cirkuláciu chladiacej kvapaliny systémom. Keď naopak teplota v zásobnej nádrži klesne pod vopred stanovenú hodnotu, vykurovací kotol sa zapne.

S novým slovom a účinnou alternatívou k solárnym kolektorom s chladivom, oceľové systémy s vákuové trubice, so zásadou prevádzky a zariadeniami, s ktorými sa chceme oboznámiť.

Solárny okruh

Bolo by lákavé aplikovať podobné schéma solárneho pripojenia do elektrickej siete, ako je to v prípade solárneho kolektora, akumulujúcu energiu prijatú za deň. Bohužiaľ je veľmi nákladné vytvoriť batériu dostatočnú kapacitu pre napájací systém súkromného domu. Schéma pripojenia je preto nasledovná.

Vďaka poklesu výkonu elektrického prúdu zo solárnej batérie jednotka ABP (automatické zahrnutie rezervy) zabezpečuje pripojenie odberateľov na spoločnú elektrickú sieť

Zo solárnych panelov ide poplatok do regulátora nabíjania, ktorý vykonáva niekoľko funkcií: zaisťuje neustále nabíjanie batérií a stabilizuje napätie. Ďalej je elektrický prúd dodávaný do meniča, kde je konverzia jednosmerného prúdu 12 V alebo 24 V na striedavý jednofázový prúd 220 V.

Bohužiaľ, naše elektrické siete nie sú prispôsobené na príjem energie, môžu pracovať iba jedným smerom od zdroja k spotrebiteľovi. Z tohto dôvodu nebudete môcť predávať vyrobenú elektrinu alebo aspoň donútiť glukomer točiť v opačnom smere.

Použitie solárnych panelov je výhodné v tom, že poskytujú všestrannejšiu formu energie, ale zároveň ich nemožno porovnávať v účinnosti so solárnymi kolektormi. Na rozdiel od solárnych fotovoltaických batérií však tieto batérie nie sú schopné akumulovať energiu.

Príklad výpočtu požadovaného výkonu

Pri výpočte požadovaného výkonu solárneho kolektora je veľmi často chybné robiť výpočty založené na prichádzajúcej slnečnej energii v najchladnejších mesiacoch roka.

Faktom je, že vo zvyšných mesiacoch roka sa celý systém neustále prehrieva. Teplota chladiacej kvapaliny v lete na výstupe zo slnečného kolektora môže dosiahnuť 200 ° C pri zahrievaní pary alebo plynu, 120 ° C nemrznúcej zmesi, 150 ° C vody. Ak sa chladiaca zmes uvarí, čiastočne sa odparí. V dôsledku toho bude musieť byť nahradený.

Výrobcovia odporúčajú začať s nasledujúcimi údajmi:

• zabezpečenie dodávky teplej vody nie viac ako 70%;
• poskytnutie vykurovacieho systému nie viac ako 30%.

Zvyšok potrebného tepla by sa mal vyrábať pomocou štandardného vykurovacieho zariadenia. Avšak s takýmito ukazovateľmi ročne sa ušetrí v priemere asi 40% na vykurovaní a dodávke teplej vody.

Výkon generovaný jednou trubicou vákuového systému závisí od geografického umiestnenia. Miera slnečnej energie klesajúca za rok pri 1 m² krajina sa nazýva izolácia.

Po znalosti dĺžky a priemeru trubice môžete vypočítať clonu - efektívnu absorpčnú plochu. Zostáva používať koeficienty absorpcie a emisie na výpočet kapacity jednej trubice ročne.

Príklad výpočtu:

Štandardná dĺžka trubice je 1800 mm, účinná - 1600 mm. Priemer 58 mm. Clona - tieňovaná oblasť vytvorená trubicou. Preto je oblasť tieňového obdĺžnika:

S = 1,6 * 0,058 = 0,0928 m²

Účinnosť priemernej trubice je 80%, solárne žiarenie v Moskve je približne 1170 kWh / m² za rok. Jedna trubica bude teda ročne vyrábať:

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

Je potrebné poznamenať, že ide o veľmi hrubý odhad. Množstvo vyrobenej energie závisí od orientácie zariadenia, uhla, priemernej ročnej teploty atď.

So všetkými druhmi alternatívne zdroje energie a spôsoby ich použitia nájdete v článku.

Závery a užitočné video na túto tému

Video č. 1. Preukázanie činnosti solárneho kolektora v zime:

Video č. 2. Porovnanie rôznych modelov solárnych kolektorov:

Počas celej svojej existencie sa ľudstvo každý rok konzumuje stále viac a viac energie. Pokusy o využívanie bezplatného slnečného žiarenia sa robia už dlhý čas, ale len nedávno bolo možné účinne využívať slnko v našich zemepisných šírkach. Niet pochýb o tom, že budúcnosť spočíva na solárnych systémoch.

Chcete nahlásiť zaujímavé vlastnosti v organizácii solárneho vykurovania vidieckeho domu alebo chaty? Prosím, napíšte komentár do nižšie uvedeného bloku. Tu môžete položiť otázku, nechať fotografiu s ukážkou procesu zostavenia systému, zdieľať užitočné informácie.