Solarno grijanje kod kuće pomoću kolektora: princip rada i cijena

Sadržaj članka

• Glavne komponente sustava grijanja
• Raznolikosti i razlike kolektora
• Problemi sa solarnom energijom
• Integracija u sustav grijanja
• Proračun snage i koraci ugradnje
• Trebam li toplinsku pumpu
• Trošak solarnog sustava grijanja

Je li realno osigurati svom domu solarnu toplinsku energiju? Danas ćemo razgovarati o mogućnosti korištenja solarnih sustava kao glavnog izvora grijanja, razmotriti pitanje ekonomske opravdanosti i učinkovitosti solarnih kolektora.

Glavne komponente sustava grijanja

Solarni kolektori služe kao izvor zagrijavanja Sunčevog sustava, čija je svrha najučinkovitiji prijenos energije infracrvenog spektra sunčevog zračenja na rashladno sredstvo. Toplinski raspon sunčeve svjetlosti iznosi 40–45% ukupnog zračenja, u specifičnim podacima iznosi 200–500 W / m² ovisno o zemljopisnoj širini, vremenu godine i danu.

U principu, sami sakupljači dovoljni su za izgradnju najjednostavnijeg sunčevog sustava. Kroz njihove kanale može se cirkulirati obična voda, koja se koristi za potrebe kućanstva i grijanje kuće. Međutim, ovaj pristup nije dovoljno učinkovit iz više razloga, od kojih je prvi nedostatak nadoknade gubitaka energije za cijeli dan. Stoga je jedan od najvažnijih elemenata solarnog sustava grijanja akumulator topline – spremnik s vodom.

Shema grijanja kuće sa solarnim kolektorima: 1 – opskrba hladnom vodom; 2 – izmjenjivač topline; 3 – akumulator topline; 4 – osjetnik temperature; 5 – krug rashladne tekućine; 6 – crpna stanica; 7 – kontroler; 8 – ekspanzijski spremnik; 9 – topla voda; 10 – trosmjerni ventil; 11 – solarni kolektor

Tehnički uređaj solarnog kolektora također je svojevrsno ograničenje. Njegovi kanali imaju prilično malo područje protoka, što stvara rizik od začepljenja mehaničkim nečistoćama. Također postoji velika vjerojatnost da će rashladno sredstvo zamrzavati noću, dok je gornja granica radne temperature 200-300 ° S. Kolektori su dizajnirani za brzu kontinuiranu cirkulaciju rashladnog sredstva, koje dolazi na niskoj temperaturi, brzo se zagrijava sunčevom svjetlošću i jednako brzo daje toplinu akumulatoru.

Vakuumske cijevi za solarno prikupljanje u obliku slova U

Iz tih razloga je uobičajeno koristiti propilen glikol sa skupom posebnih aditiva za izravno grijanje u toplinskim cijevima. Dakle, treći obavezni element solarnog sustava grijanja je posebna rashladna tekućina i izmjenjivački krug, koji je često strukturno uključen u akumulator topline, ili može biti dio samog kolektora.

Raznolikosti i razlike kolektora

Ne ulazeći u tehničke detalje uređaja, glavna razlika između ravnih i vakuumskih kolektora leži u prikladnosti njihove uporabe u različitim klimatskim zonama. Ravni kolektori najbolje se koriste u južnim geografskim širinama s prevladavajućim temperaturama iznad nule, a vakuumski kolektori – bliži sjevernim.

Dizajn ravnog solarnog kolektora: 1 – izlaz rashladne tekućine; 2 – okvir kolektora; 3 – strukturirano staklo otporno na tuču; 4 – apsorber; 5 – bakrene cijevi; 6 – toplinska izolacija; 7 – ulaz rashladne tekućine

Izvodljivost korištenja određenih vrsta solarnih kolektora nastaje zbog niza značajki:

• nemogućnost vakuumskih kolektora da neovisno očiste snijeg;
• visoki gubici topline ravnih solarnih kolektora, rastući s temperaturnom razlikom;
• mali otpor ravnih kolektora na opterećenja vjetrom;
• visoki troškovi projekta na vakuumskim solarnim kolektorima;
• niska temperatura učinkovita uporaba ravnih kolektora.

Dizajn vakuumskog razdjelnika s neizravnim prijenosom topline: 1 – ulaz hlađenog nosača topline; 2 – izmjenjivač topline (sakupljač); 3 – hermetički čep; 4 – vakuumska cijev; 5 – aluminijska ploča (apsorber); 6 – toplinska cijev; 7 – radna tekućina; 8 – grijani izlaz rashladne tekućine; 9 – tijelo hladnjaka; 10 – kondenzator toplinske cijevi; 11 – izolacija

Jedna od najvažnijih razlika leži u postupku instalacije. Ravni kolektori s pločom zahtijevaju isporuku na krov u potpunosti sastavljen, dok se vakuumski kolektori mogu montirati na licu mjesta. Također, ravni kolektori obično nemaju vlastiti akumulator topline i izmjenjivački krug..

Problemi sa solarnom energijom

Solarni sustavi grijanja nisu bez nedostataka, od kojih je najvažnija nepromjenljivost izvora energije. Noću se sustav ne zagrijava, a u produljenom oblačnom vremenu očekivati ​​da će vedro nebo zagrijati kuću ispodprosječno je zadovoljstvo. Ako je baterija, s dovoljno velikim volumenom, sposobna zadržati potrebnu količinu topline barem do jutra, tada se može očekivati ​​nekoliko dana autonomnog rada u uvjetima slabog osvjetljenja samo uz značajno širenje solarne farme. To zauzvrat uzrokuje suprotan problem: kada dostigne režim maksimalne snage (na primjer, vedrog proljetnog dana), takav će solarni sustav zahtijevati intenzivnije uklanjanje topline ili privremeno isključivanje nekoliko apsorbera njihovim zasjenjenjem..

Važno je razumjeti da se solarni sustavi u stvarnosti ruske klime ne mogu koristiti kao jedini ili glavni izvor grijanja. Međutim, oni mogu značajno smanjiti potrošnju energije tijekom sezone grijanja. Posebno učinkovito djeluju hibridni kolektori u kojima se grijači kombiniraju s fotoćelijama. Ako oblačnost odgodi većinu IR zračenja, tada gubitak fotoelektričnog dijela spektra nije toliko značajan.

Drugi nedostatak solarnih kolektora je potreba za prisilnom cirkulacijom rashladne tekućine u sustavu kolektor-akumulator. Neki vakuumski sakupljači opremljeni su spremnikom za prirodnu cirkulaciju i nalaze se iznad apsorbera. Takve se instalacije obično koriste u sustavima za opskrbu toplom vodom s dovodom vode pod tlakom hladne vode. Ali još uvijek postoje načini uspostavljanja zajedničkog rada takvih solarnih kolektora sa sustavom grijanja..

Vakuum solarni kolektor s spremnikom

Integracija u sustav grijanja

Postoje dva načina kombiniranja solarnih kolektora sa proizvoljno složenim sustavom grijanja tekućine. Glavni izvor energije može biti ili plin ili električna energija – nema značajne razlike.

Prva opcija je zagrijavanje ukupne dnevne baterije. Akumulator komunicira s kotlom zajednički i uzastopno; ako temperatura nije dovoljno visoka, on se stavlja u pogon i grije tekućinu. Ispravno dizajniran sustav ove vrste može djelovati učinkovito čak i bez prisilne cirkulacije..

1 – krug grijanja; 2 – tekućina za grijanje; 3 – senzor temperature; 4 – crpna stanica; 5 – kontroler; 6 – pumpa; 7 – ekspanzijski spremnik; 8 – sanitarna voda; 9 – hladna voda; 10 – opskrba toplom vodom; 11 – solarni kolektor; 12 – kotao za grijanje

Druga vrsta kombinacije uključuje uporabu akumulatora topline s dva kruga. Kroz jedan se uklanja toplina iz kolektora, kroz drugu – zagrijavanje rashladne tekućine u sustavu, voda iz akumulatora služi kao izvor opskrbe toplom vodom. Budući da su krugovi međusobno izolirani, u sustavu grijanja i ciklus izmjene topline iz solarnog kolektora može se upotrijebiti više tekućine koja apsorbira toplinu ili antifriz. Glavni nedostatak je volatilnost sustava, jer je u oba kruga cirkulacija prisiljena.

1 – opskrba hladnom vodom; 2 – senzor temperature; 3 – izmjenjivač topline solarnog kolektora; 4 – izmjenjivač topline kotla; 5 – krug rashladne tekućine kolektora; 6 – crpna stanica; 7 – kontroler; 8 – ekspanzijski spremnik; 9 – cirkulacijska pumpa; 10 – izlaz za toplu vodu; 11 – grijaći kotao; 12 – solarni kolektor

Proračun snage i koraci ugradnje

Prijelaz na solarnu energiju ne prihvaća žurbu i površan pristup. Često se zaključci o preporučivosti instaliranja sunčevog sustava mogu izvući tek nakon nekoliko godina promatranja i izračuna..

Nažalost, nema smisla oslanjati se na karte sunca, jer lokalni vremenski uvjeti mogu u velikoj mjeri iskriviti prosjek. Stoga je prvo što treba učiniti samostalno sastaviti izvještaj o intenzitetu sunčevog zračenja na mjestu instaliranja kolektora. Piranometri se koriste za mjerenja; unutar 5 tisuća rubalja možete kupiti proračunski uređaj s dovoljnim nizom funkcija.

piranometar

Mjerenja bi trebalo provoditi u različito doba dana s učestalošću od oko tjedan dana tijekom cijele godine. U postupku mjerenja mora se uzeti u obzir kut nagiba i orijentacija kolektora. Dobiveni podaci na kraju se provjeravaju statistikama hidrometeorološkog centra o postotku oblačnih dana u godini..

Da bi se osigurala visoka učinkovitost solarne elektrane, treba razmotriti najnegativniji scenarij, odnosno najduži period s najnižim osvjetljenjem treba uzeti kao referentnu točku. U idealnom slučaju, možete smanjiti vjerojatnost još loših vremenskih uvjeta koristeći meteorološku statistiku u posljednjih 15-20 godina. Dobiveni podaci o ulaznoj solarnoj energiji pomoći će uspostaviti potrebnu ukupnu površinu apsorpcijskog polja i odrediti broj sakupljača koje je potrebno kupiti.

Kao što je spomenuto, sakupljači se vrlo rijetko koriste kao glavni izvor grijanja, oni obično igraju pomoćnu ulogu. Ali udio udjela može se izračunati, prikazan je u postotku od ukupne snage elektroenergetskog sustava kuće ili gubitka topline. Nakon što je dobio potreban broj kilovata, množi se s optičkom učinkovitošću apsorbera, dodaje se nekoliko koeficijenata – korekcije za orijentaciju, nagib, temperaturne uvjete, kao i sigurnosnu maržu.

Prema “neto” vrijednosti proizvedene snage odabire se sljedeće:

• potreban broj kolektora određenog modela i u prosjeku jedan rezervni solarni kolektor po 10-15 u radu;
• cijevni sustav s preporučenom propusnošću i otpornošću na toplinu;
• cirkulacijska skupina, zaporni ventili, ostali pomoćni uređaji;
• obujam i mjesto spremnika. U sustavima s dnevnim kapacitetom skladištenja ili odvoda topline većim od 20 kW, ima smisla graditi izolirane betonske rezervoare zapremine 15–20 m³.

Za samoinstalaciju i održavanje potrebno je izraditi projektni sustav, odrediti mjesto za postavljanje pomoćnih uređaja i popraviti solarni kolektor na južnoj (za sjevernu hemisferu) krovnu kosinu, uzimajući u obzir preporuke dobavljača opreme u pogledu vjetrovnih opterećenja. Ne zaboravite da kupovinom cijelog asortimana opreme od jednog distributera dobijete mogućnost crtanja besplatno, ako ne i projekta solarnog sustava grijanja, onda barem popis dobro kompatibilne opreme i komponenti.

Trebam li toplinsku pumpu

Jedan od glavnih nedostataka solarnih sustava grijanja su visoki troškovi. Iako je tehnologija za proizvodnju ravnih kolektora dobro savladana, vakuumski apsorberi ostaju skupi, a u određenim vremenskim uvjetima bit će ih moguće samo uspješno koristiti. Ali postoji i druga alternativa – zračni kolektori.

Solarni kolektor zraka

Zbog jednostavnijeg uređaja njihov je trošak manji, plus postoji mogućnost autonomnog rada. Učinkovitost sakupljača zraka povećava se ugradnjom ventilatora za puhanje napajanog integriranim solarnim pločama. Zbog ubrzanog, ali proporcionalnog zagrijavanja, hlađenja kanala, gubici povratne topline kroz kolektor su minimizirani. Ograničenje snage može se postići regulacijom brzine ventilatora ili jednostavnim blokiranjem protoka – sakupljači zraka se ne boje toplotnog udara, štoviše, lako je postaviti prirodnu recirkulaciju.

Nedostatak zračnih sustava u malom stupnju zagrijavanja rashladne tekućine. Toplinski kapacitet zraka je manji, plus apsorber se gotovo uvijek zagrijava bez fokusiranja. Za integraciju u sustav grijanja (što je najčešće potrebno zbog nemogućnosti postavljanja ventilacijskog kanala u grijanu prostoriju) stvarno je potrebna toplinska pumpa ili split sustav.

No, toplinske pumpe izvora zraka mogu se koristiti i za povećanje učinkovitosti klimatizacije. Pomoću njih se cirkulacijska brzina može podići na vrijednosti koje nisu prihvatljive u kućnim ventilacijskim sustavima, što daje dvostruko povećanje izlazne snage zbog velike temperaturne razlike. Noću, sakupljač će također imati nisku stopu proizvodnje u rasponu radne temperature.

Zrak koji se koristi kao nosač topline može se odmrznuti ili zamijeniti ugljičnim dioksidom ili nekim drugim plinom koji zadržava toplinu. Međutim, nema smisla koristiti toplinske crpke s vodenim primarnim krugom: one su u početku dizajnirane za rad s velikom temperaturnom razlikom, pa stoga povećanje snage nije dovoljno da opravda troškove instalacije..

Trošak solarnog sustava grijanja

Zadovoljstvo korištenjem čiste energije dolazi po visokoj cijeni, barem za danas. Da budemo pravedni, ima i nekoliko pozitivnih vijesti: tijekom posljednjih pet godina troškovi proizvodnje ravnih kolektora smanjili su se 2-2,5 puta, isto se uskoro može očekivati ​​i od uređaja s vakum apsorberima..

Trošak ravnih i vakuumskih kolektora određuje se volumenom proizvodnje – vrijednosti sunčevog zračenja u idealnim uvjetima osvjetljenja, odnosno specifičnom snagom. U prosjeku, za 1 kW ravnog tipa solarnih kolektora morat ćete platiti oko 350-500 dolara, a za kompletnu instalaciju s vanjskom baterijom – oko 800-1000 dolara. Trošak vakuumskih solarnih kolektora varira u većem rasponu – od 600 do 1000 do 1200 dolara po kompleksu, ovisno o kvaliteti izvedbe, materijalu cijevi, izolaciji izmjenjivača topline i drugim značajkama.

Za kapacitivne kolektore, mjerni standard primjenjuje se u litrama vode zagrijane na najvišu moguću temperaturu. Količina proizvedene električne energije može se izračunati bilo ukupnom površinom apsorbera, bilo tako da je izrazite u odnosu na specifični toplinski kapacitet vode. Ovisno o složenosti sustava, trošak uvelike varira, cijena jednog od primjera iz srednjeg tržišnog segmenta doseže 1500 USD za 300 litara (za 4-5 stanovnika) s temperaturnom razlikom od oko 50 ° C, što je ekvivalent 2,5 kW specifične snage.

Povezani unosi:

1. Prijenosna termalna vreća – princip i trajanje rada, najbolji modeli i cijena Sadržaj članka Što je hladnija torba Uređaj Princip rada Kako koristiti Kupite hladniju torbu Za lijekove Putnički hladnjak S hladnom baterijom Na kotačima Thermos hladnjak Termički spremnik Kako odabrati vrećicu hladnjaka...
2. Hidro strelica za grijanje: princip rada i svrha Sadržaj članka Kako djeluje hidraulička strelica Koje su sposobnosti pripisane hidroseparatoru Stvarni opseg Dijagram povezivanja i instalacija O zavojima odvajanja Hidraulički razdjelnik je uređaj prekriven mnogim mitovima. Da bismo shvatili s...
3. Princip rada ultrazvučne kupke – kako odabrati i koristiti u proizvodnji ili kod kuće Sadržaj članka Što je ultrazvučna kupka Za što je potrebno Za čišćenje mlaznica Za telefone Za pranje dijelova Prednosti Kako koristiti DIY ultrazvučno sredstvo za čišćenje Ultrazvučno sredstvo za čišćenje popravci...
4. Grijanje kuće pomoću sustava za dovod i odvod zraka Sadržaj članka Princip rada Prednosti grijanja kuće zrakom Vrste sustava grijanja na zraku Izravnim tok za cirkulaciju Specifičnosti samoinstalacije Troškovi Učinkovit sustav grijanja ključna je komponenta svakog doma. Iako su mnogi...

Čitaj više  Pregled potopnih crpki za seosku kuću