Sončno ogrevanje zasebne hiše: možnosti in načrtovalski diagrami

Uporaba »zelene« energije, ki jo dobavljajo naravni elementi, lahko znatno zniža stroške komunalnih storitev.Na primer, z ureditvijo sončnega ogrevanja zasebnega doma boste nizkotemperaturne radiatorje in sisteme talnega ogrevanja oskrbovali s skoraj brezplačnim hladilnim sredstvom. Strinjam se, to že prihrani denar.

Iz našega predlaganega članka boste izvedeli vse o "zelenih tehnologijah". Z našo pomočjo boste zlahka razumeli vrste sončnih instalacij, načine njihove gradnje in posebnosti delovanja. Verjetno vas bo zanimala ena od priljubljenih možnosti, ki aktivno delujejo v svetu, a pri nas še niso v velikem povpraševanju.

V pregledu, ki je predstavljen vaši pozornosti, so analizirane konstrukcijske značilnosti sistemov in podrobno opisani povezovalni diagrami. Podan je primer izračuna solarnega ogrevalnega kroga za oceno realnosti njegove konstrukcije. Za pomoč neodvisnim obrtnikom so vključene zbirke fotografij in video posnetki.

"Zelene" toplotne tehnologije

Povprečno 1 m² Zemljina površina prejme 161 vatov sončne energije na uro. Seveda bo na ekvatorju ta številka večkrat višja kot na Arktiki. Poleg tega je gostota sončnega sevanja odvisna od letnega časa.

V moskovski regiji se intenzivnost sončnega sevanja v decembru-januarju razlikuje od maja-julija za več kot petkrat. Vendar so sodobni sistemi tako učinkoviti, da lahko delujejo skoraj povsod na zemlji.

Sodobni solarni sistemi lahko učinkovito delujejo v oblačnem in hladnem vremenu do -30°C

Naloga uporabe energija sončnega sevanja z največjim izkoristkom se rešuje na dva načina: direktno ogrevanje v toplotnih kolektorjih in solarnih fotovoltaičnih baterijah. Sončni paneli najprej pretvorijo energijo sončnih žarkov v električno energijo, nato pa jo prek posebnega sistema oddajo do porabnikov, na primer električnega kotla.

Toplotni kolektorji, ko jih segrevajo sončni žarki, segrejejo hladilno tekočino sistemov ogrevanja in oskrbe s toplo vodo.

Toplotni kolektorji so na voljo v več vrstah, vključno z odprtimi in zaprtimi sistemi, ravnimi in sferičnimi izvedbami, polkrožnimi koncentratorskimi kolektorji in številnimi drugimi možnostmi. Toplotna energija, pridobljena iz sončnih kolektorjev, se uporablja za ogrevanje sanitarne vode ali kurilne tekočine.

Industrija proizvaja široko paleto kolektorskih sistemov za vključitev v neodvisno ogrevalno omrežje. Vendar pa je najpreprostejšo možnost za poletno rezidenco enostavno narediti z lastnimi rokami:

Čeprav je prišlo do jasnega napredka pri razvoju rešitev za pridobivanje, shranjevanje in uporabo sončne energije, obstajajo prednosti in slabosti.

Učinkovita raba sončne energije

Najbolj očitna prednost uporabe sončne energije je njena univerzalna dostopnost. Pravzaprav je sončno energijo mogoče zbirati in uporabljati tudi v najbolj turobnem in oblačnem vremenu.

Druga prednost so ničelne emisije. Pravzaprav je to najbolj okolju prijazna in naravna oblika energije. Sončni kolektorji in kolektorji ne proizvajajo hrupa. V večini primerov so nameščeni na strehah stavb, ne da bi zasedli uporabno površino primestnega območja.

Učinkovitost sončnega ogrevanja je v naših zemljepisnih širinah precej nizka, kar je razloženo s premajhnim številom sončnih dni za normalno delovanje sistema (+)

Slabosti, povezane z uporabo sončne energije, so variabilnost osvetlitve. Ponoči ni ničesar za zbiranje, položaj poslabša dejstvo, da je vrhunec ogrevalne sezone v najkrajšem dnevnem času v letu. Potrebno je spremljati optično čistost plošč, majhna kontaminacija močno zmanjša učinkovitost.

Poleg tega ni mogoče trditi, da je delovanje solarnega sistema popolnoma brezplačno, stalni so stroški za amortizacijo opreme, delovanje obtočne črpalke in krmilne elektronike.

Bistvena pomanjkljivost ogrevanja na podlagi uporabe sončnih kolektorjev je pomanjkanje sposobnosti akumulacije toplotne energije. V tokokrog je vključena samo ekspanzijska posoda (+).

Odprti sončni kolektorji

Odprti sončni kolektor je sistem cevi, nezaščiten pred zunanjimi vplivi, po katerih kroži hladilna tekočina, segreta neposredno na soncu.

Kot hladilna sredstva se uporabljajo voda, plin, zrak in antifriz. Cevi so bodisi pritrjene na nosilno ploščo v obliki tuljave bodisi v vzporednih vrstah povezane z odvodno cevjo.

Odprti sončni kolektorji se ne morejo spopasti z ogrevanjem zasebnega doma. Zaradi pomanjkanja izolacije se hladilna tekočina hitro ohladi. Uporabljajo se poleti predvsem za ogrevanje vode v tuših ali bazenih.

Odprti kolektorji običajno nimajo nobene izolacije. Zasnova je zelo preprosta, zato ima nizke stroške in je pogosto izdelana neodvisno.

Zaradi pomanjkanja izolacije praktično ne shranjujejo energije, prejete od sonca, in imajo nizko učinkovitost. Uporabljajo se predvsem poleti za ogrevanje vode v bazenih ali poletnih tuših.

Namestitev v sončnih in toplih območjih, z majhnimi razlikami v temperaturi okoliškega zraka in ogrevane vode. Dobro delujejo le v sončnem vremenu brez vetra.

Najenostavnejši sončni kolektor s toplotnim odvodom iz tuljave polimernih cevi bo zagotovil oskrbo z ogrevano vodo v dacha za namakanje in domače potrebe

Cevaste zbiralne sorte

Cevni sončni kolektorji so sestavljeni iz posameznih cevi, skozi katere teče voda, plin ali para. To je ena od vrst odprtih solarnih sistemov. Vendar pa je hladilna tekočina že veliko bolje zaščitena pred zunanjimi negativnostmi. Še posebej v vakuumskih napravah, zasnovanih na principu termos.

Vsaka cev je povezana v sistem ločeno, vzporedno ena z drugo. Če ena cev odpove, jo je enostavno zamenjati z novo. Celotno konstrukcijo je mogoče sestaviti neposredno na strehi objekta, kar močno poenostavi montažo.

Cevni kolektor ima modularno zgradbo. Glavni element je vakuumska cev, število cevi se giblje od 18 do 30, kar vam omogoča natančno izbiro moči sistema.

Bistvena prednost cevnih sončnih kolektorjev je valjasta oblika glavnih elementov, zaradi katere se sončno sevanje zajema ves dan brez uporabe dragih sistemov za sledenje gibanja svetila.

Posebna večplastna prevleka ustvarja nekakšno optično past za sončno svetlobo. Diagram delno prikazuje zunanjo steno termofora, ki odbija žarke na stenah notranje bučke (+)

Glede na zasnovo cevi ločimo peresne in koaksialne sončne kolektorje.

Koaksialna cev je posoda Diaur ali znana termovka. Izdelana iz dveh bučk, med katerima je izpraznjen zrak. Na notranjo površino notranje žarnice je nanesen visoko selektiven premaz, ki učinkovito absorbira sončno energijo.

Pri cilindrični cevi padajo sončni žarki vedno pravokotno na površino

Toplotna energija iz notranjega selektivnega sloja se prenaša na toplotno cev ali notranji izmenjevalnik toplote iz aluminijastih plošč. Na tej stopnji pride do neželenih izgub toplote.

Peresna cev je stekleni valj z vstavljenim peresnim absorberjem.

Sistem je dobil ime po pernatem absorberju, ki tesno ovije toplotni kanal iz toplotno prevodne kovine.

Za dobro toplotno izolacijo je iz cevi odveden zrak. Prenos toplote iz absorberja poteka brez izgube, zato je učinkovitost peresnih cevi večja.

Glede na način prenosa toplote ločimo dva sistema: direktno pretočna in s toplotno cevjo. Termo cev je zaprta posoda s tekočino, ki zlahka izhlapi.

Ker tekočina, ki zlahka izhlapi, naravno teče na dno toplotne cevi, je minimalni kot naklona 20 °C

Znotraj toplotne cevi je tekočina, ki zlahka izhlapi in sprejema toploto iz notranje stene bučke ali iz pernatega absorberja. Pod vplivom temperature tekočina zavre in se dvigne v obliki pare. Ko se toplota prenese na hladilno sredstvo za ogrevanje ali oskrbo s toplo vodo, para kondenzira v tekočino in teče navzdol.

Voda se pogosto uporablja kot tekočina, ki zlahka izhlapi pri nizkem tlaku. Enkratni sistem uporablja cev v obliki črke U, skozi katero kroži voda ali grelna tekočina.

Ena polovica cevi v obliki črke U je namenjena za hladno hladilno tekočino, druga pa odstranjuje segreto. Pri segrevanju se hladilna tekočina razširi in vstopi v rezervoar za shranjevanje, kar zagotavlja naravno kroženje. Kot pri sistemih s toplotnimi cevmi mora biti najmanjši kot naklona vsaj 20°.

Z direktno pretočno povezavo tlak v sistemu ne more biti visok, saj je v bučki tehnični vakuum

Sistemi z neposrednim tokom so učinkovitejši, ker takoj segrejejo hladilno tekočino. Če se sistemi sončnih kolektorjev načrtujejo za uporabo vse leto, se vanje črpa poseben antifriz.

Uporaba cevnih sončnih kolektorjev ima vrsto prednosti in slabosti. Zasnova cevnega sončnega kolektorja je sestavljena iz enakih elementov, ki jih je relativno enostavno zamenjati.

Prednosti:

• nizke toplotne izgube;
• sposobnost dela pri temperaturah do -30⁰С;
• učinkovito delovanje v dnevnih urah;
• dobro delovanje na območjih z zmernim in hladnim podnebjem;
• nizka vetrnost, utemeljena s sposobnostjo cevnih sistemov, da prehajajo zračne mase skozi sebe;
• možnost proizvodnje visokotemperaturnega hladilnega sredstva.

Strukturno ima cevasta struktura omejeno površino odprtine.

Ima naslednje pomanjkljivosti:

• ni sposoben samočiščenja pred snegom, ledom, zmrzaljo;
• visoka cena.

Cevni kolektorji se kljub začetnim visokim stroškom hitreje povrnejo. Imajo dolgo življenjsko dobo.

Cevni kolektorji so solarni sistemi odprtega tipa in zato niso primerni za celoletno uporabo v ogrevalnih sistemih (+)

Ploski zaprti sistemi

Ploščati kolektor je sestavljen iz aluminijastega okvirja, posebne vpojne plasti - absorberja, prozorne prevleke, cevovoda in izolacije.

Kot absorber se uporablja počrnjena bakrena pločevina, ki ima idealno toplotno prevodnost za izdelavo solarnih sistemov.Ko absorber absorbira sončno energijo, se sončna energija, ki jo sprejme, prenese na hladilno tekočino, ki kroži po cevnem sistemu ob absorberju.

Na zunanji strani je zaprta plošča zaščitena s prozornim premazom. Izdelan je iz kaljenega stekla, odpornega na udarce, s prepustnostjo 0,4-1,8 mikronov. To območje predstavlja največje sončno sevanje. Steklo, odporno na udarce, zagotavlja dobro zaščito pred točo. Na zadnji strani je celotna plošča zanesljivo izolirana.

Ploščate sončne kolektorje odlikuje maksimalna zmogljivost in enostavna zasnova. Njihova učinkovitost se poveča zaradi uporabe absorberja. Sposobni so zajeti difuzno in direktno sončno sevanje

Seznam prednosti zaprtih ravnih plošč vključuje:

• enostavnost oblikovanja;
• dobro delovanje v regijah s toplim podnebjem;
• možnost namestitve pod katerim koli kotom z napravami za spreminjanje kota naklona;
• sposobnost samočiščenja pred snegom in zmrzaljo;
• nizka cena.

Ploščati sončni kolektorji so še posebej ugodni, če je njihova uporaba načrtovana že v fazi načrtovanja. Življenjska doba kakovostnih izdelkov je 50 let.

Slabosti vključujejo:

• visoka toplotna izguba;
• velika teža;
• visoka vetrnost, ko so plošče nameščene pod kotom glede na vodoravno smer;
• omejitve delovanja, ko temperaturne spremembe presežejo 40°C.

Področje uporabe zaprtih kolektorjev je veliko širše kot pri solarnih sistemih odprtega tipa. Poleti lahko v celoti zadovoljijo potrebo po topli vodi. V hladnih dneh, ko jih komunalne službe ne vključujejo v ogrevalno obdobje, lahko delujejo namesto plinskih in električnih grelnikov.

Za tiste, ki želijo narediti sončni kolektor Če želite zgraditi ogrevalni sistem v svoji dachi z lastnimi rokami, predlagamo, da se seznanite s preizkušenimi diagrami in navodili za montažo po korakih.

Primerjava karakteristik sončnih kolektorjev

Najpomembnejši pokazatelj sončnega kolektorja je učinkovitost. Učinkovitost sončnih kolektorjev različnih izvedb je odvisna od temperaturne razlike. Hkrati so ploščati kolektorji veliko cenejši od cevnih.

Vrednosti učinkovitosti so odvisne od kakovosti izdelave sončnega kolektorja. Namen grafa je prikazati učinkovitost uporabe različnih sistemov glede na temperaturno razliko

Pri izbiri sončnega kolektorja morate biti pozorni na številne parametre, ki kažejo učinkovitost in moč naprave.

Obstaja več pomembnih lastnosti sončnih kolektorjev:

• adsorpcijski koeficient - prikazuje razmerje med absorbirano energijo in skupno;
• emisijski koeficient - kaže razmerje med oddano in absorbirano energijo;
• skupna površina in površina zaslonke;
• Učinkovitost

Območje odprtine je delovno območje sončnega kolektorja. Ploščati kolektor ima največjo odprtino. Površina zaslonke je enaka površini absorberja.

Načini priključitve na ogrevalni sistem

Ker naprave na sončno energijo ne morejo zagotoviti stabilne, 24-urne oskrbe z energijo, je potreben sistem, ki je odporen na te pomanjkljivosti.

Za osrednjo Rusijo sončne naprave ne morejo zagotoviti stabilnega pretoka energije, zato se uporabljajo kot dodatni sistem. Integracija v obstoječ sistem ogrevanja in sanitarne vode je različna za sončni kolektor in sončno baterijo.

Shema z zbiralnikom vode

Glede na namen uporabe toplotnega zbiralnika se uporabljajo različni priključni sistemi. Možnosti je lahko več:

1. Poletna možnost za oskrbo s toplo vodo
2. Zimska možnost za ogrevanje in oskrbo s toplo vodo

Poletna možnost je najpreprostejša in z njo lahko tudi brez obtočna črpalkaz uporabo naravnega kroženja vode.

Voda se segreje v sončnem kolektorju in zaradi toplotnega raztezanja pride v zalogovnik ali kotel. V tem primeru pride do naravnega kroženja: iz rezervoarja se namesto tople vode izsesa hladna voda.

Pozimi, pri temperaturah pod ničlo, neposredno ogrevanje vode ni mogoče. Poseben antifriz kroži skozi zaprt tokokrog in zagotavlja prenos toplote od kolektorja do toplotnega izmenjevalnika v rezervoarju

Kot vsak sistem, ki temelji na naravni cirkulaciji, tudi ta ne deluje zelo učinkovito in zahteva skladnost s potrebnimi nakloni. Poleg tega mora biti zalogovnik višji od sončnega kolektorja. Da bi voda čim dlje ostala topla, je treba rezervoar temeljito izolirati.

Če resnično želite doseči najučinkovitejše delovanje sončnega kolektorja, bo povezovalni diagram postal bolj zapleten.

Da se kolektor ponoči ne spremeni v hladilni radiator, je potrebno prisilno ustaviti kroženje vode.

Hladilna tekočina, ki ne zmrzne, kroži po sistemu sončnih kolektorjev. Prisilno kroženje zagotavlja črpalka, ki jo krmili krmilnik.

Krmilnik nadzira delovanje obtočne črpalke na podlagi odčitkov vsaj dveh temperaturnih senzorjev. Prvi senzor meri temperaturo v hranilniku, drugi - na dovodni cevi vroče hladilne tekočine sončnega kolektorja.

Takoj ko temperatura v rezervoarju preseže temperaturo hladilne tekočine, regulator v kolektorju izklopi obtočno črpalko in ustavi kroženje hladilne tekočine skozi sistem. Ko temperatura v zalogovniku pade pod nastavljeno vrednost, se ogrevalni kotel vklopi.

Nova beseda in učinkovita alternativa sončnim kolektorjem s hladilno tekočino so postali sistemi z vakuumske cevi, s katerim načelom delovanja in zasnove predlagamo, da se seznanite.

Shema s sončno baterijo

Mamljivo bi bilo uporabiti podobno diagram povezave sončne baterije v električno omrežje, kot je izvedeno v primeru sončnega kolektorja, ki akumulira dnevno prejeto energijo. Na žalost je za sistem oskrbe z električno energijo zasebnega doma zelo drago ustvariti baterijo zadostne zmogljivosti. Zato je diagram povezave videti takole.

Ko se moč električnega toka iz sončne baterije zmanjša, enota ATS (samodejni vklop rezerve) zagotovi povezavo potrošnikov s splošnim električnim omrežjem.

Iz solarnih kolektorjev se polnjenje dovaja v krmilnik polnjenja, ki opravlja več funkcij: zagotavlja stalno polnjenje baterij in stabilizira napetost. Nato se električni tok dovede do razsmernika, kjer se enosmerni tok 12V ali 24V pretvori v enofazni izmenični tok 220V.

Žal, naša električna omrežja niso primerna za sprejemanje energije, delujejo lahko samo enosmerno od vira do porabnika. Iz tega razloga odvzete električne energije ne boste mogli prodati ali vsaj vrteti števca v nasprotno smer.

Prednost uporabe sončnih kolektorjev je, da zagotavljajo bolj vsestransko vrsto energije, hkrati pa se po učinkovitosti ne morejo primerjati s sončnimi kolektorji. Vendar slednji nimajo sposobnosti shranjevanja energije, za razliko od sončnih fotovoltaičnih baterij.

Našli boste vse o možnostih za organizacijo ogrevanja zasebne hiše s pomočjo sončnih kolektorjev. V tem članku.

Primer izračuna potrebne moči

Pri izračunu potrebne moči sončnega kolektorja se velikokrat zmotno naredijo izračuni glede na dovedeno sončno energijo v najhladnejših mesecih v letu.

Dejstvo je, da se bo v preostalih mesecih leta celoten sistem nenehno pregreval. Poleti lahko temperatura hladilne tekočine na izhodu iz sončnega kolektorja doseže 200 °C pri ogrevanju s paro ali plinom, 120 °C pri antifrizu, 150 °C pri vodi. Če hladilna tekočina zavre, bo delno izhlapela. Posledično ga bo treba zamenjati.

Proizvajalci priporočajo, da izhajajo iz naslednjih številk:

• zagotavljanje oskrbe s toplo vodo ne več kot 70%;
• zagotavljanje ogrevalnega sistema ne več kot 30%.

Preostanek potrebne toplote mora proizvesti standardna ogrevalna oprema. Kljub temu se s takšnimi kazalniki v povprečju prihrani približno 40% na leto pri ogrevanju in oskrbi s toplo vodo.

Moč, ki jo proizvede ena cev vakuumskega sistema, je odvisna od geografske lokacije. Indikator padca sončne energije na 1 m letno² zemlje imenujemo osončenje.

Če poznate dolžino in premer cevi, lahko izračunate zaslonko - efektivno absorpcijsko površino. Za izračun moči ene cevi na leto je treba uporabiti koeficiente absorpcije in emisije.

Primer izračuna:

Standardna dolžina cevi je 1800 mm, efektivna dolžina je 1600 mm. Premer 58 mm. Zaslonka je zasenčeno območje, ki ga ustvari cev. Tako bo območje senčnega pravokotnika:

S = 1,6 * 0,058 = 0,0928 m²

Učinkovitost srednje cevi je 80%, sončna insolacija za Moskvo je približno 1170 kWh/m² v letu. Tako bo ena cev proizvedla na leto:

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

Opozoriti je treba, da je to zelo groba ocena. Količina proizvedene energije je odvisna od orientacije napeljave, kota, povprečne letne temperature itd.

Z vsemi vrstami alternativnih virov energije in načine njihove uporabe najdete v predstavljenem članku.

Zaključki in uporaben video na to temo

Video #1. Prikaz delovanja sončnega kolektorja pozimi:

Video #2. Primerjava različnih modelov sončnih kolektorjev:

Skozi svoj obstoj človeštvo vsako leto porabi vedno več energije. Poskusi izkoriščanja prostega sončnega sevanja potekajo že dolgo, vendar je šele pred kratkim postalo mogoče učinkovito izkoristiti sonce v naših zemljepisnih širinah. Nobenega dvoma ni, da so solarni sistemi prihodnost.

Ali želite poročati o zanimivih funkcijah pri organizaciji sončnega ogrevanja za podeželsko hišo ali kočo? Napišite komentarje v spodnji blok. Tukaj lahko postavite vprašanje, pustite fotografijo, ki prikazuje postopek sestavljanja sistema, in delite koristne informacije.