Соларно грејање код куће помоћу колектора: принцип рада и цена

Садржај препоруке

• Главне компоненте система грејања
• Разноликости и разлике колектора
• Проблеми са соларном енергијом
• Интеграција у систем грејања
• Прорачун снаге и кораци уградње
• Да ли ми треба топлотна пумпа
• Трошак соларног система грејања

Да ли је реално обезбедити вашем дому соларну топлотну енергију? Данас ћемо разговарати о могућности коришћења соларних система као главног извора грејања, размотрити питање економске оправданости и ефикасности соларних колектора.

Главне компоненте система грејања

Соларни колектори служе као извор грејања Сунчевог система, чија је сврха најефикаснији пренос енергије инфрацрвеног спектра сунчевог зрачења до расхладне течности. Термални опсег сунчеве светлости износи 40–45% укупног зрачења, у специфичним подацима је 200–500 В / м² зависно од географске ширине, доба године и дана.

У принципу, само су сакупљачи довољни да направе најједноставнији соларни систем. Кроз њихове канале може да циркулише обична вода, која се користи за потребе домаћинства и грејање куће. Међутим, овај приступ није довољно ефикасан из више разлога, од којих је први недостатак надокнаде губитака енергије током целог дана. Стога је један од најважнијих елемената соларног система грејања акумулатор топлоте – посуда са водом.

Схема грејања куће са соларним колекторима: 1 – снабдевање хладном водом; 2 – измењивач топлоте; 3 – акумулатор топлоте; 4 – сензор температуре; 5 – круг расхладне течности; 6 – пумпна станица; 7 – контролер; 8 – експанзијски резервоар; 9 – топла вода; 10 – тросмерни вентил; 11 – соларни колектор

Технички уређај соларног колектора такође је својеврсно ограничење. Њени канали имају прилично мало подручје протока, што ствара ризик од зачепљења механичким нечистоћама. Такође постоји велика вероватноћа да се расхладна течност смрзава ноћу, док је горња граница радне температуре 200–300 ° С. Колектори су дизајнирани за брзу континуирану циркулацију расхладне течности, која долази на ниској температури, брзо се загрева сунчевом светлошћу и једнако брзо даје топлоту акумулатору.

Вакуумске цеви за соларне колекторе у облику слова У

Из тих разлога је уобичајено користити пропилен гликол са сетом посебних адитива за директно загревање у топлотним цевима. Дакле, трећи обавезни елемент соларног система за грејање је посебна расхладна течност и измењивачки круг, који су често структурно укључени у акумулатор топлоте или могу бити део самог колектора.

Разноликости и разлике колектора

Не улазећи у техничке детаље уређаја, главна разлика између равних и вакуумских колектора лежи у корисности њихове употребе у различитим климатским зонама. Равни колектори се најбоље користе у јужним географским ширинама са преовлађујућим температурама изнад нуле, а вакуумски колектори ближи северним.

Дизајн соларног колектора: 1 – излаз носача топлоте; 2 – оквир колектора; 3 – структурирано стакло отпорно на тучу; 4 – апсорбер; 5 – бакрене цеви; 6 – топлотна изолација; 7 – улаз расхладне течности

Изводљивост употребе одређених врста соларних колектора је због бројних карактеристика:

• немогућност вакуумских колектора да самостално очисте снег;
• високи топлотни губици равних соларних колектора, растући са температурном разликом;
• мали отпор равних колектора на оптерећења ветром;
• високе цијене пројекта вакуумских соларних колектора;
• ниска температура ефикасне употребе равних колектора.

Дизајн вакуумског разводника са индиректним преносом топлоте: 1 – улаз хлађеног носача топлоте; 2 – измењивач топлоте (сакупљач); 3 – херметички чеп; 4 – вакуумска цев; 5 – алуминијумска плоча (апсорбер); 6 – топлотна цев; 7 – радна течност; 8 – одвод грејне течности; 9 – тело хладњака; 10 – кондензатор топлотне цеви; 11 – изолација

Једна од најважнијих разлика лежи у поступку инсталације. Равни колектори захтевају испоруку унапред монтирану на кров, док се вакуумски колектори могу монтирати на лицу места. Такође, равни колектори обично немају свој акумулатор и измењивачки круг топлоте..

Проблеми са соларном енергијом

Соларни системи грејања нису без недостатака, од којих је најважнији неусаглашеност извора енергије. Ноћу се систем не загрева, а за дужег облачног времена очекивати да ће ведро небо загрејати кућу је исподпросечно задовољство. Ако је батерија, са довољно великом запремином, способна да задржи потребну количину топлоте најмање до јутра, тада се може очекивати неколико дана аутономног рада у условима недовољне осветљености само уз значајно ширење соларне фарме. То заузврат узрокује супротан проблем: када достигне режим максималне снаге (на пример, ведрог пролећног дана), такав соларни систем ће захтевати интензивније уклањање топлоте или привремено искључивање неколико апсорбера својим сенчењем..

Важно је разумети да се соларни системи у стварности руске климе не могу користити као једини или главни извор грејања. Међутим, они могу значајно да смање потрошњу енергије током грејне сезоне. Хибридни сакупљачи посебно делују, у којима су грејачи комбиновани са фотоћелијама. Ако облачност одлаже већину ИР зрачења, тада губитак фотоелектричног дела спектра није толико значајан.

Још један недостатак соларних колектора је потреба за присилном циркулацијом расхладне течности у систему колектор-акумулатор. Неки вакуумски колектори опремљени су резервоаром за природну циркулацију и налазе се изнад апсорбера. Овакве инсталације се обично користе у системима за снабдевање топлом водом са доводом воде под притиском хладног водостаја. Али још увек постоје начини да се успостави заједнички рад таквих соларних колектора са системом грејања..

Вакуум соларни колектор са резервоаром

Интеграција у систем грејања

Постоје два начина за комбиновање соларних колектора са произвољно комплексним течним системом грејања. Главни извор енергије може бити или плин или електрична енергија – нема значајне разлике.

Прва опција је загревање укупне дневне батерије. Акумулатор комуницира са котлом заједнички и узастопно, при недовољно високој температури он се пушта у рад и греје течност. Исправно дизајниран систем ове врсте може ефикасно деловати чак и без принудне циркулације..

1 – круг грејања; 2 – течност за загревање; 3 – сензор температуре; 4 – пумпна станица; 5 – контролер; 6 – пумпа; 7 – експанзијски резервоар; 8 – санитарна вода; 9 – хладна вода; 10 – снабдевање топлом водом; 11 – соларни колектор; 12 – бојлер

Друга врста комбинације укључује употребу акумулатора топлоте са два круга. Кроз један се топлота уклања из колектора, кроз другу – загревање расхладне течности у систему, вода из акумулатора служи као извор снабдевања топлом водом. Пошто су струјни кругови међусобно изолирани, више течности која апсорбује топлоту или антифриз може се користити у систему грејања и циклусу размене топлоте из соларног колектора. Главни недостатак је волатилност система, јер је у оба кола циркулација присиљена.

1 – снабдевање хладном водом; 2 – сензор температуре; 3 – соларни колектор измењивач топлоте; 4 – измењивач топлоте котла; 5 – круг расхладне течности колектора; 6 – пумпна станица; 7 – контролер; 8 – експанзијски резервоар; 9 – циркулациона пумпа; 10 – излаз за топлу воду; 11 – грејни котао; 12 – соларни колектор

Прорачун снаге и кораци уградње

Прелазак на соларну енергију не прихвата журбу и површан приступ. Често се закључци о препоручености инсталације соларног система могу извући тек након вишегодишњих посматрања и израчунавања..

Нажалост, нема смисла ослањати се на карте сунца, јер локални временски услови могу у великој мери искривити просек. Стога, прво што треба учинити је самостално саставити извештај о интензитету сунчевог зрачења на месту где су постављени колектори. Пиранометри се користе за мерења; у року од 5 хиљада рубаља, можете купити буџетни уређај са довољним сетом функција.

Пиранометер

Мерења треба вршити у различито доба дана, са учесталошћу од око недељу дана у току године. У поступку мерења мора се узети у обзир нагиб наклона и оријентација колектора. На основу добијених података на крају се проверава статистика хидрометеоролошког центра о проценту облачних дана у години..

Да би се осигурала висока ефикасност соларне електране требало би размотрити најнегативнији сценарио, односно најдужи период са најмањим осветљењем треба узети као референтну тачку. У идеалном случају, можете резервисати вероватноћу још лоших временских услова користећи метеоролошку статистику у последњих 15-20 година. Добивени подаци о улазној соларној енергији помоћи ће да се успостави потребна укупна површина апсорпционог поља и одреди број сакупљача које је потребно купити.

Као што је споменуто, сакупљачи се веома ретко користе као главни извор грејања, они обично играју помоћну улогу. Али удео учешћа се може израчунати, приказује се као проценат укупне снаге електроенергетског система куће или његовог топлотног губитка. Након што је добио потребан број киловата, множи се оптичком ефикасношћу апсорбера, додаје се неколико коефицијената – корекције оријентације, нагиба, температурних услова, као и сигурносна граница.

Према „нето“ вредности произведене снаге бира се следеће:

• потребан број колектора одређеног модела и, у просеку, један резервни соларни колектор по 10-15 у раду;
• цевовод са препорученом пропусношћу и отпорношћу на топлоту од стране произвођача;
• циркулацијска група, запорни вентили, остали помоћни уређаји;
• запремина и локација резервоара за складиштење. У системима са дневним капацитетом складиштења или екстракције топлоте већим од 20 кВ, има смисла градити изоловане бетонске резервоаре запремине 15–20 м³.

За самоинсталацију и одржавање потребно је израдити пројекат система, одредити место за постављање помоћних уређаја и поправити соларни колектор на јужној (за северну хемисферу) кровну косину, узимајући у обзир препоруке добављача опреме у погледу ветрова. Не заборавите да куповином читавог асортимана опреме од једног дистрибутера добијате могућност да бесплатно направите, ако не и пројекат соларног система за грејање, онда бар листу добро компатибилне опреме и компоненти.

Да ли ми треба топлотна пумпа

Један од главних недостатака соларних система грејања су високи трошкови. Иако је технологија за производњу равних колектора добро савладана, вакуумски апсорбери остају скупи, а у одређеним временским условима биће их могуће само успешно користити. Али постоји и друга алтернатива – зрачни колектори.

Соларни колектор ваздушног типа

Због једноставнијег уређаја, њихова цена је мања, плус постоји могућност аутономног рада. Учинковитост ваздушних колектора повећава се уградњом вентилатора са вентилатором, који покреће интегрисани соларни панел. Због убрзаног, али пропорционалног загревања, хлађења канала, губици повратне топлоте кроз колектор су минимизирани. Ограничење снаге може се постићи контролисањем брзине вентилатора или једноставним блокирањем протока – сакупљачи ваздуха се не боје топлотног удара, штавише, лако је успоставити природну рециркулацију.

Недостатак ваздушних система у малом степену загревања расхладне течности. Топлотни капацитет ваздуха је мањи, плус апсорбер се готово увек загрева без фокусирања. Да бисте могли да се интегришете у систем грејања (што је најчешће потребно због немогућности постављања вентилационог канала у грејну просторију), топлотна пумпа или сплит систем заиста су потребни.

Али топлотне пумпе са извором ваздуха такође се могу користити за повећање ефикасности климатизације. Са њима се циркулациона стопа може подићи на вредности које нису прихватљиве у кућним вентилационим системима, што даје двоструко повећање излазне снаге због велике температурне разлике. Ноћу, сакупљач ће такође имати ниску стопу производње у опсегу радне температуре.

Зрак који се користи као носилац топлоте може бити одсушен или замењен угљен-диоксидом или другим гасом који задржава топлоту. Међутим, нема смисла користити топлотне пумпе са воденим примарним кругом: првобитно су дизајниране за рад са високом температурном разликом и зато повећање снаге није довољно да оправда трошкове инсталације..

Трошак соларног система грејања

Задовољство кориштењем чисте енергије долази по високој цијени, барем за данас. Да будемо фер, има и неколико позитивних вести: током последњих пет година, цена производње равних колектора пала је за 2-2,5 пута, исто се ускоро може очекивати и од уређаја са вакум апсорберима.

Трошкови равних и вакуумских колектора одређују се обимом производње – вриједности сунчевог зрачења у идеалним условима освјетљења, односно специфичном снагом. У просеку, за 1 кВ равног типа соларних колектора мораћете да платите око 350-500 долара, а за комплетну инсталацију са спољном батеријом – око 800-1000 долара. Цена вакуумских соларних колектора варира у већем опсегу – од 600 до 1000 до 1200 долара по комплексу, у зависности од квалитета перформанси, материјала цеви, изолације измењивача топлоте и других карактеристика.

За капацитивне колекторе, мерни стандард важи у литрама воде загрејане на највишу могућу температуру. Количина произведене електричне енергије може се израчунати или укупном површином апсорбера, или тако што ћете је изразити помоћу специфичног топлотног капацитета воде. У зависности од сложености система, цена се увелике разликује, цена једног од примера из сегмента средњег тржишта достиже 1500 УСД за 300 литара (за 4-5 становника) са температурном разликом од око 50 ° Ц, што је еквивалентно 2,5 кВ специфичне снаге.