Ogrevanje zasebne hiše s sončnimi kolektorji: diagrami in naprava

Razlogi za priljubljenost alternativnih virov energije so povsem razumljivi: obstaja možnost, da prihranite pri gorivu in uresničite sanje o okolju prijaznih sistemih za vzdrževanje življenja. S spretno uporabo energije sonca, vetra in vode lahko navadno podeželsko hišo spremenite v sodobno eko hišo.

Povedali vam bomo, kako namestiti sončno ogrevanje v zasebnem domu, in z vami bomo analizirali, kako donosno je. Da bi temeljito zajeli vprašanja uporabe dnevne svetlobe, smo podrobno opisali vse priljubljene možnosti, ki so prejele praktično uporabo in pozitivne ocene uporabnikov.

Ob upoštevanju naših priporočil lahko zgradite učinkovit sončni sistem za poletno hišo ali podeželsko hišo. Za lažje razumevanje težkega gradiva smo informacije dopolnili z vizualnimi diagrami, ilustracijami in video vajami.

Načini izrabe sončne energije

Metode uporabe energija nebesnega telesa ne spadajo med inovativne tehnologije, sončna toplota se uporablja že dolgo in zelo uspešno. Vendar to velja predvsem za Avstralijo, nekatere države v Evropi, Ameriko in južne regije, kjer je alternativno energijo mogoče pridobivati ​​skozi vse leto.

V nekaterih severnih regijah primanjkuje naravnega sevanja, zato se uporablja kot dodatna ali rezervna možnost.

Posredniki med sončnimi žarki in mehanizmom za pridobivanje energije so solarni paneli oziroma kolektorji, ki se med seboj razlikujejo tako po namenu kot po zasnovi.

Baterije akumulirajo sončno energijo in omogočajo njeno uporabo za napajanje gospodinjskih električnih aparatov. So paneli s fotocelicami na eni strani in zaklepnim mehanizmom na drugi strani. Baterijo lahko eksperimentirate in sestavite sami, vendar je lažje kupiti že pripravljene elemente - izbira je precej široka.

Solarni sistemi (sončni kolektorji) so del ogrevalnega sistema hiše. Velike toplotno izolirane škatle s hladilno tekočino, kot so baterije, so nameščene na dvignjenih ploščah, obrnjenih proti soncu ali strešnim pobočjem.

Napačno je verjeti, da absolutno vse severne regije prejmejo veliko manj naravne toplote kot južne. Recimo, da je na Čukotki ali v osrednji Kanadi veliko več sončnih dni kot v Veliki Britaniji, ki leži na jugu

Za večjo učinkovitost so plošče postavljene na dinamične mehanizme, ki spominjajo na sledilni sistem – vrtijo se po gibanju sonca. Proces pretvorbe energije poteka v ceveh, ki se nahajajo znotraj škatel.

Glavna razlika med solarnimi sistemi in solarnimi paneli je v tem, da prvi segrevajo hladilno tekočino, drugi pa akumulirajo elektriko. Prostor je mogoče ogrevati s fotocelicami, vendar so načrtovalne sheme neracionalne in primerne le za območja, kjer je vsaj 200 sončnih dni na leto.

Diagram ogrevalnega sistema s sončnim kolektorjem, priključenim na kotel in rezervni vir električne energije (na primer plinski kotel), ki deluje na tradicionalno gorivo (+)

Prednosti in slabosti alternativnega ogrevalnega sistema

Prednosti solarnega ogrevalnega sistema ni veliko, vendar je vsaka od njih pomembna in lahko postane razlog za zasebne eksperimente:

• Okoljske koristi. To je čist vir toplote, ki je varen za prebivalce hiše in okolice ter ne zahteva uporabe tradicionalnih vrst goriva.
• Avtonomija. Lastniki sistema so popolnoma neodvisni od cen energije in gospodarske situacije v državi.
• Varčno. Z ohranjanjem tradicionalnega ogrevalnega sistema je mogoče zmanjšati stroške plačila za oskrbo s toplo vodo.
• Javna dostopnost. Za namestitev solarnih sistemov ne potrebujete dovoljenja državnih organov.

Toda obstajajo tudi neprijetni trenutki, ki lahko pokvarijo celotno sliko. Na primer, določanje učinkovitosti sistema bo zahtevalo dolgo obdobje - vsaj 3 leta (pod pogojem, da je dovolj sončne energije in se aktivno uporablja).

Samo namestitev solarnih modulov bo zahtevala velike naložbe: najcenejše silikonske plošče bodo stale najmanj 2200 rubljev. na kos in polikristalni šestdiodni elementi prve kategorije - do 17.000 na kos. Izračun stroškov 30 modulov je precej preprost (+)

Uporabniki opozarjajo na naslednje pomanjkljivosti:

• visoke cene opreme, potrebne za zagon sistema;
• neposredna odvisnost količine proizvedene toplote od geografske lege in vremena;
• obvezna prisotnost rezervnega vira, na primer plinskega kotla (v praksi je solarni sistem pogosto rezervni).

Da bi dosegli večje donose, morate redno spremljati uporabnost kolektorjev, jih očistiti smeti in zaščititi pred nastankom ledu med zmrzaljo. Če temperatura pogosto pade pod 0ºC, morate poskrbeti za dodatno toplotno izolacijo ne le elementov solarnega sistema, ampak tudi hiše kot celote.

Sončna energija za ogrevanje

Glavni namen fotovoltaičnih celic za shranjevanje energije je oskrba doma z električno energijo. Da jih vključite v diagram naprave ogrevalnega sistema in za doseganje optimalnega delovanja je potrebno vezje sestaviti z zalogovnikom.

V njej se bo segrevala voda, ki bo, ko bo dosegla določeno temperaturo, napolnila cevi in ​​radiatorje v prostorih, ki potrebujejo ogrevanje (dnevna soba, kopalnica).

Sistem na sončno energijo z dvokrožnim rezervoarjem, ki organizira ogrevanje in oskrbo s toplo vodo v dveh smereh: do radiatorjev in do distribucijskih točk (+)

Poskusimo analizirati oblikovne značilnosti sončnih kolektorjev in ugotoviti njihovo potencialno vlogo v ogrevalnem sistemu.

Načelo delovanja panelov s fotocelicami

Obstajajo tri običajne vrste elementov za sončne celice:

• Monokristalni. To so tanke rezine najčistejšega silicija, izrezane iz kristala, vzgojenega v umetnih pogojih. Najbolj produktivna sorta z učinkovitostjo približno 17-18%. Optimalna temperatura za delovanje je od 5 ºС do 25 ºС.

• Polikristalni. Izdelan iz rezin, pridobljenih s postopnim ohlajanjem silicijeve taline. Tehnologija njihove proizvodnje je manj delovno intenzivna, vendar je izkoristek fotovoltaičnih elementov iz polikristalov bistveno nižji - ne več kot 12%.

• Amorfna. So film. Izdelano po metodi faze izhlapevanja, zaradi katere se silicij v obliki tankega filma nanese na fleksibilno polimerno podlago. Najcenejša proizvodna metoda je kombinirana z nizko produktivnostjo, ocenjeno na do 7 %.

Za namestitev avtonomnih ogrevalnih sistemov v severnih regijah velja najprimernejša možnost fotovoltaične baterije, sestavljen iz monokristalnih elementov. Vendar pa so baterije z amorfnimi moduli enostavnejše za namestitev, praktično ne potrebujejo baze in so veliko cenejše.

Monokristalni modul je sestavljen iz zaporedno povezanih elementov, združenih v module. Več modulov tvori sončno baterijo.Temna površina solarnih fotovoltaičnih sistemov optimizira absorpcijo sončnih žarkov

Naloga zunanjih elementov je absorbirati in transformirati sončne žarke. Sproščena energija gre naprej in se koncentrira v hranilniku. Majhen element proizvede približno 100-250 W, montažna plošča velikosti 25-30 m² pa zagotavlja električno energijo majhni hiši. Namestitev ogrevalnega sistema bo zahtevala 2-3 krat več energije.

Inverter deluje kot pretvornik enosmernega toka iz sončne "proizvodnje" v električno energijo, saj je za delovanje gospodinjskih električnih aparatov in svetilk potreben izmenični tok.

Če govorimo posebej o ogrevalnem sistemu, električni kotel za ogrevanje vode deluje tudi na izmenični tok. Za osvetlitev vašega doma ponoči boste potrebovali baterije za shranjevanje dnevnih zalog.

Inverterski moduli so nameščeni na mestu, primernem za vzdrževanje, čeprav ne potrebujejo stalnega nadzora in delujejo v avtomatskem načinu (+)

Učinkovitost uporabe fotocelic

Najlažji za nakup sončni kolektorji in uporabite eno od preprostih shem, ki so bile dokazane v preteklih letih. Vendar okoliščine včasih narekujejo svoje pogoje. Recimo, da imate odlično delujoč solarni generator, ki pa zaenkrat služi le za oskrbo z elektriko in toplo vodo v vašem domu.

Jasno je, da je nakup nove opreme nerentabilen, zato je moč lažje povečati z nakupom določenega števila fotoelektričnih pretvornikov. Proračunska možnost - silikonske plošče s produktivnostjo do 23-25%.

Na vir toka je treba priključiti grelno napravo, ki deluje na elektriko.Univerzalna možnost je kotel, opremljen z distribucijsko napeljavo.

Polimerni filmski elementi so na ruskem trgu veliko manj pogosti kot silicijevi mono- in polikristalni analogi. Enostavno jih je namestiti, vendar imajo nizko učinkovitost - le 6%

Če je oskrba z električno energijo pravilno organizirana, bi morala zadostovati tako za oskrbo s toplo vodo kot za ogrevanje. Obstajajo primeri, ko je hiša v celoti ogrevana - prepoznamo jo po strehi, skoraj v celoti pokriti s ploščami.

Včasih je treba postaviti posebne prostostoječe konstrukcije, če strešna površina ni dovolj. Izkazalo se je, da je za povečanje moči potreben dodaten prosti prostor.

Tudi najbolj natančni izračuni vam ne bodo pomagali določiti točne količine potencialne energije in hitro ustvariti učinkovit, dobro delujoč sistem. Dejstvo je, da se v praksi pojavljajo ovire, katerih pojav je precej težko predvideti.

Tukaj je nekaj dejavnikov:

• Neskladnost vremena. Točno število sončnih dni ni znano niti v južnih regijah. Njihovo število v severnih regijah je skoraj nemogoče zanesljivo napovedati.
• Nepravilno prejemanje električne energije. Na primer, v severnih regijah so pozimi kratke dnevne ure, zato se veliko reciklirane sončne energije porabi za razsvetljavo. Poleg tega se intenzivnost sončnega obsevanja pozimi močno zmanjša.
• Periodične okvare. Kot vsi tehnični sistemi lahko tudi solarni paneli občasno odpovejo zaradi poškodb posameznih elementov, pogodbenih povezav, zaščitnih površin itd.

Posledično lahko o učinkovitosti izveš šele po določenem času, vsaj po enem letu. Morda bo treba povečati število fotocelic ali baterij, razmisliti o dodatni toplotni izolaciji hiše, zmanjšati ogrevano površino. Recimo, da se v severnih regijah Nemčije spalnice pogosto sploh ne ogrevajo, da bi prihranili denar.

Vzdrževanje nameščenih fotocelic ne zahteva posebnih veščin in je sestavljeno iz rednega čiščenja: odstranjevanje snega pozimi in smeti v toplih obdobjih, pranje steklene površine z vodo iz cevi.

Shema namestitve domače elektrarne

Najlažji način instalacije sončnih generatorjev – stik s podjetjem, ki prodaja sistemske komponente in ponuja storitve namestitve. Prednosti - profesionalni projekt ob upoštevanju posameznih značilnosti, garancija za vse izdelke in namestitev, minus - visoki stroški.

Če imate ustrezne izkušnje, lahko samostojno sestavite mini elektrarno s sončnimi kolektorji za ogrevanje zasebnega doma.

Najučinkovitejša se šteje za hibridno shemo zasnove zračno-sončnega sistema, v kateri se za pridobivanje energije uporabljajo fotocelice, zbiralniki za ogrevanje vode in je nameščen dodaten vetrni generator. Lahko se nadomesti z rezervnim virom goriva (+)

Vsi deli za montažo ogrevalnega sistema se prodajajo v specializiranih trgovinah.

Kupiti morate naslednje komponente:

• komplet silicijevih ali filmskih solarnih modulov;
• polnilna baterija, ki shranjuje energijo;
• krmilnik polnjenja, ki uravnava proces polnjenja in praznjenja baterije;
• pretvornik, ki pretvarja enosmerni tok v izmenični;
• komplet povezovalnih kablov.

Zaželeno je, da so baterije enake (glede na znamko, kapaciteto in celo serijo) in lahko hranijo energijo 3-4 dni. Trajanje njihovega delovanja je odvisno od sobne temperature - v hladnih razmerah se hitro izpraznijo. Če je dnevna poraba 2400 Wh, so potrebne baterije s skupno kapaciteto vsaj 1000 Ah.

Pri uporabi avtomobilskih baterij ne pozabite, da je njihova največja učinkovitost 70-75% (življenjska doba - 3 leta), posebne naprave za solarne sisteme imajo najboljšo zmogljivost - do 85% (življenjska doba - 10 let). Med shranjevanjem in pretvorbo se nekaj energije izgubi

Kakovost toka, ki ga proizvaja sinusoid pretvorniki za solarne sisteme, višje od trenutnih kazalnikov iz centraliziranega omrežja. Posebnost opreme je sinhronizacija napetostne faze, pri kateri se prehod iz 12 V na 220 V izvede brez prekinitve delovanja gospodinjskih električnih aparatov.

Moč pretvornika - od 250 W do 6000 W in več. Izhodno moč lahko povečate z vzporedno povezavo več naprav. Na primer, 3 x 3000 W = 9000 W (+)

Po namestitvi vseh elementov solarnega sistema je potrebno na razsmernik priključiti električni hranilnik, ki segreva vodo, na rezervoar pa toplovod.

Kolektorski ogrevalni sistem

Največji izkoristek in donos lahko dosežemo z vgradnjo kolektorjev namesto solarnih modulov – zunanjih inštalacij, v katerih se voda segreva pod vplivom sončnega sevanja. Tak sistem je bolj logičen in naraven, saj ne zahteva segrevanja hladilne tekočine z drugimi napravami.

Razmislimo o zasnovi in ​​principu delovanja dveh glavnih vrst naprav: ravne in cevaste.

Ploščata različica za lastno izdelavo

Zasnova ploščatih inštalacij je tako preprosta, da izkušeni obrtniki z lastnimi rokami sestavijo ročne analoge, pri čemer nekatere dele kupijo v specializirani trgovini, nekatere pa izdelajo iz odpadnega materiala.

Znotraj jeklene ali aluminijaste izolirane škatle je plošča, ki absorbira sončno toploto. Najpogosteje je prevlečen s plastjo črnega kroma. Toplotni absorber je na vrhu zaščiten z zaprtim prozornim pokrovom.

Ogrevanje vode poteka v ceveh, položenih v kačo in povezanih s ploščo. Voda ali antifriz vstopi v škatlo skozi dovodno cev, se segreje v ceveh in se premakne do izhoda - do odvodne cevi.

Prepustnost svetlobe pokrova je razložena z uporabo prozornega materiala - trpežnega kaljenega stekla ali plastike (na primer polikarbonata). Da se sončni žarki ne odbijajo, je steklena ali plastična površina matirana (+)

Obstajata dve vrsti povezave, enocevna in dvocevna, bistvene razlike pri izbiri ni. Obstaja pa velika razlika v načinu dovajanja hladilne tekočine v kolektorje - gravitacija ali s pomočjo črpalke. Prva možnost se šteje za neučinkovito zaradi nizke hitrosti gibanja vode, po principu ogrevanja spominja na posodo za poletno prho.

Delovanje druge možnosti se pojavi zaradi priključitve obtočne črpalke, ki prisilno dovaja hladilno tekočino. Vir energije za delovanje črpalne opreme je lahko sistem na sončno energijo.

Temperatura hladilne tekočine pri segrevanju s sončnim kolektorjem doseže 45-60 ºС, na izhodu je največja vrednost 35-40 ºС. Za povečanje učinkovitosti ogrevalnega sistema se skupaj z radiatorji uporabljajo "topla tla" (+)

Cevni kolektorji - rešitev za severne regije

Splošno načelo delovanja spominja na delovanje ravnih analogov, vendar z eno razliko - cevi za izmenjavo toplote s hladilno tekočino se nahajajo znotraj steklenih bučk. Same cevi so lahko pernate, enostransko zatesnjene in po videzu podobne perjem, in koaksialne (vakuumske), vstavljene ena v drugo in obojestransko zatesnjene.

Toplotni izmenjevalniki so tudi različni:

• sistem za pretvarjanje sončne energije v toplotno energijo Heat-pipe;
• običajna cev za prenos hladilne tekočine tipa U.

Druga vrsta toplotnega izmenjevalnika velja za bolj učinkovito, vendar ni dovolj priljubljena zaradi stroškov popravil: če ena cev ne uspe, bo treba zamenjati celoten odsek.

Heat-pipe ni del celotnega segmenta, zato ga je mogoče zamenjati v 2-3 minutah. Okvarjene koaksialne elemente je mogoče popraviti tako, da preprosto odstranite čep in zamenjate poškodovan kanal.

Diagram, ki pojasnjuje ciklični proces segrevanja znotraj vakuumskih cevi: hladna tekočina se pod vplivom sončne toplote segreje in izhlapi ter se prepusti naslednjemu delu hladne hladilne tekočine (+)

Po analizi tehničnih lastnosti različnih vrst kolektorjev in povzetku izkušenj z njihovo uporabo smo se odločili, da so za južne regije bolj primerni ploščati kolektorji, za severne pa cevni. Instalacije s sistemom Heat-pipe so se še posebej dobro izkazale v ostrih podnebjih.Imajo sposobnost ogrevanja tudi v oblačnih dneh in ponoči, "hranijo" se z minimalno količino sončne svetlobe.

Vzorec standardnega diagrama za priključitev sončnih kolektorjev na kotlovsko opremo: črpalna postaja kroži vodo, regulator regulira ogrevalni proces

Metoda za povečanje produktivnosti

Običajno po eksperimentiranju z majhnim številom solarnih modulov lastniki zasebnih hiš gredo dlje in izboljšajo sistem na različne načine.

Najlažji način je povečati število vključenih modulov, ustrezno pritegniti dodaten prostor za njihovo namestitev in kupiti zmogljivejšo sorodno opremo

Kaj storiti, če zmanjka prostega prostora? Tukaj je nekaj priporočil za povečanje učinkovitosti sončne postaje (s fotocelicami ali kolektorji):

• Spreminjanje orientacije modulov. Gibljivi elementi glede na položaj sonca. Preprosto povedano, namestitev večine plošč na južno stran. V dolgem dnevnem času je optimalna tudi uporaba površin, obrnjenih proti vzhodu in zahodu.

• Nastavitev kota nagiba. Proizvajalec običajno navede, kateri kot je najprimernejši (na primer 45 °), včasih pa je med namestitvijo potrebno izvesti prilagoditve glede na geografsko širino.

• Pravilna izbira mesta namestitve. Streha je primerna, ker je najpogosteje najvišja ravnina in je ne zakrivajo drugi predmeti (na primer vrtna drevesa). Obstajajo pa še bolj primerna območja - vrtljive naprave za sledenje soncu.

Ko so elementi postavljeni pravokotno na sončne žarke, sistem deluje učinkoviteje, na stabilni podlagi (na primer strehi) pa je to mogoče le kratek čas. Da bi to povečali, so izumili praktične sledilne naprave.

Sledilni mehanizmi so dinamične platforme, ki se vrtijo s svojimi ravninami po soncu. Zahvaljujoč njim se produktivnost generatorja poleti poveča za približno 35-40%, pozimi pa za 10-12%.

Velika pomanjkljivost sledilnih naprav je njihova visoka cena. V nekaterih primerih se ne izplača, zato nima smisla vlagati v nekoristne mehanizme.

Ocenjuje se, da je 8 panelov minimalno število, pri katerem bodo stroški čez čas upravičeni. Uporabite lahko 3-4 module, vendar pod enim pogojem: če so neposredno povezani z vodno črpalko, mimo baterij.

Ravno pred dnevi je Tesla Motors napovedal ustvarjanje nove vrste strehe - z integrirano sončni kolektorji. Elon Musk je dejal, da bo spremenjena streha cenejša od običajne strehe z nameščenimi kolektorji ali moduli.

Zaključki in uporaben video na to temo

Tematski videoposnetki vam bodo pomagali bolje predstavljati zasnovo domačih sončnih postaj in razkrili nekatere skrivnosti namestitve opreme.

Video #1. Razpoložljive tehnične informacije o solarnih panelih in krmilnikih polnjenja:

Video #2. Koristne izkušnje uporabe sončnih kolektorjev v moskovski regiji:

Video #3. Primer uspešno delujoče sončne postaje, popolnoma neodvisno sestavljene, ki zagotavlja oskrbo s toplo vodo in ogrevanje hiše:

Kot lahko vidite, je solarni ogrevalni sistem zelo resničen pojav, ki ga lahko izvedete sami. Področje alternativnih načinov pridobivanja energije se nenehno razvija, morda boste jutri slišali za novo odkritje.

Vabimo vas, da aktivno komentirate gradivo. V spodnjem bloku lahko izrazite svoj odnos do "zelene energije", delite svoje izkušnje pri namestitvi sistema sončnih kolektorjev in poveste samo vam znane tankosti.