Încălzirea solară la domiciliu cu colectoare: principiu de funcționare și preț

Conținutul articolului



Este realist să oferiți locuinței dvs. energie solară termică? Astăzi vom discuta despre perspectiva utilizării sistemelor solare ca principală sursă de încălzire, luând în considerare problema justificării economice și a eficienței colectoarelor solare.

Încălzirea solară la domiciliu cu colectoare: principiu de funcționare și preț

Principalele componente ale sistemului de încălzire

Colectorii solari servesc ca sursă de încălzire a sistemului solar, al cărui scop este cel mai eficient transfer al energiei spectrului infraroșu al radiației solare către lichidul de răcire. Intervalul termic al luminii solare este de 40–45% din fluxul radiativ total, în cifre specifice este de 200–500 W / m2 în funcție de latitudine, ora anului și ziua.

În principiu, colectoarele singure sunt suficiente pentru a construi cel mai simplu sistem solar. Prin canalele lor, se poate circula apă obișnuită, folosită pentru nevoile gospodăriei și pentru încălzirea locuinței. Cu toate acestea, această abordare nu este suficient de eficientă din mai multe motive, dintre care primul este lipsa reînnoirii pierderilor de energie pentru o zi întreagă. Prin urmare, unul dintre cele mai importante elemente ale unui sistem de încălzire solară este un acumulator de căldură – un recipient cu apă.

Încălzirea solară la domiciliu cu colectoare: principiu de funcționare și preț Schema de încălzire a locuințelor cu colectoare solare: 1 – alimentare cu apă rece; 2 – schimbător de căldură; 3 – acumulator de căldură; 4 – senzor de temperatură; 5 – circuit de răcire; 6 – stație de pompare; 7 – controler; 8 – rezervor de expansiune; 9 – apă caldă; 10 – supapă cu trei căi; 11 – colector solar

De asemenea, dispozitivul tehnic al colectorului solar acționează ca un fel de limitare. Canalele sale au o zonă de curgere destul de mică, ceea ce dă naștere la riscul de blocare cu impurități mecanice. Există, de asemenea, o probabilitate ridicată de înghețare a lichidului de răcire pe timp de noapte, în timp ce limita superioară a intervalului de temperatură de funcționare este de 200–300 ° С. Colectoarele sunt proiectate pentru circulația continuă rapidă a lichidului de răcire, care intră la temperatură scăzută, este încălzit rapid de lumina soarelui și la fel de rapid emană căldură bateriei.

Încălzirea solară la domiciliu cu colectoare: principiu de funcționare și preț Tuburi colectoare solare sub formă de U

Din aceste motive, se obișnuiește utilizarea propilenglicolului cu un set de aditivi speciali pentru încălzirea directă în conductele de căldură. Deci, al treilea element obligatoriu al sistemului solar de încălzire este un lichid de răcire special și un circuit de schimb, care este adesea inclus structural în acumulatorul de căldură sau poate face parte din colectorul în sine.

Soiuri și diferențe de colecționari

Fără a intra în detaliile tehnice ale dispozitivului, diferența principală între colectoarele plate și cele de vid constă în oportunitatea utilizării lor în diferite zone climatice. Colectoarele plate sunt cele mai utilizate în latitudinile sudice, cu temperaturi predominante peste zero, colectoarele de vid mai aproape de cele nordice.

Încălzirea solară la domiciliu cu colectoare: principiu de funcționare și preț Proiectarea unui colector solar plat: 1 – orificiu de răcire; 2 – cadru colector; 3 – sticlă rezistentă la grindină structurată; 4 – absorbant; 5 – tuburi de cupru; 6 – izolare termică; 7 – admisie lichid de răcire

Fezabilitatea utilizării anumitor tipuri de colectoare solare se datorează mai multor caracteristici:

  • incapacitatea colectoarelor de vid de a curăța independent zăpada;
  • pierderi mari de căldură ale colectoarelor solare plate, care cresc odată cu diferența de temperatură;
  • rezistență scăzută a colectoarelor plate la încărcăturile vântului;
  • costul ridicat al proiectului pentru colectoarele solare cu vid;
  • folosirea eficientă a colectoarelor plate.

Încălzirea solară la domiciliu cu colectoare: principiu de funcționare și preț Proiectarea colectorului de vid cu transfer indirect de căldură: 1 – intrarea purtătorului de căldură răcit; 2 – schimbător de căldură (colector); 3 – dop ermetic; 4 – tub de vid; 5 – placă de aluminiu (absorbant); 6 – conductă de căldură; 7 – fluid de lucru; 8 – orificiu de răcire încălzit; 9 – corpul radiatorului; 10 – condensator de conductă de căldură; 11 – izolare

Una dintre cele mai importante diferențe constă în procesul de instalare. Colectorii cu plăci plate necesită livrare pre-asamblată pe acoperiș, în timp ce colectoarele de vid pot fi asamblate la fața locului. De asemenea, colectoarele plate nu au, de obicei, propriul lor acumulator de căldură și circuitul de schimb..

Probleme cu energia solară

Sistemele de încălzire solare nu sunt lipsite de dezavantaje, dintre care cel mai important este inconstanța sursei de energie. Noaptea, sistemul nu se încălzește, iar pe vreme tulbure prelungită, așteptarea unui cer senin să încălzească casa este o plăcere sub medie. Dacă bateria, cu un volum suficient de mare, este capabilă să rețină cantitatea necesară de căldură cel puțin până dimineața, atunci câteva zile de funcționare autonomă în condiții de iluminare insuficientă pot fi așteptate numai cu o extindere semnificativă a fermei solare. Acest lucru, la rândul său, provoacă problema opusă: când atingeți modul de putere maximă (de exemplu, într-o zi de primăvară limpede), un astfel de sistem solar va necesita o îndepărtare mai intensă a căldurii sau oprirea temporară a mai multor absorbante odată cu umbrirea lor.

Încălzirea solară la domiciliu cu colectoare: principiu de funcționare și preț

Este important să înțelegem că sistemele solare din realitatea climatului rusesc nu pot fi utilizate ca singură sau principală sursă de încălzire. Cu toate acestea, sunt capabili să reducă semnificativ consumul de energie în timpul sezonului de încălzire. Colectoarele hibride funcționează în mod eficient în special, în care încălzitoarele sunt combinate cu fotocelule. Dacă tulburarea întârzie cea mai mare parte a radiațiilor IR, atunci pierderea părții fotoelectrice din spectru nu este atât de semnificativă.

Un alt dezavantaj al colectoarelor solare este necesitatea circulației forțate a lichidului de răcire în sistemul colector-acumulator. Unele colectoare de vid sunt echipate cu un rezervor pentru circulația naturală și situat deasupra absorbantului. Astfel de instalații sunt de obicei utilizate în sistemele de alimentare cu apă caldă, cu aport de apă sub presiunea unei alimentări cu apă rece. Există însă încă modalități de a stabili funcționarea comună a acestor colectoare solare cu un sistem de încălzire..

Încălzirea solară la domiciliu cu colectoare: principiu de funcționare și preț Colector solar cu vid cu rezervor

Integrare în sistemul de încălzire

Există două modalități de a combina colectoarele solare cu un sistem complex de încălzire lichid complex. Sursa principală de energie poate fi fie gaz, fie electricitate – nu există nicio diferență semnificativă.

Prima opțiune este încălzirea bateriei totale zilnice. Acumulatorul comunică cu centrala împreună și secvențial; dacă temperatura nu este suficient de ridicată, aceasta din urmă este pusă în funcțiune și încălzește lichidul. Un sistem de acest fel proiectat corect poate funcționa eficient chiar și fără circulație forțată..

Încălzirea solară la domiciliu cu colectoare: principiu de funcționare și preț 1 – circuit de încălzire; 2 – lichid de încălzire; 3 – senzor de temperatură; 4 – stație de pompare; 5 – controler; 6 – pompă; 7 – rezervor de expansiune; 8 – apă sanitară; 9 – apă rece; 10 – alimentare cu apă caldă; 11 – colector solar; 12 – cazan de încălzire

Al doilea tip de combinație implică utilizarea unui acumulator de căldură cu două circuite. Prin intermediul unuia, căldura este îndepărtată din colector, prin al doilea – încălzirea lichidului de răcire din sistem, apa din acumulator servește ca sursă de alimentare cu apă caldă. Deoarece circuitele sunt izolate unul de celălalt, mai multe fluide absorbante de căldură sau antigel pot fi utilizate în sistemul de încălzire și în ciclul de schimb de căldură din colectorul solar. Dezavantajul principal este volatilitatea sistemului, deoarece în ambele circuite circulația este forțată.

Încălzirea solară la domiciliu cu colectoare: principiu de funcționare și preț 1 – alimentare cu apă rece; 2 – senzor de temperatură; 3 – schimbător de căldură pentru colector solar; 4 – schimbător de căldură din cazan; 5 – circuit de răcire a colectorului; 6 – stație de pompare; 7 – controler; 8 – rezervor de expansiune; 9 – pompă de circulație; 10 – evacuare apă caldă; 11 – cazan de încălzire; 12 – colector solar

Etapele de calcul și instalare a puterii

Tranziția la energia solară nu acceptă grabă și o abordare superficială. Adesea, concluziile despre oportunitatea instalării unui sistem solar pot fi trase numai după câțiva ani de observații și calcule..

Din păcate, nu are prea mult sens să te bazezi pe hărțile solare, deoarece condițiile meteo locale pot distorsiona foarte mult media. Prin urmare, primul lucru de făcut este să compilați în mod independent un raport privind intensitatea radiațiilor solare în locul în care sunt instalate colectoarele. Piramometrele sunt utilizate pentru măsurători; în termen de 5 mii de ruble, puteți achiziționa un dispozitiv bugetar cu un set suficient de funcții.

Încălzirea solară la domiciliu cu colectoare: principiu de funcționare și preț piranometru

Măsurătorile trebuie luate în diferite momente ale zilei, cu o frecvență de aproximativ o săptămână pe tot parcursul anului. În procesul măsurătorilor, trebuie să se țină seama de unghiul de înclinare și orientarea colectoarelor. Datele rezultate sunt verificate în cele din urmă cu statisticile centrului hidrometeorologic pe procentul de zile înnorate pe an..

Pentru a asigura eficiența ridicată a instalației solare, ar trebui să se ia în considerare cel mai negativ scenariu, adică cea mai lungă perioadă cu cea mai mică iluminare ar trebui luată ca punct de referință. În mod ideal, puteți acorda alocații pentru probabilitatea condițiilor meteorologice și mai proaste folosind statistici meteorologice din ultimii 15-20 de ani. Datele obținute asupra energiei solare primite vor ajuta la stabilirea suprafeței totale necesare a câmpului de absorbție și la determinarea numărului de colectori care trebuie achiziționați.

Încălzirea solară la domiciliu cu colectoare: principiu de funcționare și preț

După cum am menționat, colecționarii sunt foarte rar folosiți ca principală sursă de încălzire, de obicei joacă un rol auxiliar. Dar cota de participare poate fi calculată, este indicată ca procent din puterea totală a sistemului de alimentare a casei sau a pierderii de căldură. După ce a primit numărul necesar de kilowati, acesta este înmulțit cu eficiența optică a amortizoarelor, se adaugă mai mulți coeficienți – corecții pentru orientare, pantă, condiții de temperatură, precum și o marjă de siguranță.

În funcție de valoarea „netă” a puterii generate, se selectează următoarele:

  • numărul necesar de colectori ai unui anumit model și, în medie, un singur colector de rezervă pentru fiecare 10-15 în funcționare;
  • sistem de conducte cu debitul și rezistența la căldură recomandate de producător;
  • grup de circulație, valve de închidere, alte dispozitive auxiliare;
  • volumul și locația rezervorului de depozitare. În sistemele cu o capacitate de stocare zilnică sau de extracție a căldurii mai mare de 20 kW, are sens să construiți rezervoare de beton izolate cu un volum de 15-20 m3.

Încălzirea solară la domiciliu cu colectoare: principiu de funcționare și preț

Pentru auto-instalare și întreținere, este necesar să se elaboreze un proiect al sistemului, să se aloce un loc pentru amplasarea dispozitivelor auxiliare și să se fixeze colectorul solar pe versantul acoperișului sudic (pentru emisfera nordică), ținând cont de recomandările furnizorului de echipamente cu privire la încărcările eoliene. Nu uitați că achiziționând o gamă completă de echipamente de la un distribuitor, aveți ocazia să redactați gratuit, dacă nu un proiect al unui sistem de încălzire solară, atunci cel puțin o listă de echipamente și componente compatibile..

Încălzirea solară la domiciliu cu colectoare: principiu de funcționare și preț

Am nevoie de o pompă de căldură

Unul dintre dezavantajele principale ale sistemelor de încălzire solară este costul ridicat. În timp ce tehnologia de producție a colectoarelor plate este bine stăpânită, absorbantele de vid rămân scumpe, iar în anumite condiții meteorologice va fi posibilă doar operarea cu succes a acestora. Există însă o altă alternativă – colectoare de tip aer.

Încălzirea solară la domiciliu cu colectoare: principiu de funcționare și preț

Colector solar de tip aer

Datorită dispozitivului mai simplu, costul lor este mai mic, plus că există posibilitatea unei funcționări autonome. Eficiența colectoarelor de aer este crescută odată cu instalarea unui ventilator suflant alimentat de un panou solar integrat. Datorită accelerării, dar proporțional cu încălzirea, răcirea canalelor, pierderile de căldură de retur prin colector sunt reduse la minimum. Limitarea puterii poate fi realizată prin controlul vitezei ventilatorului sau prin simpla blocare a debitului – colectoarele de aer nu se tem de șoc termic, în plus, este ușor de configurat recircularea naturală.

Lipsa sistemelor de aer într-un grad mic de încălzire a lichidului de răcire. Capacitatea de căldură a aerului este mai mică, plus absorbantul este aproape întotdeauna încălzit fără focalizare. Pentru a se putea integra în sistemul de încălzire (care este cel mai adesea necesar din cauza imposibilității de a pune un canal de ventilație într-o cameră încălzită), este necesară într-adevăr o pompă de căldură sau un sistem de divizare.

Încălzirea solară la domiciliu cu colectoare: principiu de funcționare și preț

Dar pompele de căldură cu sursă de aer pot fi de asemenea utilizate pentru a crește eficiența aerului condiționat. Cu acestea, viteza de circulație poate fi ridicată la valori care nu sunt acceptabile în sistemele de ventilație casnice, ceea ce dă o creștere de 2-3 ori a producției datorită diferenței mari de temperatură. Noaptea, colectorul va avea, de asemenea, o rată de producție scăzută în intervalul de temperatură de funcționare.

Aerul utilizat ca purtător de căldură poate fi dezumidificat sau înlocuit cu dioxid de carbon sau cu un alt gaz care păstrează căldura. Cu toate acestea, nu are sens să folosiți pompe de căldură cu un circuit primar de apă: sunt proiectate inițial pentru a funcționa cu o diferență ridicată de temperatură și, prin urmare, creșterea puterii nu este suficientă pentru a justifica costurile instalației.

Costul sistemului de încălzire solară

Plăcerea de a folosi energie curată vine la un preț ridicat, cel puțin pentru ziua de azi. Pentru a fi corect, există câteva noutăți pozitive: în ultimii cinci ani, costul producției de colectoare plate a scăzut de 2-2,5 ori, la fel se poate aștepta în curând și la dispozitivele cu amortizoare de vid.

Încălzirea solară la domiciliu cu colectoare: principiu de funcționare și preț

Costul colectoarelor plate și vidului este determinat de volumul de producție – valoarea radiației solare în condiții ideale de iluminare, adică de puterea specifică. În medie, pentru 1 kW de colectoare solare de tip plat, va trebui să plătiți aproximativ 350-500 USD, iar pentru o instalare completă cu o baterie externă – aproximativ 800-1000 USD. Costul colectoarelor solare cu vid variază într-un interval mai mare – de la 600 $ la 1000-1200 USD pe complex, în funcție de calitatea performanței, materialul tubului, izolația schimbătorului de căldură și alte caracteristici..

Pentru colectorii capacitivi, standardul de măsurare se aplică în litri de apă încălzită la cea mai înaltă temperatură posibilă. Cantitatea de energie electrică generată poate fi calculată fie prin suprafața totală a absorbantului, fie prin exprimarea acesteia prin capacitatea specifică de căldură a apei. În funcție de complexitatea sistemului, costul variază foarte mult, prețul unuia dintre exemplele din segmentul pieței medii ajunge la 1.500 USD pentru 300 litri (pentru 4-5 rezidenți) cu o diferență de temperatură de aproximativ 50 ° C, ceea ce este echivalent cu 2,5 kW de putere specifică.

Citește mai mult  Conectarea convectoarelor electrice prin intermediul unui contactor
Evaluează acest articol
( Încă nu există evaluări )
Adaugă comentarii

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: