Solvarme av et privat hus: alternativer og designdiagrammer

Bruken av "grønn" energi levert av naturlige elementer kan redusere energikostnadene betydelig.Ved for eksempel å tilrettelegge solvarme til en privat bolig vil du forsyne lavtemperaturradiatorer og gulvvarmeanlegg med tilnærmet gratis kjølevæske. Enig, dette sparer allerede penger.

Du vil lære alt om "grønne teknologier" fra vår foreslåtte artikkel. Med vår hjelp kan du enkelt forstå typene solcelleinstallasjoner, konstruksjonsmetodene og operasjonsspesifikasjonene. Du vil sannsynligvis være interessert i et av de populære alternativene som jobber aktivt i verden, men som ennå ikke er etterspurt her.

I gjennomgangen som presenteres for din oppmerksomhet, blir designfunksjonene til systemene analysert og koblingsdiagrammene beskrevet i detalj. Et eksempel på beregning av en solvarmekrets er gitt for å vurdere realitetene i konstruksjonen. For å hjelpe uavhengige håndverkere er fotosamlinger og videoer inkludert.

"Grønn" varmeteknologier

Gjennomsnittlig 1 m² Jordens overflate mottar 161 watt solenergi i timen. Selvfølgelig, ved ekvator vil dette tallet være mange ganger høyere enn i Arktis. I tillegg avhenger tettheten av solstråling av årstiden.

I Moskva-regionen avviker intensiteten av solstråling i desember-januar fra mai-juli med mer enn fem ganger. Imidlertid er moderne systemer så effektive at de kan fungere nesten hvor som helst på jorden.

Moderne solcelleanlegg kan fungere effektivt i overskyet og kaldt vær ned til -30°C

Bruksoppgave solstrålingsenergi med maksimal effektivitet løses på to måter: direkte oppvarming i termiske solfangere og solcellebatterier. Solcellepaneler konverterer først energien fra solstrålene til elektrisitet, for så å overføre den gjennom et spesielt system til forbrukerne, for eksempel en elektrisk kjele.

Termiske samlere, når de varmes opp av solens stråler, varmer opp kjølevæsken til varme- og varmtvannsforsyningssystemer.

Termiske kollektorer kommer i flere typer, inkludert åpne og lukkede systemer, flate og sfæriske design, halvkuleformede konsentratorsamlere og mange andre alternativer. Den termiske energien som hentes fra solfangere brukes til å varme opp varmt vann eller varmevæske.

Industrien produserer et bredt spekter av kollektorsystemer for inkludering i et uavhengig varmenett. Imidlertid er det enkleste alternativet for en sommerbolig enkelt å gjøre med egne hender:

Selv om det har vært klare fremskritt med å utvikle løsninger for høsting, lagring og bruk av solenergi, er det fordeler og ulemper.

Effektiv bruk av solenergi

Den mest åpenbare fordelen med å bruke solenergi er dens universelle tilgjengelighet. Faktisk, selv i det mørkeste og mest overskyede været, kan solenergi samles inn og brukes.

Den andre fordelen er null utslipp. Faktisk er det den mest miljøvennlige og naturlige energiformen. Solcellepaneler og samlerne produserer ikke støy. I de fleste tilfeller er de installert på taket av bygninger, uten å okkupere bruksområdet til et forstadsområde.

Effektiviteten til solvarme på våre breddegrader er ganske lav, noe som forklares av det utilstrekkelige antallet soldager for regelmessig drift av systemet (+)

Ulempene forbundet med å bruke solenergi er variasjonen i belysningen. Om natten er det ingenting å samle, situasjonen forverres av det faktum at toppen av fyringssesongen skjer i løpet av årets korteste dagslys. Det er nødvendig å overvåke den optiske renheten til panelene; liten forurensning reduserer effektiviteten kraftig.

I tillegg kan det ikke sies at driften av et solenergisystem er helt gratis, det er konstante kostnader til utstyrsavskrivninger, drift av sirkulasjonspumpen og styringselektronikk.

En betydelig ulempe med oppvarming basert på bruk av solfangere er mangelen på evne til å akkumulere termisk energi. Kun ekspansjonstanken (+) er inkludert i kretsen

Åpne solfangere

En åpen solfanger er et system av rør, ubeskyttet mot ytre påvirkninger, gjennom hvilke kjølevæske oppvarmet direkte av solen sirkulerer.

Vann, gass, luft og frostvæske brukes som kjølevæsker. Rørene er enten festet til støttepanelet i form av en spole, eller koblet i parallelle rader til utløpsrøret.

Åpne solfangere er ikke i stand til å takle oppvarmingen av et privat hjem. På grunn av mangelen på isolasjon avkjøles kjølevæsken raskt. De brukes om sommeren hovedsakelig til å varme opp vann i dusjer eller svømmebassenger.

Åpne samlere har vanligvis ingen isolasjon. Designet er veldig enkelt, derfor har det en lav kostnad og er ofte laget uavhengig.

På grunn av mangelen på isolasjon lagrer de praktisk talt ikke energien mottatt fra solen og er preget av lav effektivitet. De brukes hovedsakelig om sommeren til å varme opp vann i svømmebassenger eller sommerdusjer.

Installert i solrike og varme områder, med små forskjeller i temperatur på omgivelsesluften og oppvarmet vann. De fungerer bra bare i solfylt, vindstille vær.

Den enkleste solfangeren med en kjøleribbe laget av en spole av polymerrør vil gi tilførsel av oppvarmet vann til dachaen for vanning og husbehov

Rørformede samlervarianter

Rørformede solfangere er satt sammen av individuelle rør som vann, gass eller damp strømmer gjennom. Dette er en av typene åpne solsystemer. Kjølevæsken er imidlertid allerede mye bedre beskyttet mot ekstern negativitet. Spesielt i vakuuminstallasjoner, designet etter termosprinsippet.

Hvert rør er koblet til systemet separat, parallelt med hverandre. Hvis ett rør svikter, er det enkelt å erstatte det med et nytt. Hele strukturen kan monteres direkte på taket av bygningen, noe som i stor grad forenkler installasjonen.

Den rørformede samleren har en modulær struktur. Hovedelementet er et vakuumrør; antall rør varierer fra 18 til 30, noe som lar deg velge kraften til systemet nøyaktig

En betydelig fordel med rørformede solfangere er den sylindriske formen til hovedelementene, takket være hvilken solstråling fanges opp hele dagen uten bruk av dyre systemer for å spore bevegelsen til armaturet.

Et spesielt flerlagsbelegg skaper en slags optisk felle for sollys. Diagrammet viser delvis den ytre veggen av vakuumkolben som reflekterer stråler på veggene til den indre kolben (+)

Basert på utformingen av rørene, skilles fjær- og koaksiale solfangere.

Koaksialrøret er et Diaur kar eller en kjent termos. Laget av to kolber mellom hvilke luft evakueres. Et svært selektivt belegg påføres den indre overflaten av den indre pæren, som effektivt absorberer solenergi.

Med et sylindrisk rør faller solens stråler alltid vinkelrett på overflaten

Termisk energi fra det interne selektive laget overføres til et varmerør eller intern varmeveksler laget av aluminiumsplater. På dette stadiet oppstår uønsket varmetap.

Fjærrøret er en glassylinder med en fjærabsorber satt inn på innsiden.

Systemet har fått navnet sitt fra fjærabsorberen, som tett vikler rundt en termisk kanal laget av varmeledende metall.

For god varmeisolasjon er luften evakuert fra røret. Varmeoverføring fra absorberen skjer uten tap, så effektiviteten til fjærrør er høyere.

I henhold til metoden for varmeoverføring er det to systemer: direktestrøm og med varmerør. Termisk rør er en forseglet beholder med en lett fordampende væske.

Siden den lett fordampende væsken naturlig strømmer til bunnen av varmerøret, er minste helningsvinkel 20°C

Inne i varmerøret er det en lett fordampende væske som mottar varme fra den indre veggen av kolben eller fra fjærabsorberen. Under påvirkning av temperatur koker væsken og stiger i form av damp. Etter at varmen er overført til varme- eller varmtvannsforsyningskjølevæsken, kondenserer dampen til væske og strømmer ned.

Vann brukes ofte som en lett fordampende væske ved lavt trykk. Et engangssystem bruker et U-formet rør som vann eller varmevæske sirkulerer gjennom.

Den ene halvdelen av det U-formede røret er beregnet for kald kjølevæske, den andre fjerner det oppvarmede. Ved oppvarming utvider kjølevæsken seg og går inn i lagertanken, og gir naturlig sirkulasjon. Som med varmerørsystemer, må minste helningsvinkel være minst 20⁰.

Med en direktestrømtilkobling kan ikke trykket i systemet være høyt, siden det er et teknisk vakuum inne i kolben

Direktestrømsystemer er mer effektive fordi de umiddelbart varmer opp kjølevæsken. Hvis solfangersystemer er planlagt brukt hele året, pumpes spesiell frostvæske inn i dem.

Bruken av rørformede solfangere har en rekke fordeler og ulemper. Designet til en rørformet solfanger består av identiske elementer som er relativt enkle å erstatte.

Fordeler:

• lavt varmetap;
• evne til å arbeide ved temperaturer ned til -30⁰С;
• effektiv ytelse gjennom dagslyset;
• god ytelse i områder med temperert og kaldt klima;
• lav vindstyrke, rettferdiggjort av evnen til rørformede systemer til å passere luftmasser gjennom seg selv;
• mulighet for å produsere høytemperaturkjølevæske.

Strukturelt har den rørformede strukturen en begrenset åpningsoverflate.

Det har følgende ulemper:

• ikke i stand til å rense seg selv fra snø, is, frost;
• høy pris.

Til tross for den innledende høye kostnaden, betaler rørformede samlere seg raskere. De har lang levetid.

Rørkollektorer er solcelleanlegg av åpen type og er derfor ikke egnet for helårsbruk i varmeanlegg (+)

Flate lukkede systemer

En flatplatesamler består av en aluminiumsramme, et spesielt absorberende lag - en absorber, et gjennomsiktig belegg, en rørledning og isolasjon.

Svertet kobberplate brukes som en absorber, som har ideell varmeledningsevne for å lage solsystemer.Når solenergi absorberes av en absorber, overføres solenergien den mottar til en kjølevæske som sirkulerer gjennom et rørsystem ved siden av absorbatoren.

På utsiden er det lukkede panelet beskyttet av et gjennomsiktig belegg. Den er laget av støtsikkert herdet glass med et transmisjonsbånd på 0,4-1,8 mikron. Dette området står for den maksimale solinnstrålingen. Støtsikkert glass gir god beskyttelse mot hagl. På baksiden er hele panelet pålitelig isolert.

Flatplate solfangere er preget av maksimal ytelse og enkel design. Effektiviteten deres økes på grunn av bruken av en absorber. De er i stand til å fange opp diffus og direkte solstråling

Listen over fordeler med lukkede flatpaneler inkluderer:

• enkelhet i design;
• god ytelse i regioner med varmt klima;
• muligheten til å installere i alle vinkler med enheter for å endre helningsvinkelen;
• evnen til å rense seg selv fra snø og frost;
• lav pris.

Flatplate solfangere er spesielt fordelaktige hvis bruken er planlagt på designstadiet. Levetiden til kvalitetsprodukter er 50 år.

Ulempene inkluderer:

• høyt varmetap;
• tung vekt;
• høy vindstyrke når panelene er plassert i en vinkel til horisontalen;
• ytelsesbegrensninger når temperaturendringer overstiger 40°C.

Anvendelsesområdet for lukkede solfangere er mye bredere enn for solcellesystemer av åpen type. Om sommeren er de i stand til å dekke behovet for varmt vann fullt ut. På kjølige dager, når verktøyene ikke inkluderer dem i oppvarmingsperioden, kan de fungere i stedet for gass- og elektriske varmeovner.

For de som ønsker lage en solfanger For å bygge et varmesystem i din dacha med egne hender, foreslår vi at du gjør deg kjent med praksistestede diagrammer og trinnvise monteringsinstruksjoner.

Sammenligning av solfangeregenskaper

Den viktigste indikatoren på en solfanger er effektivitet. Den nyttige ytelsen til solfangere av forskjellige design avhenger av temperaturforskjellen. Samtidig er flate samlere mye billigere enn rørformede.

Effektivitetsverdier avhenger av produksjonskvaliteten til solfangeren. Formålet med grafen er å vise effektiviteten av å bruke ulike systemer avhengig av temperaturforskjellen

Når du velger en solfanger, bør du være oppmerksom på en rekke parametere som viser effektiviteten og kraften til enheten.

Det er flere viktige egenskaper for solfangere:

• adsorpsjonskoeffisient - viser forholdet mellom absorbert energi og total;
• utslippskoeffisient - viser forholdet mellom overført energi og absorbert energi;
• totalt og blenderåpningsareal;
• Effektivitet

Blenderåpningsområdet er arbeidsområdet til solfangeren. En flatplatesamler har et maksimalt blenderareal. Blenderarealet er lik absorberarealet.

Metoder for tilkobling til varmesystemet

Siden solcelledrevne enheter ikke kan gi en stabil, døgnåpen energiforsyning, er det nødvendig med et system som er motstandsdyktig mot disse manglene.

For det sentrale Russland kan ikke solenergiapparater garantere en stabil strøm av energi, så de brukes som et tilleggssystem. Integrering i et eksisterende varme- og varmtvannssystem er annerledes for en solfanger og et solcellebatteri.

Opplegg med vannoppsamler

Avhengig av formålet med å bruke varmesamleren, brukes forskjellige koblingssystemer. Det kan være flere alternativer:

1. Sommeralternativ for varmtvannsforsyning
2. Vinteralternativ for oppvarming og varmtvannsforsyning

Sommeralternativet er det enkleste og kan gjøres selv uten sirkulasjonspumpeved bruk av naturlig vannsirkulasjon.

Vannet varmes opp i solfangeren og går på grunn av termisk ekspansjon inn i lagertanken eller kjelen. I dette tilfellet oppstår naturlig sirkulasjon: kaldt vann suges ut av tanken i stedet for varmt vann.

Om vinteren, ved minusgrader, er direkte oppvarming av vann ikke mulig. Spesiell frostvæske sirkulerer gjennom en lukket krets, og sikrer varmeoverføring fra oppsamleren til varmeveksleren i tanken

Som ethvert system basert på naturlig sirkulasjon, fungerer det ikke veldig effektivt, og krever overholdelse av de nødvendige bakkene. I tillegg må lagertanken være høyere enn solfangeren. For at vannet skal holde seg varmt så lenge som mulig, må tanken være grundig isolert.

Hvis du virkelig ønsker å oppnå den mest effektive driften av solfangeren, vil koblingsskjemaet bli mer komplisert.

For å forhindre at oppsamleren blir til en kjøleradiator om natten, er det nødvendig å stoppe vannsirkulasjonen med makt

Ikke-frysende kjølevæske sirkulerer gjennom solfangersystemet. Tvunget sirkulasjon leveres av en pumpe styrt av en kontroller.

Regulatoren styrer driften av sirkulasjonspumpen basert på avlesningene til minst to temperatursensorer. Den første sensoren måler temperaturen i lagertanken, den andre - på det varme kjølevæsketilførselsrøret til solfangeren.

Så snart temperaturen i tanken overstiger temperaturen på kjølevæsken, slår kontrolleren i kollektoren av sirkulasjonspumpen, og stopper sirkulasjonen av kjølevæske gjennom systemet. I sin tur, når temperaturen i lagertanken faller under den innstilte verdien, slås varmekjelen på.

Et nytt ord og et effektivt alternativ til solfangere med kjølevæske har blitt systemer med vakuum-rør, prinsippet om drift og design som vi foreslår å gjøre deg kjent med.

Opplegg med solcellebatteri

Det ville være fristende å bruke en lignende koblingsskjema for solcellebatteri til strømnettet, slik det er implementert i tilfelle av en solfanger, akkumulerer energien som mottas i løpet av dagen. Dessverre, for strømforsyningssystemet til et privat hjem, er det veldig dyrt å lage en batteripakke med tilstrekkelig kapasitet. Derfor ser koblingsskjemaet slik ut.

Når kraften til den elektriske strømmen fra solbatteriet avtar, sørger ATS-enheten (automatisk innkobling av en reserve) for tilkobling av forbrukere til det generelle strømnettet

Fra solcellepanelene tilføres ladningen til laderegulatoren, som utfører flere funksjoner: sørger for konstant opplading av batteriene og stabiliserer spenningen. Deretter tilføres den elektriske strømmen til omformeren, hvor 12V eller 24V likestrøm omdannes til enfaset vekselstrøm 220V.

Akk, våre elektriske nettverk er ikke egnet for å motta energi, de kan bare fungere i én retning fra kilde til forbruker. Av denne grunn vil du ikke kunne selge den utvunne strømmen eller i det minste få måleren til å snurre i motsatt retning.

Bruken av solcellepaneler er fordelaktig ved at de gir en mer allsidig type energi, men samtidig kan de ikke måle seg i effektivitet med solfangere. Sistnevnte har imidlertid ikke mulighet til å lagre energi, i motsetning til solcellebatterier.

Du finner alt om alternativer for å organisere oppvarming av et privat hus ved hjelp av solcellepaneler. I denne artikkelen.

Eksempel på beregning av nødvendig effekt

Når man beregner den nødvendige effekten til en solfanger, blir det ofte feilaktig gjort beregninger basert på den innkommende solenergien i de kaldeste månedene av året.

Faktum er at i de resterende månedene av året vil hele systemet konstant overopphetes. Om sommeren kan temperaturen på kjølevæsken ved utløpet av solfangeren nå 200°C ved oppvarming av damp eller gass, 120°C for frostvæske, 150°C for vann. Hvis kjølevæsken koker, vil den delvis fordampe. Som et resultat må den byttes ut.

Produsenter anbefaler å gå ut fra følgende figurer:

• levering av varmtvannsforsyning ikke mer enn 70%;
• levering av varmesystemet ikke mer enn 30%.

Resten av den nødvendige varmen må genereres av standard oppvarmingsutstyr. Likevel, med slike indikatorer, spares det i gjennomsnitt rundt 40% per år på oppvarming og varmtvannsforsyning.

Kraften som genereres av ett rør i et vakuumsystem avhenger av den geografiske plasseringen. Indikator for fallende solenergi per 1 m per år² av jorden kalles insolation.

Når du kjenner lengden og diameteren til røret, kan du beregne blenderåpningen - det effektive absorpsjonsområdet. Det gjenstår å bruke absorpsjons- og utslippskoeffisientene for å beregne kraften til ett rør per år.

Regneeksempel:

Standard rørlengde er 1800 mm, effektiv lengde er 1600 mm. Diameter 58 mm. Blenderåpning er det skyggelagte området skapt av røret. Dermed vil området til skyggerektangelet være:

S = 1,6 * 0,058 = 0,0928 m²

Effektiviteten til det midterste røret er 80%, solinnstråling for Moskva er omtrent 1170 kWh/m² i år. Dermed vil ett rør produsere per år:

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

Det skal bemerkes at dette er et svært grovt anslag. Mengden energi som genereres avhenger av installasjonens orientering, vinkel, gjennomsnittlig årstemperatur osv.

Med alle slags alternative energikilder og måter å bruke dem på finner du i den presenterte artikkelen.

Konklusjoner og nyttig video om temaet

Video #1. Demonstrasjon av driften av en solfanger om vinteren:

Video #2. Sammenligning av ulike modeller av solfangere:

Gjennom hele sin eksistens bruker menneskeheten mer og mer energi hvert år. Forsøk på å bruke fri solstråling har vært gjort i lang tid, men først nylig har det blitt mulig å effektivt bruke solen på våre breddegrader. Det er ingen tvil om at solsystemer er fremtiden.

Vil du rapportere interessante funksjoner i organisering av solvarme for et landsted eller en hytte? Skriv kommentarer i blokken nedenfor. Her kan du stille et spørsmål, legge igjen et bilde som demonstrerer systemmonteringsprosessen og dele nyttig informasjon.