Solvarme hjemme med samlere: driftsprinsipp og pris

Er det realistisk å gi huset ditt solenergi? I dag skal vi diskutere utsiktene til å bruke solsystemer som hovedkilde til oppvarming, vurdere spørsmålet om økonomisk begrunnelse og effektivitet for solfangere.

Innholdsfortegnelse i artikkelen

1. Hovedkomponentene i varmesystemet
2. Variasjoner og forskjeller på samlere
3. Solenergiproblemer
4. Integrering i varmesystemet
5. Effektberegning og installasjonstrinn
6. Trenger jeg en varmepumpe
7. Kostnad for solvarmeanlegg

Hovedkomponentene i varmesystemet

Solfangere fungerer som varmekilde for solsystemet, hvis formål er den mest effektive overføringen av energien fra det infrarøde spektret av solstråling til kjølevæsken. Det termiske området for sollys er 40–45% av den totale strålingsstrømmen, i spesifikke tall er den 200–500 W / m² avhengig av breddegrad, tid på året og dagen.

I prinsippet er samlere alene tilstrekkelige til å bygge det enkleste solsystemet. Gjennom sine kanaler kan vanlig vann sirkulere, brukt til husholdningsbehov og til å varme opp hus. Imidlertid er denne tilnærmingen ikke effektiv nok av flere årsaker, hvorav den første er mangelen påfyll av energitap i en hel dag. Derfor er et av de viktigste elementene i et solvarmeanlegg en varmeakkumulator – en beholder med vann.

Husvarmeplan med solfangere: 1 – kaldt vannforsyning; 2 – varmeveksler; 3 – varmeakkumulator; 4 – temperatursensor; 5 – kjølevæskekrets; 6 – pumpestasjon; 7 – kontroller; 8 – ekspansjonstank; 9 – varmt vann; 10 – treveis ventil; 11 – solfanger

Den tekniske enheten til solfangeren er også en slags begrensning. Kanalene har et ganske lite strømningsområde, noe som gir risiko for tilstopping med mekaniske urenheter. Det er også stor sannsynlighet for at kjølevæsken fryser om natten, mens den øvre grensen for driftstemperaturområdet er 200–300 ° С. Samlerne er designet for rask kontinuerlig sirkulasjon av kjølevæsken, som kommer inn på lav temperatur, blir raskt oppvarmet av sollys og like raskt overfører varme til batteriet.

Vakuum U-formede rør av solfanger

Av disse grunner er det vanlig å bruke propylenglykol med et sett spesielle tilsetningsstoffer for direkte oppvarming i varmeledninger. Så, det tredje obligatoriske elementet i solvarmesystemet er en spesiell kjølevæske og en utvekslingskrets, som ofte er strukturelt inkludert i varmeakkumulatoren, eller kan være en del av selve samleren.

Variasjoner og forskjeller på samlere

Uten å gå inn på de tekniske detaljene på enheten, ligger hovedforskjellen mellom flate og vakuumsamlere i hensiktsmessigheten av bruken av dem i forskjellige klimasoner. Flate samlere brukes best på sørlige breddegrader med rådende temperaturer over null, vakuumere dem nærmere de nordlige.

Flat solfanger design: 1 – kjølevæskuttak; 2 – samleramme; 3 – strukturert haglresistent glass; 4 – absorber; 5 – kobberrør; 6 – termisk isolasjon; 7 – kjølevæsketilførsel

Muligheten for å bruke visse typer solfangere skyldes en rekke funksjoner:

• vakuumoppsamlerens manglende evne til å rense seg for snø på egen hånd;
• høye varmetap for flate solfangere, som vokser med temperaturforskjellen;
• lav motstand fra flate samlere mot vindbelastning;
• høye kostnader for prosjektet på vakuum solfangere;
• lavt temperaturområde effektiv bruk av flate samlere.

Utformingen av vakuummanifolden med indirekte varmeoverføring: 1 – innløpet til den avkjølte varmebæreren; 2 – varmeveksler (oppsamler); 3 – en forseglet plugg; 4 – vakuumrør; 5 – aluminiumsplate (absorber); 6 – varmerør; 7 – arbeidsvæske; 8 – oppvarmet kjølevæskuttak; 9 – kjøleribbe kropp; 10 – kondensator for varme rør; 11 – isolasjon

En av de viktigste forskjellene ligger i installasjonsprosessen. Flate samlere krever levering til taket ferdig montert, mens vakuumsamlere kan settes sammen på stedet. I tillegg har flate samlere vanligvis ikke egen varmeakkumulator og vekslingskrets..

Solenergiproblemer

Solvarmeanlegg er ikke uten ulemper, hvorav det viktigste er energikildens inkonstans. Om natten varmes ikke systemet opp, og i langvarig skyet vær er det en under gjennomsnittet glede å forvente at en klar himmel skal varme opp huset. Hvis batteriet, med et tilstrekkelig stort volum, er i stand til å holde den nødvendige mengden varme minst til morgenen, kan flere dager med autonomt arbeid i forhold til utilstrekkelig belysning bare forventes med en betydelig utvidelse av solfarmen. Dette fører igjen til det motsatte problemet: når du når maksimal effektmodus (for eksempel på en klar vårdag), vil et slikt solsystem kreve mer intensiv varmefjerning eller midlertidig stans av flere absorbenter med skyggelegging.

Det er viktig å forstå at solsystemer i realitetene i det russiske klimaet ikke kan brukes som den eneste eller viktigste varmekilden. Imidlertid kan de redusere energiforbruket betydelig i fyringssesongen. Hybride samlere fungerer spesielt effektivt der varmeovner kombineres med fotoceller. Hvis tåkelighet forsinker det meste av IR-strålingen, er ikke tapet av den fotoelektriske delen av spekteret så betydelig.

En annen ulempe med solfangere er behovet for tvungen sirkulasjon av kjølevæsken i samler-akkumulatorsystemet. Noen vakuumsamlere er utstyrt med en tank for naturlig sirkulasjon og plassert over absorbenten. Slike installasjoner brukes vanligvis i varmtvannsforsyningssystemer med vanninntak under trykk fra en kaldvannsforsyning. Men det er fremdeles måter å etablere felles drift av slike solfangere med et varmesystem..

Vakuum solfanger med tank

Integrering i varmesystemet

Det er to måter å kombinere solfangere med et vilkårlig sammensatt flytende varmesystem. Hovedkilden til energi kan være enten gass eller elektrisitet – det er ingen vesentlig forskjell.

Det første alternativet er å varme opp det totale daglige batteriet. Akkumulatoren kommuniserer med kjelen i fellesskap og i rekkefølge, ved utilstrekkelig høy temperatur slår sistnevnte på og varmer væsken. Et riktig utformet system av denne typen kan fungere effektivt selv uten tvungen sirkulasjon..

1 – varmekrets; 2 – varmevæske; 3 – temperatursensor; 4 – pumpestasjon; 5 – kontroller; 6 – pumpe; 7 – ekspansjonstank; 8 – sanitærvann; 9 – kaldt vann; 10 – varmtvannsforsyning; 11 – solfanger; 12 – varmekjel

Den andre typen kombinasjoner innebærer bruk av en varmeakkumulator med to kretser. Gjennom den ene fjernes varme fra samleren, gjennom den andre – oppvarming av kjølevæsken i systemet, vann fra batteriet fungerer som en kilde til varmtvannsforsyning. Siden kretsene er isolert fra hverandre, kan mer varmeabsorberende væsker eller frostvæske brukes i varmesystemet og varmevekslingssyklusen fra solfangeren. Den største ulempen er flyktigheten i systemet, fordi i begge kretsløp er sirkulasjonen tvunget.

1 – kaldt vannforsyning; 2 – temperatursensor; 3 – varmeveksler av solfanger; 4 – varmeveksler kjele; 5 – kollektorkjølevæskekrets; 6 – pumpestasjon; 7 – kontroller; 8 – ekspansjonstank; 9 – sirkulasjonspumpe; 10 – utløp for varmt vann; 11 – varmekjel; 12 – solfanger

Effektberegning og installasjonstrinn

Overgangen til solenergi godtar ikke hastverk og en overfladisk tilnærming. Ofte kan konklusjoner om det anbefales å installere et solsystem bare trekkes etter flere års observasjoner og beregninger..

Dessverre gir det ikke så mye mening å stole på solkart, da lokale værforhold kan forvrenge gjennomsnittet. Derfor er det første du må gjøre å uavhengig sammenstille en rapport om intensiteten til solstråling på stedet der samlerne er installert. Pyranometre brukes til måling; innen 5 000 rubler kan du kjøpe et budsjettapparat med et tilstrekkelig sett med funksjoner.

pyranometer

Målinger bør utføres til forskjellige tider av døgnet med en frekvens på omtrent en uke gjennom året. I prosessen med målinger må helningsvinkelen og orienteringen til samlerne tas med i betraktningen. De resulterende dataene blir etter hvert bekreftet med statistikken fra det hydrometeorologiske senteret på prosentandelen skyet dager per år.

For å sikre høy virkningsgrad for solanlegget, bør det mest negative scenariet vurderes, det vil si at den lengste perioden med lavest belysning bør tas som et referansepunkt. Ideelt sett kan du ta høyde for sannsynligheten for enda dårligere værforhold ved å bruke meteorologisk statistikk de siste 15–20 årene. De innhentede dataene om den innkommende solenergien vil bidra til å etablere det nødvendige totale arealet av absorpsjonsfeltet og bestemme antall samlere som må kjøpes.

Som nevnt blir samlere veldig sjelden brukt som hovedkilde til oppvarming, de spiller vanligvis en hjelpe-rolle. Men andelen av deltakelsen kan beregnes, det indikeres som en prosentandel av den totale kraften til husets kraftsystem eller dets varmetap. Etter å ha mottatt det nødvendige antall kilowatt, multipliseres det med den optiske effektiviteten til absorberne, flere koeffisienter blir lagt til – korreksjoner for orientering, vipp, temperaturforhold, samt en sikkerhetsmargin.

I henhold til «netto» verdien av den genererte kraften, velges følgende:

• det nødvendige antall samlere av en viss modell og i gjennomsnitt en sikkerhetskopi av solfanger per 10-15 i drift;
• rørsystem med produsentens anbefalte kapasitet og temperaturmotstand;
• sirkulasjonsgruppe, avstengningsventiler, andre hjelpeutstyr;
• volum og plassering av lagringstanken. I systemer med en daglig lagrings- eller varmeutvinningsevne på mer enn 20 kW, er det fornuftig å bygge isolerte betongtanker med et volum på 15–20 m³.

For selvinstallasjon og vedlikehold er det nødvendig å lage et prosjekt av systemet, tildele et sted for plassering av hjelpeutstyr og fikse solfangeren på den sørlige (for den nordlige halvkule) takhelling, under hensyntagen til anbefalingene fra utstyrsleverandøren angående vindbelastninger. Ikke glem at ved å kjøpe et komplett utvalg av utstyr fra en distributør, får du muligheten til å lage gratis, om ikke et prosjekt med et solvarmesystem, så i det minste en liste over godt kompatibelt utstyr og komponenter.

Trenger jeg en varmepumpe

En av de største ulempene med solvarmeanlegg er de høye kostnadene. Mens teknologien for produksjon av flate samlere er godt behersket, forblir vakuumabsorbenter dyre, og under visse værforhold vil det være mulig å kun bruke dem. Men det er et annet alternativ – samlere av lufttype.

Lufttype solfanger

På grunn av den enklere enheten er kostnadene mindre, pluss at det er mulighet for autonom drift. Effektiviteten til luftsamlerne økes med installasjonen av en viftevifte drevet av et integrert solcellepanel. På grunn av den akselererte, men proporsjonale oppvarmingen av avkjøling av kanalene, minimeres returvarmetapet gjennom samleren. Effektbegrensning kan oppnås ved å kontrollere viftehastigheten eller bare ved å blokkere strømmen – luftoppsamlerne er ikke redde for termisk støt, dessuten er det enkelt å sette opp naturlig resirkulering.

Mangel på luftsystemer i en liten grad av oppvarming av kjølevæsken. Luftens varmekapasitet er mindre, pluss at absorbenten nesten alltid varmes opp uten å fokusere. For å kunne integreres i varmesystemet (som ofte er nødvendig på grunn av umuligheten av å legge en ventilasjonskanal i et oppvarmet rom), er det virkelig behov for en varmepumpe eller et delt system.

Imidlertid kan luftkilde-varmepumper også brukes til å øke effektiviteten til klimaanlegg. Med dem kan sirkulasjonshastigheten heves til verdier som ikke er akseptable i hjemlige ventilasjonssystemer, noe som gir en 2-3 ganger økning i ytelsen på grunn av den høye temperaturforskjellen. Om natten vil samleren også ha en lav produksjonshastighet i driftstemperaturområdet.

Luften som brukes som varmebærer kan avfuktes eller erstattes med karbondioksid eller en annen mer varmebestandig gass. Det gir imidlertid ingen mening å bruke varmepumper med en primær vannkrets: De er opprinnelig designet for å operere med høy temperaturforskjell, og derfor er ikke kraftøkningen nok til å rettferdiggjøre installasjonskostnadene.

Kostnad for solvarmeanlegg

Gleden av å bruke ren energi kommer til en høy pris, i det minste for i dag. For å være rettferdig er det noen positive nyheter: I løpet av de siste fem årene har kostnadene for å produsere flate samlere sunket med 2-2,5 ganger, det samme kan forventes snart fra enheter med vakuumabsorbenter.

Kostnaden for flate- og vakuumsamlere bestemmes av produksjonsvolumet – verdien av solstråling under ideelle lysforhold, det vil si den spesifikke kraften. I gjennomsnitt, for 1 kW flattype solfangere, må du betale rundt $ 350-500, og for en komplett installasjon med et eksternt batteri – rundt $ 800-1000. Kostnadene for vakuum solfangere svinger i et høyere område – fra $ 600 til $ 1000-1200 per kompleks, avhengig av kvaliteten på ytelse, rørmateriale, varmevekslerisolasjon og andre funksjoner.

For kapasitive samlere er målestandarden i liter vann oppvarmet til høyest mulig temperatur. Du kan beregne mengden generert elektrisitet enten med det totale arealet til absorbenten, eller ved å uttrykke den gjennom den spesifikke vannvarmen. Avhengig av systemets kompleksitet, varierer kostnadene veldig, prisen på et av eksemplene fra det midterste markedssegmentet når $ 1500 for 300 liter (for 4-5 innbyggere) med en temperaturforskjell på omtrent 50 ° C, noe som tilsvarer 2,5 kW spesifikk kraft.