Solvärme hemma med samlare: principen om drift och pris

Är det realistiskt att förse ditt hem med solenergi? Idag kommer vi att diskutera utsikterna att använda solsystem som den viktigaste värmekällan, överväga frågan om ekonomisk motivering och effektivitet för solfångare.

De viktigaste komponenterna i värmesystemet

Soluppsamlare tjänar som värmekällan för solsystemet, vars syfte är den mest effektiva överföringen av energin i det infraröda spektrumet av solstrålning till kylvätskan. Det termiska området för solljus är 40–45% av det totala strålningsflödet, i specifika siffror är det 200–500 W / m² beroende på latitud, tid på året och dagen.

I princip är samlare ensamma tillräckliga för att bygga det enklaste solsystemet. Genom sina kanaler kan vanligt vatten cirkulera, användas för hushållets behov och för att värma bostäder. Detta tillvägagångssätt är emellertid inte tillräckligt effektivt av ett antal skäl, varav det första är bristen på påfyllning av energiförluster under en hel dag. Därför är ett av de viktigaste elementen i ett solvärmesystem en värmeakkumulator – en behållare med vatten.

Husuppvärmningssystem med solfångare: 1 – kallt vattenförsörjning; 2 – värmeväxlare; 3 – värmeakkumulator; 4 – temperatursensor; 5 – kylvätskekrets; 6 – pumpstation; 7 – styrenhet; 8 – expansionsbehållare; 9 – varmt vatten; 10 – trevägsventil; 11 – solfångare

Den tekniska enheten för solfångare är också en slags begränsning. Dess kanaler har ett ganska litet flödesområde, vilket ger upphov till risken för igensättning med mekaniska föroreningar. Det finns också en stor sannolikhet för att kylvätska fryser på natten, medan den övre gränsen för driftstemperaturområdet är 200–300 ° С. Samlarna är konstruerade för snabb kontinuerlig cirkulation av kylvätskan, som kommer in vid låg temperatur, värms snabbt upp av solljus och överför lika snabbt värme till batteriet.

Vakuum U-formade solfångare

Av dessa skäl är det vanligt att använda propylenglykol med en uppsättning speciella tillsatser för direkt uppvärmning i värmeledningar. Så, det tredje obligatoriska elementet i solvärmesystemet är en speciell kylvätska och en växelkrets, som ofta ingår strukturellt i värmeakkumulatorn, eller kan vara en del av kollektorn själv.

Variationer och skillnader mellan samlare

Utan att gå in på de tekniska detaljerna på enheten ligger den största skillnaden mellan platt- och vakuumsamlare i användbarheten i olika klimatzoner. Platta samlare används bäst på södra breddegrader med rådande temperaturer över noll, vakuum dem närmare de norra.

Platt solfångarkonstruktion: 1 – kylvätskeuttag; 2 – samlarram; 3 – strukturerat hagelbeständigt glas; 4 – absorbator; 5 – kopparrör; 6 – värmeisolering; 7 – kylvätskeinlopp

Möjligheten att använda vissa typer av solfångare beror på ett antal funktioner:

• vakuumsamlarnas oförmåga att själva rena sig för snö;
• höga värmeförluster hos platta solfångare som växer med temperaturskillnaden;
• platt motståndskraft mot vindbelastning;
• höga kostnader för projektet för vakuum solfångare;
• lågtemperaturområde effektiv användning av plana samlare.

Utformningen av vakuumgrenröret med indirekt värmeöverföring: 1 – inloppet till den kylda värmebäraren; 2 – värmeväxlare (uppsamlare); 3 – en förseglad plugg; 4 – vakuumrör; 5 – aluminiumplatta (absorber); 6 – värmerör; 7 – arbetsvätska; 8 – uppvärmt kylvätskeuttag; 9 – kylflänskropp; 10 – värmerörskondensor; 11 – isolering

En av de viktigaste skillnaderna ligger i installationsprocessen. Plana samlare kräver leverans till taket helt monterade medan vakuumsamlare kan monteras på plats. Dessutom har plana samlare vanligtvis inte sin egen värmeakkumulator och växelkrets..

Solenergiproblem

Solvärmesystem är inte utan nackdelar, varav den viktigaste är energikällans olägenhet. På natten värms inte systemet upp, och i långvarigt molnigt väder är förväntan på en klar himmel för att värma upp huset ett under genomsnitt. Om batteriet, med en tillräckligt stor volym, kan behålla den nödvändiga mängden värme åtminstone fram till morgonen, kan flera dagar av autonomt arbete under förhållanden med otillräcklig belysning bara förväntas med en betydande utvidgning av solparken. Detta orsakar i sin tur det motsatta problemet: när man når det maximala effektläget (till exempel på en klar vårdag) kommer ett sådant solsystem att kräva mer intensivt värmeavlägsnande eller tillfällig avstängning av flera absorbenter med deras skuggning.

Det är viktigt att förstå att solsystem i verkligheten i det ryska klimatet inte kan användas som den enda eller huvuduppvärmningskällan. De kan emellertid avsevärt minska energiförbrukningen under uppvärmningssäsongen. Hybridkollektorer fungerar särskilt effektivt där värmare kombineras med fotoceller. Om molnighet försenar större delen av IR-strålningen, är förlusten av den fotoelektriska delen av spektrumet inte så betydande.

En annan nackdel med solfångare är behovet av tvingad cirkulation av kylvätskan i kollektorackumulatorsystemet. Vissa vakuumsamlare är utrustade med en tank för naturlig cirkulation och placerad ovanför absorbenten. Sådana installationer används vanligtvis i varmvattenförsörjningssystem med vattenintag under kallvattenförsörjning. Men det finns fortfarande sätt att etablera gemensam drift av sådana solfångare med ett värmesystem..

Vakuum solfångare med tank

Integration i värmesystemet

Det finns två sätt att kombinera solfångare med ett godtyckligt komplicerat vätskevärmesystem. Den huvudsakliga energikällan kan vara antingen gas eller el – det finns ingen signifikant skillnad.

Det första alternativet är att värma det totala dagliga batteriet. Ackumulatorn kommunicerar med pannan gemensamt och i följd; vid otillräcklig hög temperatur tas den senare i drift och värmer vätskan. Ett korrekt utformat system av detta slag kan fungera effektivt även utan tvingad cirkulation..

1 – värmekrets; 2 – värmevätska; 3 – temperatursensor; 4 – pumpstation; 5 – styrenhet; 6 – pump; 7 – expansionsbehållare; 8 – sanitetsvatten; 9 – kallt vatten; 10 – varmvattenförsörjning; 11 – solfångare; 12 – värmepanna

Den andra typen av kombination innebär användning av en värmeakkumulator med två kretsar. Genom en avlägsnas värme från kollektorn, genom den andra – uppvärmning av kylvätskan i systemet, vatten från batteriet fungerar som en källa till varmvattenförsörjning. Eftersom kretsarna är isolerade från varandra kan mer värmeabsorberande vätskor eller frostskyddsmedel användas i värmesystemet och värmeväxlingscykeln från soluppsamlaren. Den största nackdelen är systemets flyktighet, eftersom i båda kretsarna är cirkulationen tvingad.

1 – kallt vattentillförsel; 2 – temperatursensor; 3 – värmeväxlare för solfångare; 4 – värmeväxlare för panna; 5 – kollektorkylvätskekrets; 6 – pumpstation; 7 – styrenhet; 8 – expansionsbehållare; 9 – cirkulationspump; 10 – utlopp för varmt vatten; 11 – värmepanna; 12 – solfångare

Effektberäkning och installationssteg

Övergången till solenergi accepterar inte hast och en ytlig strategi. Ofta kan slutsatser om huruvida installation av ett solsystem installeras först dras efter flera års observationer och beräkningar..

Tyvärr är det inte så vettigt att lita på solkartor, eftersom lokala väderförhållanden kan snedvrida genomsnittet. Därför är det första att göra oberoende sammanställa en rapport om solstrålningens intensitet på platsen där samlarna är installerade. Pyranometrar används för mätningar; inom 5 tusen rubel kan du köpa en budgetenhet med en tillräcklig uppsättning funktioner.

pyranometer

Mätningar bör utföras vid olika tidpunkter på dagen med en frekvens på cirka en vecka under hela året. Vid mätningsprocessen måste vinklarnas lutnings- och orienteringsvinkel beaktas. De resulterande uppgifterna verifieras så småningom med statistiken från det hydrometeorologiska centret på procentandelen molniga dagar per år.

För att säkerställa solkraftverkets höga effektivitet bör det mest negativa scenariot beaktas, det vill säga den längsta perioden med den lägsta belysningen bör tas som referenspunkt. Helst kan du ta hänsyn till sannolikheten för ännu sämre väderförhållanden med hjälp av meteorologisk statistik under de senaste 15–20 åren. De erhållna uppgifterna om den inkommande solenergin hjälper till att fastställa den totala arean för absorptionsfältet och bestämma antalet samlare som behöver köpas.

Som nämnts används samlare mycket sällan som huvudvärmekälla, de spelar vanligtvis en extra roll. Men andelen deltagande kan beräknas, det indikeras som en procentandel av den totala kraften i husets kraftsystem eller dess värmeförlust. Efter att ha fått det erforderliga antalet kilowatt multipliceras det med absorptorns optiska effektivitet, flera koefficienter läggs till – korrigeringar för orientering, lutning, temperaturförhållanden samt en säkerhetsmarginal.

Enligt ”nettovärdet” på den genererade kraften väljs följande:

• det nödvändiga antalet samlare av en viss modell och i genomsnitt en säkerhetskopierande solfångare per 10-15 i drift;
• rörsystem med tillverkarens rekommenderade kapacitet och temperaturbeständighet;
• cirkulationsgrupp, avstängningsventiler, andra hjälpanordningar;
• volym och plats för lagringstanken. I system med en daglig lagring eller värmeuttagskapacitet på mer än 20 kW är det vettigt att bygga isolerade betongtankar med en volym på 15–20 m³.

För självinstallation och underhåll är det nödvändigt att utarbeta en systemkonstruktion, tilldela en plats för placering av hjälpanordningar och fixera solfångaren på den södra tak (för den norra halvklotet), med hänsyn till utrustningsleverantörens rekommendationer angående vindbelastningar. Glöm inte att genom att köpa ett komplett utbud av utrustning från en distributör får du möjlighet att ta fram gratis, om inte ett projekt med ett solsystem för uppvärmning, åtminstone en lista med välkompatibel utrustning och komponenter.

Behöver jag en värmepump

En av de största nackdelarna med solvärmesystem är de höga kostnaderna. Medan tekniken för produktion av platta samlare är väl behärskad, förblir vakuumabsorberare dyra, och under vissa väderförhållanden är det möjligt att framgångsrikt endast använda dem. Men det finns ett annat alternativ – samlare av lufttyp.

Lufttyp solfångare

På grund av den enklare enheten är deras kostnad mindre, plus det finns möjlighet till autonom drift. Luftkassornas effektivitet ökas med installationen av en fläktfläkt som drivs av en integrerad solpanel. På grund av den accelererade men proportionella uppvärmningen av kylningen av kanalerna minimeras returvärmeförlusterna genom kollektorn. Effektbegränsning kan uppnås genom att reglera fläkthastigheten eller genom att helt enkelt blockera flödet – luftkollektorerna är inte rädda för värmechock, dessutom är det lätt att ställa in naturlig återcirkulation.

Brist på luftsystem i en liten grad av uppvärmning av kylvätskan. Luftens värmekapacitet är mindre, plus absorbenten värms nästan alltid utan fokus. För att kunna integreras i värmesystemet (vilket ofta är nödvändigt på grund av omöjligt att lägga en ventilationskanal i ett uppvärmt rum) behövs verkligen en värmepump eller ett split-system.

Emellertid kan luftkällans värmepumpar också användas för att öka effektiviteten i luftkonditioneringen. Med dem kan cirkulationshastigheten höjas till värden som inte är acceptabla i inhemska ventilationssystem, vilket ger en 2-3-faldig ökning i uteffekten på grund av den höga temperaturskillnaden. På natten har kollektorn också en låg produktionshastighet vid driftstemperaturområdet.

Luften som används som värmebärare kan avfuktas eller ersättas med koldioxid eller en annan mer värmehållande gas. Men det är meningslöst att använda värmepumpar med en primär vattenkrets: de är ursprungligen utformade för att arbeta med en hög temperaturskillnad och därför är kraftökningen inte tillräcklig för att motivera installationskostnaden.

Kostnad för solvärmesystem

Nöjet att använda ren energi kommer till en hög kostnad, åtminstone för idag. För att vara rättvis finns det några positiva nyheter: under de senaste fem åren har kostnaden för att producera platta samlare sjunkit med 2-2,5 gånger, samma sak kan förväntas snart från apparater med vakuumabsorbenter.

Kostnaden för platt- och vakuumsamlare bestäms av produktionsvolymen – värdet på solstrålning under idealiska ljusförhållanden, det vill säga den specifika kraften. I genomsnitt, för 1 kW platt-solfångare, måste du betala cirka $ 350-500, och för en komplett installation med ett externt batteri – cirka $ 800-1000. Kostnaden för vakuum solfångare varierar i ett högre intervall – från $ 600 till $ 1000-1200 per komplex, beroende på kvaliteten på prestanda, rörmaterial, värmeväxlarisolering och andra funktioner.

För kapacitiva samlare är mätstandarden i liter vatten uppvärmd till högsta möjliga temperatur. Du kan beräkna mängden genererad elektricitet antingen med den totala ytan på absorbenten eller genom att uttrycka den genom den specifika vattenvärmen. Beroende på systemets komplexitet varierar kostnaden kraftigt, priset på ett av exemplen från det mellersta marknadssegmentet når $ 1 500 för 300 liter (för 4-5 invånare) med en temperaturskillnad på cirka 50 ° C, vilket motsvarar 2,5 kW specifik kraft.