Metode de încălzire solară a unei case private

Principiul de funcționare a unei centrale solare acasă

O centrală solară este un sistem format din panouri, un invertor, o baterie și un controler. Panoul solar transformă energia radiantă în electricitate (după cum am menționat mai sus). Curentul continuu intră în controler, care distribuie curentul către consumatori (de exemplu, un computer sau iluminat).Un invertor convertește curentul continuu în curent alternativ și alimentează majoritatea aparatelor electrocasnice. Bateria stochează energie care poate fi folosită noaptea.

Descriere video

Un bun exemplu de calcule care arată câte panouri sunt necesare pentru a furniza o sursă de alimentare autonomă, vezi acest videoclip:

Cum se folosește energia solară pentru a genera căldură

Sistemele solare sunt folosite pentru încălzirea apei și încălzirea locuinței. Pot asigura caldura (la cererea proprietarului) chiar si atunci cand sezonul de incalzire s-a incheiat, si asigura casa cu apa calda gratuit. Cel mai simplu dispozitiv sunt panourile metalice care sunt instalate pe acoperișul casei. Acumulează energie și apă caldă, care circulă prin conductele ascunse sub ele. Funcționarea tuturor sistemelor solare se bazează pe acest principiu, în ciuda faptului că acestea pot fi diferite structural unul de celălalt.

Colectorii solari constau din:

• rezervor de stocare;
• stație de pompare;
• controlor
• conducte;
• fitinguri.

După tipul de construcție, se disting colectoarele plate și în vid. În primul, fundul este acoperit cu material termoizolant, iar lichidul circulă prin țevi de sticlă. Colectoarele de vid sunt foarte eficiente deoarece pierderile de căldură sunt menținute la minimum. Acest tip de colector oferă nu numai încălzirea solară a unei case private - este convenabil să-l utilizați pentru sistemele de apă caldă și încălzirea piscinelor.

Principiul de funcționare al colectorului solar

Producători populari de panouri solare

Cel mai adesea pe rafturi există produse ale Yingli Green Energy și Suntech Power Co.Panourile HiminSolar (China) sunt de asemenea populare. Panourile lor solare produc energie electrică chiar și pe vreme ploioasă.

Producția de baterii solare a fost stabilită și de un producător autohton. Următoarele companii fac acest lucru:

• Hevel LLC din Novoceboksarsk;
• „Telecom-STV” în Zelenograd;
• Sun Shines (Autonomous Lighting Systems LLC) din Moscova;
• SA „Uzina Ryazan de dispozitive metalo-ceramice”;
• CJSC „Termotron-zavod” și altele.

Puteți găsi întotdeauna o opțiune potrivită pentru preț. De exemplu, la Moscova pentru panouri solare pentru o casă, costul va varia de la 21.000 la 2.000.000 de ruble. Costul depinde de configurația și puterea dispozitivelor.

Panourile solare nu sunt întotdeauna plate - există o serie de modele care concentrează lumina la un moment dat

Pașii de instalare a bateriei

1. Pentru a instala panourile, este selectat locul cel mai iluminat - cel mai adesea acestea sunt acoperișurile și pereții clădirilor. Pentru ca dispozitivul sa functioneze cat mai eficient, panourile sunt montate la un anumit unghi fata de orizont. Se ia în considerare și nivelul de întuneric al teritoriului: obiectele din jur care pot crea o umbră (cladiri, copaci etc.)
2. Panourile sunt instalate folosind sisteme speciale de fixare.
3. Apoi modulele sunt conectate la baterie, controler și invertor, iar întregul sistem este reglat.

Pentru instalarea sistemului se elaborează întotdeauna un proiect personal, care ia în considerare toate caracteristicile situației: modul în care vor fi instalate panourile solare pe acoperișul casei, prețul și condițiile. În funcție de tipul și domeniul de activitate, toate proiectele sunt calculate individual. Clientul acceptă lucrarea și primește o garanție pentru aceasta.

Instalarea panourilor solare trebuie efectuată de profesioniști și cu respectarea măsurilor de siguranță.

Ca rezultat - perspectivele dezvoltării tehnologiilor solare

Dacă pe Pământ cea mai eficientă funcționare a panourilor solare este împiedicată de aer, care într-o anumită măsură împrăștie radiația Soarelui, atunci în spațiu nu există o astfel de problemă. Oamenii de știință dezvoltă proiecte pentru sateliți giganți cu panouri solare care vor funcționa 24 de ore pe zi. Din ele, energia va fi transmisă la dispozitivele de recepție la sol. Dar aceasta este o chestiune de viitor, iar pentru bateriile existente, eforturile sunt îndreptate către îmbunătățirea eficienței energetice și reducerea dimensiunii dispozitivelor.

3 tipuri principale

Instalațiile mari sunt capabile să furnizeze energie electrică întregii case și, dacă este necesar, să o încălzească complet. Dar acest lucru se aplică numai căsuțelor private mici, acestea nu vor putea încălzi clădirile cu mai multe etaje.

În ceea ce privește echipamentul, acesta poate varia în funcție de model. De regulă, setul de bază include:

• colector solar în vid;
• un controler special care monitorizează eficiența muncii;
• o pompă cu care se alimentează lichidul de răcire;
• un rezervor cu un volum de 500-1000 litri pentru apa calda;
• încălzitor electric sau pompă de căldură.

Înainte de a instala colectoare, este necesar să se calculeze de câtă putere au nevoie pentru a satisface pe deplin toate nevoile. La calcul, merită să luați în considerare suprafața unei case private, numărul de oameni care locuiesc, precum și consumul de energie. De exemplu, pentru o familie mică de trei persoane, în medie, vor fi necesare de la 200 la 500 W/m² pe lună.

Dacă intenționați să asigurați o casă cu apă caldă, atunci costurile cu energia vor crește.Pentru eficiență, puteți realiza o versiune combinată a sistemului de încălzire. În acest caz, gospodăriile vor fi asigurate și nu vor rămâne fără încălzire în situații de urgență și neprevăzute.

Încălzire de la sine într-o casă privată: cea mai bună opțiune

În schema de încălzire cu abur a unei case rezidențiale cu un etaj sau cu două etaje, există un cazan de încălzire, radiatoare și un circuit închis de țevi prin care circulă un lichid încălzit la o anumită temperatură (antigel, apă). Pentru o clădire cu un etaj, este potrivit cel mai simplu sistem gravitațional, al cărui principiu de funcționare se bazează pe legile fizicii.

În acesta, lichidul de răcire circulă gravitațional datorită presiunii hidraulice obținute prin combinația:

• țevi de diferite diametre;
• includerea în circuit a unui vas de expansiune de tip închis (expansomat) sau deschis;
• diferența de înălțime între conductele de retur (retur) și cele directe (de alimentare).

Pentru casele cu o suprafață mare de orice număr de etaje (1-2 etaje), se alege o schemă de încălzire cu circulație forțată:

• pompa;
• vas de expansiune de orice tip, instalat în apropierea unui cazan cu combustibil solid (tip membrană) sau în partea superioară a circuitului de încălzire (deschis).

Sistem de incalzire colector

Cea mai mare eficienta si retur se poate obtine prin instalarea de colectoare in locul modulelor solare – instalatii exterioare in care apa este incalzita sub actiunea radiatiei solare. Un astfel de sistem este mai logic și mai natural, deoarece nu necesită încălzirea lichidului de răcire de către alte dispozitive.

Luați în considerare proiectarea și principiul de funcționare a dispozitivelor de două tipuri principale: plate și tubulare.

Versiune plată pentru bricolaj

Proiectarea instalațiilor plate este atât de simplă încât meșteri experimentați asamblează analogi de artizanat cu propriile mâini, cumpărând unele dintre piese într-un magazin specializat și construind unele din material improvizat.

În interiorul unei cutii izolate din oțel sau aluminiu este fixată o placă care absoarbe căldura solară. Cel mai adesea este acoperit cu un strat de crom negru. Partea superioară a radiatorului este protejată de un capac transparent sigilat.

Apa este încălzită în tuburi așezate într-un șarpe și conectate la farfurie. Apa sau antigelul intră în cutie prin conducta de admisie, se încălzește în tuburi și se deplasează la evacuare - la conducta de evacuare.

Transmiterea luminii a capacului se datorează utilizării unui material transparent - sticlă durabilă sau plastic temperat (de exemplu, policarbonat). Pentru a preveni reflectarea razelor solare, suprafața din sticlă sau plastic este mată (+)

Există două tipuri de conexiune, cu o singură țeavă și cu două țevi, nu există nicio diferență fundamentală în alegere. Dar există o mare diferență în modul în care lichidul de răcire va fi furnizat colectoarelor - gravitație sau folosind o pompă. Prima opțiune este recunoscută ca ineficientă din cauza vitezei reduse de mișcare a apei; conform principiului încălzirii, seamănă cu un recipient pentru un duș de vară.

Funcționarea celei de-a doua opțiuni are loc datorită conectării unei pompe de circulație, care furnizează lichidul de răcire forțat. Sistemul de energie solară poate deveni o sursă de energie pentru funcționarea echipamentelor de pompare.

Temperatura lichidului de răcire atunci când este încălzit de un colector solar ajunge la 45-60 ºС, la ieșire indicatorul maxim este de 35-40 ºС.Pentru a crește eficiența sistemului de încălzire, împreună cu caloriferele, sunt utilizate „pardoseli calde” (+)

Colectori tubulari - o soluție pentru regiunile nordice

Principiul general de funcționare seamănă cu funcționarea omologilor plate, dar cu o diferență - tuburile de schimb de căldură cu lichidul de răcire sunt în interiorul baloanelor de sticlă. Tuburile în sine sunt din pene, sigilate pe o parte și seamănă cu pene în aparență și coaxiale (vid), introduse unele în altele și sigilate pe ambele părți.

Schimbătoarele de căldură sunt, de asemenea, diferite:

• un sistem de conversie a energiei solare în energie termică Heat-pipe;
• un tub convențional pentru deplasarea unui lichid de răcire de tip U.

Cel de-al doilea tip de schimbătoare de căldură este recunoscut ca fiind mai eficient, dar nu suficient de popular din cauza costului reparațiilor: dacă un tub s-a defectat, întreaga secțiune va trebui înlocuită.

Heat-pipe-ul nu face parte dintr-un segment întreg, așa că poate fi schimbat în 2-3 minute. Elementele coaxiale eșuate sunt reparate prin simpla îndepărtare a mufei și înlocuirea canalului deteriorat.

Schemă care explică natura ciclică a procesului de încălzire din interiorul tuburilor vidate: lichidul rece se încălzește și se evaporă sub influența căldurii solare, dând loc următoarei porțiuni de lichid de răcire rece (+)

După ce am analizat caracteristicile tehnice ale colectoarelor de diferite tipuri și am rezumat experiența utilizării acestora, am decis că colectoarele plate sunt mai potrivite pentru regiunile sudice, iar colectoarele tubulare pentru cele nordice. Mai ales bine dovedit în condițiile unui climat sever al instalației cu sistemul Heat-pipe. Au o capacitate de incalzire chiar si in zilele innorate si noaptea, "hranindu-se" cu o cantitate minima de lumina solara.

Un exemplu de schemă standard pentru conectarea colectoarelor solare la echipamentul cazanului: o stație de pompare circulă apa, un controler reglează procesul de încălzire

Creșterea eficienței modulelor solare

Eficiența sistemelor solare poate fi îmbunătățită prin utilizarea uneia dintre următoarele metode:

1. Schimbarea locației modulelor. Uneori, pentru a crește eficiența, va fi suficient să poziționați corect modulele în raport cu vectorul de directivitate al razelor solare. Acest lucru necesită de obicei implementarea tuturor modulelor în sud. Dacă ziua în regiune este lungă, puteți folosi și suprafețele îndreptate spre est și vest - există și suficientă lumină care este transformată în energie.
2. Modificarea unghiului de înclinare. Documentația pentru module indică întotdeauna unghiul de înclinare recomandat la care eficiența sistemului va fi maximă. În practică, această valoare poate varia semnificativ în funcție de locația geografică și de alte caracteristici individuale.
3. Selectarea unei locații pentru instalare. Cel mai adesea, modulele solare sunt instalate pe acoperișul unei clădiri - aceasta este cea mai ușoară, mai accesibilă și mai evidentă opțiune, dar nu cea mai eficientă. Cel mai bun lucru de făcut este să pregătiți în prealabil o bază pivotantă și să instalați panourile pe ea, astfel încât dispozitivele să urmeze razele soarelui pe măsură ce se mișcă.

Ultimul punct merită o atenție specială. Desigur, modulele instalate pe acoperiș nu sunt inutile - la urma urmei, nu există obstacole pentru razele soarelui în acest caz, astfel încât ajung cu ușurință la dispozitiv și sunt transformate în tipul de energie necesar.

Problema este ca dispunerea modulelor perpendicular pe razele soarelui are eficienta maxima pe o perioada scurta de timp.

Dispozitivele rotative care urmăresc direcția curentă a fasciculelor vă permit să scăpați de astfel de probleme. Adevărat, astfel de dispozitive au și părți negative - în special, vorbim despre costul extrem de ridicat al sistemelor rotative. În plus, în unele cazuri, achiziția unui astfel de echipament nu afectează în niciun fel eficiența sistemului - de exemplu, dacă condițiile climatice nu au fost luate în considerare în mod corespunzător. Costurile în acest caz vor fi complet nepotrivite.

Conform unor calcule aproximative, pentru ca elementele rotative să aibă rezultate, numărul lor trebuie să fie de cel puțin opt. Desigur, puteți folosi un număr mai mic de module (aproximativ 3-4), dar acestea vor fi o achiziție profitabilă doar dacă le conectați direct la pompa de apă, în alte cazuri, creșterea eficienței va fi nesemnificativă.

Calculul eficienței energetice a panourilor solare

Când se calculează suprafața necesară a panourilor solare, trebuie să se țină cont de faptul că un metru pătrat de astfel de echipamente va oferi aproximativ 120 de wați rețelei dvs. Acum plimbați-vă prin casă și estimați câtă putere au aparatele și echipamentele dvs. electrice de uz casnic. De asemenea, ar fi rezonabil să se estimeze cât de mult se pot obține economii de energie prin înlocuirea unor dispozitive cu altele eficiente din punct de vedere energetic. După aceea, puteți începe să calculați numărul și aria necesară de panouri solare, încercând să țineți cont de timpul activității solare din zona dvs.

Încălzirea unei case private cu energie solară

Pe lângă extragerea energiei electrice din energia solară, lumina noastră îți poate încălzi casa. Desigur, puteți folosi cel mai simplu mod și conectați sistemul electric de încălzire la panouri solare. Dar cel mai probabil va fi destul de ineficient, mai ales având în vedere numărul nu foarte mare de zile însorite pe an la latitudinile noastre.

Cel mai bine ar fi să combinați un sistem de generare a energiei electrice folosind panouri solare și un sistem autonom de încălzire bazat pe încălzirea lichidului cu căldură solară, care apoi intră în caloriferele de încălzire ale locuinței dumneavoastră.

Cum funcționează încălzirea solară

Colectorii de încălzire vor fi veriga cheie într-un astfel de sistem autonom de încălzire solară. Acestea sunt dispozitive specializate care, cu pierderi minime, transferă energia radiantă solară către un lichid de răcire, care poate fi apă sau un antigel special.

circuit de încălzire solară

Un avantaj important al unei astfel de abordări high-tech este că un astfel de sistem va funcționa eficient chiar și în cele mai severe condiții climatice, eficiența sa nu scade chiar și la temperaturi exterioare negative scăzute.

Astfel de sisteme, numite și colectoare solare, s-au dovedit, de exemplu, în regiunile de nord ale Chinei - în zonele cu o climă foarte aspră. Mai mult, în acele regiuni sunt instalate chiar și în blocuri.

După încălzirea în colector, lichidul de răcire intră de obicei în rezervorul de stocare, care este echipat cu o izolare termică excelentă. Temperatura lichidului într-un astfel de rezervor este menținută destul de mult timp.Dacă apa obișnuită de la robinet este folosită ca purtător de căldură, atunci, pe lângă încălzire, un astfel de lichid poate fi folosit și în scopuri casnice, de exemplu, pentru spălarea sau spălarea vaselor.

Norme și cerințe pentru încălzire autonomă

Înainte de a proiecta o structură de încălzire, este necesar să se analizeze SNiP 2.04.05-91, care stabilește cerințele de bază pentru conducte, încălzitoare și supape.

Normele generale se rezumă la asigurarea că locuința are un microclimat confortabil pentru oamenii care locuiesc în ea, pentru a dota corespunzător sistemul de încălzire, după ce în prealabil au întocmit și aprobat proiectul.

Multe cerințe sunt formulate sub formă de recomandări în SNiP 31-02, care reglementează regulile de construcție a caselor unifamiliale și asigurarea acestora cu comunicații.

Separat, sunt stipulate prevederi referitoare la temperatură:

• parametrii lichidului de răcire din conducte nu trebuie să depășească + 90ºС;
• indicatorii optimi sunt în + 60-80ºС;
• temperatura suprafeței exterioare a dispozitivelor de încălzire situate în zona de acces direct nu trebuie să depășească 70ºС.

Conductele sistemelor de încălzire se recomandă să fie realizate din alamă, cupru, țevi de oțel. Sectorul privat utilizează în principal produse tubulare din polimeri și metal-plastic aprobate pentru utilizare în construcții.

Conductele circuitelor de încălzire a apei sunt cel mai adesea așezate într-un mod deschis. Pozarea ascunsă este permisă la instalarea „pardoselilor calde”

Metoda de așezare a conductei de încălzire poate fi:

• deschis. Presupune așezarea pe structuri de construcție cu prindere cu cleme și cleme. Este permis la construirea circuitelor din conducte metalice.Utilizarea analogilor polimeri este permisă dacă este exclusă deteriorarea acestora din cauza impactului termic sau mecanic.
• Ascuns. Constă în așezarea conductelor în strobe sau canale selectate în structurile clădirilor, în plinte sau în spatele ecranelor de protecție și decorative. Conturul monolitic este permis în clădirile proiectate pentru cel puțin 20 de ani de funcționare și cu o durată de viață a conductelor de cel puțin 40 de ani.

Prioritatea este metoda deschisă de așezare, deoarece proiectarea traseului conductei ar trebui să ofere acces gratuit la orice element al sistemului pentru reparare sau înlocuire.

Conductele sunt ascunse în cazuri rare, doar atunci când o astfel de soluție este dictată de necesitatea tehnologică, igienica sau constructivă, de exemplu, la instalarea „pardoselilor calde” într-o șapă de beton.

La așezarea conductei de sisteme cu mișcare naturală a lichidului de răcire, este necesar să se respecte o pantă de 0,002 - 0,003. Conductele sistemelor de pompare, în interiorul cărora lichidul de răcire se deplasează cu o viteză de cel puțin 0,25 m/s, nu trebuie să prevadă pante.

În cazul așezării în aer liber a magistralei, tronsoanele care traversează spații neîncălzite trebuie să fie prevăzute cu izolație termică corespunzătoare datelor climatice ale regiunii de construcție.

Conductele de încălzire autonome cu tip de circulație naturală trebuie instalate în direcția mișcării lichidului de răcire, astfel încât apa încălzită să ajungă la baterii prin gravitație și, după răcire, să se deplaseze de-a lungul liniei de retur la cazan în același mod. Rețelele de alimentare ale sistemelor de pompare sunt construite fără pantă, deoarece. nu este necesar.

Se prevede utilizarea diferitelor tipuri de vase de expansiune:

• deschis, utilizat pentru sisteme atât cu pompare, cât și cu forțare naturală, trebuie instalat deasupra coloanei principale;
• dispozitivele cu membrană închisă, utilizate exclusiv în sisteme forțate, sunt instalate pe conducta de retur în fața cazanului.

Rezervoarele de expansiune sunt proiectate pentru a compensa dilatarea termică a lichidului atunci când este încălzit. Sunt necesare pentru a evacua excesul în canalizare sau în stradă, așa cum este cazul celor mai simple opțiuni deschise. Capsulele închise sunt mai practice, deoarece nu necesită intervenția omului în reglarea presiunii sistemului, ci mai scumpe.

Un rezervor de expansiune de tip deschis este instalat în cel mai înalt punct al sistemului. Pe lângă faptul că oferă o rezervă pentru extinderea lichidului, îi este încredințată și sarcina de a elimina aerul. Rezervoarele închise sunt amplasate în fața cazanului, orificiile de aerisire și separatoarele sunt folosite pentru a elimina aerul

La alegerea supapelor de închidere, se preferă supapele cu bilă, atunci când alegeți o unitate de pompare - echipamente cu o presiune de până la 30 kPa și o capacitate de până la 3,0 m3 / h.

Soiurile de deschidere bugetară trebuie completate periodic din cauza intemperii standard a fluidului. Sub instalarea lor, este necesar să se întărească în mod semnificativ podeaua mansardei și să se izoleze podul.

Radiatoarele și convectoarele sunt recomandate a fi montate sub ferestre, în locuri convenabile pentru întreținere. Rolul elementelor de încălzire în băi sau băi poate fi jucat de suporturi de prosoape încălzite conectate la comunicațiile de încălzire

Acumularea de căldură în roci fierbinți, beton, pietricele etc.

Apa are una dintre cele mai mari capacități de căldură - 4,2 J / cm3 * K, în timp ce betonul are doar o treime din această valoare. Pe de altă parte, betonul poate fi încălzit la temperaturi mult mai ridicate de 1200C, de exemplu, prin încălzire electrică și astfel are o capacitate totală mult mai mare. Urmând din exemplul de mai jos, un cub izolat cu o lungime de aproximativ 2,8 m poate fi capabil să furnizeze suficientă căldură stocată pentru ca o casă să satisfacă 50% din necesarul de încălzire. În principiu, aceasta ar putea fi folosită pentru a stoca excesul de energie termică eoliană sau fotovoltaică datorită capacității încălzirii electrice de a atinge temperaturi ridicate.

La nivel de județ, proiectul Wiggenhausen-Süd din orașul german Friedrichshafen a atras atenția internațională. Aceasta este o unitate de stocare termică din beton armat de 12.000 m3 (420.000 ft cu.) conectată la un complex de colectori solari de 4.300 m2 (46.000 sq. ft.) care asigură jumătate din necesarul de apă caldă și încălzire a 570 de locuințe.

Siemens construiește o instalație de stocare a căldurii lângă Hamburg cu o capacitate de 36 MWh, constând din bazalt încălzit la 600C și generând 1,5 MW de putere. Un sistem similar este planificat pentru construcție în orașul danez Sorø, unde 41-58% din căldura stocată cu o capacitate de 18 MWh va fi transferată la termoficarea orașului, iar 30-41% ca energie electrică.

ft.), acoperind jumătate din necesarul de apă caldă și încălzire pentru 570 de locuințe. Siemens construiește o instalație de stocare a căldurii lângă Hamburg cu o capacitate de 36 MWh, constând din bazalt încălzit la 600C și generând 1,5 MW de putere.Un sistem similar este planificat pentru construcție în orașul danez Sorø, unde 41-58% din căldura stocată cu o capacitate de 18 MWh va fi transferată la termoficarea orașului, iar 30-41% ca energie electrică.

Informații de bază despre colectoarele solare de casă

Unitățile profesionale au o eficiență de aproximativ 80-85%, dar trebuie să țineți cont de faptul că sunt destul de scumpe și aproape toată lumea își poate permite să achiziționeze materiale pentru asamblarea unui colector de casă.

În acest sens, totul depinde de caracteristicile de proiectare, care sunt determinate și calculate individual.

Asamblarea unității nu necesită instrumente greu de utilizat și greu accesibile și materiale scumpe.

colector solar

Unelte DIY pentru colector solar

1. Perforator.
2. Bormasina electrica.
3. Un ciocan.
4. Ferăstrău.

Există mai multe varietăți ale designului considerat. Se deosebesc unul de celălalt în ceea ce privește eficiența și costul final. În orice circumstanțe, o unitate de casă va costa cu un ordin de mărime mai ieftin decât un model din fabrică cu caracteristici similare.

Una dintre cele mai bune opțiuni este un colector solar cu vid. Aceasta este cea mai bugetară și cea mai ușoară opțiune în execuția sa.