Solární vytápění soukromého domu: možnosti a schémata zařízení

Použití „zelené“ energie dodávané přírodními prvky může výrazně snížit náklady na energie. Například uspořádáním solárního vytápění soukromého domu dodáte nízkoteplotní radiátory a podlahové topné systémy s prakticky zdarma chladicí kapalinou. Souhlasíte, jedná se o úspory.

Z našeho článku se dozvíte vše o „zelených technologiích“. S naší pomocí můžete snadno zjistit různé druhy solárních zařízení, jak je uspořádat a specifika provozu. Určitě vás bude zajímat jedna z populárních možností, které intenzivně pracují ve světě, ale zatím u nás nejsou příliš populární.

V přezkumu, který vám bude předložen, jsou analyzovány konstrukční vlastnosti systémů a podrobně jsou popsány schémata zapojení. Je uveden příklad výpočtu solárního topného okruhu pro posouzení skutečností jeho konstrukce. Pro pomoc nezávislým pánům jsou připojeny sbírky fotografií a videa.

Technologie zeleného tepla

Průměr 1 m² Povrch Země přijímá 161 wattů sluneční energie za hodinu. Při rovníku bude toto číslo mnohokrát vyšší než v Arktidě. Kromě toho závisí hustota slunečního záření na ročním období.

V oblasti Moskvy se intenzita slunečního záření v prosinci až lednu liší od května do července více než pětkrát. Moderní systémy jsou však tak efektivní, že mohou pracovat téměř všude na Zemi.

Moderní solární systémy jsou schopny efektivně pracovat za oblačného a chladného počasí až do -30 ° C

Úkol použití energie slunečního záření s maximální účinností je řešeno dvěma způsoby: přímým ohřevem v tepelných kolektorech a solárních fotovoltaických bateriích.Solární panely nejprve přeměňují energii slunečních paprsků na elektřinu a poté ji prostřednictvím zvláštního systému předávají spotřebitelům, jako je elektrický kotel.

Kolektory tepla, zahřívané působením slunečního světla, ohřívají chladicí kapalinu topných systémů a přívod teplé vody.

Tepelné kolektory přicházejí v několika podobách, včetně otevřených a uzavřených systémů, plochých a sférických struktur, polokulovitých kolektorů, koncentrátorů a mnoha dalších možností. Tepelná energie získaná ze solárních kolektorů se používá k ohřevu teplé vody nebo topného média.

Široká řada průmyslových odvětví vyrábí rozmanité systémy pro začlenění do nezávislé topné sítě. Nejjednodušší možností pro letní sídlo je však snadné udělat si s vlastním:

I přes jasný pokrok ve vývoji řešení pro sběr, skladování a využívání sluneční energie existují výhody a nevýhody.

Efektivní využití sluneční energie

Nejviditelnější výhodou využití sluneční energie je její obecná dostupnost. Ve skutečnosti lze sluneční energii shromažďovat a využívat dokonce i za nejskromnějšího a nejjasnějšího počasí.

Druhým plusem jsou nulové emise. Ve skutečnosti je to nejekologičtější a nejpřirozenější forma energie. Solární panely a sběratelé nevydávají hluk. Ve většině případů jsou instalovány na střechách budov, aniž by zabíraly využitelnou oblast příměstské oblasti.

Účinnost solárního ohřevu v našich zeměpisných šířkách je poměrně nízká, vzhledem k nedostatečnému počtu slunečných dnů pro řádný provoz systému (+)

Nevýhody spojené s využitím sluneční energie jsou nestabilita osvětlení. Ve tmě není co sbírat, situaci zhoršuje skutečnost, že vrchol topné sezóny spadá na nejkratší denní hodiny v roce. Je nutné sledovat optickou čistotu panelů, menší znečištění výrazně snižuje účinnost.

Kromě toho nelze říci, že provoz systému na solární energii je zcela zdarma, existují stálé náklady na odpisy zařízení, provoz oběhového čerpadla a řídicí elektroniku.

Významnou nevýhodou vytápění založeného na využití solárních kolektorů je neschopnost uchovávat tepelnou energii. Do okruhu je zahrnuta pouze expanzní nádrž (+)

Otevřené solární kolektory

Otevřený solární kolektor je soustava trubek, která není chráněna před vnějšími vlivy, kterými cirkuluje tepelný nosič zahřívaný přímo sluncem.

Jako nosič tepla se používá voda, plyn, vzduch, nemrznoucí směs. Trubky jsou buď namontovány na nosném panelu ve formě cívky, nebo jsou připojeny v paralelních řadách k výstupní trubce.

Otevřené solární kolektory nejsou schopny zvládnout vytápění soukromého domu. Vzhledem k nedostatečné izolaci se chladicí kapalina rychle ochladí. V létě se používají hlavně k ohřevu vody ve sprchách nebo v bazénech

Otevřené kolektory obvykle nemají izolaci. Konstrukce je velmi jednoduchá, proto má nízké náklady a je často vyráběna samostatně.

Kvůli nedostatku izolace prakticky nezachovávají energii přijímanou ze slunce a vyznačují se nízkou účinností. Používají se hlavně v létě k ohřevu vody v bazénech nebo letních sprchách.

Jsou instalovány ve slunných a teplých oblastech s malými rozdíly v okolní teplotě a ohřáté vodě. Fungují dobře pouze za slunečného a klidného počasí.

Nejjednodušší solární kolektor s chladičem vyrobeným z bloku polymerních trubek zajistí přívod ohřáté vody do chaty pro zavlažování a domácí potřeby.

Trubkové rozvody

Trubkové solární kolektory jsou sestaveny ze samostatných trubek, kterými protéká voda, plyn nebo pára. Toto je jedna z odrůd otevřených heliosystémů. Chladicí kapalina je však již mnohem lépe chráněna před vnějšími negativními vlivy. Zejména ve vakuových zařízeních, uspořádaných na principu termóz.

Každá trubice je připojena k systému samostatně, navzájem paralelně. Pokud jedna zkumavka selže, je snadné ji vyměnit za novou. Celá konstrukce může být smontována přímo na střechu budovy, což výrazně usnadňuje instalaci.

Trubicové potrubí má modulární strukturu. Hlavním prvkem je vakuová trubice, počet trubek se pohybuje od 18 do 30, což vám umožní přesně zvolit sílu systému

Vážným plusem trubkových solárních kolektorů je válcový tvar hlavních prvků, díky kterému je sluneční záření zachycováno celý den bez použití drahých sledovacích systémů pro pohyb slunce.

Speciální vícevrstvý povlak vytváří jakýsi optický pasti pro sluneční světlo. Diagram částečně ukazuje vnější stěnu vakuové baňky odrážející paprsky na stěnách vnitřní baňky (+)

Podle konstrukce trubek se rozlišují peří a koaxiální sluneční kolektory.

Koaxiální trubice je Dyayurova nádoba nebo známá termoska. Vyrobeno ze dvou baněk, mezi nimiž je vzduch čerpán. Na vnitřní povrch vnitřní baňky se aplikuje vysoce selektivní povlak, který účinně absorbuje sluneční energii.

S válcovým tvarem trubice sluneční paprsky vždy padají kolmo k povrchu

Tepelná energie z vnitřní selektivní vrstvy se přenáší do tepelného potrubí nebo vnitřního tepelného výměníku z hliníkových desek. V této fázi dochází k nežádoucím ztrátám tepla.

Peří trubice je skleněný válec s uvnitř vloženým absorbérem peří.

Název dostal název od péřového absorbéru, který těsně obepíná tepelný kanál z tepelně vodivého kovu

Pro dobrou tepelnou izolaci se z trubky čerpá vzduch. Přenos tepla z absorbéru probíhá beze ztrát, takže účinnost peří je vyšší.

Podle způsobu přenosu tepla existují dva systémy: průchozí a s tepelnou trubkou. Termoska je uzavřená nádoba s těkavou kapalinou.

Protože těkavá kapalina přirozeně proudí na dno tepelné trubky, minimální úhel sklonu je 20 ° C

Uvnitř termotrubky je těkavá kapalina, která pohlcuje teplo z vnitřní stěny baňky nebo z péřového absorbéru. Kapalina se pod vlivem teploty vaří a stoupá ve formě páry. Po přenosu tepla do topného média nebo dodávky horké vody se pára kondenzuje na kapalinu a stéká dolů.

Jako těkavá kapalina se často používá voda při nízkém tlaku. V systému s přímým tokem se používá trubice ve tvaru písmene U, kterou cirkuluje voda nebo topné médium.

Jedna polovina trubice ve tvaru U je určena pro chladicí kapalinu, druhá odstraní zahřátou trubku. Při zahřátí se chladicí kapalina rozpíná a vstupuje do zásobní nádrže, čímž zajišťuje přirozenou cirkulaci. Stejně jako v případě systémů s termotrubí by minimální úhel sklonu měl být nejméně 20⁰.

Při připojení s přímým průtokem nemůže být tlak v systému vysoký, protože uvnitř baňky je technické vakuum

Systémy s přímým tokem jsou účinnější, protože okamžitě ohřívají chladicí kapalinu. Pokud se plánuje použití solárních kolektorů po celý rok, čerpají se do nich speciální nemrznoucí směsi.

Použití trubkových solárních kolektorů má několik výhod a nevýhod. Konstrukce trubkovitého solárního kolektoru sestává ze stejných prvků, které lze relativně snadno vyměnit.

Výhody:

• nízké tepelné ztráty;
• schopnost pracovat při teplotách až -30 ° C;
• efektivní produktivita během denního světla;
• dobrý výkon v oblastech s mírným a chladným podnebím;
• nízké vinutí, odůvodněné schopností trubkových systémů procházet vzduchovými hmotami skrze sebe;
• možnost výroby vysokoteplotního chladicího média.

Strukturálně má trubkovitá struktura omezený povrch otvoru.

Má následující nevýhody:

• není schopen samočištění od sněhu, ledu, jinovatky;
• vysoké náklady.

Přes původně vysoké náklady se trubkové kolektory vyplatí rychleji. Mají dlouhou životnost.

Trubkové kolektory jsou otevřené solární systémy, proto nejsou vhodné pro celoroční použití v topných systémech (+)

Ploché uzavřené systémy

Plochý kolektor se skládá z hliníkového rámu, speciální absorpční vrstvy - absorbéru, transparentního povlaku, potrubí a topného tělesa.

Jako absorbér se používá měděná plechová měď, která se vyznačuje tepelnou vodivostí ideální pro vytváření solárních systémů. Když je sluneční energie absorbována absorbérem, je jím přijímaná sluneční energie přenášena na chladivo cirkulující podél trubkového systému sousedícího s absorbérem.

Na vnější straně je uzavřený panel chráněn průhledným povlakem. Je vyrobeno z tvrzeného skla odolného proti nárazům s průchodem 0,4 až 1,8 mikronů. Tento rozsah odpovídá maximálnímu slunečnímu záření. Sklo odolné proti nárazům poskytuje dobrou ochranu proti krupobití. Na zadní straně je celý panel spolehlivě izolován.

Ploché solární kolektory nabízejí maximální výkon a jednoduchou konstrukci. Jejich účinnost se zvyšuje díky použití absorbéru. Jsou schopni zachytit rozptýlené a přímé sluneční světlo.

Seznam výhod uzavřených plochých panelů zahrnuje:

• jednoduchost designu;
• dobrý výkon v regionech s teplým podnebím;
• schopnost instalace v jakémkoli úhlu se zařízeními pro změnu úhlu sklonu;
• schopnost se samočistit od sněhu a jinovatky;
• nízká cena.

Ploché solární kolektory jsou zvláště výhodné, pokud je jejich použití plánováno ve fázi návrhu. Životnost kvalitních výrobků je 50 let.

Mezi nevýhody patří:

• vysoká tepelná ztráta;
• těžká váha;
• vysoká větrnost při umisťování panelů pod úhlem k obzoru;
• výkonnostní omezení s teplotními rozdíly vyššími než 40 ° C

Rozsah uzavřených kolektorů je mnohem širší než otevřené solární instalace. V létě dokážou plně uspokojit potřebu teplé vody. V chladných dnech, které nezahrnují veřejné služby během topného období, mohou pracovat místo plynových a elektrických ohřívačů.

Pro ty, kteří si přejí vyrobte sluneční kolektor vlastními rukama pro topné zařízení v zemi vám doporučujeme seznámit se s osvědčenými schématy a postupnými montážními pokyny.

Porovnání charakteristik solárních kolektorů

Nejdůležitějším indikátorem solárního kolektoru je účinnost. Užitečný výkon různých konstrukčních solárních kolektorů závisí na teplotním rozdílu. Zároveň jsou ploché kolektory mnohem levnější než trubkové.

Hodnoty účinnosti závisí na kvalitě výroby solárního kolektoru. Účelem grafu je ukázat účinnost použití různých systémů v závislosti na teplotním rozdílu.

Při výběru solárního kolektoru je třeba věnovat pozornost řadě parametrů, které ukazují účinnost a výkon zařízení.

Pro solární kolektory existuje několik důležitých charakteristik:

• adsorpční koeficient - ukazuje poměr absorbované energie k celkovému;
• emisní faktor - ukazuje poměr přenášené energie k absorbované;
• celková a clonová plocha;
• Účinnost.

Oblast clony je pracovní oblastí solárního kolektoru. V plochém kolektoru je plocha clony maximální. Plocha otvoru je stejná jako plocha absorbéru.

Způsoby připojení k topnému systému

Protože solární zařízení nemohou poskytovat stabilní a nepřetržité napájení, je zapotřebí systém odolný vůči těmto nedostatkům.

Pro střední Rusko nemohou solární zařízení zaručit stabilní dodávku energie, proto se používají jako doplňkový systém. Integrace do stávajícího systému vytápění a ohřevu teplé vody se u solárního kolektoru a solárního panelu liší.

Obvod sběrače vody

V závislosti na účelu použití sběrače tepla se používají různé spojovací systémy. Může existovat několik možností:

1. Letní varianta pro horkou vodu
2. Zimní varianta pro vytápění a horkou vodu

Letní varianta je nejjednodušší a bez obejití oběhové čerpadlopomocí přirozené cirkulace vody.

Voda je ohřívána v solárním kolektoru a díky tepelné expanzi vstupuje do akumulační nádrže nebo kotle. V tomto případě dochází k přirozené cirkulaci: studená voda je nasávána na místo horké vody z nádrže.

V zimě při nízkých teplotách není možné přímé ohřev vody. Speciální nemrznoucí směs cirkuluje v uzavřeném okruhu a zajišťuje přenos tepla z kolektoru do tepelného výměníku v nádrži

Stejně jako každý systém založený na přirozeném oběhu nefunguje příliš efektivně a vyžaduje dodržování nezbytných předpojatostí. Kromě toho musí být akumulační nádrž vyšší než solární kolektor. Aby byla voda co nejdéle udržována, musí být horká nádrž pečlivě izolována.

Pokud chcete skutečně dosáhnout nejefektivnějšího provozu solárního kolektoru, je schéma zapojení komplikované.

Aby se v noci zabránilo kolektoru přeměnit se na chladič, je nutné násilně zastavit cirkulaci vody

Prostřednictvím solárního kolektoru cirkuluje nemrznoucí chladivo. Nucená cirkulace je zajištěna čerpadlem ovládaným ovladačem.

Regulátor řídí činnost oběhového čerpadla na základě údajů alespoň dvou teplotních senzorů. První senzor měří teplotu v akumulační nádrži, druhý - na přívodním potrubí horkého tepelného nosiče solárního kolektoru.

Jakmile teplota v nádrži překročí teplotu chladicí kapaliny, regulátor v kolektoru vypne oběhové čerpadlo a zastaví cirkulaci chladicí kapaliny systémem. Když naopak teplota v zásobníku klesne pod předem stanovenou hodnotu, topný kotel se zapne.

S novým slovem a účinnou alternativou k solárním kolektorům s chladivem, ocelové systémy s vakuové trubice, s principem činnosti a zařízení, se kterými se chceme seznámit.

Solární obvod

Bylo by lákavé použít podobné schéma solárního připojení do energetické sítě, jako je tomu v případě solárního kolektoru, akumulace energie přijaté denně. Bohužel je velmi nákladné vytvořit baterii s dostatečnou kapacitou pro napájecí systém soukromého domu. Schéma připojení je proto následující.

Se snížením výkonu elektrického proudu ze solární baterie zajišťuje jednotka ABP (automatické zahrnutí rezervy) připojení spotřebitelů ke společné elektrické síti

Ze solárních panelů jde nabíjení do regulátoru nabíjení, který vykonává několik funkcí: zajišťuje konstantní nabíjení baterií a stabilizuje napětí. Dále je elektrický proud přiváděn do střídače, kde je převod stejnosměrného proudu 12V nebo 24V na střídavý jednofázový proud 220V.

Bohužel, naše elektrické sítě nejsou přizpůsobeny k přijímání energie, mohou pracovat pouze jedním směrem od zdroje ke spotřebiteli. Z tohoto důvodu nebudete moci prodanou vyrobenou elektřinu prodat nebo alespoň nechat měřič točit v opačném směru.

Použití solárních panelů je výhodné v tom, že poskytují všestrannější formu energie, ale zároveň je nelze efektivně srovnávat se solárními kolektory. Ty však na rozdíl od solárních fotovoltaických baterií nemají schopnost akumulovat energii.

Příklad výpočtu požadovaného výkonu

Při výpočtu požadovaného výkonu solárního kolektoru je velmi často chybné provádět výpočty na základě příchozí sluneční energie v nejchladnějších měsících roku.

Faktem je, že ve zbývajících měsících roku bude celý systém neustále přehříván. Teplota chladicí kapaliny v létě na výstupu ze solárního kolektoru může dosáhnout ohřevu páry nebo plynu, 120 ° C nemrznoucí směsi, 150 ° C vody až 200 ° C. Pokud se chladicí kapalina vaří, částečně se vypaří. V důsledku toho bude muset být nahrazen.

Výrobci doporučují vycházet z následujících údajů:

• zajištění dodávky teplé vody ne více než 70%;
• poskytnutí topného systému ne více než 30%.

Zbytek potřebného tepla by měl být generován standardním topným zařízením. S takovými ukazateli ročně se však na vytápění a zásobování teplou vodou ušetří v průměru asi 40%.

Síla generovaná jednou trubicí vakuového systému závisí na geografickém umístění. Míra sluneční energie klesající za rok na 1 m² Země se nazývá izolace.

Znáte-li délku a průměr zkumavky, můžete vypočítat clonu - efektivní absorpční oblast. Zbývá použít absorpční a emisní faktory pro výpočet kapacity jedné zkumavky za rok.

Příklad výpočtu:

Standardní délka trubky je 1800 mm, efektivní - 1600 mm. Průměr 58 mm. Clona - stínovaná oblast vytvořená trubicí. Oblast stínového obdélníku je tedy:

S = 1,6 * 0,058 = 0,0928 m²

Účinnost průměrné trubice je 80%, solární izolace v Moskvě je asi 1170 kWh / m² za rok. Jedna trubka tedy bude produkovat ročně:

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

Je třeba poznamenat, že se jedná o velmi hrubý odhad. Množství vyrobené energie závisí na orientaci zařízení, úhlu, průměrné roční teplotě atd.

Se všemi druhy alternativní zdroje energie a způsoby, jak je používat, najdete v článku.

Závěry a užitečné video na toto téma

Video č. 1. Ukázka působení solárního kolektoru v zimě:

Video č. 2. Porovnání různých modelů solárních kolektorů:

Během celé své existence se lidstvo každý rok spotřebuje stále více a více energie. Pokusy o využití volného slunečního záření byly učiněny již dlouhou dobu, ale teprve nedávno bylo možné účinně využívat slunce v našich zeměpisných šířkách. Není pochyb o tom, že budoucnost leží na solárních systémech.

Chcete nahlásit zajímavé funkce v organizaci solárního vytápění venkovského domu nebo chalupy? Do níže uvedeného bloku napište komentáře. Zde můžete položit otázku, nechat fotografii s ukázkou procesu sestavení systému, sdílet užitečné informace.