Ogrzewanie słoneczne domu prywatnego: opcje i schematy urządzeń

Wykorzystanie „zielonej” energii dostarczanej przez naturalne elementy może znacznie obniżyć koszty mediów. Na przykład, po ustawieniu ogrzewania słonecznego w prywatnym domu, dostarczysz niskotemperaturowe grzejniki i systemy ogrzewania podłogowego z praktycznie bezpłatnym chłodziwem. Zgadzam się, to jest oszczędność.

Dowiesz się wszystkiego o „zielonych technologiach” z naszego artykułu. Z naszą pomocą możesz łatwo dowiedzieć się, jakie są różnorodne instalacje słoneczne, jak je rozmieścić i jakie są warunki działania. Na pewno zainteresuje Cię jedna z popularnych opcji, które intensywnie działają na świecie, ale jak dotąd nie są zbyt popularne.

W przedstawionym do recenzji przeglądzie przeanalizowano cechy konstrukcyjne systemów, szczegółowo opisano schematy połączeń. Podano przykład obliczenia słonecznego obwodu grzewczego w celu oceny realiów jego budowy. Aby pomóc niezależnym mistrzom, załączono kolekcje zdjęć i filmy.

Zielone technologie cieplne

Średnio 1 m² Powierzchnia Ziemi otrzymuje 161 watów energii słonecznej na godzinę. Oczywiście na równiku liczba ta będzie wielokrotnie wyższa niż w Arktyce. Ponadto gęstość promieniowania słonecznego zależy od pory roku.

W regionie moskiewskim natężenie promieniowania słonecznego w grudniu i styczniu różni się od maja do lipca ponad pięć razy. Jednak nowoczesne systemy są tak skuteczne, że mogą działać prawie wszędzie na ziemi.

Nowoczesne systemy słoneczne są w stanie skutecznie pracować w pochmurne i zimne dni do -30 ° C

Zadanie użytkowania energia promieniowania słonecznego z maksymalną wydajnością rozwiązuje się na dwa sposoby: bezpośrednie ogrzewanie w kolektorach termicznych i słonecznych bateriach fotowoltaicznych.Panele słoneczne najpierw przekształcają energię promieni słonecznych w elektryczność, a następnie przesyłają ją za pośrednictwem specjalnego systemu do odbiorców, takich jak kocioł elektryczny.

Kolektory ciepła, ogrzewane działaniem promieni słonecznych, podgrzewają chłodziwo systemów grzewczych i doprowadzają ciepłą wodę.

Kolektory termiczne występują w kilku formach, w tym w systemach otwartych i zamkniętych, konstrukcjach płaskich i sferycznych, kolektorach półkulistych, koncentratorach i wielu innych opcjach. Energia cieplna otrzymywana z kolektorów słonecznych jest wykorzystywana do podgrzewania ciepłej wody lub czynnika grzewczego.

Wiele branż produkuje różnorodne systemy do włączenia do niezależnej sieci grzewczej. Jednak najprostszą opcją dla letniej rezydencji jest łatwa do zrobienia z własną:

Pomimo wyraźnego postępu w opracowywaniu rozwiązań w zakresie gromadzenia, przechowywania i wykorzystywania energii słonecznej, istnieją zalety i wady.

Efektywne wykorzystanie energii słonecznej

Najbardziej oczywistą korzyścią z wykorzystania energii słonecznej jest jej ogólna dostępność. W rzeczywistości nawet w najbardziej ponurych i pochmurnych warunkach pogodowych energia słoneczna może być gromadzona i wykorzystywana.

Drugi plus to zero emisji. W rzeczywistości jest to najbardziej przyjazna dla środowiska i naturalna forma energii. Panele słoneczne a kolektory nie hałasują. W większości przypadków są instalowane na dachach budynków, nie zajmując powierzchni użytkowej obszaru podmiejskiego.

Wydajność ogrzewania słonecznego na naszych szerokościach geograficznych jest dość niska, z powodu niewystarczającej liczby słonecznych dni do regularnego działania systemu (+)

Wadami związanymi z wykorzystaniem energii słonecznej jest niestałość oświetlenia. W ciemności nie ma nic do zebrania, sytuację pogarsza fakt, że szczyt sezonu grzewczego przypada na najkrótsze dzienne godziny w roku. Konieczne jest monitorowanie czystości optycznej paneli, niewielkie zanieczyszczenie gwałtownie zmniejsza wydajność.

Ponadto nie można powiedzieć, że działanie systemu na energię słoneczną jest całkowicie bezpłatne, istnieją stałe koszty amortyzacji sprzętu, działania pompy obiegowej i elektroniki sterującej.

Istotną wadą ogrzewania opartego na zastosowaniu kolektorów słonecznych jest niemożność magazynowania energii cieplnej. Obwód zawiera tylko zbiornik wyrównawczy (+)

Otwórz kolektory słoneczne

Otwarty kolektor słoneczny to układ rur niechronionych przed wpływami zewnętrznymi, przez które krąży nośnik ciepła ogrzewany bezpośrednio przez słońce.

Jako nośnik ciepła stosuje się wodę, gaz, powietrze i środek przeciw zamarzaniu. Rury są albo montowane na panelu nośnym w postaci cewki, albo są połączone równolegle w rzędy z rurą wylotową.

Kolektory słoneczne typu otwartego nie są w stanie poradzić sobie z ogrzewaniem prywatnego domu. Z powodu braku izolacji chłodziwo szybko się ochładza. Są one używane latem głównie do podgrzewania wody w prysznicach lub basenach

Otwarte kolektory zwykle nie mają izolacji. Konstrukcja jest bardzo prosta, dlatego ma niski koszt i często jest wykonywana niezależnie.

Ze względu na brak izolacji praktycznie nie zachowują energii otrzymywanej od słońca i charakteryzują się niską wydajnością. Stosuje się je głównie latem do podgrzewania wody w basenach lub letnich prysznicach.

Są instalowane w słonecznych i ciepłych regionach, z niewielkimi różnicami temperatury otoczenia i podgrzewanej wody. Działają dobrze tylko przy słonecznej, spokojnej pogodzie.

Najprostszy kolektor słoneczny z radiatorem wykonanym z wnęki rur polimerowych zapewni dopływ podgrzewanej wody do domku w celu nawadniania i potrzeb domowych

Rozdzielacze rurowe

Rurowe kolektory słoneczne są montowane z oddzielnych rur, wzdłuż których przepływa woda, gaz lub para. Jest to jedna z odmian otwartych heliosystemów. Jednak chłodziwo jest już znacznie lepiej chronione przed zewnętrznym negatywem. Zwłaszcza w instalacjach próżniowych, ułożonych na zasadzie termosów.

Każda rura jest podłączona do systemu osobno, równolegle do siebie. Jeśli jedna rura ulegnie awarii, łatwo ją wymienić na nową. Całą konstrukcję można zamontować bezpośrednio na dachu budynku, co znacznie ułatwia instalację.

Rurowy kolektor ma budowę modułową. Głównym elementem jest lampa próżniowa, liczba lamp zmienia się od 18 do 30, co pozwala dokładnie wybrać moc systemu

Dużym plusem rurowych kolektorów słonecznych jest cylindryczny kształt głównych elementów, dzięki czemu promieniowanie słoneczne jest wychwytywane przez cały dzień bez użycia drogich systemów śledzenia ruchu Słońca.

Specjalna wielowarstwowa powłoka tworzy rodzaj pułapki optycznej na światło słoneczne. Schemat częściowo pokazuje zewnętrzną ścianę żarówki próżniowej odbijającą promienie na ściankach wewnętrznej żarówki (+)

Zgodnie z projektem rur wyróżnia się piórowe i koncentryczne kolektory słoneczne.

Rura koncentryczna to naczynie Dyayura lub znany termos. Wykonany z dwóch kolb, między którymi wypompowuje się powietrze. Na wewnętrzną powierzchnię żarówki wewnętrznej nakładana jest wysoce selektywna powłoka, która skutecznie pochłania energię słoneczną.

Dzięki cylindrycznemu kształtowi tuby promienie słoneczne zawsze padają prostopadle do powierzchni

Energia cieplna z wewnętrznej warstwy selektywnej jest przekazywana do rury cieplnej lub wewnętrznego wymiennika ciepła z płyt aluminiowych. Na tym etapie następuje niepożądana utrata ciepła.

Rura piórowa jest szklanym cylindrem z wkładem pochłaniacza piór.

System otrzymał swoją nazwę od pochłaniacza piór, który szczelnie owija się wokół kanału cieplnego wykonanego z metalu przewodzącego ciepło

Dla dobrej izolacji termicznej powietrze jest wypompowywane z rury. Przenoszenie ciepła z absorbera odbywa się bez strat, więc wydajność rur z piór jest wyższa.

Zgodnie z metodą wymiany ciepła istnieją dwa systemy: jednorazowy i z rurą cieplną. Termotuba to szczelny pojemnik z lotną cieczą.

Ponieważ lotna ciecz naturalnie przepływa na dno rury cieplnej, minimalny kąt nachylenia wynosi 20 ° C

Wewnątrz termometru znajduje się lotna ciecz, która pochłania ciepło z wewnętrznej ścianki kolby lub pochłaniacza piór. Pod wpływem temperatury ciecz wrze i unosi się w postaci pary. Po przeniesieniu ciepła do czynnika grzewczego lub źródła ciepłej wody para skrapla się w ciecz i spływa.

Jako lotna ciecz woda jest często używana pod niskim ciśnieniem. W systemie z przepływem bezpośrednim stosuje się rurkę w kształcie litery U, przez którą przepływa woda lub czynnik grzewczy.

Jedna połowa rurki w kształcie litery U jest przeznaczona do zimnego płynu chłodzącego, druga usuwa podgrzaną. Po podgrzaniu płyn chłodzący rozszerza się i wchodzi do zbiornika magazynowego, zapewniając naturalny obieg. Podobnie jak w przypadku systemów z termotubą minimalny kąt nachylenia powinien wynosić co najmniej 20⁰.

Przy połączeniu z przepływem bezpośrednim ciśnienie w układzie nie może być wysokie, ponieważ wewnątrz kolby panuje próżnia techniczna

Systemy z przepływem bezpośrednim są bardziej wydajne, ponieważ natychmiast ogrzewają czynnik chłodzący. Jeśli systemy kolektorów słonecznych są planowane do użytku przez cały rok, wówczas pompowane są do nich specjalne środki zapobiegające zamarzaniu.

Zastosowanie rurowych kolektorów słonecznych ma kilka zalet i wad. Konstrukcja rurowego kolektora słonecznego składa się z tych samych elementów, które można stosunkowo łatwo wymienić.

Zalety:

• niskie straty ciepła;
• zdolność do pracy w temperaturach do -30⁰С;
• efektywna wydajność w ciągu dnia;
• dobre wyniki w obszarach o klimacie umiarkowanym i zimnym;
• niski wiatr, uzasadniony zdolnością systemów rurowych do przepuszczania przez siebie mas powietrza;
• możliwość produkcji chłodziwa o wysokiej temperaturze.

Strukturalnie struktura rurowa ma ograniczoną powierzchnię apertury.

Ma następujące wady:

• niezdolny do samoczyszczenia ze śniegu, lodu, szronu;
• wysoki koszt.

Pomimo początkowo wysokich kosztów kolektory rurowe spłacają się szybciej. Mają długą żywotność.

Kolektory rurowe są systemami słonecznymi typu otwartego, dlatego nie nadają się do całorocznego stosowania w systemach grzewczych (+)

Systemy płasko zamknięte

Płaski kolektor składa się z aluminiowej ramy, specjalnej warstwy pochłaniającej - pochłaniacza, przezroczystej powłoki, rurociągu i grzejnika.

Jako pochłaniacz stosuje się poczerniałą blachę miedzianą, która charakteryzuje się przewodnością cieplną idealną do tworzenia układów słonecznych. Gdy energia słoneczna jest absorbowana przez absorber, energia słoneczna otrzymywana przez nią jest przenoszona do chłodziwa krążącego przez układ rurek przylegających do absorbera.

Na zewnątrz zamknięty panel jest chroniony przezroczystą powłoką. Wykonany jest z odpornego na uderzenia szkła hartowanego o paśmie przepustowym 0,4-1,8 mikrona. Ten zakres odpowiada maksymalnemu promieniowaniu słonecznemu. Odporne na uderzenia szkło zapewnia dobrą ochronę przed gradem. Z tyłu cały panel jest niezawodnie izolowany.

Płaskie kolektory słoneczne oferują maksymalną wydajność i prostą konstrukcję. Ich skuteczność zwiększa się dzięki zastosowaniu absorbera. Są w stanie wychwycić rozproszone i bezpośrednie światło słoneczne.

Lista zalet zamkniętych płaskich paneli obejmuje:

• prostota projektu;
• dobre wyniki w regionach o ciepłym klimacie;
• możliwość instalacji pod dowolnym kątem z urządzeniami do zmiany kąta nachylenia;
• zdolność do samooczyszczenia ze śniegu i szronu;
• niska cena.

Płaskie kolektory słoneczne są szczególnie korzystne, jeśli ich zastosowanie jest planowane na etapie projektowania. Żywotność produktów wysokiej jakości wynosi 50 lat.

Wady obejmują:

• wysokie straty ciepła;
• duża waga;
• wysoki wiatr przy umieszczaniu paneli pod kątem do horyzontu;
• ograniczenia wydajności przy różnicach temperatur przekraczających 40 ° C.

Zakres zamkniętych kolektorów jest znacznie szerszy niż instalacje słoneczne typu otwartego. W lecie są w stanie w pełni zaspokoić zapotrzebowanie na ciepłą wodę. W chłodne dni, które nie są uwzględniane przez media w sezonie grzewczym, mogą pracować zamiast grzejników gazowych i elektrycznych.

Dla tych, którzy chcą zrobić kolektor słoneczny własnymi rękami do urządzenia grzewczego w kraju, zalecamy zapoznanie się ze sprawdzonymi schematami i instrukcjami montażu krok po kroku.

Porównanie właściwości kolektorów słonecznych

Najważniejszym wskaźnikiem kolektora słonecznego jest wydajność. Użyteczna wydajność różnych konstrukcji kolektorów słonecznych zależy od różnicy temperatur. Jednocześnie kolektory płaskie są znacznie tańsze niż kolektory rurowe.

Wartości wydajności zależą od jakości produkcji kolektora słonecznego. Celem wykresu jest pokazanie skuteczności stosowania różnych systemów w zależności od różnicy temperatur.

Wybierając kolektor słoneczny, warto zwrócić uwagę na szereg parametrów pokazujących wydajność i moc urządzenia.

Istnieje kilka ważnych cech kolektorów słonecznych:

• współczynnik adsorpcji - pokazuje stosunek energii pochłoniętej do całkowitej;
• współczynnik emisji - pokazuje stosunek przekazanej energii do pochłoniętej;
• powierzchnia całkowita i apertura;
• Wydajność

Obszar apertury to obszar roboczy kolektora słonecznego. W płaskim kolektorze powierzchnia apertury jest maksymalna. Powierzchnia apertury jest równa powierzchni absorbera.

Sposoby podłączenia do systemu grzewczego

Ponieważ urządzenia zasilane energią słoneczną nie mogą zapewnić stabilnego i całodobowego zasilania, potrzebny jest system odporny na te niedociągnięcia.

W centralnej Rosji urządzenia słoneczne nie mogą zagwarantować stałego dopływu energii, dlatego są wykorzystywane jako dodatkowy system. Integracja z istniejącym systemem ogrzewania i ciepłej wody jest inna dla kolektora słonecznego i panelu słonecznego.

Obwód kolektora wody

W zależności od celu zastosowania kolektora ciepła stosowane są różne systemy połączeń. Może być kilka opcji:

1. Opcja letnia dla ciepłej wody
2. Zimowa opcja ogrzewania i ciepłej wody

Opcja letnia jest najprostsza i można obejść się bez niej pompa obiegowastosując naturalny obieg wody.

Woda jest podgrzewana w kolektorze słonecznym i ze względu na rozszerzalność cieplną dostaje się do zasobnika lub kotła. W takim przypadku występuje naturalny obieg: zimna woda jest zasysana do miejsca ciepłej wody ze zbiornika.

Zimą w niskich temperaturach bezpośrednie podgrzewanie wody nie jest możliwe. Specjalny środek przeciw zamarzaniu krąży w obiegu zamkniętym, zapewniając transfer ciepła z kolektora do wymiennika ciepła w zbiorniku

Jak każdy system oparty na naturalnym obiegu, nie działa on bardzo wydajnie, wymagając przestrzegania niezbędnych uprzedzeń. Ponadto zbiornik magazynowy musi być wyższy niż kolektor słoneczny. Aby utrzymać wodę tak długo, jak to możliwe, gorący zbiornik musi być starannie zaizolowany.

Jeśli naprawdę chcesz osiągnąć najbardziej wydajną pracę kolektora słonecznego, schemat połączeń jest skomplikowany.

Aby zapobiec przekształceniu się kolektora w chłodnicę w nocy, konieczne jest przymusowe zatrzymanie obiegu wody

Niezamarzający czynnik chłodzący krąży w systemie kolektorów słonecznych. Wymuszony obieg zapewnia pompa sterowana przez sterownik.

Sterownik steruje działaniem pompy obiegowej na podstawie odczytów co najmniej dwóch czujników temperatury. Pierwszy czujnik mierzy temperaturę w zasobniku, drugi - na rurze zasilającej gorący nośnik ciepła kolektora słonecznego.

Gdy tylko temperatura w zbiorniku przekroczy temperaturę płynu chłodzącego, w kolektorze sterownik wyłącza pompę obiegową, zatrzymując obieg płynu chłodzącego przez układ. Z kolei, gdy temperatura w zbiorniku spadnie poniżej określonej wartości, kocioł grzewczy zostaje włączony.

Z nowym słowem i skuteczną alternatywą dla kolektorów słonecznych z chłodziwem, systemy stalowe z lampy próżniowe, z zasadą działania i urządzeniami, z którymi proponujemy się zapoznać.

Obwód słoneczny

Kuszące byłoby zastosować podobne schemat połączeń solarnych do sieci energetycznej, jak ma to miejsce w przypadku kolektora słonecznego, gromadząc energię odbieraną dziennie. Niestety zbudowanie zestawu akumulatorów o wystarczającej pojemności dla systemu zasilania prywatnego domu jest bardzo drogie. Dlatego schemat połączeń jest następujący.

Wraz ze spadkiem mocy prądu elektrycznego z baterii słonecznej jednostka ABP (automatyczne włączenie rezerwy) zapewnia podłączenie konsumentów do wspólnej sieci elektrycznej

Z paneli słonecznych ładunek trafia do kontrolera ładowania, który wykonuje kilka funkcji: zapewnia ciągłe ładowanie akumulatorów i stabilizuje napięcie. Ponadto prąd elektryczny jest dostarczany do falownika, gdzie konwersja prądu stałego 12 V lub 24 V na przemienny prąd jednofazowy 220 V.

Niestety, nasze sieci elektryczne nie są przystosowane do odbioru energii; mogą działać tylko w jednym kierunku od źródła do odbiorcy. Z tego powodu nie będziesz w stanie sprzedać wyprodukowanej energii elektrycznej, a przynajmniej spowodować, że licznik zacznie obracać się w przeciwnym kierunku.

Zastosowanie paneli słonecznych jest korzystne, ponieważ zapewniają one bardziej uniwersalną formę energii, ale jednocześnie nie można ich porównywać pod względem wydajności z kolektorami słonecznymi. Te ostatnie nie mają jednak zdolności do akumulacji energii, w przeciwieństwie do słonecznych baterii fotowoltaicznych.

Przykład obliczenia wymaganej mocy

Przy obliczaniu wymaganej mocy kolektora słonecznego bardzo często błędne jest dokonywanie obliczeń w oparciu o przychodzącą energię słoneczną w najzimniejszych miesiącach roku.

Faktem jest, że w pozostałych miesiącach roku cały system stale się przegrzewa. Temperatura chłodziwa w lecie na wyjściu z kolektora słonecznego może osiągnąć 200 ° C z ogrzewaniem pary lub gazu, 120 ° C płynu niezamarzającego, 150 ° C wody. Jeśli płyn chłodzący zagotuje się, częściowo odparuje. W rezultacie będzie musiał zostać wymieniony.

Producenci zalecają rozpoczęcie od następujących liczb:

• zapewnianie zaopatrzenia w ciepłą wodę nie więcej niż 70%;
• zapewniając system ogrzewania nie większy niż 30%.

Reszta niezbędnego ciepła powinna być wytwarzana przez standardowe urządzenia grzewcze. Niemniej jednak przy takich wskaźnikach rocznie oszczędza się średnio około 40% na ogrzewaniu i zaopatrzeniu w ciepłą wodę.

Moc wytwarzana przez jedną rurkę układu próżniowego zależy od położenia geograficznego. Tempo energii słonecznej spada rocznie na 1 m² ziemia nazywa się nasłonecznieniem.

Znając długość i średnicę tuby, możesz obliczyć aperturę - efektywny obszar absorpcji. Pozostaje zastosować współczynniki absorpcji i emisji, aby obliczyć pojemność jednej rury rocznie.

Przykład obliczeniowy:

Standardowa długość rurki wynosi 1800 mm, efektywna - 1600 mm. Średnica 58 mm. Przysłona - zacieniony obszar utworzony przez rurkę. Zatem obszar prostokąta cienia wynosi:

S = 1,6 * 0,058 = 0,0928 m²

Wydajność przeciętnej rury wynosi 80%, nasłonecznienie w Moskwie wynosi około 1170 kWh / m² rocznie. Tak więc jedna rura będzie produkować rocznie:

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

Należy zauważyć, że jest to bardzo przybliżony szacunek. Ilość wytworzonej energii zależy od orientacji instalacji, kąta, średniej rocznej temperatury itp.

Ze wszystkimi rodzajami alternatywne źródła energii sposoby korzystania z nich można znaleźć w artykule.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Wideo nr 1. Demonstracja działania kolektora słonecznego w zimie:

Wideo nr 2. Porównanie różnych modeli kolektorów słonecznych:

Przez całe życie ludzkość zużywa się coraz więcej energii każdego roku. Od dawna podejmowane są próby wykorzystania darmowego promieniowania słonecznego, ale dopiero niedawno stało się możliwe efektywne wykorzystanie słońca na naszych szerokościach geograficznych. Nie ma wątpliwości, że przyszłość leży w układach słonecznych.

Czy chcesz zgłosić ciekawe funkcje w organizacji ogrzewania słonecznego w wiejskim domu lub domku? Proszę pisać komentarze w bloku poniżej. Tutaj możesz zadać pytanie, zostawić zdjęcie z demonstracją procesu montażu systemu, udostępnić przydatne informacje.