Solarno grijanje privatne kuće: opcije i dijagrami dizajna

Korištenje “zelene” energije koju dobivaju prirodni elementi može značajno smanjiti troškove komunalnih usluga.Na primjer, organiziranjem solarnog grijanja za privatnu kuću, opskrbit ćete niskotemperaturne radijatore i sustave podnog grijanja praktički besplatnom rashladnom tekućinom. Slažem se, ovo već štedi novac.

Sve o "zelenim tehnologijama" naučit ćete iz našeg predloženog članka. Uz našu pomoć lako ćete razumjeti vrste solarnih instalacija, načine njihove izgradnje i specifičnosti rada. Vjerojatno će vas zanimati jedna od popularnih opcija koje aktivno rade u svijetu, ali kod nas još nisu u velikoj potražnji.

U pregledu koji je predstavljen vašoj pozornosti, analiziraju se značajke dizajna sustava i detaljno su opisani dijagrami povezivanja. Daje se primjer izračuna kruga solarnog grijanja kako bi se procijenila stvarnost njegove konstrukcije. Za pomoć neovisnim obrtnicima, uključene su zbirke fotografija i videozapisi.

„Zelene“ toplinske tehnologije

Prosječno 1 m² Zemljina površina prima 161 vat sunčeve energije na sat. Naravno, na ekvatoru će ta brojka biti mnogo puta veća nego na Arktiku. Osim toga, gustoća sunčevog zračenja ovisi o godišnjem dobu.

U moskovskoj regiji intenzitet sunčevog zračenja u prosincu-siječnju razlikuje se od svibnja-srpnja više od pet puta. Međutim, moderni sustavi toliko su učinkoviti da mogu raditi gotovo bilo gdje na zemlji.

Moderni solarni sustavi mogu učinkovito raditi pri oblačnom i hladnom vremenu do -30°C

Zadatak korištenja energija sunčevog zračenja uz maksimalnu učinkovitost rješava se na dva načina: direktnim grijanjem u toplinskim kolektorima i solarnim fotonaponskim baterijama. Solarni paneli najprije pretvaraju energiju sunčevih zraka u električnu energiju, zatim je posebnim sustavom prenose do potrošača, primjerice električnog bojlera.

Toplinski kolektori, kada se zagrijavaju sunčevim zrakama, zagrijavaju rashladnu tekućinu sustava grijanja i tople vode.

Toplinski kolektori dolaze u nekoliko vrsta, uključujući otvorene i zatvorene sustave, ravne i sferne izvedbe, hemisferne koncentratorske kolektore i mnoge druge opcije. Toplinska energija dobivena iz solarnih kolektora koristi se za zagrijavanje tople vode ili ogrjevnog fluida.

Industrija proizvodi širok raspon kolektorskih sustava za uključivanje u neovisnu mrežu grijanja. Međutim, najjednostavniju opciju za ljetnu rezidenciju lako je napraviti vlastitim rukama:

Iako postoji jasan napredak u razvoju rješenja za žetvu, skladištenje i korištenje sunčeve energije, postoje prednosti i nedostaci.

Učinkovito korištenje sunčeve energije

Najočitija prednost korištenja sunčeve energije je njezina univerzalna dostupnost. Naime, čak i po najtmurnijem i najoblačnijem vremenu solarna energija se može prikupljati i koristiti.

Druga prednost je nulta emisija. Zapravo, to je ekološki najprihvatljiviji i najprirodniji oblik energije. Solarni paneli a kolektori ne proizvode buku. U većini slučajeva postavljaju se na krovove zgrada, a da ne zauzimaju korisnu površinu prigradskog područja.

Učinkovitost solarnog grijanja na našim geografskim širinama dosta je niska, što se objašnjava nedovoljnim brojem sunčanih dana za normalan rad sustava (+)

Nedostaci povezani s korištenjem sunčeve energije su varijabilnost osvjetljenja. Noću se nema što skupljati, situaciju pogoršava činjenica da je vrhunac sezone grijanja tijekom najkraćeg dnevnog svjetla u godini. Potrebno je pratiti optičku čistoću panela, mala onečišćenja oštro smanjuju učinkovitost.

Osim toga, ne može se reći da je korištenje solarnog sustava potpuno besplatno, postoje stalni troškovi za amortizaciju opreme, rad cirkulacijske pumpe i upravljačke elektronike.

Značajan nedostatak grijanja na temelju korištenja solarnih kolektora je nedostatak mogućnosti akumulacije toplinske energije. Samo je ekspanzijski spremnik (+) uključen u krug

Otvoreni solarni kolektori

Otvoreni solarni kolektor je sustav cijevi, nezaštićenih od vanjskih utjecaja, kroz koje cirkulira rashladna tekućina zagrijana izravno na suncu.

Kao rashladna sredstva koriste se voda, plin, zrak i antifriz. Cijevi su ili pričvršćene na potpornu ploču u obliku zavojnice ili su spojene u paralelnim redovima na izlaznu cijev.

Otvoreni solarni kolektori ne mogu se nositi s grijanjem privatne kuće. Zbog nedostatka izolacije, rashladna tekućina se brzo hladi. Koriste se ljeti uglavnom za zagrijavanje vode u tuševima ili bazenima.

Otvoreni kolektori obično nemaju nikakvu izolaciju. Dizajn je vrlo jednostavan, stoga ima nisku cijenu i često se izrađuje samostalno.

Zbog nedostatka izolacije, oni praktički ne pohranjuju energiju primljenu od sunca i karakterizira ih niska učinkovitost. Koriste se uglavnom ljeti za zagrijavanje vode u bazenima ili ljetnim tuševima.

Postavlja se u sunčanim i toplim krajevima, s malim razlikama u temperaturi okolnog zraka i zagrijane vode. Dobro rade samo po sunčanom vremenu bez vjetra.

Najjednostavniji solarni kolektor s hladnjakom izrađenim od zavojnice polimernih cijevi osigurat će opskrbu grijanom vodom dacha za navodnjavanje i kućne potrebe

Vrste cjevastih kolektora

Cijevasti solarni kolektori sastavljeni su od pojedinačnih cijevi kroz koje teče voda, plin ili para. Ovo je jedan od tipova otvorenih solarnih sustava. Međutim, rashladna tekućina već je puno bolje zaštićena od vanjskih negativnosti. Posebno u vakuumskim instalacijama, dizajniranim na principu termosica.

Svaka cijev je spojena na sustav zasebno, paralelno jedna s drugom. Ako jedna cijev zakaže, lako ju je zamijeniti novom. Cjelokupna konstrukcija može se montirati izravno na krovu zgrade, što uvelike pojednostavljuje montažu.

Cjevasti kolektor ima modularnu strukturu. Glavni element je vakuumska cijev, broj cijevi varira od 18 do 30, što vam omogućuje točan odabir snage sustava.

Značajna prednost cjevastih solarnih kolektora je cilindrični oblik glavnih elemenata, zahvaljujući kojem se sunčevo zračenje hvata cijeli dan bez upotrebe skupih sustava za praćenje kretanja svjetiljke.

Posebna višeslojna prevlaka stvara neku vrstu optičke zamke za sunčevu svjetlost. Dijagram djelomično prikazuje vanjsku stijenku vakuumske posude koja reflektira zrake na stijenke unutarnje posude (+)

Na temelju dizajna cijevi razlikuju se perasti i koaksijalni solarni kolektori.

Koaksijalna cijev je Diaur posuda ili poznati termos. Izrađen od dvije tikvice između kojih je evakuiran zrak. Visoko selektivni premaz nanesen je na unutarnju površinu unutarnje žarulje, učinkovito apsorbirajući sunčevu energiju.

Kod cilindrične cijevi sunčeve zrake uvijek padaju okomito na površinu

Toplinska energija iz unutarnjeg selektivnog sloja prenosi se na toplinsku cijev ili unutarnji izmjenjivač topline izrađen od aluminijskih ploča. U ovoj fazi dolazi do neželjenog gubitka topline.

Pernata cijev je stakleni cilindar s pernatim apsorberom umetnutim unutra.

Sustav je dobio ime po pernatom apsorberu koji čvrsto obavija toplinski kanal izrađen od metala koji provodi toplinu.

Za dobru toplinsku izolaciju, zrak je evakuiran iz cijevi. Prijenos topline iz apsorbera odvija se bez gubitaka, pa je učinkovitost pernatih cijevi veća.

Prema načinu prijenosa topline razlikuju se dva sustava: izravni i s toplinskom cijevi. Termalna cijev je zatvoreni spremnik s tekućinom koja lako isparava.

Budući da tekućina koja lako isparava prirodno teče do dna toplinske cijevi, minimalni kut nagiba je 20° C

Unutar toplinske cijevi nalazi se tekućina koja lako isparava i prima toplinu od unutarnje stijenke tikvice ili od pernatog apsorbera. Pod utjecajem temperature tekućina vrije i diže se u obliku pare. Nakon što se toplina prenese na rashladnu tekućinu za grijanje ili toplu vodu, para se kondenzira u tekućinu i teče prema dolje.

Voda se često koristi kao tekućina koja lako isparava pri niskom tlaku. Jednoprolazni sustav koristi cijev u obliku slova U kroz koju cirkulira voda ili tekućina za grijanje.

Jedna polovica cijevi u obliku slova U namijenjena je za hladnu rashladnu tekućinu, druga uklanja zagrijanu. Kada se zagrije, rashladna tekućina se širi i ulazi u spremnik, osiguravajući prirodnu cirkulaciju. Kao i kod sustava s toplinskim cijevima, minimalni kut nagiba mora biti najmanje 20°.

Kod priključka s izravnim protokom, tlak u sustavu ne može biti visok, budući da unutar tikvice postoji tehnički vakuum

Sustavi s izravnim protokom su učinkovitiji jer odmah zagrijavaju rashladnu tekućinu. Ako se sustavi solarnih kolektora planiraju koristiti tijekom cijele godine, tada se u njih pumpa poseban antifriz.

Korištenje cijevnih solarnih kolektora ima niz prednosti i nedostataka. Dizajn cjevastog solarnog kolektora sastoji se od identičnih elemenata koji se relativno lako mijenjaju.

Prednosti:

• mali gubitak topline;
• sposobnost rada na temperaturama do -30⁰S;
• učinkovit rad tijekom dnevnog svjetla;
• dobre performanse u područjima s umjerenom i hladnom klimom;
• nizak vjetar, opravdan sposobnošću cjevastih sustava da prolaze zračne mase kroz sebe;
• mogućnost proizvodnje rashladnog sredstva visoke temperature.

Strukturno, cjevasta struktura ima ograničenu površinu otvora.

Ima sljedeće nedostatke:

• nije sposoban za samočišćenje od snijega, leda, mraza;
• visoka cijena.

Unatoč početnoj visokoj cijeni, cijevni kolektori brže se isplate. Imaju dug vijek trajanja.

Cijevasti kolektori su solarni sustavi otvorenog tipa i stoga nisu prikladni za cjelogodišnju upotrebu u sustavima grijanja (+)

Ravni zatvoreni sustavi

Pločasti kolektor sastoji se od aluminijskog okvira, posebnog upijajućeg sloja - apsorbera, prozirne prevlake, cjevovoda i izolacije.

Kao apsorber koristi se pocrnjeni bakreni lim koji ima idealnu toplinsku vodljivost za izradu solarnih sustava.Kada apsorber apsorbira sunčevu energiju, primljena sunčeva energija prenosi se na rashladno sredstvo koje cirkulira kroz sustav cijevi uz apsorber.

S vanjske strane zatvorena ploča zaštićena je prozirnim premazom. Izrađen je od kaljenog stakla otpornog na udarce s trakom prijenosa od 0,4-1,8 mikrona. Ovaj raspon predstavlja maksimalno sunčevo zračenje. Staklo otporno na udarce pruža dobru zaštitu od tuče. Sa stražnje strane cijela ploča je pouzdano izolirana.

Ravne solarne kolektore odlikuje maksimalna učinkovitost i jednostavan dizajn. Njihova učinkovitost se povećava zbog upotrebe apsorbera. Oni mogu uhvatiti difuzno i ​​izravno sunčevo zračenje

Popis prednosti zatvorenih ravnih ploča uključuje:

• jednostavnost dizajna;
• dobre performanse u regijama s toplom klimom;
• mogućnost ugradnje pod bilo kojim kutom s uređajima za promjenu kuta nagiba;
• sposobnost samočišćenja od snijega i mraza;
• niska cijena.

Ravni solarni kolektori posebno su povoljni ako se njihova uporaba planira u fazi projektiranja. Vijek trajanja kvalitetnih proizvoda je 50 godina.

Nedostaci uključuju:

• veliki gubitak topline;
• velika težina;
• veliki otpor vjetra kada su ploče postavljene pod kutom u odnosu na horizontalu;
• ograničenja rada kada promjene temperature prelaze 40°C.

Opseg primjene zatvorenih kolektora znatno je širi od solarnih sustava otvorenog tipa. Ljeti mogu u potpunosti zadovoljiti potrebu za toplom vodom. U hladnim danima, kada ih komunalije ne uključuju u razdoblje grijanja, mogu raditi umjesto plinskih i električnih grijača.

Za one koji žele napraviti solarni kolektor Da biste vlastitim rukama izgradili sustav grijanja u vašoj kući, predlažemo da se upoznate s dijagramima testiranim u praksi i uputama za montažu korak po korak.

Usporedba karakteristika solarnih kolektora

Najvažniji pokazatelj solarnog kolektora je učinkovitost. Korisni učinak solarnih kolektora različitih izvedbi ovisi o temperaturnoj razlici. U isto vrijeme, ravni kolektori su mnogo jeftiniji od cjevastih.

Vrijednosti učinkovitosti ovise o kvaliteti izrade solarnog kolektora. Svrha grafikona je prikazati učinkovitost korištenja različitih sustava ovisno o temperaturnoj razlici

Prilikom odabira solarnog kolektora treba obratiti pažnju na niz parametara koji pokazuju učinkovitost i snagu uređaja.

Postoji nekoliko važnih karakteristika solarnih kolektora:

• koeficijent adsorpcije - pokazuje omjer apsorbirane energije prema ukupnoj;
• koeficijent emisije - pokazuje omjer prenesene i apsorbirane energije;
• ukupna površina i površina otvora;
• Učinkovitost

Područje otvora je radno područje solarnog kolektora. Pločasti kolektor ima najveću površinu otvora. Površina otvora jednaka je površini apsorbera.

Načini spajanja na sustav grijanja

Budući da uređaji na solarni pogon ne mogu osigurati stabilnu, 24-satnu opskrbu energijom, potreban je sustav koji je otporan na ove nedostatke.

Za središnju Rusiju solarni uređaji ne mogu jamčiti stabilan protok energije, pa se koriste kao dodatni sustav. Integracija u postojeći sustav grijanja i tople vode razlikuje se za solarni kolektor i solarnu bateriju.

Shema s kolektorom vode

Ovisno o namjeni korištenja kolektora topline koriste se različiti sustavi povezivanja. Može postojati nekoliko opcija:

1. Ljetna opcija za opskrbu toplom vodom
2. Zimska opcija za grijanje i opskrbu toplom vodom

Ljetna opcija je najjednostavnija i može se učiniti čak i bez cirkulacijska pumpakoristeći prirodnu cirkulaciju vode.

Voda se zagrijava u solarnom kolektoru i zbog toplinskog širenja ulazi u spremnik ili bojler. U tom slučaju dolazi do prirodne cirkulacije: hladna voda se usisava iz spremnika umjesto tople vode.

Zimi, na temperaturama ispod nule, izravno zagrijavanje vode nije moguće. Specijalni antifriz cirkulira kroz zatvoreni krug, osiguravajući prijenos topline od kolektora do izmjenjivača topline u spremniku

Kao i svaki sustav koji se temelji na prirodnoj cirkulaciji, ne radi vrlo učinkovito, zahtijevajući usklađenost s potrebnim padinama. Osim toga, spremnik mora biti viši od solarnog kolektora. Kako bi voda što duže ostala vruća, spremnik mora biti dobro izoliran.

Ako stvarno želite postići najučinkovitiji rad solarnog kolektora, dijagram povezivanja će postati kompliciraniji.

Kako se noću kolektor ne bi pretvorio u rashladni radijator, potrebno je prisilno zaustaviti cirkulaciju vode

Rashladna tekućina koja se ne smrzava cirkulira kroz sustav solarnih kolektora. Prisilnu cirkulaciju osigurava crpka kojom upravlja regulator.

Regulator upravlja radom cirkulacijske crpke na temelju očitanja najmanje dva senzora temperature. Prvi senzor mjeri temperaturu u spremniku, drugi - na dovodnoj cijevi vruće rashladne tekućine solarnog kolektora.

Čim temperatura u spremniku premaši temperaturu rashladne tekućine, regulator u kolektoru isključuje cirkulacijsku pumpu, zaustavljajući cirkulaciju rashladne tekućine kroz sustav. Zauzvrat, kada temperatura u spremniku padne ispod zadane vrijednosti, uključuje se kotao za grijanje.

Nova riječ i učinkovita alternativa solarnim kolektorima s rashladnom tekućinom postali su sustavi sa vakuumske cijevi, čiji princip rada i dizajn predlažemo da se upoznate.

Shema sa solarnom baterijom

Bilo bi primamljivo primijeniti sličan dijagram spajanja solarne baterije u elektroenergetsku mrežu, kao što se provodi u slučaju solarnog kolektora, akumulirajući energiju primljenu tijekom dana. Nažalost, za sustav napajanja privatne kuće vrlo je skupo stvoriti bateriju dovoljnog kapaciteta. Stoga dijagram povezivanja izgleda ovako.

Kada se snaga električne struje iz solarne baterije smanji, ATS jedinica (automatsko uključivanje rezerve) osigurava priključak potrošača na opću električnu mrežu

Iz solarnih panela, punjenje se dovodi do regulatora punjenja, koji obavlja nekoliko funkcija: osigurava stalno punjenje baterija i stabilizira napon. Zatim se električna struja dovodi do pretvarača, gdje se istosmjerna struja od 12V ili 24V pretvara u jednofaznu izmjeničnu struju od 220V.

Nažalost, naše električne mreže nisu prikladne za primanje energije, mogu raditi samo u jednom smjeru od izvora do potrošača. Iz tog razloga nećete moći prodati izvađenu struju ili barem natjerati brojilo da se vrti u suprotnom smjeru.

Korištenje solarnih panela je prednost jer daju svestraniju vrstu energije, ali se u isto vrijeme ne mogu usporediti u učinkovitosti sa solarnim kolektorima. Međutim, potonji nemaju sposobnost pohranjivanja energije, za razliku od solarnih fotonaponskih baterija.

Naći ćete sve o mogućnostima organiziranja grijanja privatne kuće pomoću solarnih panela. U ovom članku.

Primjer izračuna potrebne snage

Pri proračunu potrebne snage solarnog kolektora često se krivo računaju na temelju dolazne sunčeve energije u najhladnijim mjesecima u godini.

Činjenica je da će se u preostalim mjesecima u godini cijeli sustav stalno pregrijavati. Ljeti temperatura rashladne tekućine na izlazu iz solarnog kolektora može doseći 200°C pri grijanju pare ili plina, 120°C za antifriz, 150°C za vodu. Ako rashladna tekućina vrije, djelomično će ispariti. Kao rezultat toga, morat će se zamijeniti.

Proizvođači preporučuju polazak od sljedećih brojki:

• opskrba toplom vodom ne više od 70%;
• osiguranje sustava grijanja ne više od 30%.

Ostatak potrebne topline mora se proizvesti standardnom opremom za grijanje. Ipak, s takvim pokazateljima prosječno se godišnje uštedi oko 40% na grijanju i opskrbi toplom vodom.

Snaga koju stvara jedna cijev vakuumskog sustava ovisi o geografskom položaju. Indikator pada sunčeve energije po 1 m godišnje² Zemlje naziva se insolacija.

Znajući duljinu i promjer cijevi, možete izračunati otvor blende - efektivno područje apsorpcije. Ostaje primijeniti koeficijente apsorpcije i emisije za izračun snage jedne cijevi godišnje.

Primjer izračuna:

Standardna duljina cijevi je 1800 mm, efektivna duljina je 1600 mm. Promjer 58 mm. Otvor blende je osjenčano područje koje stvara cijev. Dakle, područje pravokutnika sjene bit će:

S = 1,6 * 0,058 = 0,0928 m²

Učinkovitost srednje cijevi je 80%, sunčeva insolacija za Moskvu je oko 1170 kWh/m² u godini. Dakle, jedna cijev će proizvesti godišnje:

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

Treba napomenuti da je ovo vrlo gruba procjena. Količina proizvedene energije ovisi o orijentaciji instalacije, kutu, prosječnoj godišnjoj temperaturi itd.

Sa svim vrstama alternativni izvori energije i načine kako ih koristiti možete pronaći u predstavljenom članku.

Zaključci i koristan video na tu temu

Video #1. Demonstracija rada solarnog kolektora zimi:

Video #2. Usporedba različitih modela solarnih kolektora:

Tijekom svog postojanja čovječanstvo svake godine troši sve više energije. Pokušaji korištenja slobodnog sunčevog zračenja postoje već duže vrijeme, ali tek nedavno je postalo moguće učinkovito koristiti sunce u našim geografskim širinama. Nema sumnje da su solarni sustavi budućnost.

Želite li prijaviti zanimljive značajke u organiziranju solarnog grijanja za seosku kuću ili vikendicu? Napišite komentare u blok ispod. Ovdje možete postaviti pitanje, ostaviti fotografiju koja prikazuje proces sastavljanja sustava i podijeliti korisne informacije.