Privataus namo šildymas saulės energija: parinktys ir projektavimo schemos

„Žaliosios“ energijos, kurią tiekia gamtiniai elementai, naudojimas gali žymiai sumažinti komunalines išlaidas.Pavyzdžiui, pasirūpinę saulės šildymu privačiam namui, tieksite žematemperatūrius radiatorius ir grindinio šildymo sistemas praktiškai nemokamu aušinimo skysčiu. Sutikite, tai jau taupo pinigus.

Iš mūsų siūlomo straipsnio sužinosite viską apie „žaliąsias technologijas“. Mūsų pagalba nesunkiai suprasite saulės instaliacijų tipus, jų konstravimo būdus ir veikimo specifiką. Tikriausiai jus sudomins vienas iš populiarių variantų, kurie aktyviai veikia pasaulyje, tačiau čia dar nėra labai paklausūs.

Jūsų dėmesiui pateiktoje apžvalgoje išanalizuoti sistemų konstrukciniai ypatumai, detaliai aprašytos jungčių schemos. Pateikiamas saulės šildymo kontūro skaičiavimo pavyzdys, siekiant įvertinti jo konstrukcijos realijas. Kad padėtų nepriklausomiems meistrams, įtraukiamos nuotraukų kolekcijos ir vaizdo įrašai.

„Žaliosios“ šilumos technologijos

Vidutiniškai 1 m² Žemės paviršius per valandą gauna 161 vatą saulės energijos. Žinoma, ties pusiauju šis skaičius bus daug kartų didesnis nei Arktyje. Be to, saulės spinduliuotės tankis priklauso nuo metų laiko.

Maskvos regione saulės spinduliuotės intensyvumas gruodžio–sausio mėnesiais nuo gegužės–liepos mėnesių skiriasi daugiau nei penkis kartus. Tačiau šiuolaikinės sistemos yra tokios efektyvios, kad gali veikti beveik bet kurioje pasaulio vietoje.

Šiuolaikinės saulės sistemos gali efektyviai veikti debesuotu ir šaltu oru iki -30°C

Naudojimo užduotis saulės spinduliuotės energija su maksimaliu efektyvumu sprendžiama dviem būdais: tiesioginiu šildymu šiluminiuose kolektoriuose ir saulės fotovoltinėse baterijose. Saulės baterijos pirmiausia paverčia saulės spindulių energiją į elektros energiją, o vėliau per specialią sistemą perduoda ją vartotojams, pavyzdžiui, elektrinį katilą.

Šilumos kolektoriai, kaitinami saulės spindulių, šildo šildymo ir karšto vandens tiekimo sistemų aušinimo skystį.

Šiluminiai kolektoriai būna kelių tipų, įskaitant atviras ir uždaras sistemas, plokščias ir sferines konstrukcijas, pusrutulio formos koncentratoriaus kolektorius ir daugybę kitų variantų. Iš saulės kolektorių gaunama šiluminė energija naudojama karštam vandeniui arba šildymo skysčiui šildyti.

Pramonė gamina daugybę kolektorių sistemų, skirtų įtraukti į nepriklausomą šildymo tinklą. Tačiau paprasčiausią vasaros rezidencijos variantą lengva padaryti savo rankomis:

Nors buvo padaryta akivaizdi pažanga kuriant saulės energijos derliaus nuėmimo, saugojimo ir naudojimo sprendimus, yra ir privalumų, ir trūkumų.

Efektyvus saulės energijos naudojimas

Akivaizdžiausias saulės energijos naudojimo pranašumas yra jos universalus prieinamumas. Tiesą sakant, net ir niūriausiu ir debesuotu oru saulės energiją galima surinkti ir panaudoti.

Antras privalumas – nulinis emisijos kiekis. Tiesą sakant, tai yra ekologiškiausia ir natūraliausia energijos forma. Saulės elementai o kolektoriai nekelia triukšmo. Daugeliu atvejų jie įrengiami ant pastatų stogų, neužimant naudingo priemiesčio ploto.

Saulės šildymo efektyvumas mūsų platumose yra gana žemas, o tai paaiškinama nepakankamu saulėtų dienų skaičiumi normaliam sistemos veikimui (+)

Trūkumai, susiję su saulės energijos naudojimu, yra apšvietimo kintamumas. Naktimis nėra ką rinkti, situaciją apsunkina tai, kad šildymo sezono pikas būna trumpiausiu šviesiu metų laiku. Būtina stebėti plokščių optinę švarą, nedidelis užterštumas smarkiai sumažina efektyvumą.

Be to, negalima teigti, kad eksploatuoti saulės energijos sistemą yra visiškai nemokama, nuolat patiriamos įrangos nusidėvėjimo, cirkuliacinio siurblio eksploatavimo ir valdymo elektronikos išlaidos.

Reikšmingas šildymo, pagrįsto saulės kolektorių naudojimu, trūkumas yra nesugebėjimas kaupti šiluminės energijos. Į grandinę įtrauktas tik išsiplėtimo bakas (+).

Atviri saulės kolektoriai

Atviras saulės kolektorius – tai nuo išorinių poveikių neapsaugota vamzdžių sistema, per kurią cirkuliuoja tiesiogiai saulės įkaitintas aušinimo skystis.

Vanduo, dujos, oras ir antifrizas naudojami kaip aušinimo skysčiai. Vamzdžiai yra pritvirtinti prie atraminės plokštės ritės pavidalu arba lygiagrečiomis eilėmis prijungti prie išleidimo vamzdžio.

Atviri saulės kolektoriai negali susidoroti su privataus namo šildymu. Dėl izoliacijos trūkumo aušinimo skystis greitai atvėsta. Vasarą jie dažniausiai naudojami vandeniui šildyti dušuose ar baseinuose.

Atviri kolektoriai paprastai neturi jokios izoliacijos. Dizainas yra labai paprastas, todėl jis yra pigus ir dažnai gaminamas savarankiškai.

Dėl izoliacijos trūkumo jie praktiškai nekaupia iš saulės gaunamos energijos ir pasižymi mažu efektyvumu. Jie daugiausia naudojami vasarą vandens šildymui baseinuose arba vasaros dušuose.

Montuojamas saulėtuose ir šiltuose regionuose, esant nedideliems aplinkos oro ir šildomo vandens temperatūrų skirtumams. Jie gerai veikia tik saulėtu, nevėjuotu oru.

Paprasčiausias saulės kolektorius su šilumos kriaukle, pagaminta iš polimerinių vamzdžių ritės, aprūpins šildomą vandenį į vasarnamį drėkinimui ir buitiniams poreikiams.

Vamzdžių kolektorių veislės

Vamzdiniai saulės kolektoriai surenkami iš atskirų vamzdžių, kuriais teka vanduo, dujos ar garai. Tai vienas iš atvirų saulės sistemų tipų. Tačiau aušinimo skystis jau daug geriau apsaugotas nuo išorinio negatyvo. Ypač vakuuminėse sistemose, suprojektuotose termosų principu.

Kiekvienas vamzdelis yra prijungtas prie sistemos atskirai, lygiagrečiai vienas kitam. Jei vienas vamzdis sugenda, jį nesunku pakeisti nauju. Visą konstrukciją galima montuoti tiesiai ant pastato stogo, o tai labai supaprastina montavimą.

Vamzdinis kolektorius turi modulinę struktūrą. Pagrindinis elementas yra vakuuminis vamzdis, vamzdžių skaičius svyruoja nuo 18 iki 30, o tai leidžia tiksliai pasirinkti sistemos galią

Reikšmingas vamzdinių saulės kolektorių privalumas – cilindrinė pagrindinių elementų forma, kurios dėka saulės spinduliuotė fiksuojama visą dieną, nenaudojant brangių šviestuvo judėjimo sekimo sistemų.

Speciali daugiasluoksnė danga sukuria savotišką optinį spąstą saulės šviesai. Diagramoje iš dalies pavaizduota vakuuminės kolbos išorinė sienelė, atspindinti spindulius ant vidinės kolbos sienelių (+)

Pagal vamzdžių konstrukciją išskiriami plunksniniai ir bendraašiai saulės kolektoriai.

Koaksialinis vamzdis yra Diaur indas arba pažįstamas termosas. Pagaminta iš dviejų kolbų, tarp kurių pašalinamas oras. Ant vidinės lemputės vidinio paviršiaus padengiama itin selektyvi danga, efektyviai sugerianti saulės energiją.

Su cilindriniu vamzdžiu saulės spinduliai visada krinta statmenai paviršiui

Šiluminė energija iš vidinio selektyvaus sluoksnio perduodama į šilumos vamzdį arba vidinį šilumokaitį, pagamintą iš aliuminio plokščių. Šiame etape atsiranda nepageidaujamų šilumos nuostolių.

Plunksnų vamzdis yra stiklinis cilindras, kurio viduje įdėtas plunksnų sugėriklis.

Sistema gavo savo pavadinimą iš plunksnų absorberio, kuris sandariai apgaubia šiluminį kanalą, pagamintą iš šilumą laidaus metalo.

Norint užtikrinti gerą šilumos izoliaciją, oras buvo pašalintas iš vamzdžio. Šilumos perdavimas iš absorberio vyksta be nuostolių, todėl plunksnų vamzdžių efektyvumas yra didesnis.

Pagal šilumos perdavimo būdą yra dvi sistemos: tiesioginio srauto ir su šilumos vamzdžiu. Terminis vamzdelis yra sandarus indas su lengvai garuojančiu skysčiu.

Kadangi lengvai garuojantis skystis natūraliai teka į šilumos vamzdelio dugną, minimalus pasvirimo kampas yra 20°C

Šilumos vamzdžio viduje yra lengvai išgaruojantis skystis, kuris gauna šilumą iš vidinės kolbos sienelės arba iš plunksnų sugėriklio. Veikiant temperatūrai, skystis užverda ir pakyla garų pavidalu. Perdavus šilumą į šildymo ar karšto vandens tiekimo aušinimo skystį, garai kondensuojasi į skystį ir teka žemyn.

Vanduo dažnai naudojamas kaip lengvai išgaruojantis skystis esant žemam slėgiui. Vienkartinėje sistemoje naudojamas U formos vamzdis, per kurį cirkuliuoja vanduo arba šildymo skystis.

Viena U formos vamzdelio pusė skirta šaltam aušinimo skysčiui, antroji pašalina pašildytą. Kaitinamas, aušinimo skystis plečiasi ir patenka į akumuliacinį baką, užtikrindamas natūralią cirkuliaciją. Kaip ir šilumos vamzdžių sistemose, minimalus pasvirimo kampas turi būti ne mažesnis kaip 20⁰.

Naudojant tiesioginio srauto jungtį, slėgis sistemoje negali būti didelis, nes kolbos viduje yra techninis vakuumas

Tiesioginio srauto sistemos yra efektyvesnės, nes jos iš karto pašildo aušinimo skystį. Jei saulės kolektorių sistemas planuojama naudoti ištisus metus, tuomet į jas pumpuojamas specialus antifrizas.

Vamzdinių saulės kolektorių naudojimas turi nemažai privalumų ir trūkumų. Vamzdinio saulės kolektoriaus konstrukcija susideda iš identiškų elementų, kuriuos gana lengva pakeisti.

Privalumai:

• maži šilumos nuostoliai;
• gebėjimas dirbti temperatūroje iki -30⁰С;
• efektyvus veikimas šviesiu paros metu;
• geras veikimas vidutinio ir šalto klimato zonose;
• mažas vėjas, pateisinamas vamzdinių sistemų gebėjimu praleisti oro mases per save;
• galimybė gaminti aukštos temperatūros aušinimo skystį.

Struktūriškai vamzdinė konstrukcija turi ribotą apertūros paviršių.

Jis turi šiuos trūkumus:

• nesugeba savaime išsivalyti nuo sniego, ledo, šalčio;
• auksta kaina.

Nepaisant pradinių didelių sąnaudų, vamzdiniai kolektoriai atsiperka greičiau. Jie turi ilgą tarnavimo laiką.

Vamzdiniai kolektoriai yra atviro tipo saulės sistemos, todėl netinka naudoti ištisus metus šildymo sistemose (+)

Plokščios uždaros sistemos

Plokščiasis kolektorius susideda iš aliuminio rėmo, specialaus sugeriamojo sluoksnio – absorberio, skaidrios dangos, vamzdyno ir izoliacijos.

Juodintas lakštinis varis naudojamas kaip absorberis, kurio šilumos laidumas yra idealus saulės sistemoms kurti.Kai saulės energiją sugeria absorberis, jos gaunama saulės energija perduodama aušinimo skysčiui, cirkuliuojančiam per vamzdžių sistemą, esančią šalia absorberio.

Išorėje uždara plokštė yra apsaugota skaidria danga. Jis pagamintas iš smūgiams atsparaus grūdinto stiklo, kurio perdavimo juosta yra 0,4-1,8 mikrono. Šis diapazonas atspindi didžiausią saulės spinduliuotę. Smūgiams atsparus stiklas gerai apsaugo nuo krušos. Galinėje pusėje visas skydas yra patikimai izoliuotas.

Plokštieji saulės kolektoriai pasižymi maksimaliu našumu ir paprasta konstrukcija. Jų efektyvumas padidėja dėl absorberio naudojimo. Jie gali užfiksuoti išsklaidytą ir tiesioginę saulės spinduliuotę

Uždarų plokščių plokščių privalumų sąrašas apima:

• dizaino paprastumas;
• geras našumas šilto klimato regionuose;
• galimybė montuoti bet kokiu kampu su pasvirimo kampo keitimo įtaisais;
• gebėjimas savarankiškai išsivalyti nuo sniego ir šalčio;
• žema kaina.

Plokštieji saulės kolektoriai yra ypač naudingi, jei jų naudojimas planuojamas projektavimo etape. Kokybiškų gaminių tarnavimo laikas yra 50 metų.

Trūkumai apima:

• dideli šilumos nuostoliai;
• didelis svoris;
• didelis vėjas, kai plokštės yra išdėstytos kampu horizontaliai;
• veikimo apribojimai, kai temperatūros pokyčiai viršija 40°C.

Uždarųjų kolektorių taikymo sritis yra daug platesnė nei atviro tipo saulės kolektorių. Vasarą jie gali visiškai patenkinti karšto vandens poreikį. Vėsiomis dienomis, kai komunalinės paslaugos jų neįtraukia į šildymo laikotarpį, jie gali dirbti vietoj dujinių ir elektrinių šildytuvų.

Tiems, kurie nori padaryti saulės kolektorių Norėdami savo rankomis pastatyti šildymo sistemą savo vasarnamyje, siūlome susipažinti su praktiškai patikrintomis diagramomis ir nuosekliomis surinkimo instrukcijomis.

Saulės kolektorių charakteristikų palyginimas

Svarbiausias saulės kolektoriaus rodiklis yra efektyvumas. Skirtingos konstrukcijos saulės kolektorių naudingos savybės priklauso nuo temperatūrų skirtumo. Tuo pačiu metu plokštieji kolektoriai yra daug pigesni nei vamzdiniai.

Naudingumo vertės priklauso nuo saulės kolektoriaus gamybos kokybės. Grafiko tikslas – parodyti skirtingų sistemų naudojimo efektyvumą priklausomai nuo temperatūrų skirtumo

Renkantis saulės kolektorių reikėtų atkreipti dėmesį į daugybę parametrų, parodančių įrenginio efektyvumą ir galią.

Yra keletas svarbių saulės kolektorių savybių:

• adsorbcijos koeficientas – parodo sugertos energijos ir bendros energijos santykį;
• emisijos koeficientas – parodo perduodamos ir sugertos energijos santykį;
• bendras ir diafragmos plotas;
• Efektyvumas

Diafragmos sritis yra saulės kolektoriaus darbo zona. Plokščiasis kolektorius turi didžiausią apertūros plotą. Diafragmos plotas yra lygus absorberio plotui.

Prijungimo prie šildymo sistemos būdai

Kadangi saulės energija varomi įrenginiai negali užtikrinti stabilaus, visą parą veikiančio energijos tiekimo, reikalinga sistema, kuri būtų atspari šiems trūkumams.

Centrinei Rusijai saulės įrenginiai negali garantuoti stabilaus energijos srauto, todėl jie naudojami kaip papildoma sistema. Saulės kolektoriaus ir saulės baterijos integravimas į esamą šildymo ir karšto vandens sistemą skiriasi.

Schema su vandens kolektoriumi

Priklausomai nuo šilumos kolektoriaus naudojimo paskirties, naudojamos skirtingos sujungimo sistemos. Gali būti keletas variantų:

1. Vasaros karšto vandens tiekimo variantas
2. Žiemos variantas šildymui ir karšto vandens tiekimui

Vasaros variantas yra paprasčiausias ir gali būti padarytas net be cirkuliacinis siurblysnaudojant natūralią vandens cirkuliaciją.

Vanduo pašildomas saulės kolektoriuje ir dėl šiluminio plėtimosi patenka į akumuliacinį baką arba katilą. Tokiu atveju vyksta natūrali cirkuliacija: iš rezervuaro vietoj karšto vandens išsiurbiamas šaltas vanduo.

Žiemą, esant minusinei temperatūrai, tiesioginis vandens pašildymas neįmanomas. Specialus antifrizas cirkuliuoja uždara grandine, užtikrindamas šilumos perdavimą iš kolektoriaus į šilumokaitį rezervuare

Kaip ir bet kuri sistema, pagrįsta natūralia cirkuliacija, ji neveikia labai efektyviai, todėl reikia laikytis būtinų nuolydžių. Be to, akumuliacinė talpa turi būti aukščiau nei saulės kolektorius. Kad vanduo kuo ilgiau išliktų karštas, bakas turi būti kruopščiai izoliuotas.

Jei tikrai norite pasiekti efektyviausią saulės kolektoriaus veikimą, pajungimo schema taps sudėtingesnė.

Kad kolektorius naktį nepavirstų aušinimo radiatoriumi, būtina priverstinai sustabdyti vandens cirkuliaciją

Neužšąlantis aušinimo skystis cirkuliuoja per saulės kolektorių sistemą. Priverstinę cirkuliaciją užtikrina siurblys, valdomas valdikliu.

Valdiklis valdo cirkuliacinio siurblio veikimą pagal mažiausiai dviejų temperatūros jutiklių rodmenis. Pirmasis jutiklis matuoja temperatūrą akumuliaciniame bake, antrasis - ant saulės kolektoriaus karšto aušinimo skysčio tiekimo vamzdžio.

Kai tik temperatūra bake viršija aušinimo skysčio temperatūrą, kolektoriaus valdiklis išjungia cirkuliacinį siurblį, sustabdydamas aušinimo skysčio cirkuliaciją sistemoje. Savo ruožtu, kai temperatūra akumuliaciniame bake nukrenta žemiau nustatytos vertės, šildymo katilas įsijungia.

Naujas žodis ir efektyvi alternatyva saulės kolektoriams su aušinimo skysčiu tapo sistemos su Vakuuminė lempa, su kurio veikimo principu ir dizainu siūlome susipažinti.

Schema su saulės baterija

Būtų pagunda taikyti panašų saulės baterijos prijungimo schema į elektros tinklą, kaip tai įgyvendinama saulės kolektoriaus atveju, akumuliuojant per dieną gaunamą energiją. Deja, privataus namo maitinimo sistemai sukurti pakankamos talpos akumuliatorių yra labai brangu. Todėl prijungimo schema atrodo taip.

Sumažėjus saulės baterijos elektros srovės galiai, ATS blokas (automatinis rezervo įjungimas) užtikrina vartotojų prijungimą prie bendrojo elektros tinklo.

Iš saulės baterijų įkrovimas tiekiamas į įkrovos valdiklį, kuris atlieka keletą funkcijų: užtikrina nuolatinį baterijų įkrovimą ir stabilizuoja įtampą. Toliau elektros srovė tiekiama į keitiklį, kur 12V arba 24V nuolatinė srovė paverčiama vienfaze kintama 220V srove.

Deja, mūsų elektros tinklai nepritaikyti energijai priimti, jie gali veikti tik viena kryptimi nuo šaltinio iki vartotojo. Dėl šios priežasties negalėsite parduoti išgaunamos elektros arba bent jau priversti skaitiklį suktis priešinga kryptimi.

Saulės baterijų naudojimas yra naudingas tuo, kad jie suteikia universalesnį energijos rūšį, tačiau tuo pat metu jų efektyvumas nėra lyginamas su saulės kolektoriais. Tačiau pastarieji neturi galimybės kaupti energijos, kitaip nei saulės fotovoltinės baterijos.

Čia rasite viską apie galimybes organizuoti privataus namo šildymą naudojant saulės baterijas. Šiame straipsnyje.

Reikalingos galios apskaičiavimo pavyzdys

Skaičiuojant reikalingą saulės kolektoriaus galią, dažnai klaidingai atliekami skaičiavimai pagal gaunamą saulės energiją šalčiausiais metų mėnesiais.

Faktas yra tas, kad likusiais metų mėnesiais visa sistema nuolat perkais. Vasarą aušinimo skysčio temperatūra saulės kolektoriaus išėjimo angoje gali siekti 200°C kaitinant garą ar dujas, 120°C – antifrizui, 150°C – vandeniui. Jei aušinimo skystis užvirs, jis iš dalies išgaruos. Dėl to jis turės būti pakeistas.

Gamintojai rekomenduoja vadovautis šiais skaičiais:

• karšto vandens tiekimas ne daugiau kaip 70%;
• šildymo sistemos aprūpinimas ne daugiau kaip 30 proc.

Likusią reikalingos šilumos dalį turi gaminti standartinė šildymo įranga. Nepaisant to, esant tokiems rodikliams, per metus šildymui ir karšto vandens tiekimui sutaupoma vidutiniškai apie 40 proc.

Vieno vakuuminės sistemos vamzdžio generuojama galia priklauso nuo geografinės padėties. Saulės energijos kritimo per 1 m per metus rodiklis² Žemės paviršius vadinamas insoliacija.

Žinodami vamzdžio ilgį ir skersmenį, galite apskaičiuoti diafragmą – efektyvų sugerties plotą. Belieka taikyti sugerties ir emisijos koeficientus apskaičiuojant vieno vamzdžio galią per metus.

Skaičiavimo pavyzdys:

Standartinis vamzdžio ilgis yra 1800 mm, efektyvus ilgis yra 1600 mm. Skersmuo 58 mm. Diafragma yra tamsesnė sritis, kurią sukuria vamzdis. Taigi šešėlinio stačiakampio plotas bus:

S = 1,6 * 0,058 = 0,0928 m²

Vidurinio vamzdžio efektyvumas yra 80%, saulės insoliacija Maskvai yra apie 1170 kWh/m² metais. Taigi vienas vamzdis per metus pagamins:

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

Reikia pažymėti, kad tai labai apytikslis įvertinimas. Gaminamos energijos kiekis priklauso nuo įrenginio orientacijos, kampo, vidutinės metinės temperatūros ir kt.

Su visokiais alternatyvių energijos šaltinių ir jų panaudojimo būdus rasite pateiktame straipsnyje.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Vaizdo įrašas Nr. 1. Saulės kolektoriaus veikimo žiemą demonstravimas:

2 vaizdo įrašas. Skirtingų saulės kolektorių modelių palyginimas:

Visą savo egzistavimo laiką žmonija kasmet sunaudoja vis daugiau energijos. Laisvąją saulės spinduliuotę bandyta panaudoti jau seniai, tačiau tik neseniai atsirado galimybė efektyviai panaudoti saulę mūsų platumose. Nėra jokių abejonių, kad saulės sistemos yra ateitis.

Ar norėtumėte pranešti apie įdomias ypatybes organizuojant kaimo namo ar kotedžo šildymą saulės energija? Parašykite komentarus žemiau esančiame bloke. Čia galite užduoti klausimą, palikti nuotrauką, demonstruojančią sistemos surinkimo procesą, ir pasidalinti naudinga informacija.