Eramu päikeseküte: valikud ja kujundusskeemid

Looduslike elementidega tarnitava "rohelise" energia kasutamine võib oluliselt vähendada kommunaalkulusid.Näiteks eramaja päikesekütte korraldamisel varustate madala temperatuuriga radiaatoreid ja põrandaküttesüsteeme praktiliselt tasuta jahutusvedelikuga. Nõus, see on juba raha säästmine.

Meie pakutud artiklist saate teada kõike "roheliste tehnoloogiate" kohta. Meie abiga saate hõlpsasti aru päikesepaigaldiste tüüpidest, nende ehitusmeetoditest ja tööspetsiifikatest. Tõenäoliselt pakub teile huvi üks populaarsemaid võimalusi, mis maailmas aktiivselt töötavad, kuid mille järele pole siin veel suurt nõudlust.

Teie tähelepanu all olevas ülevaates analüüsitakse süsteemide konstruktsiooni iseärasusi ja kirjeldatakse üksikasjalikult ühendusskeeme. Päikeseküttekontuuri arvutamise näide on toodud selle ehituse tegelikkuse hindamiseks. Sõltumatute käsitööliste abistamiseks on lisatud fotokogud ja videod.

"Rohelised" soojustehnoloogiad

Keskmine 1 m² Maa pind saab 161 vatti päikeseenergiat tunnis. Muidugi on ekvaatoril see arv mitu korda suurem kui Arktikas. Lisaks sõltub päikesekiirguse tihedus aastaajast.

Moskva regioonis erineb päikesekiirguse intensiivsus detsembris-jaanuaris maist-juulis enam kui viis korda. Kaasaegsed süsteemid on aga nii tõhusad, et võivad töötada peaaegu kõikjal maakeral.

Kaasaegsed päikesesüsteemid suudavad tõhusalt töötada pilvise ja külma ilmaga kuni -30°C

Kasutusülesanne päikesekiirguse energia maksimaalse efektiivsusega on lahendatud kahel viisil: otseküte soojuskollektorites ja päikesepatareides. Päikesepaneelid muundavad päikesekiirte energia esmalt elektriks, seejärel edastavad selle spetsiaalse süsteemi, näiteks elektriboileri kaudu tarbijatele.

Soojuskollektorid soojendavad päikesekiirte mõjul kütte- ja soojaveevarustussüsteemide jahutusvedelikku.

Soojuskollektoreid on mitut tüüpi, sealhulgas avatud ja suletud süsteemid, lamedad ja sfäärilised konstruktsioonid, poolkerakujulised kontsentraatorkollektorid ja paljud muud võimalused. Päikesekollektoritest saadavat soojusenergiat kasutatakse sooja vee või küttevedeliku soojendamiseks.

Tööstus toodab laia valikut kollektorsüsteeme, mis on mõeldud sõltumatusse küttevõrku ühendamiseks. Suveresidentsi kõige lihtsamat varianti on aga lihtne oma kätega teha:

Kuigi päikeseenergia kogumise, salvestamise ja kasutamise lahenduste väljatöötamisel on tehtud selgeid edusamme, on sellel eeliseid ja puudusi.

Päikeseenergia tõhus kasutamine

Päikeseenergia kasutamise kõige ilmsem eelis on selle universaalne kättesaadavus. Tegelikult saab päikeseenergiat koguda ja kasutada ka kõige süngema ja pilvisema ilmaga.

Teine eelis on nullheitmed. Tegelikult on see kõige keskkonnasõbralikum ja looduslikum energiaallikas. Päikesepaneelid ja kollektorid ei tekita müra. Enamasti paigaldatakse need hoonete katustele ilma äärelinna piirkonna kasulikku pinda hõivamata.

Päikesekütte efektiivsus meie laiuskraadidel on üsna madal, mis on seletatav päikeseliste päevade ebapiisava arvuga süsteemi korrapäraseks tööks (+)

Päikeseenergia kasutamisega seotud puudused on valgustuse muutlikkus. Öösiti pole midagi koguda, olukorda raskendab asjaolu, et kütteperioodi kõrgaeg saabub aasta kõige lühematel valgetel tundidel. On vaja jälgida paneelide optilist puhtust, kerge saastumine vähendab järsult efektiivsust.

Lisaks ei saa väita, et päikeseenergiasüsteemiga töötamine on täiesti tasuta, seal on pidevad kulud seadmete amortisatsioonile, tsirkulatsioonipumba tööle ja juhtelektroonikale.

Päikesekollektorite kasutamisel põhineva kütte oluliseks puuduseks on soojusenergia akumulatsioonivõime puudumine. Ringlusse on kaasatud ainult paisupaak (+).

Avatud päikesekollektorid

Avatud päikesekollektor on välismõjude eest kaitsmata torude süsteem, mille kaudu ringleb otse päikese poolt soojendatud jahutusvedelik.

Jahutusvedelikuna kasutatakse vett, gaasi, õhku ja antifriisi. Torud kinnitatakse pooli kujul tugipaneeli külge või ühendatakse paralleelsete ridadena väljalasketoruga.

Avatud päikesekollektorid ei suuda eramaja kütmisega toime tulla. Isolatsiooni puudumise tõttu jahtub jahutusvedelik kiiresti. Neid kasutatakse suvel peamiselt duši või basseini vee soojendamiseks.

Avatud kollektoritel pole tavaliselt mingit isolatsiooni. Disain on väga lihtne, seetõttu on see odav ja seda tehakse sageli iseseisvalt.

Isolatsiooni puudumise tõttu nad praktiliselt ei salvesta päikeselt saadavat energiat ja neid iseloomustab madal efektiivsus. Neid kasutatakse peamiselt suvel vee soojendamiseks basseinides või suvistes duššides.

Paigaldatakse päikesepaistelistesse ja soojadesse piirkondadesse, kus ümbritseva õhu ja soojendatava vee temperatuurid on väikesed. Nad töötavad hästi ainult päikesepaistelise tuulevaikse ilmaga.

Lihtsaim päikesekollektor, mille jahutusradiaator on valmistatud polümeertorude mähisest, varustab suvila soojendatud vett niisutamiseks ja majapidamisvajadusteks

Torukujulised kollektorisordid

Torukujulised päikesekollektorid on kokku pandud üksikutest torudest, mille kaudu voolab vesi, gaas või aur. See on üks avatud päikesesüsteemide tüüpe. Jahutusvedelik on aga juba palju paremini kaitstud välise negatiivsuse eest. Eriti vaakumpaigaldistes, mis on projekteeritud termose põhimõttel.

Iga toru ühendatakse süsteemiga eraldi, üksteisega paralleelselt. Kui üks toru ebaõnnestub, on seda lihtne uuega asendada. Kogu konstruktsiooni saab kokku panna otse hoone katusele, mis lihtsustab oluliselt paigaldamist.

Torukujuline kollektor on moodulstruktuuriga. Põhielement on vaakumtoru; torude arv varieerub vahemikus 18 kuni 30, mis võimaldab teil süsteemi võimsust täpselt valida

Torukujuliste päikesekollektorite oluliseks eeliseks on põhielementide silindriline kuju, tänu millele püütakse päikesekiirgust kogu päeva jooksul ilma kalleid valgusti liikumise jälgimise süsteeme kasutamata.

Spetsiaalne mitmekihiline kate loob päikesevalgusele omamoodi optilise lõksu. Diagramm näitab osaliselt vaakumkolvi välisseina, mis peegeldab kiiri sisemise kolvi seintele (+)

Torude konstruktsiooni alusel eristatakse sulg- ja koaksiaalseid päikesekollektoreid.

Koaksiaaltoru on Diauri anum või tuttav termos. Valmistatud kahest kolvist, mille vahelt õhk eemaldatakse. Sisepirni sisepinnale kantakse väga selektiivne kate, mis neelab tõhusalt päikeseenergiat.

Silindrilise toru puhul langevad päikesekiired alati pinnaga risti

Sisemise selektiivkihi soojusenergia kantakse alumiiniumplaatidest valmistatud soojustorusse või sisemisse soojusvahetisse. Selles etapis tekib soovimatu soojuskadu.

Sulgede toru on klaassilinder, mille sisse on sisestatud sulgede absorbeerija.

Süsteem on oma nime saanud sulgedest absorbeerija järgi, mis ümbritseb tihedalt soojust juhtivast metallist termokanalit.

Hea soojusisolatsiooni tagamiseks on õhk torust eemaldatud. Soojusülekanne neeldurist toimub ilma kadudeta, seega on sulgtorude efektiivsus suurem.

Vastavalt soojusülekande meetodile on kaks süsteemi: otsevooluga ja soojustoruga. Termotoru on suletud anum kergesti aurustuva vedelikuga.

Kuna kergesti aurustuv vedelik voolab loomulikult soojustoru põhja, on minimaalne kaldenurk 20°C

Soojustoru sees on kergesti aurustuv vedelik, mis saab soojust kolvi siseseinalt või sulgede absorbeerijalt. Temperatuuri mõjul vedelik keeb ja tõuseb auru kujul üles. Pärast soojuse ülekandmist kütte- või kuumaveevarustuse jahutusvedelikule kondenseerub aur vedelikuks ja voolab alla.

Vett kasutatakse sageli madalal rõhul kergesti aurustuva vedelikuna. Ühekordses süsteemis kasutatakse U-kujulist toru, mille kaudu ringleb vesi või küttevedelik.

U-kujulise toru üks pool on mõeldud külma jahutusvedeliku jaoks, teine ​​eemaldab kuumutatud. Kuumutamisel jahutusvedelik paisub ja siseneb säilituspaaki, tagades loomuliku ringluse. Nagu soojustorusüsteemide puhul, peab minimaalne kaldenurk olema vähemalt 20⁰.

Otsevooluühenduse korral ei saa rõhk süsteemis olla kõrge, kuna kolvis on tehniline vaakum

Otsevoolusüsteemid on tõhusamad, kuna need soojendavad kohe jahutusvedelikku. Kui päikesekollektorisüsteeme on plaanis kasutada aastaringselt, siis pumbatakse neisse spetsiaalne antifriis.

Torukujuliste päikesekollektorite kasutamisel on mitmeid eeliseid ja puudusi. Torukujulise päikesekollektori konstruktsioon koosneb identsetest elementidest, mida on suhteliselt lihtne vahetada.

Eelised:

• madal soojuskadu;
• võime töötada temperatuuril kuni -30⁰С;
• tõhus jõudlus kogu päevavalgustundidel;
• hea jõudlus parasvöötme ja külma kliimaga piirkondades;
• madal tuul, mis on põhjendatud torukujuliste süsteemide võimega õhumassi ise läbi lasta;
• kõrge temperatuuriga jahutusvedeliku tootmise võimalus.

Struktuuriliselt on torukujulisel struktuuril piiratud avapind.

Sellel on järgmised puudused:

• ei suuda ise puhastada lumest, jääst, pakasest;
• kõrge hind.

Vaatamata esialgsetele kõrgetele kuludele tasuvad torukollektorid end kiiremini ära. Neil on pikk kasutusiga.

Torukollektorid on avatud tüüpi päikesesüsteemid ja ei sobi seetõttu aastaringseks kasutamiseks küttesüsteemides (+)

Lamedad suletud süsteemid

Lamekollektor koosneb alumiiniumraamist, spetsiaalsest imavast kihist - absorbeerijast, läbipaistvast kattest, torustikust ja isolatsioonist.

Absorberina kasutatakse musta lehtvaske, millel on ideaalne soojusjuhtivus päikesesüsteemide loomiseks.Kui päikeseenergia neeldub neelduris, suunatakse selle vastuvõetud päikeseenergia jahutusvedelikku, mis ringleb läbi neelduriga külgneva torusüsteemi.

Väljastpoolt on suletud paneel kaitstud läbipaistva kattega. See on valmistatud põrutuskindlast karastatud klaasist, mille ülekanderiba on 0,4-1,8 mikronit. See vahemik moodustab maksimaalse päikesekiirguse. Põrutuskindel klaas kaitseb hästi rahe eest. Tagaküljel on kogu paneel usaldusväärselt isoleeritud.

Tasapinnalisi päikesekollektoreid iseloomustab maksimaalne jõudlus ja lihtne disain. Nende efektiivsus suureneb tänu absorbendi kasutamisele. Nad on võimelised püüdma hajutatud ja otsest päikesekiirgust

Suletud lamepaneelide eeliste loend sisaldab:

• disaini lihtsus;
• hea jõudlus sooja kliimaga piirkondades;
• võimalus paigaldada mis tahes nurga all kaldenurga muutmise seadmetega;
• võime ise puhastada lumest ja pakasest;
• madal hind.

Tasapinnalised päikesekollektorid on eriti soodsad, kui nende kasutamine on kavandatud projekteerimisetapis. Kvaliteetsete toodete kasutusiga on 50 aastat.

Puuduste hulka kuuluvad:

• suur soojuskadu;
• raske kaal;
• suur tuul, kui paneelid on horisontaalse suhtes nurga all;
• jõudluspiirangud, kui temperatuurimuutused üle 40°C.

Suletud kollektorite kasutusala on palju laiem kui avatud tüüpi päikesesüsteemidel. Suvel suudavad nad sooja vee vajaduse täielikult rahuldada. Jahedatel päevadel, kui kommunaalkulud ei hõlma neid kütteperioodi, võivad need töötada gaasi- ja elektrisoojendite asemel.

Soovijatele teha päikesekollektor Oma kätega suvilasse küttesüsteemi ehitamiseks soovitame tutvuda praktikas testitud diagrammide ja samm-sammult kokkupanekujuhistega.

Päikesekollektori omaduste võrdlus

Päikesekollektori kõige olulisem näitaja on efektiivsus. Erineva konstruktsiooniga päikesekollektorite kasulik jõudlus sõltub temperatuuride erinevusest. Samas on lamekollektorid palju odavamad kui torukujulised.

Tõhususe väärtused sõltuvad päikesekollektori tootmiskvaliteedist. Graafiku eesmärk on näidata erinevate süsteemide kasutamise efektiivsust sõltuvalt temperatuuride erinevusest

Päikesekollektorit valides tuleks tähelepanu pöörata mitmetele parameetritele, mis näitavad seadme efektiivsust ja võimsust.

Päikesekollektoritel on mitu olulist omadust:

• adsorptsioonikoefitsient – ​​näitab neeldunud energia suhet kogusummasse;
• emissioonikoefitsient - näitab edastatud energia ja neeldunud energia suhet;
• kogu- ja avapindala;
• Tõhusus

Ava ala on päikesekollektori tööala. Lamekollektoril on maksimaalne ava pindala. Ava pindala on võrdne neeldumispinnaga.

Küttesüsteemiga ühendamise meetodid

Kuna päikeseenergial töötavad seadmed ei suuda tagada stabiilset ööpäevaringset energiavarustust, on vaja süsteemi, mis oleks nendele puudustele vastupidav.

Kesk-Venemaa jaoks ei suuda päikeseseadmed tagada stabiilset energiavoogu, seetõttu kasutatakse neid lisasüsteemina. Integreerimine olemasolevasse kütte- ja soojaveesüsteemi on päikesekollektori ja päikesepatarei puhul erinev.

Skeem veekollektoriga

Olenevalt soojuskollektori kasutamise eesmärgist kasutatakse erinevaid ühendussüsteeme. Võimalusi võib olla mitu:

1. Suvine võimalus sooja veevarustuseks
2. Talvine võimalus kütteks ja sooja veevarustuseks

Suvine variant on kõige lihtsam ja seda saab teha ka ilma tsirkulatsioonipumpkasutades looduslikku veeringlust.

Vesi soojendatakse päikesekollektoris ja soojuspaisumise tõttu siseneb akumulatsioonipaaki või boilerisse. Sel juhul toimub loomulik tsirkulatsioon: kuuma vee asemel imetakse paagist välja külm vesi.

Talvel, miinustemperatuuril, ei ole otsene vee soojendamine võimalik. Spetsiaalne antifriis ringleb läbi suletud ahela, tagades soojusülekande kollektorist paagis olevale soojusvahetile

Nagu iga loomulikul tsirkulatsioonil põhinev süsteem, ei tööta see kuigi tõhusalt, nõudes vajalike nõlvade järgimist. Lisaks peab akumulatsioonipaak olema päikesekollektorist kõrgemal. Selleks, et vesi püsiks kuum võimalikult kaua, tuleb paak põhjalikult isoleerida.

Kui soovite tõesti saavutada päikesekollektori kõige tõhusama töö, muutub ühendusskeem keerulisemaks.

Et kollektor öösel jahutusradiaatoriks ei muutuks, on vaja veeringlus sunniviisiliselt peatada

Mittekülmuv jahutusvedelik ringleb läbi päikesekollektorisüsteemi. Sundtsirkulatsiooni tagab kontrolleriga juhitav pump.

Kontroller juhib tsirkulatsioonipumba tööd vähemalt kahe temperatuurianduri näitude põhjal. Esimene andur mõõdab temperatuuri akumulatsioonipaagis, teine ​​- päikesekollektori kuuma jahutusvedeliku toitetorus.

Niipea, kui temperatuur paagis ületab jahutusvedeliku temperatuuri, lülitab kollektori kontroller tsirkulatsioonipumba välja, peatades jahutusvedeliku ringluse läbi süsteemi. Omakorda, kui temperatuur paagis langeb alla seatud väärtuse, lülitub küttekatel sisse.

Uus sõna ja tõhus alternatiiv jahutusvedelikuga päikesekollektoritele on muutunud süsteemideks vaakumtorud, mille tööpõhimõtte ja disainiga soovitame tutvuda.

Skeem päikesepatareiga

Oleks kiusatus samalaadset rakendada päikesepatarei ühendusskeem elektrivõrku, nagu seda rakendatakse päikesekollektori puhul, akumuleerides päeva jooksul saadud energiat. Kahjuks on eramaja toitesüsteemi jaoks piisava mahutavusega akuploki loomine väga kulukas. Seetõttu näeb ühendusskeem välja selline.

Päikesepatarei elektrivoolu võimsuse vähenemisel tagab ATS-seade (reservi automaatne sisselülitamine) tarbijate ühendamise üldise elektrivõrguga.

Päikesepaneelidest suunatakse laeng laadimiskontrollerile, mis täidab mitmeid funktsioone: tagab akude pideva laadimise ja stabiliseerib pinget. Järgmisena suunatakse elektrivool inverterisse, kus 12V või 24V alalisvool muudetakse ühefaasiliseks vahelduvvooluks 220V.

Kahjuks meie elektrivõrgud ei sobi energia vastuvõtmiseks, need saavad töötada ainult ühes suunas allikast tarbijani. Sel põhjusel ei saa te ammutatud elektrit müüa ega vähemalt arvestit vastupidises suunas pöörlema ​​panna.

Päikesepaneelide kasutamine on kasulik selle poolest, et need pakuvad mitmekülgsemat energialiiki, kuid samas ei saa neid efektiivsuselt võrrelda päikesekollektoritega. Viimastel puudub aga erinevalt päikesepatareidest energia salvestamise võimalus.

Siit leiate kõike eramaja kütte korraldamise võimaluste kohta päikesepaneelide abil. Selles artiklis.

Nõutava võimsuse arvutamise näide

Päikesekollektori vajaliku võimsuse arvutamisel tehakse arvutused sageli ekslikult aasta külmematel kuudel sissetuleva päikeseenergia järgi.

Fakt on see, et aasta ülejäänud kuudel kuumeneb kogu süsteem pidevalt üle. Suvel võib päikesekollektori väljalaskeava jahutusvedeliku temperatuur auru või gaasi soojendamisel ulatuda 200°C-ni, antifriisi puhul 120°C, vee puhul 150°C-ni. Kui jahutusvedelik keeb, aurustub see osaliselt. Selle tulemusena tuleb see välja vahetada.

Tootjad soovitavad lähtuda järgmistest arvudest:

• sooja veevarustuse tagamine mitte rohkem kui 70%;
• küttesüsteemi pakkumine mitte rohkem kui 30%.

Ülejäänud vajaminev soojus tuleb toota tavaliste kütteseadmetega. Sellegipoolest säästetakse selliste näitajatega kütte ja sooja veevarustuse pealt keskmiselt umbes 40% aastas.

Vaakumsüsteemi ühe toru toodetav võimsus sõltub geograafilisest asukohast. Päikeseenergia langemise näitaja 1 m kohta aastas² maapinda nimetatakse insolatsiooniks.

Teades toru pikkust ja läbimõõtu, saate arvutada ava - efektiivse neeldumisala. Jääb üle rakendada neeldumis- ja emissioonikoefitsiente, et arvutada ühe toru võimsus aastas.

Arvutamise näide:

Toru standardpikkus on 1800 mm, efektiivne pikkus 1600 mm. Läbimõõt 58 mm. Ava on toru loodud varjutatud ala. Seega on varju ristküliku pindala:

S = 1,6 * 0,058 = 0,0928 m²

Keskmise toru kasutegur on 80%, päikese insolatsioon Moskva jaoks on umbes 1170 kWh/m² aastal. Seega toodetakse üks toru aastas:

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

Tuleb märkida, et see on väga ligikaudne hinnang. Tekkiv energia hulk sõltub paigaldise orientatsioonist, nurgast, aasta keskmisest temperatuurist jne.

Igasugustega alternatiivsed energiaallikad ja nende kasutamise viise leiate esitatud artiklist.

Järeldused ja kasulik video sellel teemal

Video nr 1. Päikesekollektori talvel töötamise demonstreerimine:

Video nr 2. Erinevate päikesekollektorite mudelite võrdlus:

Kogu oma eksistentsi jooksul tarbib inimkond igal aastal üha rohkem energiat. Vaba päikesekiirgust on püütud kasutada juba pikka aega, kuid alles hiljuti on saanud võimalikuks meie laiuskraadidel päikest tõhusalt kasutada. Pole kahtlust, et päikesesüsteemid on tulevik.

Kas soovite teatada huvitavatest funktsioonidest maamaja või suvila päikesekütte korraldamisel? Kirjutage kommentaarid allolevasse plokki. Siin saate esitada küsimuse, jätta foto, mis näitab süsteemi kokkupaneku protsessi, ja jagada kasulikku teavet.