Päikeseküte kodus kollektoritega: tööpõhimõte ja hind

Kas on reaalne varustada oma kodu päikeseenergiaga? Täna arutame päikesesüsteemide peamise kütteallikana kasutamise väljavaateid, kaalume päikesekollektorite majandusliku õigustamise ja tõhususe küsimust.

Küttesüsteemi peamised komponendid

Päikesesüsteemid on kütteallikana päikesekollektorid, mille eesmärk on päikesekiirguse infrapunaspektri energia kõige tõhusam ülekandmine jahutusvedelikku. Päikesevalguse soojusvahemik on 40–45% kogu kiirgusvoogust, konkreetsete näitajate korral on see 200–500 W / m² sõltuvalt laiuskraadist, aastaajast ja päevast.

Põhimõtteliselt kõige lihtsama päikesesüsteemi ehitamiseks piisab ainult kollektoritest. Nende kanalite kaudu saab ringlema tavaline vesi, mida kasutatakse majapidamisvajaduste ja eluaseme kütmiseks. See lähenemisviis ei ole aga piisavalt tõhus mitmel põhjusel, millest esimene on energiakao täiendamise puudumine terveks päevaks. Seetõttu on päikeseküttesüsteemi üks olulisemaid elemente soojusakumulaator – veega konteiner.

Maja kütteskeem päikesekollektoritega: 1 – külma veevarustus; 2 – soojusvaheti; 3 – soojusakumulaator; 4 – temperatuuriandur; 5 – jahutusvedeliku ringlus; 6 – pumbajaam; 7 – kontroller; 8 – paisupaak; 9 – kuum vesi; 10 – kolmekäiguline ventiil; 11 – päikesekollektor

Päikesekollektori tehniline seade on ka omamoodi piirang. Selle kanalitel on üsna väike vooluala, mis põhjustab mehaaniliste lisanditega ummistumise ohtu. Samuti on suur tõenäosus, et öösel külmub jahutusvedelik, samal ajal kui töötemperatuurivahemiku ülemine piir on 200–300 ° С. Kollektorid on ette nähtud madalal temperatuuril saabuva jahutusvedeliku kiireks pidevaks ringluseks, kuumutatakse päikesevalguse käes kiiresti ja kannab sama kiiresti soojust aku juurde.

U-kujulised päikesekollektoritorud

Nendel põhjustel on tavaks kasutada propüleenglükooli koos spetsiaalsete lisandite komplektiga soojustorude otseseks kuumutamiseks. Niisiis, kütte päikesesüsteemi kolmas kohustuslik element on spetsiaalne jahutusvedelik ja vahetusring, mis sageli on soojusakumulaatori koostises või võib olla osa kollektorist endast.

Kollektsionääride mitmekesisus ja erinevused

Seadme tehnilistesse üksikasjadesse laskumata seisneb lame- ja vaakumkollektorite peamine erinevus nende erinevates kliimavööndites kasutamise otstarbekuses. Lamedaid kollektoreid on kõige parem kasutada lõunapoolsetel laiuskraadidel, kus temperatuurid on üle nulli, vaakumkolonnid lähemal põhjapoolsetele.

Lame päikesekollektori konstruktsioon: 1 – jahutusvedeliku väljalaskeava; 2 – kollektori raam; 3 – struktureeritud rahekindel klaas; 4 – absorber; 5 – vasktorud; 6 – soojusisolatsioon; 7 – jahutusvedeliku sisselaskeava

Teatavat tüüpi päikesekollektorite kasutamise teostatavus tuleneb mitmest funktsioonist:

• vaakumkollektorite võimetus ise lumest puhastada;
• temperatuuride erinevusega kasvavate lamedate päikesekollektorite suured soojuskaod;
• lamedate kollektorite madal vastupidavus tuulekoormustele;
• vaakum-päikesekollektorite projekti kõrge hind;
• lamedate kollektorite efektiivne kasutamine madala temperatuurivahemikus.

Kaudse soojusülekandega vaakumkollektori konstruktsioon: 1 – jahutatud soojuskandja sisselaskeava; 2 – soojusvaheti (kollektor); 3 – suletud pistik; 4 – vaakumtoru; 5 – alumiiniumplaat (absorber); 6 – soojustoru; 7 – töövedelik; 8 – kuumutatud jahutusvedeliku väljalaskeava; 9 – jahutusradiaatori korpus; 10 – soojustoru kondensaator; 11 – isolatsioon

Üks olulisemaid erinevusi seisneb paigaldusprotsessis. Lamedad kollektorid vajavad katusele tarnimist täielikult kokkupanduna, vaakumkollektoreid saab kohapeal kokku panna. Samuti pole korterikollektoritel tavaliselt oma soojusakumulatsiooni ja vahetusahelat..

Päikeseenergia probleemid

Päikeseküttesüsteemidel pole puudusi, millest kõige olulisem on energiaallika püsivus. Öösel süsteem ei kuumene ja pikaajalise pilves ilmaga on selge taeva ootamine maja soojendamiseks keskmisest väiksem rõõm. Kui piisavalt suure mahuga aku suudab säilitada vajaliku koguse soojust vähemalt hommikuni, siis võib päikeseenergiafarmi olulise laiendamise korral oodata mitut päeva iseseisvat tööd ebapiisava valgustuse tingimustes. See põhjustab omakorda vastupidise probleemi: maksimaalse energiarežiimi saavutamisel (näiteks selgel kevadpäeval) nõuab selline päikesesüsteem intensiivsemat soojuse eemaldamist või mitme varjundi ajutist väljalülitamist nende varjutamisega.

On oluline mõista, et Vene kliima tegelikkuses ei saa päikesesüsteeme kasutada ainsa või peamise kütteallikana. Kuid need võivad märkimisväärselt vähendada energiatarbimist kütteperioodil. Eriti tõhusalt töötavad hübriidsed kollektorid, milles küttekehad on ühendatud fotoelementidega. Kui hägusus viivitab suurema osa IR-kiirgusest, siis pole spektri fotoelektrilise osa kaotus nii oluline.

Päikesekollektorite veel üks puudus on vajadus jahutusvedeliku sunnitud ringluse järele kollektor-akumulatsioonisüsteemis. Mõned vaakumkollektorid on varustatud loodusliku ringluse paagiga ja asuvad absorberi kohal. Selliseid seadmeid kasutatakse tavaliselt sooja veevarustussüsteemides, kus vee sissevõtt toimub külma veevarustuse rõhu all. Kuid selliste päikesekollektorite ja küttesüsteemi ühise toimimise loomiseks on veel võimalusi..

Vaakum päikesekollektor koos paagiga

Integreerimine küttesüsteemi

Päikesekollektorite ühendamiseks meelevaldselt keeruka vedelküttesüsteemiga on kaks võimalust. Peamine energiaallikas võib olla kas gaas või elekter – olulist erinevust pole.

Esimene võimalus on kogu päeva aku soojendamine. Akumulaator suhtleb katlaga ühiselt ja järjestikku, ebapiisavalt kõrge temperatuuri korral lülitub viimane sisse ja soojendab vedelikku. Seda tüüpi korralikult kavandatud süsteem võib tõhusalt töötada ka ilma sunnitud ringluseta..

1 – küttekontuur; 2 – küttevedelik; 3 – temperatuuriandur; 4 – pumbajaam; 5 – kontroller; 6 – pump; 7 – paisupaak; 8 – sanitaarvesi; 9 – külm vesi; 10 – sooja veevarustus; 11 – päikesekollektor; 12 – küttekatel

Teine tüüpi kombinatsioon hõlmab kahe vooluahelaga soojusakumulaatori kasutamist. Läbi ühe eemaldatakse soojus kollektorist, teise kaudu – jahutusvedeliku soojendamine süsteemis, aku akust toimib kuuma veevarustuse allikana. Kuna ahelad on üksteisest eraldatud, saab küttesüsteemis ja päikesekollektorist tulevat soojusvahetustsüklit kasutada rohkem soojust neelavaid vedelikke või antifriisi. Peamine puudus on süsteemi kõikuvus, kuna mõlemas vooluringis on ringlus sunnitud.

1 – külma veevarustus; 2 – temperatuuriandur; 3 – päikesekollektori soojusvaheti; 4 – katla soojusvaheti; 5 – kollektori jahutusvedeliku ringlus; 6 – pumbajaam; 7 – kontroller; 8 – paisupaak; 9 – tsirkulatsioonipump; 10 – kuuma vee väljalaskeava; 11 – küttekatel; 12 – päikesekollektor

Võimsuse arvutamise ja paigaldamise sammud

Päikeseenergiale üleminek ei nõua kiirustamist ja pealiskaudset lähenemist. Sageli saab päikesesüsteemi paigaldamise otstarbekuse kohta järeldusi teha alles pärast mitmeaastaseid vaatlusi ja arvutusi..

Päevakaartidele pole kahjuks loota, sest kohalikud ilmastikuolud võivad keskmist oluliselt moonutada. Seetõttu tuleb esimese asjana iseseisvalt koostada aruanne päikesekiirguse intensiivsuse kohta kollektorite paigaldamise kohas. Mõõtmisteks kasutatakse püranomeetreid; 5 tuhande rubla piires saate osta piisava funktsioonikomplektiga eelarveseadme.

Püranomeeter

Mõõtmised tuleks läbi viia erinevatel kellaaegadel, sagedusega umbes nädal aastaringselt. Mõõtmisprotsessis tuleb arvestada kollektorite kaldenurga ja suunaga. Saadud andmeid kontrollitakse lõpuks koos hüdrometeoroloogilise keskuse statistikaga pilveste päevade protsendi kohta aastas.

Päikeseelektrijaama suure efektiivsuse tagamiseks tuleks kaaluda kõige negatiivsemat stsenaariumi, see tähendab, et võrdluspunktiks tuleks võtta pikim periood madalaima valgustusega. Ideaalis saate viimase 15–20 aasta meteoroloogilise statistika põhjal teha hinnangu veelgi halvemate ilmastikuolude tõenäosusele. Saadud andmed sissetuleva päikeseenergia kohta aitavad kindlaks teha vajaliku neeldumisvälja kogupindala ja kindlaks määrata vajalike kollektorite arvu..

Nagu mainitud, kasutatakse kollektsiooni peamise kütteallikana väga harva, nad etendavad tavaliselt abirolli. Kuid osaluse osakaalu saab arvutada, see on näidatud protsendina maja elektrisüsteemi koguvõimsusest või selle soojuskaost. Pärast vajaliku arvu kilovattide saamist korrutatakse see absorberite optilise efektiivsusega, lisatakse mitu koefitsienti – orientatsiooni, kalde, temperatuuritingimuste parandused ja ohutusvaru.

Vastavalt genereeritud võimsuse “neto” väärtusele valitakse järgmine:

• teatud mudeli vajalik kollektorite arv ja keskmiselt üks varukollektor iga 10-15 töötava kohta;
• torusüsteem tootja soovitatud võimsuse ja temperatuuritaluvusega;
• ringlusrühm, sulgeventiilid, muud abiseadmed;
• mahuti maht ja asukoht. Süsteemides, mille päevane ladustamis- või soojusvõimsus on üle 20 kW, on mõistlik ehitada isoleeritud betoonimahuteid mahuga 15–20 m³.

Enda paigaldamiseks ja hooldamiseks on vaja koostada süsteemi projekt, eraldada koht abiseadmete paigutamiseks ja kinnitada päikesekollektor lõunapoolse (põhjapoolkera jaoks) katuse nõlvale, võttes arvesse seadmete tarnija soovitusi tuulekoormuste kohta. Ärge unustage, et ostes ühelt turustajalt kogu komplekti seadmeid, saate võimaluse tasuta koostada, kui mitte kütte päikesesüsteemi projekt, siis vähemalt loend hästi ühilduvatest seadmetest ja komponentidest.

Kas mul on vaja soojuspumpa?

Päikeseküttesüsteemide üks peamisi puudusi on kõrge hind. Ehkki lamedate kollektorite tootmistehnoloogia on hästi omandatud, on vaakumisaatorid kallid ja teatud ilmastikutingimustes on võimalik neid edukalt kasutada. Kuid on ka teine ​​alternatiiv – õhutüüpi kollektorid.

Õhutüüpi päikesekollektor

Lihtsama seadme tõttu on nende maksumus väiksem, lisaks on autonoomse töö võimalus. Õhukollektorite efektiivsust suurendab integreeritud päikesepaneeliga toiteventilaatori paigaldamine. Kanalite jahutamise kiirendatud, kuid proportsionaalse kuumutamise tõttu on tagasivoolu soojuskaod kollektori kaudu minimeeritud. Võimsuse piiramist saab saavutada ventilaatori kiiruse juhtimisega või voolu lihtsalt blokeerimisega – õhukollektorid ei karda termilist šokki, pealegi on loomuliku retsirkulatsiooni seadistamine lihtne.

Õhusüsteemide puudumine jahutusvedeliku vähesel kuumutamisel. Õhu soojusmaht on väiksem, lisaks soojendatakse absorberit peaaegu alati ilma teravustamata. Küttesüsteemi integreerimiseks (mis on enamasti vajalik seetõttu, et ventilatsioonikanalit ei saa paigutada köetavasse ruumi) on tõesti vaja soojuspumpa või jaotussüsteemi..

Kliimaseadmete efektiivsuse suurendamiseks võib kasutada ka õhksoojuspumpasid. Nendega saab ringlussageduse tõsta väärtusteni, mis pole kodumajapidamises kasutatavates ventilatsioonisüsteemides vastuvõetavad, mis annab suure temperatuuride erinevuse tõttu väljundi kasvu 2-3 korda. Öösel on kollektoril ka töötemperatuuri vahemikus madal tootlikkus.

Soojuskandjana kasutatavat õhku saab kuivatada või asendada süsinikdioksiidi või mõne muu rohkem soojapidava gaasiga. Veepõhise vooluahelaga soojuspumpasid pole siiski mõtet kasutada: need on algselt kavandatud töötama suure temperatuurierinevusega ja seetõttu ei piisa võimsuse suurendamisest paigalduskulude õigustamiseks.

Päikeseküttesüsteemi maksumus

Puhta energia kasutamise rõõm on vähemalt tänapäeval kõrge hinnaga. Ausalt öeldes on mõned positiivsed uudised: viimase viie aasta jooksul on korterikollektorite valmistamise kulud langenud 2–2,5 korda, sama võib varsti oodata ka vaakumiga neelduritega seadmetest.

Lame- ja vaakumkollektorite maksumus määratakse tootmismahu järgi – päikesekiirguse väärtus ideaalsetes valgustingimustes, see tähendab konkreetne võimsus. Keskmiselt peate 1 kW lamedat tüüpi päikesekollektorite eest maksma umbes 350-500 dollarit ja välise akuga täieliku paigaldamise eest – umbes 800-1000 dollarit. Vaakum-päikesekollektorite maksumus kõigub suuremas vahemikus – 600–1000–1200 dollarit kompleksi kohta, sõltuvalt jõudluse kvaliteedist, torumaterjalist, soojusvaheti isolatsioonist ja muudest omadustest.

Mahtuvuslike kollektorite mõõtmisstandard on kõrgeima võimaliku temperatuurini kuumutatud vee liitrites. Saadud elektrienergia koguse saab arvutada kas absorberi kogupindala järgi või väljendades seda konkreetse vee soojuse kaudu. Sõltuvalt süsteemi keerukusest on maksumus väga erinev, ühe keskturusegmendi näite hind ulatub 300 liitrini (4–5 elaniku jaoks) 1500 dollarini, mille temperatuuride erinevus on umbes 50 ° C, mis võrdub 2,5 kW erivõimsusega.