Solárne vykurovanie súkromného domu: možnosti a konštrukčné schémy

Využitie „zelenej“ energie dodávanej prírodnými živlami môže výrazne znížiť náklady na energie.Napríklad usporiadaním solárneho vykurovania pre súkromný dom dodáte nízkoteplotné radiátory a systémy podlahového vykurovania prakticky zadarmo chladivo. Súhlasíte, už to šetrí peniaze.

Všetko o „zelených technológiách“ sa dozviete z nášho navrhovaného článku. S našou pomocou ľahko pochopíte typy solárnych zariadení, spôsoby ich konštrukcie a špecifiká prevádzky. Pravdepodobne vás bude zaujímať jedna z populárnych možností, ktoré vo svete aktívne fungujú, no u nás zatiaľ nie sú veľmi žiadané.

V prehľade, ktorý vám bol predložený, sa analyzujú konštrukčné vlastnosti systémov a podrobne sú popísané schémy zapojenia. Príklad výpočtu solárneho vykurovacieho okruhu je uvedený na posúdenie reality jeho konštrukcie. Na pomoc nezávislým remeselníkom sú zahrnuté zbierky fotografií a videá.

"Zelené" tepelné technológie

Priemerne 1 m² Zemský povrch dostane 161 wattov slnečnej energie za hodinu. Samozrejme, na rovníku bude toto číslo mnohonásobne vyššie ako v Arktíde. Hustota slnečného žiarenia navyše závisí od ročného obdobia.

V moskovskom regióne sa intenzita slnečného žiarenia v decembri až januári líši od mája až júla viac ako päťkrát. Moderné systémy sú však také efektívne, že môžu fungovať takmer kdekoľvek na zemi.

Moderné solárne systémy dokážu efektívne fungovať v zamračenom a chladnom počasí až do -30°C

Úloha použitia energiu slnečného žiarenia s maximálnou účinnosťou je riešený dvoma spôsobmi: priamym ohrevom v tepelných kolektoroch a solárnymi fotovoltaickými batériami. Solárne panely najskôr premieňajú energiu slnečných lúčov na elektrickú energiu a potom ju prostredníctvom špeciálneho systému odovzdávajú spotrebiteľom, napríklad elektrokotlom.

Tepelné kolektory pri zahrievaní slnečnými lúčmi ohrievajú chladivo vykurovacích systémov a systémov zásobovania teplou vodou.

Tepelné kolektory sa dodávajú v niekoľkých typoch, vrátane otvorených a uzavretých systémov, plochých a guľových prevedení, pologuľových koncentrátorových kolektorov a mnohých ďalších možností. Tepelná energia získaná zo slnečných kolektorov sa využíva na ohrev teplej vody alebo vykurovacej kvapaliny.

Priemysel vyrába širokú škálu kolektorových systémov na zahrnutie do nezávislej vykurovacej siete. Najjednoduchšiu možnosť pre letnú rezidenciu je však ľahké urobiť vlastnými rukami:

Hoci sa dosiahol jasný pokrok vo vývoji riešení na zber, skladovanie a využívanie slnečnej energie, existujú výhody a nevýhody.

Efektívne využitie slnečnej energie

Najzrejmejšou výhodou využívania slnečnej energie je jej univerzálna dostupnosť. V skutočnosti sa dá slnečná energia zbierať a využívať aj v tom najpochmúrnejšom a najoblačnejšom počasí.

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

Účinnosť solárneho vykurovania v našich zemepisných šírkach je pomerne nízka, čo sa vysvetľuje nedostatočným počtom slnečných dní na pravidelnú prevádzku systému (+)

Nevýhody spojené s využívaním slnečnej energie sú variabilita osvetlenia. V noci nie je čo zbierať, situáciu zhoršuje fakt, že vrchol vykurovacej sezóny nastáva počas najkratších denných hodín v roku. Je potrebné sledovať optickú čistotu panelov, mierne znečistenie výrazne znižuje účinnosť.

Navyše sa nedá povedať, že prevádzka solárneho systému je úplne zadarmo, neustále vznikajú náklady na odpisy zariadení, prevádzku obehového čerpadla a riadiacej elektroniky.

Významnou nevýhodou vykurovania na báze využitia solárnych kolektorov je nedostatočná schopnosť akumulovať tepelnú energiu. V okruhu je zahrnutá iba expanzná nádrž (+).

Otvorte slnečné kolektory

Otvorený solárny kolektor je sústava rúrok, nechránených pred vonkajšími vplyvmi, cez ktoré cirkuluje chladivo ohriate priamo slnkom.

Ako chladivo sa používa voda, plyn, vzduch a nemrznúca zmes. Rúry sú buď pripevnené k nosnému panelu vo forme cievky, alebo pripojené v paralelných radoch k výstupnej rúre.

Otvorené slnečné kolektory nie sú schopné vyrovnať sa s vykurovaním súkromného domu. Kvôli nedostatku izolácie sa chladiaca kvapalina rýchlo ochladzuje. Používajú sa v lete najmä na ohrev vody v sprchách alebo bazénoch.

Otvorené kolektory zvyčajne nemajú žiadnu izoláciu. Dizajn je veľmi jednoduchý, preto má nízke náklady a často sa vyrába nezávisle.

Kvôli chýbajúcej izolácii prakticky neukladajú energiu prijatú zo slnka a vyznačujú sa nízkou účinnosťou. Používajú sa hlavne v lete na ohrev vody v bazénoch alebo letných sprchách.

Inštaluje sa v slnečných a teplých oblastiach s malými rozdielmi v teplote okolitého vzduchu a ohrievanej vody. Dobre fungujú len za slnečného, ​​bezvetrného počasia.

Najjednoduchší solárny kolektor s chladičom vyrobeným zo špirály polymérových rúrok zabezpečí dodávku ohriatej vody do chaty na zavlažovanie a domáce potreby

Odrody rúrkových kolektorov

Trubicové slnečné kolektory sú zostavené z jednotlivých trubíc, ktorými prúdi voda, plyn alebo para. Ide o jeden z typov otvorených solárnych systémov. Chladiaca kvapalina je však už oveľa lepšie chránená pred vonkajšími negatívami. Najmä vo vákuových inštaláciách, navrhnutých na princípe termosiek.

Každá trubica je pripojená k systému samostatne, navzájom paralelne. Ak jedna trubica zlyhá, je ľahké ju vymeniť za novú. Celú konštrukciu je možné namontovať priamo na strechu budovy, čo značne zjednodušuje inštaláciu.

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

Významnou výhodou trubicových solárnych kolektorov je valcový tvar hlavných prvkov, vďaka čomu je slnečné žiarenie zachytávané po celý deň bez použitia drahých systémov na sledovanie pohybu svietidla.

Špeciálny viacvrstvový náter vytvára akúsi optickú pascu pre slnečné svetlo. Diagram čiastočne znázorňuje vonkajšiu stenu vákuovej banky odrážajúcu lúče na steny vnútornej banky (+)

Na základe konštrukcie trubíc sa rozlišujú perové a koaxiálne solárne kolektory.

Koaxiálna trubica je nádoba Diaur alebo známa termoska. Vyrobené z dvoch baniek, medzi ktorými sa evakuuje vzduch. Na vnútorný povrch vnútornej žiarovky je nanesený vysoko selektívny povlak, ktorý účinne absorbuje slnečnú energiu.

Pri valcovej trubici dopadajú slnečné lúče vždy kolmo na povrch

Tepelná energia z vnútornej selektívnej vrstvy sa prenáša do tepelnej trubice alebo vnútorného výmenníka tepla vyrobeného z hliníkových platní. V tejto fáze dochádza k nežiaducim tepelným stratám.

Pérová trubica je sklenený valec s vloženým pohlcovačom peria.

Systém dostal svoj názov podľa perového absorbéra, ktorý tesne obopína tepelný kanál vyrobený z teplovodivého kovu.

Pre dobrú tepelnú izoláciu bol vzduch z trubice evakuovaný. Prenos tepla z absorbéra prebieha bez strát, takže účinnosť perových trubíc je vyššia.

Podľa spôsobu prenosu tepla existujú dva systémy: priamoprúdový a s tepelnou trubicou. Tepelná trubica je uzavretá nádoba s ľahko odparujúcou kvapalinou.

Pretože kvapalina, ktorá sa ľahko vyparuje, prirodzene steká na dno ohrievacej trubice, minimálny uhol sklonu je 20°C

Vo vnútri tepelnej trubice sa nachádza ľahko sa odparujúca kvapalina, ktorá prijíma teplo z vnútornej steny banky alebo z absorbéra peria. Pod vplyvom teploty kvapalina vrie a stúpa vo forme pary. Po prenose tepla do chladiacej kvapaliny vykurovania alebo prívodu horúcej vody para kondenzuje na kvapalinu a steká dole.

Voda sa často používa ako ľahko sa odparujúca kvapalina pri nízkom tlaku. Prietokový systém využíva trubicu v tvare U, cez ktorú cirkuluje voda alebo vykurovacia kvapalina.

Jedna polovica rúrky v tvare U je určená pre studenú chladiacu kvapalinu, druhá odvádza zohriatu. Pri zahrievaní sa chladiaca kvapalina rozširuje a vstupuje do zásobníka, čím zabezpečuje prirodzenú cirkuláciu. Rovnako ako pri systémoch s tepelnými rúrami musí byť minimálny uhol sklonu aspoň 20°.

Pri pripojení s priamym prietokom nemôže byť tlak v systéme vysoký, pretože vo vnútri banky je technické vákuum

Systémy s priamym prietokom sú efektívnejšie, pretože okamžite ohrievajú chladiacu kvapalinu. Ak sa systémy solárnych kolektorov plánujú používať po celý rok, potom sa do nich čerpá špeciálna nemrznúca zmes.

Použitie trubicových solárnych kolektorov má množstvo výhod a nevýhod. Konštrukcia trubicového solárneho kolektora pozostáva z identických prvkov, ktoré sa dajú pomerne jednoducho vymeniť.

Výhody:

• nízke tepelné straty;
• schopnosť pracovať pri teplotách do -30⁰С;
• efektívny výkon počas denných hodín;
• dobrý výkon v oblastiach s miernym a studeným podnebím;
• nízky vietor, odôvodnený schopnosťou rúrkových systémov prechádzať vzduchovými masami;
• možnosť výroby vysokoteplotnej chladiacej kvapaliny.

Štrukturálne má rúrková štruktúra obmedzený povrch otvoru.

Má nasledujúce nevýhody:

• nie je schopný samočistenia od snehu, ľadu, mrazu;
• vysoká cena.

Napriek počiatočným vysokým nákladom sa rúrkové kolektory splácajú rýchlejšie. Majú dlhú životnosť.

Trubicové kolektory sú solárne systémy otvoreného typu, a 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 náteru, potrubia a izolácie.

Ako absorbér je použitý čierny medený plech, ktorý má ideálnu tepelnú vodivosť na vytváranie solárnych systémov.Keď absorbér absorbuje slnečnú energiu, získaná slnečná energia sa prenesie do chladiacej kvapaliny cirkulujúcej cez rúrkový systém susediaci s absorbérom.

Z vonkajšej strany je uzavretý panel chránený priehľadným náterom. Je vyrobený z nárazuvzdorného tvrdeného skla s priepustným pásmom 0,4-1,8 mikrónu. Tento rozsah zodpovedá maximálnemu slnečnému žiareniu. Nárazuvzdorné sklo poskytuje dobrú ochranu pred krupobitím. Na zadnej strane je celý panel spoľahlivo izolovaný.

Ploché solárne kolektory sa vyznačujú maximálnym výkonom a jednoduchým dizajnom. Ich účinnosť sa zvyšuje vďaka použitiu absorbéra. Sú schopné zachytiť difúzne aj priame slnečné žiarenie

Zoznam výhod uzavretých plochých panelov zahŕňa:

• jednoduchosť dizajnu;
• dobrý výkon v regiónoch s teplým podnebím;
• možnosť inštalácie v akomkoľvek uhle so zariadeniami na zmenu uhla sklonu;
• schopnosť samočistenia od snehu a mrazu;
• nízka cena.

Ploché solárne kolektory sú výhodné najmä vtedy, ak je ich použitie plánované už v štádiu projektovania. Životnosť kvalitných výrobkov je 50 rokov.

Medzi nevýhody patrí:

• vysoké tepelné straty;
• ťažká váha;
• vysoký vietor, keď sú panely umiestnené pod uhlom k horizontále;
• obmedzenia výkonu, keď zmeny teploty presiahnu 40 °C.

Rozsah použitia uzavretých kolektorov je oveľa širší ako pri otvorených solárnych systémoch. V lete sú schopné plne uspokojiť potrebu teplej vody. V chladných dňoch, keď ich služby nezahŕňajú do vykurovacieho obdobia, môžu pracovať namiesto plynových a elektrických ohrievačov.

Pre tých, ktorí chcú vyrobiť solárny kolektor Ak chcete vybudovať vykurovací systém vo svojej chate vlastnými rukami, odporúčame vám oboznámiť sa s praxou overenými schémami a podrobnými montážnymi pokynmi.

Porovnanie charakteristík solárnych kolektorov

Najdôležitejším ukazovateľom solárneho kolektora je účinnosť. Užitočný výkon solárnych kolektorov rôznych prevedení závisí od teplotného rozdielu. Ploché kolektory sú zároveň oveľa lacnejšie ako rúrkové.

Hodnoty účinnosti závisia od kvality výroby solárneho kolektora. Účelom grafu je ukázať efektivitu použitia rôznych systémov v závislosti od rozdielu teplôt

Pri výbere solárneho kolektora by ste mali venovať pozornosť množstvu parametrov zobrazujúcich účinnosť a výkon zariadenia.

Pre solárne kolektory je niekoľko dôležitých vlastností:

• adsorpčný koeficient - ukazuje pomer absorbovanej energie k celkovej;
• emisný koeficient - ukazuje pomer prenesenej energie k absorbovanej energii;
• celková plocha a plocha otvoru;
• Efektívnosť

Oblasť otvoru je pracovná plocha solárneho kolektora. Plochý kolektor má maximálnu plochu otvoru. Plocha otvoru sa rovná ploche absorbéra.

Spôsoby pripojenia k vykurovaciemu systému

Keďže solárne zariadenia nedokážu zabezpečiť stabilné, nepretržité zásobovanie energiou, je potrebný systém, ktorý je odolný voči týmto nedostatkom.

Pre stredné Rusko nemôžu solárne zariadenia zaručiť stabilný tok energie, preto sa používajú ako doplnkový systém. Integrácia do existujúceho systému vykurovania a prípravy teplej vody je odlišná pre solárny kolektor a solárnu batériu.

Schéma so zberačom vody

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

1. Letná možnosť dodávky teplej vody
2. Zimná možnosť vykurovania a zásobovania teplou vodou

Letná možnosť je najjednoduchšia a dá sa urobiť aj bez nej obehové čerpadlopomocou prirodzeného obehu vody.

Voda sa ohrieva v solárnom kolektore a vďaka tepelnej rozťažnosti sa dostáva do zásobníka alebo kotla. V tomto prípade dochádza k prirodzenej cirkulácii: namiesto horúcej vody sa z nádrže nasáva studená voda.

V zime pri mínusových teplotách nie je možný priamy ohrev vody. Špeciálna nemrznúca zmes cirkuluje cez uzavretý okruh a zabezpečuje prenos tepla z kolektora do výmenníka tepla v nádrži

Ako každý systém založený na prirodzenom obehu nefunguje veľmi efektívne a vyžaduje dodržiavanie potrebných svahov. Okrem toho musí byť zásobník vyššie ako solárny kolektor. Aby voda zostala horúca čo najdlhšie, je potrebné nádrž dôkladne izolovať.

Ak chcete skutočne dosiahnuť čo najefektívnejšiu prevádzku solárneho kolektora, schéma zapojenia sa skomplikuje.

Aby sa kolektor v noci nezmenil na chladiaci radiátor, je potrebné násilne zastaviť cirkuláciu vody

Nemrznúca chladiaca kvapalina cirkuluje cez systém solárnych kolektorov. Nútený obeh zabezpečuje čerpadlo ovládané regulátorom.

Regulátor riadi činnosť obehového čerpadla na základe údajov minimálne dvoch teplotných snímačov. Prvý snímač meria teplotu v zásobníku, druhý - na prívodnom potrubí horúceho chladiva solárneho kolektora.

Akonáhle teplota v nádrži prekročí teplotu chladiacej kvapaliny, regulátor v kolektore vypne obehové čerpadlo a zastaví cirkuláciu chladiacej kvapaliny cez systém. Keď teplota v zásobníku klesne pod nastavenú hodnotu, kotol sa zapne.

Novým slovom a efektívnou alternatívou k solárnym kolektorom s chladivom sa stali systémy s vákuové trubice, s princípom fungovania a dizajnom, s ktorým odporúčame oboznámiť sa.

Schéma so solárnou batériou

Bolo by lákavé použiť niečo podobné schéma zapojenia solárnej batérie do elektrickej siete, ako je to implementované v prípade solárneho kolektora, akumulujúceho energiu prijatú počas dňa. Bohužiaľ, pre napájací systém súkromného domu je veľmi nákladné vytvoriť batériu s dostatočnou kapacitou. Schéma zapojenia preto vyzerá takto.

Keď sa výkon elektrického prúdu zo solárnej batérie zníži, jednotka ATS (automatické zapnutie rezervy) zabezpečí pripojenie spotrebiteľov k všeobecnej elektrickej sieti.

Zo solárnych panelov sa náboj privádza do regulátora nabíjania, ktorý vykonáva niekoľko funkcií: zabezpečuje neustále dobíjanie batérií a stabilizuje napätie. Ďalej sa elektrický prúd privádza do meniča, kde sa jednosmerný prúd 12V alebo 24V premení na jednofázový striedavý prúd 220V.

Bohužiaľ, naše elektrické siete nie sú vhodné na príjem energie, môžu pracovať iba v jednom smere od zdroja k spotrebiteľovi. Z tohto dôvodu nebudete môcť predať vyťaženú elektrinu alebo aspoň roztočiť elektromer v opačnom smere.

Využitie solárnych panelov je výhodné v tom, že poskytujú všestrannejší druh energie, no zároveň sa účinnosťou nemôžu porovnávať so solárnymi kolektormi. Tie však na rozdiel od solárnych fotovoltaických batérií nemajú schopnosť uchovávať energiu.

Nájdete tu všetko o možnostiach organizácie vykurovania súkromného domu pomocou solárnych panelov. V tomto článku.

Príklad výpočtu požadovaného výkonu

Pri výpočte potrebného výkonu solárneho kolektora sa často mylne počítajú na základe prichádzajúcej slnečnej energie v najchladnejších mesiacoch roka.

Faktom je, že v zostávajúcich mesiacoch roka sa bude celý systém neustále prehrievať. V lete môže teplota chladiacej kvapaliny na výstupe zo solárneho kolektora dosiahnuť 200°C pri ohreve pary alebo plynu, 120°C pri nemrznúcej zmesi, 150°C pri vode. Ak chladiaca kvapalina vrie, čiastočne sa odparí. V dôsledku toho bude musieť byť vymenený.

Výrobcovia odporúčajú postupovať podľa nasledujúcich obrázkov:

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

Zvyšok potrebného tepla musí vyrobiť štandardné vykurovacie zariadenie. Napriek tomu sa pri takýchto ukazovateľoch ročne ušetrí v priemere asi 40 % na vykurovaní a dodávke teplej vody.

Výkon generovaný jednou trubicou vákuového systému závisí od geografickej polohy. Ukazovateľ poklesu slnečnej energie na 1 m za rok² zeme sa nazýva insolácia.

Keď poznáte dĺžku a priemer trubice, môžete vypočítať otvor - efektívnu absorpčnú plochu. Na výpočet výkonu jednej trubice za rok zostáva použiť koeficienty absorpcie a emisie.

Príklad výpočtu:

Štandardná dĺžka rúry je 1800 mm, efektívna dĺžka je 1600 mm. Priemer 58 mm. Clona je zatienená oblasť vytvorená trubicou. Oblasť tieňového obdĺžnika teda bude:

S = 1,6 x 0,058 = 0,0928 m²

Účinnosť stredovej trubice je 80%, slnečné žiarenie pre Moskvu je asi 1170 kWh/m² v roku. Jedna trubica teda vyrobí ročne:

W = 0,0928 * 1170 * 0,8 = 86,86 kWh

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

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

Závery a užitočné video na túto tému

Video #1. Ukážka fungovania slnečného kolektora v zime:

Video č. 2. Porovnanie rôznych modelov solárnych kolektorov:

Počas celej svojej existencie ľudstvo spotrebúva každým rokom viac a viac energie. Pokusy o využitie voľného slnečného žiarenia sa robili už dlho, no až v poslednej dobe sa podarilo efektívne využiť slnko aj v našich zemepisných šírkach. Niet pochýb o tom, že solárne systémy sú budúcnosťou.

Chceli by ste nahlásiť zaujímavé funkcie pri organizovaní solárneho vykurovania pre vidiecky dom alebo chatu? Komentáre napíšte do bloku nižšie. Tu môžete položiť otázku, zanechať fotografiu znázorňujúcu proces montáže systému a zdieľať užitočné informácie.