Solární vytápění soukromého domu: možnosti a schémata návrhu

Využití „zelené“ energie dodávané přírodními živly může výrazně snížit náklady na energie.Například uspořádáním solárního vytápění pro soukromý dům dodáte nízkoteplotní radiátory a systémy podlahového vytápění prakticky zdarma chladicí kapalinu. Souhlas, to už šetří peníze.

Vše o „zelených technologiích“ se dozvíte z našeho navrhovaného článku. S naší pomocí snadno pochopíte typy solárních instalací, způsoby jejich konstrukce a specifika provozu. Pravděpodobně vás bude zajímat jedna z oblíbených možností, které ve světě aktivně fungují, ale u nás zatím nejsou příliš žádané.

V přehledu, který vám bude předložen, jsou analyzovány konstrukční vlastnosti systémů a podrobně popsána schémata zapojení. Pro posouzení reálnosti jeho konstrukce je uveden příklad výpočtu solárního topného okruhu. Na pomoc nezávislým řemeslníkům jsou zahrnuty sbírky fotografií a videa.

Technologie „zeleného“ tepla

Průměrně 1 m² Zemský povrch přijímá 161 wattů sluneční energie za hodinu. Samozřejmě, že na rovníku bude toto číslo mnohonásobně vyšší než v Arktidě. Hustota slunečního záření navíc závisí na roční době.

V moskevské oblasti se intenzita slunečního záření v prosinci až lednu liší od května až července více než pětkrát. Moderní systémy jsou však natolik účinné, že mohou fungovat téměř kdekoli na zemi.

Moderní solární systémy mohou efektivně fungovat v zataženém a chladném počasí až do -30°C

Úkol použití energii slunečního záření s maximální účinností je řešen dvěma způsoby: přímým ohřevem v termických kolektorech a solárními fotovoltaickými bateriemi. Solární panely nejprve přeměňují energii slunečních paprsků na elektřinu, poté ji předávají speciálním systémem spotřebitelům, například elektrokotlem.

Tepelné kolektory při zahřívání slunečními paprsky ohřívají chladicí kapalinu systémů vytápění a zásobování teplou vodou.

Tepelné kolektory se dodávají v několika typech, včetně otevřených a uzavřených systémů, plochých a kulových provedení, polokulových koncentrátorových kolektorů a mnoha dalších možností. Tepelná energie získaná ze solárních kolektorů se využívá k ohřevu teplé vody nebo topné kapaliny.

Průmysl vyrábí širokou škálu kolektorových systémů pro začlenění do nezávislé topné sítě. Nejjednodušší možnost pro letní sídlo je však snadné udělat vlastníma rukama:

Přestože došlo k jasnému pokroku ve vývoji řešení pro sklizeň, skladování a využívání solární energie, existují výhody a nevýhody.

Efektivní využití solární energie

Nejviditelnější výhodou využití solární energie je její univerzální dostupnost. Ve skutečnosti lze solární energii shromažďovat a využívat i v tom nejchmurnějším a nejoblačnějším počasí.

Druhou výhodou jsou nulové emise. Ve skutečnosti je to nejekologičtější a nejpřirozenější forma energie. Solární panely a kolektory neprodukují hluk. Ve většině případů jsou instalovány na střechách budov, aniž by zabíraly užitnou plochu příměstské oblasti.

Účinnost solárního ohřevu v našich zeměpisných šířkách je poměrně nízká, což je vysvětleno nedostatečným počtem slunečných dnů pro pravidelný provoz systému (+)

Nevýhody spojené s využíváním sluneční energie jsou variabilita osvětlení. V noci není co sbírat, situaci zhoršuje fakt, že vrchol topné sezóny nastává v nejkratším denním světle v roce. Je nutné hlídat optickou čistotu panelů, mírné znečištění výrazně snižuje účinnost.

Navíc nelze říci, že provoz solárního systému je zcela zdarma, jsou zde stálé náklady na odpisy zařízení, provoz oběhového čerpadla a řídicí elektroniky.

Významnou nevýhodou vytápění založeného na využití solárních kolektorů je chybějící schopnost akumulovat tepelnou energii. V okruhu je zahrnuta pouze expanzní nádrž (+).

Otevřete solární kolektory

Otevřený solární kolektor je soustava trubic, nechráněných před vnějšími vlivy, kterými cirkuluje chladivo ohřáté přímo sluncem.

Jako chladicí kapaliny se používá voda, plyn, vzduch a nemrznoucí kapalina. Trubky jsou buď připevněny k nosnému panelu ve formě cívky, nebo připojeny v paralelních řadách k výstupní trubce.

Otevřené solární kolektory nejsou schopny vyrovnat se s vytápěním soukromého domu. Kvůli chybějící izolaci se chladicí kapalina rychle ochladí. Používají se v létě především k ohřevu vody ve sprchách nebo bazénech.

Otevřené kolektory obvykle nemají žádnou izolaci. Konstrukce je velmi jednoduchá, proto má nízkou cenu a často se vyrábí nezávisle.

Kvůli chybějící izolaci prakticky neukládají energii přijatou ze slunce a vyznačují se nízkou účinností. Používají se především v létě k ohřevu vody v bazénech nebo letních sprchách.

Instaluje se ve slunných a teplých oblastech s malými rozdíly v teplotě okolního vzduchu a ohřáté vody. Dobře fungují pouze za slunečného počasí bez větru.

Nejjednodušší solární kolektor s chladičem vyrobeným ze spirály polymerových trubek zajistí dodávku ohřáté vody do dachy pro zavlažování a domácí potřeby

Odrůdy trubicových kolektorů

Trubicové solární kolektory jsou sestaveny z jednotlivých trubic, kterými proudí voda, plyn nebo pára. Jedná se o jeden z typů otevřených solárních systémů. Chladicí kapalina je však již mnohem lépe chráněna před vnějšími negativy. Zejména ve vakuových instalacích, navržených na principu termosek.

Každá trubice je připojena k systému samostatně, vzájemně paralelně. Pokud jedna trubka selže, je snadné ji vyměnit za novou. Celou konstrukci lze sestavit přímo na střeše budovy, což značně zjednodušuje instalaci.

Trubkový kolektor má modulární konstrukci. Hlavním prvkem je vakuová trubice; počet trubic se pohybuje od 18 do 30, což umožňuje přesně zvolit výkon systému

Významnou výhodou trubicových solárních kolektorů je válcový tvar hlavních prvků, díky kterému je sluneční záření zachycováno po celý den bez použití drahých systémů pro sledování pohybu svítidla.

Speciální vícevrstvý povlak vytváří jakousi optickou past na sluneční světlo. Diagram částečně ukazuje vnější stěnu vakuové baňky odrážející paprsky na stěny vnitřní baňky (+)

Na základě konstrukce trubic se rozlišují pérové ​​a koaxiální solární kolektory.

Koaxiální trubice je nádoba Diaur nebo známá termoska. Vyrobeno ze dvou baněk, mezi kterými je evakuován vzduch. Na vnitřní povrch vnitřní baňky je aplikován vysoce selektivní povlak, který účinně absorbuje sluneční energii.

U válcového tubusu dopadají sluneční paprsky vždy kolmo k povrchu

Tepelná energie z vnitřní selektivní vrstvy se přenáší do tepelné trubice nebo vnitřního výměníku tepla z hliníkových desek. V této fázi dochází k nežádoucím tepelným ztrátám.

Péřová trubice je skleněný válec s vloženým pohlcovačem peří.

Systém dostal svůj název podle tlumiče peří, který těsně obepíná tepelný kanál vyrobený z teplovodivého kovu.

Pro dobrou tepelnou izolaci byl vzduch z trubky odveden. Přenos tepla z absorbéru probíhá beze ztrát, takže účinnost pérových trubic je vyšší.

Podle způsobu přenosu tepla existují dva systémy: přímoproudé a s tepelnou trubicí. Tepelná trubice je uzavřená nádoba se snadno odpařující se kapalinou.

Vzhledem k tomu, že snadno se odpařující kapalina přirozeně proudí ke dnu tepelné trubice, minimální úhel sklonu je 20°C

Uvnitř tepelné trubice je snadno se odpařující kapalina, která přijímá teplo z vnitřní stěny baňky nebo z absorbéru peří. Pod vlivem teploty se kapalina vaří a stoupá ve formě páry. Po předání tepla do topné kapaliny nebo chladicí kapaliny přívodu horké vody pára kondenzuje na kapalinu a stéká dolů.

Voda se často používá jako snadno se odpařující kapalina při nízkém tlaku. Průtokový systém používá trubici ve tvaru U, kterou cirkuluje voda nebo topná kapalina.

Jedna polovina trubice ve tvaru U je určena pro studenou chladicí kapalinu, druhá odvádí ohřátou. Při zahřátí se chladicí kapalina rozšiřuje a vstupuje do akumulační nádrže, což zajišťuje přirozenou cirkulaci. Stejně jako u systémů s tepelnými trubicemi musí být minimální úhel sklonu alespoň 20°.

U připojení s přímým průtokem nemůže být tlak v systému vysoký, protože uvnitř baňky je technické vakuum

Systémy s přímým prouděním jsou účinnější, protože okamžitě ohřívají chladicí kapalinu. Pokud se plánuje použití solárních kolektorových systémů po celý rok, pak se do nich čerpá speciální nemrznoucí směs.

Použití trubicových solárních kolektorů má řadu výhod i nevýhod. Konstrukce trubicového solárního kolektoru se skládá z identických prvků, které jsou poměrně snadno vyměnitelné.

výhody:

• nízké tepelné ztráty;
• schopnost pracovat při teplotách až -30⁰С;
• efektivní výkon během denních hodin;
• dobrý výkon v oblastech s mírným a chladným klimatem;
• nízký vítr, odůvodněný schopností trubkových systémů procházet vzduchovými hmotami;
• možnost výroby vysokoteplotní chladicí kapaliny.

Strukturálně má trubková struktura omezený povrch otvoru.

Má následující nevýhody:

• není schopen samočištění od sněhu, ledu, mrazu;
• vysoká cena.

I přes počáteční vysoké náklady se trubkové kolektory zaplatí rychleji. Mají dlouhou životnost.

Trubicové kolektory jsou solární systémy otevřeného typu, a proto nejsou vhodné pro celoroční použití v topných systémech (+)

Ploché uzavřené systémy

Plochý kolektor se skládá z hliníkového rámu, speciální absorpční vrstvy - absorbéru, transparentního nátěru, potrubí a izolace.

Jako absorbér je použit černěný měděný plech, který má ideální tepelnou vodivost pro vytváření solárních systémů.Když je sluneční energie absorbována absorbérem, sluneční energie, kterou přijímá, se přenáší do chladiva cirkulujícího trubkovým systémem sousedícím s absorbérem.

Na vnější straně je uzavřený panel chráněn průhledným povlakem. Je vyrobeno z nárazuvzdorného tvrzeného skla s propustným pásmem 0,4-1,8 mikronu. Tento rozsah odpovídá maximálnímu slunečnímu záření. Nárazuvzdorné sklo poskytuje dobrou ochranu proti krupobití. Na zadní straně je celý panel spolehlivě izolován.

Ploché solární kolektory se vyznačují maximálním výkonem a jednoduchým designem. Jejich účinnost se zvyšuje díky použití absorbéru. Jsou schopny zachytit difúzní i přímé sluneční záření

Seznam výhod uzavřených plochých panelů zahrnuje:

• jednoduchost designu;
• dobrý výkon v oblastech s teplým klimatem;
• možnost instalace v jakémkoli úhlu se zařízeními pro změnu úhlu sklonu;
• schopnost samočištění od sněhu a mrazu;
• nízká cena.

Ploché solární kolektory jsou zvláště výhodné, pokud je jejich použití plánováno již ve fázi návrhu. Životnost kvalitních výrobků je 50 let.

Mezi nevýhody patří:

• vysoké tepelné ztráty;
• těžká váha;
• vysoké větrání, když jsou panely umístěny pod úhlem k horizontále;
• omezení výkonu, když změny teploty překročí 40 °C.

Rozsah použití uzavřených kolektorů je mnohem širší než u solárních systémů otevřeného typu. V létě jsou schopny plně uspokojit potřebu teplé vody. V chladných dnech, kdy je veřejné služby nezahrnují do topného období, mohou pracovat místo plynových a elektrických ohřívačů.

Pro ty, kteří chtějí vyrobit solární kolektor Chcete-li si postavit topný systém ve své chatě vlastníma rukama, doporučujeme vám seznámit se s praxí vyzkoušenými schématy a podrobnými pokyny k montáži.

Porovnání charakteristik solárních kolektorů

Nejdůležitějším ukazatelem solárního kolektoru je účinnost. Užitný výkon solárních kolektorů různých konstrukcí závisí na teplotním rozdílu. Ploché kolektory jsou přitom mnohem levnější než trubkové.

Hodnoty účinnosti závisí na kvalitě výroby solárního kolektoru. Účelem grafu je ukázat efektivitu použití různých systémů v závislosti na rozdílu teplot

Při výběru solárního kolektoru byste měli věnovat pozornost řadě parametrů ukazujících účinnost a výkon zařízení.

Sluneční kolektory mají několik důležitých vlastností:

• adsorpční koeficient - ukazuje poměr absorbované energie k celkové;
• emisní koeficient - ukazuje poměr přenesené energie k energii absorbované;
• celková plocha a plocha otvoru;
• Účinnost

Plocha apertury je pracovní plocha solárního kolektoru. Plochý kolektor má maximální plochu apertury. Plocha otvoru se rovná ploše absorbéru.

Způsoby připojení k topnému systému

Vzhledem k tomu, že solárně napájená zařízení nedokážou zajistit stabilní a nepřetržitou dodávku energie, je zapotřebí systém, který je odolný vůči těmto nedostatkům.

Pro střední Rusko nemohou solární zařízení zaručit stabilní tok energie, proto se používají jako doplňkový systém. Integrace do stávajícího systému vytápění a ohřevu vody je u solárního kolektoru a solární baterie odlišná.

Schéma se sběračem vody

V závislosti na účelu použití kolektoru tepla se používají různé systémy připojení. Může být několik možností:

1. Letní varianta pro zásobování teplou vodou
2. Zimní varianta vytápění a ohřevu vody

Letní varianta je nejjednodušší a lze ji provést i bez oběhové čerpadlopomocí přirozené cirkulace vody.

Voda se ohřívá v solárním kolektoru a vlivem tepelné roztažnosti se dostává do zásobníku nebo kotle. V tomto případě dochází k přirozené cirkulaci: místo horké vody je ze zásobníku nasávána studená voda.

V zimě při teplotách pod nulou není možný přímý ohřev vody. Speciální nemrznoucí směs cirkuluje uzavřeným okruhem a zajišťuje přenos tepla z kolektoru do výměníku tepla v nádrži

Jako každý systém založený na přirozené cirkulaci nefunguje příliš efektivně a vyžaduje dodržování nezbytných sklonů. Akumulační nádrž musí být navíc výše než solární kolektor. Aby voda vydržela horká co nejdéle, je třeba nádrž důkladně izolovat.

Pokud chcete skutečně dosáhnout co nejefektivnějšího provozu solárního kolektoru, schéma zapojení se zkomplikuje.

Aby se kolektor v noci neproměnil v chladící radiátor, je nutné násilně zastavit cirkulaci vody

Nemrznoucí chladicí kapalina cirkuluje systémem solárních kolektorů. Nucený oběh zajišťuje čerpadlo ovládané regulátorem.

Regulátor řídí provoz oběhového čerpadla na základě odečtů alespoň dvou teplotních čidel. První snímač měří teplotu v akumulační nádrži, druhý - na přívodním potrubí horkého chladicího média solárního kolektoru.

Jakmile teplota v nádrži překročí teplotu chladicí kapaliny, regulátor v kolektoru vypne oběhové čerpadlo a zastaví cirkulaci chladicí kapaliny systémem. Jakmile teplota v zásobníku klesne pod nastavenou hodnotu, zapne se topný kotel.

Novým slovem a účinnou alternativou k solárním kolektorům s chladicí kapalinou se staly systémy s vakuové trubky, s jehož principem fungování a konstrukcí doporučujeme seznámit se.

Schéma se solární baterií

Bylo by lákavé použít něco podobného schéma zapojení solární baterie do elektrické sítě, jako je tomu u solárního kolektoru, akumulující energii přijatou během dne. Bohužel pro napájecí systém soukromého domu je velmi nákladné vytvořit baterii s dostatečnou kapacitou. Schéma zapojení tedy vypadá takto.

Při poklesu výkonu elektrického proudu ze solární baterie jednotka ATS (automatické zapnutí rezervy) zajistí připojení spotřebičů k veřejné elektrické síti.

Ze solárních panelů je náboj přiváděn do regulátoru nabíjení, který plní několik funkcí: zajišťuje neustálé dobíjení baterií a stabilizuje napětí. Dále je elektrický proud přiváděn do střídače, kde se stejnosměrný proud 12V nebo 24V převádí na jednofázový střídavý proud 220V.

Naše elektrické sítě bohužel nejsou vhodné pro příjem energie, mohou fungovat pouze jedním směrem od zdroje ke spotřebiteli. Z tohoto důvodu nebudete moci vytěženou elektřinu prodat nebo alespoň nechat měřidlo točit opačným směrem.

Využití solárních panelů je výhodné v tom, že poskytují všestrannější typ energie, ale zároveň se v účinnosti nemohou srovnávat se solárními kolektory. Ty však nemají schopnost ukládat energii, na rozdíl od solárních fotovoltaických baterií.

Najdete zde vše o možnostech organizace vytápění soukromého domu pomocí solárních panelů. V tomto článku.

Příklad výpočtu potřebného výkonu

Při výpočtu potřebného výkonu solárního kolektoru se často mylně kalkuluje na základě příchozí sluneční energie v nejchladnějších měsících roku.

Faktem je, že ve zbývajících měsících roku se bude celý systém neustále přehřívat. V létě může teplota chladicí kapaliny na výstupu ze solárního kolektoru dosáhnout 200°C při ohřevu páry nebo plynu, 120°C u nemrznoucí směsi, 150°C u vody. Pokud se chladicí kapalina vaří, částečně se odpaří. V důsledku toho bude muset být vyměněn.

Výrobci doporučují vycházet z následujících obrázků:

• zajištění dodávky teplé vody ne více než 70 %;
• zajištění topného systému ne více než 30 %.

Zbytek potřebného tepla musí vyrobit standardní topné zařízení. Nicméně s takovými ukazateli se ročně ušetří v průměru asi 40 % na vytápění a zásobování teplou vodou.

Výkon generovaný jednou trubicí vakuového systému závisí na geografické poloze. Ukazatel poklesu sluneční energie na 1 m za rok² země se nazývá oslunění.

Znáte-li délku a průměr trubice, můžete vypočítat aperturu - efektivní absorpční plochu. Zbývá použít absorpční a emisní koeficienty pro výpočet výkonu jedné trubice za rok.

Příklad výpočtu:

Standardní délka trubky je 1800 mm, efektivní délka je 1600 mm. Průměr 58 mm. Clona je zastíněná oblast vytvořená trubicí. Oblast stínového obdélníku tedy bude:

S = 1,6 x 0,058 = 0,0928 m²

Účinnost střední trubice je 80%, sluneční záření pro Moskvu je asi 1170 kWh/m² v roce. Jedna trubka tedy vyrobí ročně:

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

Nutno podotknout, že jde o velmi hrubý odhad. Množství vyrobené energie závisí na orientaci instalace, úhlu, průměrné roční teplotě atd.

Se všemi druhy alternativní zdroje energie a způsoby jejich použití najdete v prezentovaném článku.

Závěry a užitečné video k tématu

Video #1. Ukázka provozu solárního kolektoru v zimě:

Video #2. Porovnání různých modelů solárních kolektorů:

Lidstvo po celou dobu své existence spotřebovává každým rokem více a více energie. Pokusy o využití volného slunečního záření se provádějí již dlouhou dobu, ale až v poslední době je možné efektivně využívat slunce v našich zeměpisných šířkách. Není pochyb o tom, že solární systémy jsou budoucností.

Chcete nahlásit zajímavé funkce v organizaci solárního vytápění pro venkovský dům nebo chalupu? Komentáře pište do bloku níže. Zde můžete položit otázku, zanechat fotografii demonstrující proces sestavení systému a sdílet užitečné informace.