Solární vytápění doma s kolektory: princip provozu a cena

Obsah článku



Je realistické vybavit váš dům sluneční tepelnou energií? Dnes budeme diskutovat o možnosti využití solárních systémů jako hlavního zdroje vytápění, zvážit otázku ekonomického zdůvodnění a účinnosti solárních kolektorů.

Solární vytápění doma s kolektory: princip provozu a cena

Hlavní komponenty topného systému

Solární kolektory slouží jako zdroj ohřevu sluneční soustavy, jehož účelem je nejúčinnější přenos energie infračerveného spektra slunečního záření do chladicího média. Tepelný rozsah slunečního světla je 40–45% z celkového radiačního toku, v konkrétních číslech je to 200–500 W / m2 v závislosti na zeměpisné šířce, ročním období a dni.

V zásadě stačí k vybudování nejjednoduššího solárního systému pouze kolektory. Jejich kanály mohou cirkulovat obyčejnou vodu, která se používá pro potřeby domácnosti a vytápění domácností. Tento přístup však není dostatečně účinný z mnoha důvodů, z nichž prvním je nedostatek doplňování energetických ztrát po celý den. Proto je jedním z nejdůležitějších prvků solárního systému vytápění – zásobník s vodou.

Schéma vytápění domu solárními kolektory Vytápění domu se solárními kolektory: 1 – přívod studené vody; 2 – výměník tepla; 3 – tepelný akumulátor; 4 – teplotní čidlo; 5 – chladicí okruh; 6 – čerpací stanice; 7 – ovladač; 8 – expanzní nádrž; 9 – horká voda; 10 – trojcestný ventil; 11 – solární kolektor

Také technické zařízení solárního kolektoru působí jako druh omezení. Její kanály mají poměrně malou průtokovou plochu, což způsobuje riziko ucpání mechanickými nečistotami. Je také vysoká pravděpodobnost zamrznutí chladicí kapaliny v noci, zatímco horní mez rozsahu provozních teplot je 200–300 ° С. Kolektory jsou navrženy pro rychlou kontinuální cirkulaci chladicího média, které přichází při nízké teplotě, je rychle zahříváno slunečním zářením a stejně tak rychle vydává teplo do baterie.

Vakuové rozvody tepla Vakuové solární kolektory ve tvaru písmene U

Z těchto důvodů je obvyklé používat propylenglykol se sadou speciálních přísad pro přímé zahřívání v tepelných trubkách. Třetím povinným prvkem topného solárního systému je tedy speciální chladicí médium a výměnný obvod, který je často strukturně zahrnut do tepelného akumulátoru, nebo může být součástí samotného kolektoru..

Odrůdy a rozdíly sběratelů

Bez ohledu na technické podrobnosti zařízení spočívá hlavní rozdíl mezi plochými a vakuovými kolektory v účelnosti jejich použití v různých klimatických zónách. Ploché kolektory se nejlépe používají v jižních šířkách s převládajícími teplotami nad nulou, vakuové kolektory blíže k severním.

Plochý design solárního kolektoru Konstrukce plochého solárního kolektoru: 1 – výstup chladicí kapaliny; 2 – rám kolektoru; 3 – strukturované sklo odolné vůči krupobití; 4 – absorbér; 5 – měděné trubky; 6 – tepelná izolace; 7 – přívod chladicí kapaliny

Použitelnost některých typů solárních kolektorů je možná díky řadě funkcí:

  • neschopnost vakuových kolektorů samy očistit sníh;
  • vysoké tepelné ztráty plochých solárních kolektorů, rostoucí s teplotním rozdílem;
  • nízký odpor plochých kolektorů proti zatížení větrem;
  • vysoké náklady projektu na vakuové solární kolektory;
  • nízký teplotní rozsah efektivní využití plochých kolektorů.

Vakuové potrubí Konstrukce vakuového potrubí s nepřímým přenosem tepla: 1 – přívod chlazeného tepelného nosiče; 2 – tepelný výměník (kolektor); 3 – hermetická zátka; 4 – vakuová trubice; 5 – hliníková deska (absorbér); 6 – tepelné potrubí; 7 – pracovní tekutina; 8 – výstup vyhřívané chladicí kapaliny; 9 – těleso chladiče; 10 – kondenzátor tepelné trubky; 11 – izolace

Jeden z nejdůležitějších rozdílů spočívá v procesu instalace. Ploché kolektory vyžadují předem smontované dodání na střechu, zatímco vakuové kolektory mohou být montovány na místě. Rovněž ploché kolektory obvykle nemají svůj vlastní tepelný akumulátor a obvod výměny..

Problémy se sluneční energií

Solární topné systémy nejsou bez nedostatků, z nichž nejdůležitější je nestabilita zdroje energie. V noci se systém neohřívá a při dlouhodobém zamračeném počasí je očekávání, že dům zahřeje jasná obloha, podprůměrné potěšení. Pokud je baterie s dostatečně velkým objemem schopna uchovat požadované množství tepla alespoň do rána, lze několik dní autonomního provozu v podmínkách nedostatečného osvětlení očekávat pouze při výrazném rozšíření solární farmy. To zase způsobuje opačný problém: při dosažení režimu maximálního výkonu (například za jasného jarního dne) bude takový solární systém vyžadovat intenzivnější odvádění tepla nebo dočasné odstavení několika absorbérů s jejich stínováním.

Solární vytápění doma s kolektory

Je důležité pochopit, že solární systémy v realitě ruského klimatu nemohou být použity jako jediný nebo hlavní zdroj vytápění. Během topné sezóny jsou však schopny výrazně snížit spotřebu energie. Hybridní kolektory pracují obzvláště efektivně, v nichž jsou ohřívače kombinovány s fotobuňkami. Pokud oblačnost zpožďuje většinu infračerveného záření, pak ztráta fotoelektrické části spektra není tak výrazná.

Další nevýhodou solárních kolektorů je nutnost nucené cirkulace chladiva v systému kolektor-akumulátor. Některé vakuové kolektory jsou vybaveny nádržkou pro přirozenou cirkulaci a jsou umístěny nad absorbérem. Taková zařízení se obvykle používají v systémech přívodu teplé vody s přívodem vody pod tlakem přívodu studené vody. Stále však existují způsoby, jak zajistit společný provoz takových solárních kolektorů s topným systémem..

Vakuový solární kolektor s nádrží Vakuový solární kolektor s nádrží

Integrace do topného systému

Existují dva způsoby, jak kombinovat solární kolektory s libovolně složitým systémem ohřevu kapaliny. Hlavním zdrojem energie může být buď plyn nebo elektřina – není podstatný rozdíl.

První možností je zahřát celkovou denní baterii. Akumulátor komunikuje s kotlem společně a postupně, pokud teplota není dostatečně vysoká, je uvedený do provozu a ohřívá kapalinu. Správně navržený systém tohoto druhu může efektivně fungovat i bez nuceného oběhu..

Solární kolektor v topném systému 1 – topný okruh; 2 – topná kapalina; 3 – teplotní čidlo; 4 – čerpací stanice; 5 – ovladač; 6 – čerpadlo; 7 – expanzní nádrž; 8 – sanitární voda; 9 – studená voda; 10 – přívod horké vody; 11 – solární kolektor; 12 – vytápěcí kotel

Druhý typ kombinace zahrnuje použití tepelného akumulátoru se dvěma obvody. Jedním z nich je teplo odebíráno z kolektoru, druhým – ohřevem chladicí kapaliny v systému, voda z akumulátoru slouží jako zdroj přívodu teplé vody. Protože obvody jsou vzájemně izolovány, lze v topném systému a cyklu výměny tepla ze solárního kolektoru použít více tekutin absorbujících teplo nebo nemrznoucí směsi. Hlavní nevýhodou je volatilita systému, protože v obou obvodech je cirkulace nucena.

Kombinovaný topný systém se solárním kolektorem 1 – přívod studené vody; 2 – teplotní čidlo; 3 – tepelný výměník solárního kolektoru; 4 – tepelný výměník kotle; 5 – okruh chladicího média kolektoru; 6 – čerpací stanice; 7 – ovladač; 8 – expanzní nádrž; 9 – oběhové čerpadlo; 10 – výstup horké vody; 11 – vytápěcí kotel; 12 – solární kolektor

Postup výpočtu výkonu a instalace

Přechod na sluneční energii nepřijímá spěch a povrchní přístup. Závěry o vhodnosti instalace solárního systému lze často vyvodit až po několika letech pozorování a výpočtů..

Spoléhání se na solární mapy bohužel nemá smysl, protože místní povětrnostní podmínky mohou výrazně zkreslit průměr. První věcí, kterou je třeba udělat, je proto samostatně sestavit zprávu o intenzitě slunečního záření v místě instalace kolektorů. Pyranometry se používají k měření, do 5 000 rublů si můžete zakoupit rozpočtové zařízení s dostatečnou sadou funkcí.

Pyranometr Pyranometr

Měření by měla být prováděna v různých denních dobách s frekvencí přibližně jednoho týdne po celý rok. Při měření musí být zohledněn úhel sklonu a orientace kolektorů. Výsledná data jsou nakonec ověřena statistikami hydrometeorologického centra na procentu zakalených dnů v roce..

Pro zajištění vysoké účinnosti solární elektrárny je třeba vzít v úvahu nejnegativnější scénář, tj. Nejdelší dobu s nejnižším osvětlením je třeba brát jako referenční bod. V ideálním případě můžete pomocí meteorologických statistik za posledních 15–20 let povolit pravděpodobnost ještě horších povětrnostních podmínek. Získaná data o příchozí sluneční energii pomohou stanovit potřebnou celkovou plochu absorpčního pole a určit počet kolektorů, které je třeba zakoupit.

Vytápění domácností pomocí solárních kolektorů

Jak již bylo zmíněno, kolektory se používají velmi zřídka jako hlavní zdroj vytápění, obvykle hrají pomocnou roli. Podíl účasti však lze vypočítat, je uveden jako procento z celkového výkonu energetického systému domu nebo jeho tepelné ztráty. Po obdržení požadovaného počtu kilowattů se vynásobí optickou účinností absorbérů, přidá se několik koeficientů – korekce na orientaci, náklon, teplotní podmínky a bezpečnostní rezervu.

Podle „čisté“ hodnoty generovaného výkonu se vybírá následující:

  • požadovaný počet kolektorů určitého modelu a v průměru jeden záložní solární kolektor na 10-15 v provozu;
  • potrubní systém s výrobcem doporučenou propustností a tepelnou odolností;
  • cirkulační skupina, uzavírací ventily, jiná pomocná zařízení;
  • objem a umístění skladovací nádrže. V systémech s denním skladovacím nebo tepelným odběrem větším než 20 kW má smysl stavět izolované betonové nádrže o objemu 15–20 m3.3.

Vytápění domácností pomocí solárních kolektorů

Pro vlastní instalaci a údržbu je nutné vypracovat projekt systému, přidělit místo pro umístění pomocných zařízení a upevnit sluneční kolektor na jižní (pro severní polokouli) střechu, s ohledem na doporučení dodavatele zařízení ohledně zatížení větrem. Nezapomeňte, že zakoupením celé řady zařízení od jednoho distributora získáte zdarma možnost sestavit, pokud se nejedná o projekt topného solárního systému, pak alespoň seznam dobře kompatibilních zařízení a komponent.

Vytápění domácností pomocí solárních kolektorů

Potřebuji tepelné čerpadlo

Jednou z hlavních nevýhod solárních systémů je vysoká cena. Zatímco technologie výroby plochých kolektorů je dobře zvládnuta, vakuové absorbéry zůstávají drahé a za určitých povětrnostních podmínek bude možné je úspěšně provozovat. Existuje však i jiná alternativa – vzduchové kolektory.

Vzduchový solární kolektor

Vzduchový solární kolektor

Díky jednoduššímu zařízení jsou jejich náklady nižší a navíc existuje možnost autonomního provozu. Účinnost vzduchových kolektorů je zvýšena instalací dmychadla poháněného integrovaným solárním panelem. Díky zrychlenému, ale úměrnému zahřívání, chlazení kanálů jsou minimalizovány tepelné ztráty zpětného toku přes kolektor. Omezení výkonu lze dosáhnout regulací otáček ventilátoru nebo jednoduše zablokováním průtoku – vzduchové kolektory se nebojí tepelného šoku, navíc je snadné nastavit přirozenou recirkulaci.

Nedostatek vzduchových systémů při malém stupni zahřívání chladicí kapaliny. Tepelná kapacita vzduchu je menší a absorbér je téměř vždy zahříván bez zaostření. Aby bylo možné integrovat se do topného systému (což je nejčastěji nutné kvůli nemožnosti položit větrací potrubí do vytápěné místnosti), je skutečně potřeba tepelné čerpadlo nebo split systém..

Vzduchový solární kolektor

Tepelná čerpadla se zdrojem vzduchu však lze také použít ke zvýšení účinnosti klimatizace. S nimi může být cirkulační rychlost zvýšena na hodnoty, které nejsou akceptovatelné ve ventilačních systémech pro domácnost, což dává 2-3násobné zvýšení výkonu v důsledku vysokého teplotního rozdílu. V noci bude mít kolektor také nízkou rychlost výroby v rozsahu provozních teplot.

Vzduch používaný jako nosič tepla může být odvlhčován nebo nahrazen oxidem uhličitým nebo jiným plynem zadržujícím více tepla. Nemá však smysl používat tepelná čerpadla s vodním primárním okruhem: jsou původně navržena pro provoz s vysokým teplotním rozdílem, a proto zvýšení výkonu nestačí k ospravedlnění nákladů na instalaci..

Náklady na solární vytápění

Potěšení z používání čisté energie přichází za vysokou cenu, alespoň pro dnešek. Abychom byli spravedliví, je zde několik pozitivních zpráv: za posledních pět let náklady na výrobu plochých kolektorů poklesly o 2-2,5krát, to samé lze očekávat brzy u zařízení s vakuovými absorbéry..

Solární vytápění doma s kolektory

Cena plochých a vakuových kolektorů je určena objemem výroby – hodnotou slunečního záření v ideálních světelných podmínkách, tj. Měrnou energií. V průměru za 1 kW plochých solárních kolektorů budete muset zaplatit asi 350–500 $ a za kompletní instalaci s externí baterií – asi 800–1 000 $. Náklady na vakuové solární kolektory kolísají ve vyšším rozmezí – od 600 do 1 000 – 1 200 $ za komplex, v závislosti na kvalitě výkonu, materiálu trubek, izolaci tepelného výměníku a dalších funkcích.

U kapacitních kolektorů platí standard měření v litrech vody ohřáté na nejvyšší možnou teplotu. Množství vyrobené elektřiny lze vypočítat buď z celkové plochy absorbéru, nebo vyjádřením měrné tepelné kapacity vody. V závislosti na složitosti systému se cena velmi liší, cena jednoho z příkladů ze segmentu středního trhu dosahuje 1 500 USD za 300 litrů (pro 4–5 obyvatel) s teplotním rozdílem přibližně 50 ° C, což odpovídá 2,5 kW měrného výkonu.

Ohodnoťte tento článek
( Zatím žádné hodnocení )
Přidejte komentáře

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Solární vytápění doma s kolektory: princip provozu a cena
Tyto akcie za 10 let vzrostly o více než 1500%.