Слънчево отопление на частна къща: опции и схеми на устройството

Използването на "зелена" енергия, доставяна от естествени елементи, може значително да намали разходите за полезност. Например, като уредите слънчево отопление на частна къща, ще доставите на нискотемпературни радиатори и системи за подово отопление с почти безплатно охлаждаща течност. Съгласете се, това е икономия.

Ще научите всичко за „зелените технологии“ от нашата статия. С наша помощ можете лесно да разберете разновидностите на слънчевите инсталации, как да ги подредите и спецификите на работа. Със сигурност ще се интересувате от една от популярните опции, които интензивно работят в света, но не са твърде популярни досега при нас.

В представения на вашето внимание преглед се анализират конструктивните характеристики на системите, схемите за свързване са описани подробно. Даден е пример за изчисляване на слънчева отоплителна верига за оценка на реалностите на нейното изграждане. За да помогнете на независимите майстори, са прикачени колекции от снимки и видеоклипове.

Технологии за зелена топлина

Средно 1 м² Повърхността на земята получава 161 вата слънчева енергия на час. Разбира се, на екватора тази цифра ще бъде многократно по-висока, отколкото в Арктика. Освен това плътността на слънчевата радиация зависи от времето на годината.

В района на Москва интензитетът на слънчевата радиация през декември-януари се различава от май-юли повече от пет пъти. Съвременните системи обаче са толкова ефективни, че могат да работят почти навсякъде на земята.

Съвременните слънчеви системи са в състояние да работят ефективно при облачно и студено време до -30 ° C

Задача за употреба слънчева радиационна енергия с максимална ефективност се решава по два начина: директно загряване в термични колектори и слънчеви фотоволтаични батерии.Слънчевите панели първо преобразуват енергията на слънчевите лъчи в електричество, след което я предават чрез специална система на потребителите, като електрически бойлер.

Топлинните колектори, загряти от действието на слънчевата светлина, загряват топлоносителя на отоплителните системи и захранването с гореща вода.

Термичните колектори се предлагат в няколко форми, включително отворени и затворени системи, плоски и сферични структури, полусферични колектори, концентратори и много други опции. Топлинната енергия, получена от слънчевите колектори, се използва за загряване на топла вода или отоплителна среда.

Широка гама от индустрии произвежда колекторни системи за включване в независима отоплителна мрежа. Най-простият вариант за лятна резиденция обаче е лесно да направите със собствените си:

Въпреки ясния напредък в разработването на решения за събиране, съхранение и използване на слънчевата енергия, има предимства и недостатъци.

Ефективно използване на слънчевата енергия

Най-очевидната полза от използването на слънчева енергия е нейната обща наличност. Всъщност дори и в най-мрачното и облачно време слънчевата енергия може да се събира и използва.

Вторият плюс е нулевите емисии. Всъщност това е най-екологичната и естествена форма на енергия. Слънчеви панели а колекторите не вдигат шум. В повечето случаи те се инсталират на покривите на сградите, без да заемат използваемата площ на крайградска зона.

Ефективността на слънчевото отопление в нашите географски ширини е доста ниска, поради недостатъчния брой слънчеви дни за редовната работа на системата (+)

Недостатъците, свързани с използването на слънчева енергия, са несъстоятелността на осветеността. В тъмното няма какво да се събира, ситуацията се влошава от факта, че пикът на отоплителния сезон пада върху най-късите дневни часове в годината. Необходимо е да се следи оптичната чистота на панелите, незначителното замърсяване рязко намалява ефективността.

Освен това не може да се каже, че работата на системата за слънчева енергия е напълно безплатна, има постоянни разходи за амортизация на оборудването, за работа на циркулационната помпа и контролната електроника.

Значителен недостатък на отоплението въз основа на използването на слънчеви колектори е невъзможността да се съхранява топлинна енергия. Във веригата е включен само разширителен резервоар (+)

Отворени слънчеви колектори

Отворен слънчев колектор представлява система от тръби, която е незащитена от външни влияния, през които циркулира топлоносител, нагряван директно от слънцето.

Вода, газ, въздух, антифриз се използват като топлоносител. Тръбите са или монтирани върху носещ панел под формата на намотка, или са свързани в паралелни редове с изходящата тръба.

Слънчевите колектори от отворен тип не са в състояние да се справят с отоплението на частна къща. Поради липсата на изолация, охлаждащата течност се охлажда бързо. Използват се през лятото главно за загряване на вода в душове или басейни

Отворените колектори обикновено нямат изолация. Дизайнът е много прост, затова има ниска цена и често се изработва независимо.

Поради липсата на изолация, те практически не запазват енергията, получена от слънцето, и се характеризират с ниска ефективност. Те се използват главно през лятото за загряване на вода в басейни или летни душове.

Те се инсталират в слънчеви и топли райони, с малки разлики в околната температура и загрятата вода. Те работят добре само в слънчево, спокойно време.

Най-простият слънчев колектор с радиатор, направен от залив от полимерни тръби, ще осигури подаването на отопляема вода в къщичката за напояване и битови нужди

Тръбни колектори

Тръбните слънчеви колектори са сглобени от отделни тръби, по които тече вода, газ или пара. Това е една от разновидностите на отворените хелиосистеми. Охлаждащата течност обаче вече е много по-добре защитена от външен негатив. Особено във вакуумните инсталации, подредени на принципа на термозите.

Всяка тръба е свързана към системата отделно, успоредно една на друга. Ако една тръба не успее, е лесно да я замените с нова. Цялата конструкция може да бъде сглобена директно на покрива на сградата, което значително улеснява монтажа.

Тръбният колектор има модулна структура. Основният елемент е вакуумна тръба, броят на тръбите варира от 18 до 30, което ви позволява точно да изберете силата на системата

Важен плюс на тръбните слънчеви колектори е цилиндричната форма на основните елементи, поради която слънчевата радиация се улавя през целия ден, без да се използват скъпи проследяващи системи за движението на слънцето.

Специално многослойно покритие създава един вид оптичен капан за слънчева светлина. Диаграмата частично показва външната стена на вакуумната крушка, отразяваща лъчите по стените на вътрешната крушка (+)

Според дизайна на тръбите се разграничават перо и коаксиални слънчеви колектори.

Коаксиалната тръба е съд на Dyayur или познат термос. Изработена от две колби, между които се изпомпва въздух. Високо селективно покритие, което ефективно абсорбира слънчевата енергия, се нанася върху вътрешната повърхност на вътрешната крушка.

С цилиндричната форма на тръбата слънчевите лъчи винаги падат перпендикулярно на повърхността

Топлинната енергия от вътрешния селективен слой се прехвърля към топлинна тръба или вътрешен топлообменник от алуминиеви плочи. На този етап настъпват нежелани загуби на топлина.

Перовата тръба е стъклен цилиндър с амортисьор за перо, поставен вътре.

Системата получи името си от абсорбатор на пера, който плътно се увива около топлинен канал, изработен от топлопроводящ метал

За добра топлоизолация въздухът се изпомпва от тръбата. Преносът на топлина от абсорбера става без загуба, така че ефективността на перовите тръби е по-висока.

Според метода на пренос на топлина има две системи: еднократна и с топлопровод. Термотръбката е запечатан контейнер с летлива течност.

Тъй като летливата течност естествено тече към дъното на топлинната тръба, минималният ъгъл на наклон е 20 ° C

Вътре в термотръбката има летлива течност, която абсорбира топлината от вътрешната стена на колбата или от абсорбера на перата. Под влияние на температурата течността кипи и се издига под формата на пара. След като топлината се прехвърли към отоплителната среда или захранването с гореща вода, парата кондензира в течност и тече надолу.

Като летлива течност, водата често се използва при ниско налягане. В система с директен поток се използва U-образна тръба, през която циркулира вода или отоплителна среда.

Едната половина на U-образната тръба е предназначена за студена охлаждаща течност, втората премахва нагрятата. При нагряване охлаждащата течност се разширява и влиза в резервоара за съхранение, осигурявайки естествена циркулация. Както в случая на системи с термотрубка, минималният ъгъл на наклон трябва да бъде най-малко 20 °.

При връзка с директен поток налягането в системата не може да бъде високо, тъй като вътре в колбата има технически вакуум

Системите с директен поток са по-ефективни, тъй като веднага загряват топлоносителя. Ако системите за слънчеви колектори се планират да се използват през цялата година, тогава в тях се изпомпват специални антифризи.

Използването на тръбни слънчеви колектори има няколко предимства и недостатъци. Дизайнът на тръбния слънчев колектор се състои от същите елементи, които се подменят сравнително лесно.

Предимства:

• ниски загуби на топлина;
• способност за работа при температури до -30⁰С;
• ефективна производителност през дневните часове;
• добро представяне в райони с умерен и студен климат;
• ниска колекция, оправдана от способността на тръбните системи да преминават въздушни маси през себе си;
• възможността за производство на високотемпературна охлаждаща течност.

В структурно отношение тръбната структура има ограничена повърхност на блендата.

Той има следните недостатъци:

• не е в състояние да се самопочиства от сняг, лед, инея;
• висока цена.

Въпреки първоначално високата цена, тръбните колектори се изплащат по-бързо. Имат дълъг експлоатационен живот.

Тръбните колектори са слънчеви системи от отворен тип, поради което не са подходящи за целогодишна употреба в отоплителни системи (+)

Плоски затворени системи

Плоският колектор се състои от алуминиева рамка, специален абсорбиращ слой - абсорбатор, прозрачно покритие, тръбопровод и нагревател.

Като абсорбатор се използва почернена ламарина, която се характеризира с топлопроводимост, идеална за създаване на слънчеви системи. Когато слънчевата енергия се абсорбира от абсорбера, получената от нея слънчева енергия се прехвърля на охлаждащата течност, циркулираща през тръбната система, съседна на абсорбера.

От външната страна затвореният панел е защитен от прозрачно покритие. Изработена е от удароустойчиво закалено стъкло с пропускаща лента от 0,4-1,8 микрона. Този диапазон отчита максималната слънчева радиация. Удароустойчивото стъкло осигурява добра защита срещу градушка. На гърба целият панел е надеждно изолиран.

Плоските слънчеви колектори предлагат максимална производителност и проста конструкция. Ефективността им се повишава поради използването на абсорбатор. Те са способни да улавят разсеяна и пряка слънчева светлина.

Списъкът на предимствата на затворените плоски панели включва:

• простота на дизайна;
• добро представяне в региони с топъл климат;
• възможност за инсталиране под всякакъв ъгъл с устройства за промяна на ъгъла на наклон;
• способността за самопочистване от сняг и мраз;
• ниска цена.

Плоските слънчеви колектори са особено изгодни, ако тяхното приложение е планирано на етапа на проектиране. Срокът на експлоатация на качествени продукти е 50 години.

Недостатъците включват:

• висока загуба на топлина;
• голямо тегло;
• висока печалба при поставяне на панели под ъгъл спрямо хоризонта;
• ограничения на производителността с температурни разлики над 40 ° C.

Обхватът на затворените колектори е много по-широк от слънчевите инсталации от отворен тип. През лятото те са в състояние напълно да задоволят нуждата от топла вода. В хладните дни, които не са включени от комуналните услуги през отоплителния сезон, те могат да работят вместо газови и електрически нагреватели.

На желаещите направете слънчев колектор със собствените си ръце за отоплително устройство в страната, ви предлагаме да се запознаете с доказани схеми и инструкции за сглобяване стъпка по стъпка.

Сравнение на характеристиките на слънчевите колектори

Най-важният показател за слънчевия колектор е ефективността. Полезното представяне на различни по дизайн слънчеви колектори зависи от температурната разлика. В същото време плоските колектори са много по-евтини от тръбните.

Стойностите на ефективността зависят от качеството на производство на слънчевия колектор. Целта на графиката е да покаже ефективността на използването на различни системи в зависимост от температурната разлика.

Когато избирате слънчев колектор, струва си да обърнете внимание на редица параметри, показващи ефективността и мощността на устройството.

Има няколко важни характеристики за слънчевите колектори:

• адсорбционен коефициент - показва съотношението на погълната енергия към общата;
• коефициент на емисии - показва съотношението на предаваната енергия към абсорбираната;
• обща и апертна площ;
• Ефективност.

Зоната на блендата е работната зона на слънчевия колектор. В плосък колектор площта на блендата е максимална. Площта на блендата е равна на площта на абсорбера.

Начини за свързване към отоплителната система

Тъй като устройствата със слънчево захранване не могат да осигурят стабилно и денонощно захранване, е необходимо система, устойчива на тези недостатъци.

За централна Русия соларните устройства не могат да гарантират постоянно снабдяване с енергия, поради което те се използват като допълнителна система. Интеграцията в съществуващата система за отопление и топла вода е различна за слънчевия колектор и слънчевия панел.

Схема на колектор за вода

Използват се различни системи за свързване в зависимост от целта на използване на топлинния колектор. Възможно е да има няколко варианта:

1. Лятна опция за топла вода
2. Зимна опция за отопление и топла вода

Лятната опция е най-простата и може да направи без дори циркулационна помпаизползвайки естествена циркулация на водата.

Водата се нагрява в слънчевия колектор и поради топлинното разширение навлиза в резервоара или котела. В този случай се получава естествена циркулация: студена вода се всмуква на мястото на топла вода от резервоара.

През зимата при ниски температури директното загряване на водата не е възможно. Специален антифриз циркулира в затворен кръг, осигурявайки пренос на топлина от колектора към топлообменника в резервоара

Както всяка система, базирана на естествена циркулация, тя не работи много ефективно, което изисква спазването на необходимите предубеждения. Освен това резервоарът за съхранение трябва да е по-висок от слънчевия колектор. За да се запази водата възможно най-дълго, горещият резервоар трябва да бъде внимателно изолиран.

Ако искате наистина да постигнете най-ефективната работа на слънчевия колектор, схемата на свързване е сложна.

За да се предотврати превръщането на колектора в охлаждащ радиатор през нощта, е необходимо да се спре циркулацията на водата насила

Незамръзващата охлаждаща течност циркулира през системата на слънчевия колектор. Принудителната циркулация се осигурява от помпа, управлявана от контролер.

Контролерът контролира работата на циркулационната помпа въз основа на показанията на поне два температурни датчика. Първият сензор измерва температурата в резервоара за съхранение, вторият - на захранващата тръба на горещия топлоносител на слънчевия колектор.

Веднага щом температурата в резервоара надвиши температурата на охлаждащата течност, в колектора контролерът изключва циркулационната помпа, спирайки циркулацията на охлаждащата течност през системата. От своя страна, когато температурата в резервоара за съхранение падне под предварително определена стойност, отоплителният котел се включва.

С нова дума и ефективна алтернатива на слънчевите колектори с охлаждаща течност, стоманени системи с вакуумни тръби, с принципа на работа и устройствата, с които предлагаме да се запознаем.

Слънчева верига

Примамливо би било да се приложи подобно соларна схема за свързване към електрическата мрежа, както е в случая на слънчевия колектор, акумулирайки получената енергия на ден. За съжаление е много скъпо да се създаде комплект батерии с достатъчен капацитет за системата за захранване на частна къща. Следователно схемата на свързване е следната.

С намаляване на мощността на електрическия ток от слънчевата батерия, ABP устройството (автоматично включване на резерва) осигурява връзката на потребителите към обща електрическа мрежа

От слънчевите панели зарядът преминава към контролера на заряда, който изпълнява няколко функции: осигурява постоянно презареждане на батериите и стабилизира напрежението. Освен това електрическият ток се подава към инвертора, където преобразуването на постоянен ток 12V или 24V в променлив еднофазен ток 220V.

Уви, нашите електрически мрежи не са пригодени да приемат енергия, те могат да работят само в една посока от източник до потребител. Поради тази причина няма да можете да продадете произведената електроенергия или поне да накарате електромера да се върти в обратна посока.

Използването на слънчеви панели е от полза, тъй като те осигуряват по-универсална форма на енергия, но в същото време не могат да се сравняват по ефективност със слънчеви колектори. Последните обаче нямат способността да акумулират енергия, за разлика от слънчевите фотоволтаични батерии.

Пример за изчисляване на необходимата мощност

При изчисляване на необходимата мощност на слънчевия колектор много често е погрешно да се правят изчисления въз основа на постъпващата слънчева енергия в най-студените месеци на годината.

Факт е, че през останалите месеци от годината цялата система постоянно ще се прегрява. Температурата на охлаждащата течност през лятото на изхода на слънчевия колектор може да достигне 200 ° C с нагряване на пара или газ, 120 ° C антифриз, 150 ° C вода. Ако охлаждащата течност заври, тя частично ще се изпари. В резултат на това той ще трябва да бъде заменен.

Производителите препоръчват да се започне от следните цифри:

• осигуряване на захранване с топла вода не повече от 70%;
• осигуряване на отоплителна система не повече от 30%.

Останалата част от необходимата топлина трябва да се генерира от стандартно отоплително оборудване. Независимо от това, с такива показатели годишно се спестяват средно около 40% от отопление и горещо водоснабдяване.

Мощността, генерирана от една тръба на вакуумната система, зависи от географското местоположение. Скоростта на слънчева енергия пада годишно на 1 m² земя се нарича инсолация.

Знаейки дължината и диаметъра на тръбата, можете да изчислите блендата - ефективната област на абсорбция. Остава да приложим коефициентите на абсорбция и емисии, за да изчислим капацитета на една тръба годишно.

Пример за изчисление:

Стандартната дължина на тръбата е 1800 мм, ефективна - 1600 мм. Диаметър 58 мм. Бленда - засенчена зона, създадена от тръбата. По този начин площта на правоъгълника в сянка е:

S = 1,6 * 0,058 = 0,028 m²

Ефективността на средната тръба е 80%, слънчевата инсулация за Москва е около 1170 кВтч / м² годишно. По този начин, една тръба ще произвежда годишно:

W = 0.0928 * 1170 * 0.8 = 86.86kW * h

Трябва да се отбележи, че това е много груба оценка. Количеството произведена енергия зависи от ориентацията на инсталацията, ъгъла, средната годишна температура и т.н.

С всички видове алтернативни източници на енергия и начини за използването им можете да намерите в статията.

Изводи и полезно видео по темата

Видео №1. Демонстрация на действието на слънчевия колектор през зимата:

Видео №2. Сравнение на различни модели слънчеви колектори:

През цялото си съществуване човечеството се консумира все повече и повече енергия всяка година. Опити за използване на безплатна слънчева радиация са правени отдавна, но едва наскоро стана възможно ефективно използване на слънцето в нашите географски ширини. Няма съмнение, че бъдещето е на слънчевите системи.

Искате ли да съобщите интересни характеристики в организацията на слънчево отопление на селска къща или вила? Моля, напишете коментари в блока по-долу. Тук можете да зададете въпрос, да оставите снимка с демонстрация на процеса на сглобяване на системата, да споделите полезна информация.