Privātmājas saules apkure: iespējas un dizaina shēmas

Dabisko elementu piegādātās “zaļās” enerģijas izmantošana var ievērojami samazināt komunālos izdevumus.Piemēram, organizējot saules apkuri privātmājai, jūs piegādāsiet zemas temperatūras radiatorus un grīdas apsildes sistēmas ar praktiski bezmaksas dzesēšanas šķidrumu. Piekrītu, tas jau ir naudas ietaupījums.

Visu par “zaļajām tehnoloģijām” uzzināsiet no mūsu piedāvātā raksta. Ar mūsu palīdzību jūs varat viegli saprast saules instalāciju veidus, to izbūves metodes un darbības specifiku. Iespējams, jūs ieinteresēs kāds no populārajiem variantiem, kas aktīvi darbojas pasaulē, bet pie mums vēl nav īpaši pieprasīti.

Jūsu uzmanībai iesniegtajā pārskatā ir analizētas sistēmu konstrukcijas iezīmes un detalizēti aprakstītas savienojumu diagrammas. Saules apkures loka aprēķināšanas piemērs ir dots, lai novērtētu tā uzbūves realitāti. Lai palīdzētu neatkarīgiem amatniekiem, ir iekļautas fotoattēlu kolekcijas un video.

"Zaļās" siltuma tehnoloģijas

Vidēji 1 m² Zemes virsma stundā saņem 161 vatu saules enerģijas. Protams, pie ekvatora šis rādītājs būs daudzkārt lielāks nekā Arktikā. Turklāt saules starojuma blīvums ir atkarīgs no gada laika.

Maskavas reģionā saules starojuma intensitāte decembrī-janvārī atšķiras no maija-jūlija vairāk nekā piecas reizes. Tomēr mūsdienu sistēmas ir tik efektīvas, ka tās var darboties gandrīz jebkur uz zemes.

Mūsdienu saules sistēmas var efektīvi darboties mākoņainā un aukstā laikā līdz -30°C

Lietošanas uzdevums saules starojuma enerģija ar maksimālu efektivitāti tiek atrisināta divos veidos: tiešā apkure siltuma kolektoros un saules fotogalvaniskās baterijas. Saules paneļi vispirms pārvērš saules staru enerģiju elektroenerģijā, pēc tam caur speciālu sistēmu nodod to patērētājiem, piemēram, elektrisko katlu.

Siltuma kolektori, sildot ar saules stariem, silda apkures un karstā ūdens apgādes sistēmu dzesēšanas šķidrumu.

Siltuma kolektori ir vairāku veidu, tostarp atvērtas un slēgtas sistēmas, plakanas un sfēriskas konstrukcijas, puslodes koncentratoru kolektori un daudzas citas iespējas. No saules kolektoriem iegūto siltumenerģiju izmanto karstā ūdens vai apkures šķidruma sildīšanai.

Nozare ražo plašu kolektoru sistēmu klāstu iekļaušanai neatkarīgā siltumtīklā. Tomēr vienkāršāko vasaras rezidences iespēju ir viegli izdarīt ar savām rokām:

Lai gan ir gūti nepārprotami panākumi saules enerģijas ieguves, uzglabāšanas un izmantošanas risinājumu izstrādē, ir gan priekšrocības, gan trūkumi.

Efektīva saules enerģijas izmantošana

Acīmredzamākā saules enerģijas izmantošanas priekšrocība ir tās universālā pieejamība. Patiesībā pat drūmākajā un mākoņainākajā laikā saules enerģiju var savākt un izmantot.

Otra priekšrocība ir nulles emisijas. Faktiski tas ir videi draudzīgākais un dabiskākais enerģijas veids. Saules paneļi un kolektori nerada troksni. Vairumā gadījumu tie tiek uzstādīti uz ēku jumtiem, neaizņemot piepilsētas teritorijas izmantojamo platību.

Saules apkures efektivitāte mūsu platuma grādos ir diezgan zema, kas izskaidrojams ar nepietiekamu saulaino dienu skaitu regulārai sistēmas darbībai (+)

Trūkumi, kas saistīti ar saules enerģijas izmantošanu, ir apgaismojuma mainīgums. Naktīs nav ko vākt, situāciju pasliktina tas, ka apkures sezonas maksimums iestājas gada īsākajā dienas gaišajā laikā. Ir nepieciešams uzraudzīt paneļu optisko tīrību, neliels piesārņojums krasi samazina efektivitāti.

Turklāt nevar teikt, ka saules enerģijas sistēmas darbība ir pilnīgi bez maksas, pastāv pastāvīgas izmaksas par iekārtu nolietojumu, cirkulācijas sūkņa darbību un vadības elektroniku.

Būtisks apkures trūkums, kas balstīts uz saules kolektoru izmantošanu, ir nespēja uzkrāt siltumenerģiju. Ķēdē ir iekļauta tikai izplešanās tvertne (+).

Atvērtie saules kolektori

Atvērts saules kolektors ir no ārējām ietekmēm neaizsargāta cauruļu sistēma, caur kurām cirkulē tieši saules uzsildīts dzesēšanas šķidrums.

Kā dzesēšanas šķidrumus izmanto ūdeni, gāzi, gaisu un antifrīzu. Caurules ir vai nu piestiprinātas pie atbalsta paneļa spoles veidā, vai savienotas paralēlās rindās ar izplūdes cauruli.

Atvērtie saules kolektori nespēj tikt galā ar privātmājas apkuri. Izolācijas trūkuma dēļ dzesēšanas šķidrums ātri atdziest. Tos izmanto vasarā galvenokārt ūdens sildīšanai dušās vai peldbaseinos.

Atvērtajiem kolektoriem parasti nav nekādas izolācijas. Dizains ir ļoti vienkāršs, tāpēc tam ir zemas izmaksas un tas bieži tiek izgatavots neatkarīgi.

Izolācijas trūkuma dēļ tie praktiski neuzglabā no saules saņemto enerģiju un tiem ir raksturīga zema efektivitāte. Tos galvenokārt izmanto vasarā ūdens sildīšanai peldbaseinos vai vasaras dušās.

Uzstādīts saulainos un siltos reģionos ar nelielām apkārtējā gaisa un uzsildāmā ūdens temperatūras atšķirībām. Tie labi darbojas tikai saulainā, bezvēja laikā.

Vienkāršākais saules kolektors ar siltuma izlietni, kas izgatavots no polimēru cauruļu spoles, nodrošinās apsildāma ūdens piegādi vasarnīcai apūdeņošanai un sadzīves vajadzībām

Cauruļveida kolektoru šķirnes

Cauruļveida saules kolektori tiek montēti no atsevišķām caurulēm, pa kurām plūst ūdens, gāze vai tvaiks. Šis ir viens no atvērto saules sistēmu veidiem. Tomēr dzesēšanas šķidrums jau ir daudz labāk aizsargāts no ārējās negatīvās ietekmes. Īpaši vakuumiekārtās, kas veidotas pēc termosu principa.

Katra caurule ir savienota ar sistēmu atsevišķi, paralēli viena otrai. Ja viena caurule neizdodas, to ir viegli nomainīt ar jaunu. Visu konstrukciju var montēt tieši uz ēkas jumta, kas ievērojami vienkāršo uzstādīšanu.

Cauruļveida kolektoram ir moduļu struktūra. Galvenais elements ir vakuuma caurule; cauruļu skaits svārstās no 18 līdz 30, kas ļauj precīzi izvēlēties sistēmas jaudu

Būtiska cauruļveida saules kolektoru priekšrocība ir galveno elementu cilindriskā forma, pateicoties kurai saules starojums tiek uztverts visas dienas garumā, neizmantojot dārgas gaismekļa kustības izsekošanas sistēmas.

Īpašs daudzslāņu pārklājums rada sava veida optisko slazdu saules gaismai. Diagramma daļēji parāda vakuuma kolbas ārējo sienu, kas atstaro starus uz iekšējās kolbas sienām (+)

Pamatojoties uz cauruļu konstrukciju, izšķir spalvu un koaksiālos saules kolektorus.

Koaksiālā caurule ir Diaur trauks vai pazīstams termoss. Izgatavots no divām kolbām, starp kurām tiek izvadīts gaiss. Iekšējās spuldzes iekšējai virsmai tiek uzklāts ļoti selektīvs pārklājums, kas efektīvi absorbē saules enerģiju.

Ar cilindrisku cauruli saules stari vienmēr krīt perpendikulāri virsmai

Siltumenerģija no iekšējā selektīvā slāņa tiek pārnesta uz siltuma cauruli vai iekšējo siltummaini, kas izgatavots no alumīnija plāksnēm. Šajā posmā rodas nevēlami siltuma zudumi.

Spalvu caurule ir stikla cilindrs, kura iekšpusē ir ievietots spalvu absorbētājs.

Sistēma savu nosaukumu ieguvusi no spalvu absorbētāja, kas cieši aptin termisko kanālu, kas izgatavots no siltumu vadoša metāla.

Lai nodrošinātu labu siltumizolāciju, no caurules ir izvadīts gaiss. Siltuma pārnešana no absorbētāja notiek bez zudumiem, tāpēc spalvu cauruļu efektivitāte ir augstāka.

Saskaņā ar siltuma pārneses metodi ir divas sistēmas: tiešās plūsmas un ar siltuma cauruli. Termiskā caurule ir noslēgta tvertne ar viegli iztvaikojošu šķidrumu.

Tā kā viegli iztvaikojošais šķidrums dabiski plūst uz siltuma caurules apakšējo daļu, minimālais slīpuma leņķis ir 20 ° C

Siltuma caurules iekšpusē ir viegli iztvaikojošs šķidrums, kas saņem siltumu no kolbas iekšējās sienas vai no spalvu absorbētāja. Temperatūras ietekmē šķidrums vārās un paceļas tvaika veidā. Pēc tam, kad siltums tiek nodots apkures vai karstā ūdens padeves dzesēšanas šķidrumam, tvaiks kondensējas šķidrumā un plūst uz leju.

Ūdeni bieži izmanto kā viegli iztvaikojošu šķidrumu zemā spiedienā. Vienreizējai sistēmai tiek izmantota U-veida caurule, caur kuru cirkulē ūdens vai apkures šķidrums.

Viena U-veida caurules puse ir paredzēta aukstam dzesēšanas šķidrumam, otrā noņem sakarsēto. Sildot, dzesēšanas šķidrums izplešas un nonāk uzglabāšanas tvertnē, nodrošinot dabisko cirkulāciju. Tāpat kā siltuma cauruļu sistēmās, minimālajam slīpuma leņķim jābūt vismaz 20⁰.

Izmantojot tiešās plūsmas savienojumu, spiediens sistēmā nevar būt augsts, jo kolbā ir tehnisks vakuums

Tiešās plūsmas sistēmas ir efektīvākas, jo tās nekavējoties uzsilda dzesēšanas šķidrumu. Ja saules kolektoru sistēmas plānots izmantot visu gadu, tad tajās tiek iesūknēts īpašs antifrīzs.

Cauruļveida saules kolektoru izmantošanai ir vairākas priekšrocības un trūkumi. Cauruļveida saules kolektora dizains sastāv no identiskiem elementiem, kurus ir salīdzinoši viegli nomainīt.

Priekšrocības:

• zemi siltuma zudumi;
• spēja strādāt temperatūrā līdz -30⁰С;
• efektīva veiktspēja visu diennakts gaišo laiku;
• laba veiktspēja apgabalos ar mērenu un aukstu klimatu;
• zems vējš, ko pamato cauruļveida sistēmu spēja izlaist caur sevi gaisa masas;
• iespēja ražot augstas temperatūras dzesēšanas šķidrumu.

Strukturāli cauruļveida struktūrai ir ierobežota atveres virsma.

Tam ir šādi trūkumi:

• nespēj pašattīrīties no sniega, ledus, sala;
• augsta cena.

Neskatoties uz sākotnējām augstajām izmaksām, cauruļveida kolektori atmaksājas ātrāk. Viņiem ir ilgs kalpošanas laiks.

Cauruļveida kolektori ir atvērta tipa saules enerģijas sistēmas, un tāpēc tie nav piemēroti lietošanai visu gadu apkures sistēmās (+)

Plakanas slēgtas sistēmas

Plakanais kolektors sastāv no alumīnija rāmja, speciāla absorbējošā slāņa - absorbētāja, caurspīdīga pārklājuma, cauruļvada un izolācijas.

Melnā lokšņu vara tiek izmantota kā absorbētājs, kam ir ideāla siltumvadītspēja saules sistēmu izveidei.Kad saules enerģiju absorbē absorbētājs, tā saņemtā saules enerģija tiek pārnesta uz dzesēšanas šķidrumu, kas cirkulē caur cauruļu sistēmu, kas atrodas blakus absorbētājam.

No ārpuses slēgtais panelis ir aizsargāts ar caurspīdīgu pārklājumu. Tas ir izgatavots no triecienizturīga rūdīta stikla ar pārraides joslu 0,4-1,8 mikroni. Šis diapazons veido maksimālo saules starojumu. Triecienizturīgs stikls nodrošina labu aizsardzību pret krusu. Aizmugurē viss panelis ir droši izolēts.

Plakanie saules kolektori izceļas ar maksimālu veiktspēju un vienkāršu dizainu. To efektivitāte palielinās, izmantojot absorbētāju. Tie spēj uztvert izkliedēto un tiešu saules starojumu

Slēgto plakano paneļu priekšrocību saraksts ietver:

• dizaina vienkāršība;
• labs sniegums reģionos ar siltu klimatu;
• iespēja uzstādīt jebkurā leņķī ar ierīcēm slīpuma leņķa maiņai;
• spēja pašattīrīties no sniega un sala;
• zemu cenu.

Plakanie saules kolektori ir īpaši izdevīgi, ja to izmantošana ir plānota projektēšanas stadijā. Kvalitatīvu produktu kalpošanas laiks ir 50 gadi.

Trūkumi ietver:

• lieli siltuma zudumi;
• smags svars;
• augsts vējš, kad paneļi ir novietoti leņķī pret horizontāli;
• veiktspējas ierobežojumi, ja temperatūras izmaiņas pārsniedz 40°C.

Slēgto kolektoru pielietojuma joma ir daudz plašāka nekā atvērtā tipa saules sistēmām. Vasarā viņi spēj pilnībā apmierināt vajadzību pēc karstā ūdens. Vēsajās dienās, kad komunālie pakalpojumi tos neiekļauj apkures periodā, tie var darboties gāzes un elektrisko sildītāju vietā.

Tiem, kas vēlas izgatavot saules kolektoru Lai savā mājā izveidotu apkures sistēmu ar savām rokām, mēs iesakām iepazīties ar praksē pārbaudītām diagrammām un soli pa solim montāžas instrukcijām.

Saules kolektoru raksturlielumu salīdzinājums

Vissvarīgākais saules kolektora rādītājs ir efektivitāte. Dažādu konstrukciju saules kolektoru lietderīgā veiktspēja ir atkarīga no temperatūras starpības. Tajā pašā laikā plakanie kolektori ir daudz lētāki nekā cauruļveida kolektori.

Efektivitātes vērtības ir atkarīgas no saules kolektora ražošanas kvalitātes. Diagrammas mērķis ir parādīt dažādu sistēmu izmantošanas efektivitāti atkarībā no temperatūras starpības

Izvēloties saules kolektoru, jāpievērš uzmanība vairākiem parametriem, kas parāda ierīces efektivitāti un jaudu.

Saules kolektoriem ir vairākas svarīgas īpašības:

• adsorbcijas koeficients - parāda absorbētās enerģijas attiecību pret kopējo;
• emisijas koeficients - parāda pārraidītās enerģijas attiecību pret absorbēto enerģiju;
• kopējā un apertūras laukums;
• Efektivitāte

Diafragmas laukums ir saules kolektora darba zona. Plakanam kolektoram ir maksimālais atvēruma laukums. Diafragmas laukums ir vienāds ar absorbētāja laukumu.

Metodes pieslēgšanai apkures sistēmai

Tā kā ar saules enerģiju darbināmas ierīces nevar nodrošināt stabilu visu diennakti enerģijas piegādi, ir nepieciešama sistēma, kas ir izturīga pret šiem trūkumiem.

Centrālajai Krievijai saules iekārtas nevar garantēt stabilu enerģijas plūsmu, tāpēc tās tiek izmantotas kā papildu sistēma. Integrācija esošajā apkures un karstā ūdens sistēmā ir atšķirīga saules kolektoram un saules baterijai.

Shēma ar ūdens savācēju

Atkarībā no siltuma kolektora izmantošanas mērķa tiek izmantotas dažādas pieslēguma sistēmas. Var būt vairākas iespējas:

1. Vasaras iespēja karstā ūdens apgādei
2. Ziemas iespēja apkurei un karstā ūdens apgādei

Vasaras variants ir visvienkāršākais, un to var izdarīt pat bez cirkulācijas sūknisizmantojot dabisko ūdens cirkulāciju.

Ūdens tiek uzkarsēts saules kolektorā un termiskās izplešanās dēļ nonāk uzglabāšanas tvertnē vai katlā. Šajā gadījumā notiek dabiskā cirkulācija: no tvertnes tiek izsūkts auksts ūdens, nevis karsts ūdens.

Ziemā zem nulles temperatūras tieša ūdens sildīšana nav iespējama. Speciālais antifrīzs cirkulē pa slēgtu ķēdi, nodrošinot siltuma pārnesi no kolektora uz siltummaini tvertnē

Tāpat kā jebkura sistēma, kuras pamatā ir dabiska cirkulācija, tā nedarbojas ļoti efektīvi, tāpēc ir nepieciešams ievērot nepieciešamos slīpumus. Turklāt uzglabāšanas tvertnei jābūt augstākai par saules kolektoru. Lai ūdens pēc iespējas ilgāk paliktu karsts, tvertnei jābūt rūpīgi izolētai.

Ja tiešām vēlaties panākt visefektīvāko saules kolektora darbību, pieslēguma shēma kļūs sarežģītāka.

Lai naktī kolektors nepārvērstos par dzesēšanas radiatoru, nepieciešams piespiedu kārtā apturēt ūdens cirkulāciju

Caur saules kolektoru sistēmu cirkulē nesasaldošs dzesēšanas šķidrums. Piespiedu cirkulāciju nodrošina sūknis, ko kontrolē regulators.

Kontrolieris kontrolē cirkulācijas sūkņa darbību, pamatojoties uz vismaz divu temperatūras sensoru rādījumiem. Pirmais sensors mēra temperatūru uzglabāšanas tvertnē, otrais - uz saules kolektora karstā dzesēšanas šķidruma padeves caurules.

Tiklīdz temperatūra tvertnē pārsniedz dzesēšanas šķidruma temperatūru, kolektora regulators izslēdz cirkulācijas sūkni, apturot dzesēšanas šķidruma cirkulāciju caur sistēmu. Savukārt, kad temperatūra uzglabāšanas tvertnē nokrītas zem iestatītās vērtības, apkures katls ieslēdzas.

Jauns vārds un efektīva alternatīva saules kolektoriem ar dzesēšanas šķidrumu ir kļuvušas sistēmas ar vakuuma caurules, ar kura darbības principu un dizainu iesakām iepazīties.

Shēma ar saules bateriju

Būtu vilinoši piemērot līdzīgu saules bateriju savienojuma shēma uz elektrotīklu, kā tas tiek īstenots saules kolektora gadījumā, akumulējot dienā saņemto enerģiju. Diemžēl privātmājas elektroapgādes sistēmai izveidot pietiekamas ietilpības akumulatoru bloku ir ļoti dārgi. Tāpēc savienojuma shēma izskatās šādi.

Samazinoties saules baterijas elektriskās strāvas jaudai, ATS bloks (automātiska rezerves ieslēgšanās) nodrošina patērētāju pieslēgšanu vispārējam elektrotīklam.

No saules paneļiem lādiņš tiek piegādāts uzlādes kontrollerim, kas veic vairākas funkcijas: nodrošina pastāvīgu akumulatoru uzlādi un stabilizē spriegumu. Tālāk elektriskā strāva tiek piegādāta invertoram, kur 12V vai 24V līdzstrāva tiek pārveidota par vienfāzes maiņstrāvu 220V.

Diemžēl mūsu elektriskie tīkli nav piemēroti enerģijas saņemšanai, tie var darboties tikai vienā virzienā no avota līdz patērētājam. Šī iemesla dēļ jūs nevarēsiet pārdot iegūto elektroenerģiju vai vismaz likt skaitītājam griezties pretējā virzienā.

Saules paneļu izmantošana ir izdevīga ar to, ka tie nodrošina daudzpusīgāku enerģijas veidu, taču tajā pašā laikā to efektivitāte nav salīdzināma ar saules kolektoriem. Tomēr pēdējiem nav iespēju uzkrāt enerģiju, atšķirībā no saules fotoelementu baterijām.

Jūs atradīsiet visu par iespējām organizēt privātmājas apkuri, izmantojot saules paneļus. Šajā rakstā.

Nepieciešamās jaudas aprēķināšanas piemērs

Aprēķinot nepieciešamo saules kolektora jaudu, aprēķini bieži tiek kļūdaini veikti, pamatojoties uz ienākošo saules enerģiju gada aukstākajos mēnešos.

Fakts ir tāds, ka atlikušajos gada mēnešos visa sistēma pastāvīgi pārkarsīs. Vasarā dzesēšanas šķidruma temperatūra pie saules kolektora izejas var sasniegt 200°C sildot tvaiku vai gāzi, 120°C antifrīzam, 150°C ūdenim. Ja dzesēšanas šķidrums vārās, tas daļēji iztvaiko. Rezultātā tas būs jāaizstāj.

Ražotāji iesaka balstīties uz šādiem skaitļiem:

• karstā ūdens piegādes nodrošināšana ne vairāk kā 70%;
• apkures sistēmas nodrošināšana ne vairāk kā 30%.

Pārējais nepieciešamais siltums ir jāģenerē ar standarta apkures iekārtām. Tomēr ar šādiem rādītājiem apkurei un karstā ūdens apgādei gadā tiek ietaupīti vidēji aptuveni 40%.

Vakuuma sistēmas vienas caurules ģenerētā jauda ir atkarīga no ģeogrāfiskās atrašanās vietas. Saules enerģijas krituma rādītājs uz 1 m gadā² Zemes stāvokli sauc par insolāciju.

Zinot caurules garumu un diametru, varat aprēķināt apertūru - efektīvo absorbcijas laukumu. Atliek piemērot absorbcijas un emisijas koeficientus, lai aprēķinātu vienas caurules jaudu gadā.

Aprēķinu piemērs:

Standarta caurules garums ir 1800 mm, efektīvais garums ir 1600 mm. Diametrs 58 mm. Diafragma ir ēnotais laukums, ko izveido caurule. Tādējādi ēnu taisnstūra laukums būs:

S = 1,6 * 0,058 = 0,0928 m²

Vidējās caurules efektivitāte ir 80%, saules insolācija Maskavai ir aptuveni 1170 kWh/m² gadā. Tādējādi gadā tiks ražota viena caurule:

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

Jāpiebilst, ka tas ir ļoti aptuvens aprēķins. Saražotās enerģijas daudzums ir atkarīgs no instalācijas orientācijas, leņķa, gada vidējās temperatūras u.c.

Ar visādiem alternatīvie enerģijas avoti un veidus, kā tos izmantot, varat atrast prezentētajā rakstā.

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

1. video. Saules kolektora darbības demonstrēšana ziemā:

2. video. Dažādu saules kolektoru modeļu salīdzinājums:

Visā savas pastāvēšanas laikā cilvēce katru gadu patērē arvien vairāk enerģijas. Mēģinājumi izmantot brīvo saules starojumu ir veikti jau ilgu laiku, taču tikai nesen ir kļuvis iespējams efektīvi izmantot sauli mūsu platuma grādos. Nav šaubu, ka saules sistēmas ir nākotne.

Vai vēlaties ziņot par interesantām iespējām, organizējot saules apkuri lauku mājā vai kotedžā? Lūdzu, ierakstiet komentārus zemāk esošajā blokā. Šeit varat uzdot jautājumu, atstāt fotoattēlu, kurā parādīts sistēmas montāžas process, un dalīties ar noderīgu informāciju.