Начини за отопление на вашия дом от слънцето

Принцип на работа на домашна слънчева електроцентрала

Слънчевата електроцентрала е система, състояща се от панел, инвертор, батерия и контролер. Слънчевият панел преобразува лъчистата енергия в електричество (както е описано по-горе). Постоянният ток постъпва в контролера, който го разпределя към потребителите (например компютър или осветление). Инверторът преобразува постоянния ток в променлив и захранва повечето домакински електроуреди. В батерията се съхранява енергия, която може да се използва през нощта.

Описание на видеото

За ясен пример за изчисления, които показват колко панела са необходими за осигуряване на автономна енергия, вижте това видео:

Как слънчевата енергия се използва за производство на топлина

Слънчевите термални системи се използват за затопляне на вода и на дома. Те могат да осигуряват топлина (по желание на собственика), дори когато отоплителният сезон е приключил, и осигуряват безплатна топла вода в дома. Най-простото устройство е метален панел, който се монтира на покрива на къщата. Те съхраняват енергия и загряват водата, която циркулира по скритите под тях тръби. Функционирането на всички слънчеви топлинни системи се основава на този принцип, въпреки че структурно те могат да се различават помежду си.

Слънчевите колектори се състоят от:

• резервоар за съхранение;
• помпена станция;
• контролер;
• тръбопроводи;
• фитинги.

Прави се разграничение между колектори с плоски плочи и вакуумни колектори. В първия случай дъното е покрито с топлоизолационен материал, а течността циркулира през стъклени тръби. Вакуумните колектори са високоефективни, тъй като загубите на топлина са сведени до минимум. Този тип колектор осигурява не само отопление чрез слънчеви панели на частна къща - той е удобен за използване в системи за подаване на гореща вода и за отопление на басейни.

Как работи слънчевият колектор

Популярни производители на слънчеви панели

Най-често срещаните по рафтовете са продуктите на Yingli Green Energy и Suntech Power Co. Популярни са и слънчевите панели HiminSolar (Китай). Техните соларни панели произвеждат електроенергия дори в дъждовно време.

Слънчевите панели се произвеждат и от местни производители. Тези компании се занимават с това:

• LLC Hevel в Новочебоксарск;
• "Telecom-STV в Зеленоград;
• "Sun Shines" (ООО "Автономни системи за осветление") в Москва;
• OJSC Ryazan Metal-Ceramic Devices Plant;
• ЗАО "Термотрон-Завод" и други.

По отношение на разходите винаги можете да намерите подходящ вариант. Например в Москва цената на слънчевите панели за къщата варира от 21 000 до 2 000 000 рубли. Цената зависи от конфигурацията и капацитета на устройствата.

Соларните панели невинаги са плоски - има редица модели, които фокусират светлината в една точка.

Етапи на инсталиране на батерията

1. За да монтирате панелите, изберете най-осветеното място - най-често покривите и стените на сградите. За да функционира устройството оптимално, панелите се монтират под определен ъгъл спрямо хоризонта. Вземете предвид и степента на тъмнина в района: околните обекти, които могат да създадат сянка (сгради, дървета и др.).
2. Панелите се монтират с помощта на специални системи за закрепване.
3. След това модулите се свързват към батерията, контролера и инвертора и цялата система се настройва.

Винаги се изготвя индивидуален проект за инсталиране на системата, в който се отчитат всички особености на ситуацията: начинът на инсталиране на слънчевите панели на покрива на къщата, цената и сроковете. В зависимост от вида и обхвата на работата всички проекти се изчисляват индивидуално. Клиентът приема работата и получава гаранция.

Монтажът на слънчеви панели трябва да се извършва от професионалисти и при спазване на мерките за безопасност.

Изводът - перспективите за развитие на соларните технологии

Докато на Земята ефективното функциониране на слънчевите панели се затруднява от въздуха, който до известна степен разсейва слънчевата радиация, в Космоса няма такъв проблем. Учените работят по проекти за гигантски спътници със слънчеви батерии в орбита, които ще работят 24 часа в денонощието. Енергията ще се предава от тях към наземни приемници. Но това е въпрос на бъдещето, а за съществуващите батерии усилията са насочени към подобряване на енергийната ефективност и намаляване на размера на устройствата.

3 основни типа

По-големите агрегати могат да захранват цяла къща и, ако е необходимо, да я отопляват напълно. Но това важи само за малки частни вили, а многоетажните сгради няма да могат да се отопляват с тях.

Що се отнася до оборудването, то може да се различава в зависимост от модела. По правило основният комплект включва:

• вакуумен слънчев колектор;
• Специален контролер, който следи за ефективността;
• помпа, през която преминава топлоносителят;
• обем на резервоара от 500-1000 литра за топла вода;
• електрически нагревателен елемент или термопомпа.

Преди да се инсталират колекторите, е необходимо да се изчисли каква мощност ще им е необходима, за да задоволят напълно всички нужди. При изчислението трябва да се вземат предвид площта на еднофамилната къща, броят на хората, живеещи в нея, и потреблението на енергия. Например малко семейство от трима души се нуждае средно от 200 до 500 W/m² на месец.

Ако за жилището се планира топла вода, разходите за енергия ще се увеличат. Комбинираната отоплителна система може да бъде направена по-ефективна. Така собствениците на жилища ще бъдат застраховани и няма да останат без отопление в случай на авария.

Отопление със собствени ръце в частен дом: най-добрият вариант

В схемата за парно отопление на жилищна едно- или двуетажна къща има отоплителен котел, радиатори и затворен цикъл от тръби, по които циркулира нагрята до определена температура течност (антифриз, вода). Най-простата система за гравитачен поток, основана на законите на физиката, е подходяща за едноетажна сграда.

В него отоплителната среда циркулира гравитачно чрез хидравлично налягане, генерирано от комбинацията от:

• тръби с различен диаметър;
• включването на затворен (разширителен съд) или отворен разширителен съд;
• разлика в налягането между тръбите за връщане (връщане) и директните (подаване).

Предимства на системата за гравитачен поток	недостатъци
Системата не се нуждае от електрическа мрежа, за да работи.	Трудно е да се монтира самостоятелно, тъй като трябва точно да се съобразят ъглите на наклона на тръбите.
По-ниски разходи за материали	Трябва да се провери визуално нивото на течността в разширителния съд и да се допълни, ако е необходимо.
Възможност за поправка	Ефективен в къщи с площ до 150 m²

За големи къщи с всякакъв размер (1-2 етажа) изберете отоплителна система с принудителна циркулация:

• помпа;
• Всички видове разширителни съдове, монтирани в близост до котела на твърдо гориво (мембранен тип) или в горната част на отоплителния кръг (отворен).

Популярни схеми за отопление	Характеристики
Една тръба	Радиаторите са свързани последователно, скоростта на топлоносителя се определя от помпа, за регулиране на интензивността на отоплението на конвекторите се монтират спирателна и регулираща арматура: термостатични вентили, вентили за изпускане на въздух, радиаторни регулатори, балансиращи вентили (клапи).
Две тръби	Топлоносителят се подава и извежда към радиатора с отделни тръби. Радиаторите са свързани паралелно. Това осигурява същата интензивност на нагряване
"Паяк" (гравитация)	Котелът е монтиран в мазето, а разширителният съд - на тавана. Наблюдава се разлика в нивата от не повече от 10 метра. Загрятата вода се движи нагоре по вертикалната тръба до резервоара, а оттам по вертикални тръби до радиаторите. Радиаторът излъчва в хоризонталната линия и се връща към котела.
"Ленинградка".	Главната тръба минава по пода по периметъра на къщата, а горещата течност (антифриз, вода) преминава последователно през всеки радиатор, включен в схемата.
Излъчващ	Горещата вода се разпределя към радиаторите чрез колектора

Отоплителна система на колектора

Най-висока ефективност и производителност може да се постигне чрез инсталиране на колектори - външни устройства, в които водата се загрява от слънчевата радиация, а не от соларни модули. Такава система е по-логична и естествена, тъй като не изисква нагряване на топлоносителя от други устройства.

Нека разгледаме конструкцията и принципа на действие на устройствата от два основни типа: плоски и тръбни.

Плоска версия за самостоятелно производство

Дизайнът на плоскопанелните устройства е толкова прост, че опитни майстори-експерти сглобяват импровизирани аналози със собствените си ръце, като купуват някои части в специализиран магазин или ги конструират от импровизиран материал.

Вътре в стоманената или алуминиевата изолационна кутия има плоча, която абсорбира слънчевата топлина. Най-често се покрива със слой черен хром. Топлинният абсорбер е защитен отгоре с херметически затворен прозрачен капак.

Водата се загрява в тръби, разположени в змия и свързани с плочата. Водата или антифризът влизат в кутията през входната връзка, нагряват се в тръбите и се придвижват към изхода - към изходната връзка.

Способността на капака да пропуска светлина се дължи на използването на прозрачен материал - трайно закалено стъкло или пластмаса (напр. поликарбонат). Стъклената или пластмасовата повърхност е матирана, за да се предотврати отразяването на слънчевите лъчи (+)

Съществуват два вида връзки - еднотръбни и двутръбни; няма съществена разлика при избора. Но има голяма разлика в това дали топлоносителят се подава към колекторите по гравитачен път или с помпа. Първият вариант е неефективен поради малкия дебит на водата; по принцип на отопление той прилича на резервоар за летен душ.

Вторият вариант функционира чрез свързване на циркулационна помпа, която подава топлоносителя по принудителен начин. Източникът на енергия за помпеното оборудване може да бъде соларна система.

Температурата на охлаждащата течност по време на нагряване със слънчев колектор достига 45-60 ºC, а максималната мощност е 35-40 ºC. За да се повиши ефективността на отоплителната система, наред с радиаторите се използва и подово отопление (+).

Тръбни колектори - решение за северните региони

Общият принцип на действие наподобява този на плоските колектори, но с една разлика - тръбите за топлообмен с охлаждащата течност са разположени в стъклени колби. Самите тръби могат да бъдат пера, които са запечатани от едната страна и имат вид на пера, или коаксиални (вакуумни тръби), които са поставени една в друга и са запечатани от двете страни.

Топлообменниците също се предлагат в различни версии:

• Топлопровод, система за преобразуване на слънчевата енергия в топлинна;
• конвенционална U-образна тръба за пренос на топлина.

Вторият тип топлообменник е признат за по-ефективен, но не е достатъчно популярен поради разходите за ремонт: ако една тръба се повреди, трябва да се смени цялата секция.

Топлинната тръба не е част от цял сегмент, така че може да бъде заменена за 2-3 минути. Повредените коаксиални елементи се ремонтират просто чрез изваждане на щепсела и замяна на повредения канал.

Диаграма, обясняваща цикличния процес на нагряване във вакуумните тръби: студената течност се нагрява под въздействието на слънчевата топлина и се изпарява, отстъпвайки място на следващата партида студен топлоносител (+)

След като анализирахме техническите характеристики на различните видове колектори и обобщихме опита при използването им, решихме, че плоските колектори са по-подходящи за южните райони, а тръбните колектори - за северните. Системите с топлинни тръби са се доказали като особено добри при суров климат. Те имат отоплителен капацитет дори в облачни дни и през нощта, като се "хранят" с минимално количество слънчева светлина.

Пример за типична връзка на слънчева термална система с котелна инсталация: Помпена станция осигурява циркулацията на водата, а контролерът регулира процеса на отопление.

Повишаване на ефективността на соларните модули

Ефективността на слънчевите топлинни системи може да се повиши чрез използване на един от следните методи:

1. Промяна на разположението на модулите. Понякога е достатъчно модулите да се разположат правилно спрямо посоката на слънчевите лъчи, за да се повиши ефективността. Обикновено това изисква всички модули да бъдат обърнати на юг. Ако денят в региона е дълъг, могат да се използват и повърхности, обърнати на изток и на запад - там също има достатъчно светлина, която може да се преобразува в енергия.
2. Промяна на ъгъла на наклона. В документацията на модулите винаги се посочва препоръчителният ъгъл на наклона, при който ефективността на системата ще бъде максимална. На практика тази стойност може да варира значително в зависимост от географското положение и други индивидуални характеристики.
3. Избор на място за монтаж. Най-често соларните модули се монтират на покрива на сградата - това е най-простият, най-достъпен и очевиден вариант, но не е най-ефективният. Най-добре е предварително да се подготви въртяща се основа и да се монтират панелите върху нея, така че да следват слънчевите лъчи, когато те се сменят.

На последния въпрос трябва да се обърне специално внимание. Разбира се, модулите, монтирани на покрива, не са безполезни - в края на краищата в този случай няма пречки за слънчевите лъчи, така че те лесно достигат до устройството и се превръщат в необходимия вид енергия.

Проблемът се състои в това, че модулите, разположени перпендикулярно на слънчевите лъчи, имат максимална ефективност за кратък период от време.

Въртящите се устройства, които следят текущата посока на лъчите, могат да се справят с тези проблеми. Съществуват обаче и някои недостатъци, по-специално изключително високата цена на ротационните системи. Освен това в някои случаи закупуването на такова оборудване не оказва влияние върху ефективността на системата - например, ако климатичните условия не са били взети предвид по подходящ начин. Разходите в този случай ще бъдат напълно излишни.

Според груби изчисления са необходими минимум осем въртящи се елемента, за да се изплатят. Разбира се, можете да използвате и по-малък брой модули (около 3-4), но те ще бъдат изгодна покупка само ако ги свържете директно към водната помпа, а в останалите случаи повишаването на ефективността ще бъде незначително.

Изчисляване на енергийната ефективност на слънчевите панели

Когато изчислявате необходимата площ на соларните панели, трябва да имате предвид, че един квадратен метър такова оборудване ще осигури около 120 вата за вашата мрежа. Сега се разходете из дома си и преценете каква е мощността на съществуващите електрически уреди и оборудване. Също така е разумно да се прецени колко електроенергия може да се спести чрез замяна на някои устройства с енергийно ефективни. След това можете да започнете да изчислявате броя и площта на необходимите слънчеви панели, като вземете предвид слънчевото време във вашия район.

Отопляване на личния ви дом със слънчева енергия

Освен че произвежда електроенергия от слънцето, нашето слънце може да отоплява и дома ви. Разбира се, можете да изберете лесния начин и да свържете електрическата си отоплителна система със слънчеви панели. Но това вероятно ще бъде доста неефективно, особено като се има предвид малкият брой слънчеви дни в годината на нашите географски ширини.

По-добрият вариант е да се комбинира система за производство на електроенергия от слънчеви панели с автономна отоплителна система, използваща слънчева топлина за загряване на течността, която след това влиза в радиаторите на дома ви.

Как работи слънчевото отопление

Ключът към такава автономна слънчева отоплителна система са отоплителните колектори. Това са специализирани устройства, които пренасят слънчевата лъчиста енергия към топлоносителя, който може да бъде вода или специален антифриз, с минимални загуби.

Диаграма на слънчевия нагревател

Важно предимство на този високотехнологичен подход е, че подобна система ще работи ефективно дори при най-тежките климатични условия, като коефициентът ѝ на полезно действие не намалява дори при ниски отрицателни температури навън.

Такива системи, наричани още слънчеви колектори, са се доказали например в северните райони на Китай, където климатът е много суров. В тези региони те са инсталирани дори на жилищни сгради.

След нагряване в колектора топлоносителят обикновено постъпва в резервоара за съхранение, който е снабден с отлична топлоизолация. Температурата на флуида в този резервоар се запазва за доста дълго време. Ако топлоносителят е обикновена чешмяна вода, тя може да се използва не само за отопление, но и за битови цели, например за миене на чиниите или съдовете.

Стандарти и изисквания за отопление на самостоятелни сгради

Преди да се проектира отоплителна инсталация, е необходимо да се разгледа SNiP 2.04.05-91, който определя основните изисквания за тръбите, отоплителните уреди и спирателната арматура.

Общите правила са да се осигури комфортен микроклимат в къщата за обитателите и да се оборудва правилно отоплителната система, като предварително се изготви и одобри проектът.

Голяма част от изискванията са формулирани като препоръки в SNiP 31-02, който урежда правилата за строителство на еднофамилни къщи и снабдяването им с комунални услуги.

За температурата са предвидени отделни разпоредби:

• Параметрите на охлаждащата течност в тръбите не трябва да надвишават +90ºC;
• Оптималните стойности са в диапазона +60-80ºC;
• Температурата на външната повърхност на отоплителните уреди с пряк достъп не трябва да надвишава 70ºC.

Препоръчва се тръбопроводите за отоплителни системи да бъдат изработени от месингови, медни или стоманени тръби. В частния сектор се използват предимно пластмасови и металопластични тръби, одобрени за използване в строителството.

Тръбите за отоплителни кръгове за гореща вода обикновено се полагат по метода на открития водопровод. При системите за подово отопление се допуска скрито полагане.

Методът на полагане на отоплителни тръби може да бъде:

• Отворено. Предвижда се да се полагат върху строителни конструкции със закрепване с щипка и скоба. Позволено е при вериги от метални тръби. Използването на полимерни аналози е разрешено, ако е изключено увреждане от термични или механични въздействия.
• Скрито. Предвижда се полагането на тръби в канали или канали, избрани в строителни конструкции, в первази или зад защитни декоративни екрани. Пробиването на подпорни стени се разрешава в сгради, проектирани за поне 20 години експлоатация и с минимален експлоатационен срок от 40 години.

Откритото трасе е приоритет, тъй като проектът на тръбното трасе трябва да позволява лесен достъп до всеки елемент на системата за ремонт или подмяна.

Тръбите се скриват само в редки случаи, когато има технологично, хигиенно или конструктивно изискване, напр. при инсталиране на подово отопление в бетонна замазка.

В системи с естествен поток трябва да се спазва наклон от 0,002 до 0,003. Не е необходимо тръбопроводите в помпени системи, където топлоносителят тече със скорост най-малко 0,25 m/s, да бъдат наклонени.

В случай на открити мрежови инсталации, участъците, пресичащи неотопляеми помещения, трябва да бъдат снабдени с топлоизолация, която отговаря на климатичните данни на района на сградата.

Тръбопроводите за автономни отоплителни системи с естествена циркулация трябва да бъдат монтирани по посока на потока, така че затоплената вода да тече гравитачно към радиаторите и след като се охлади, да тече през обратната тръба към котела. Магистралите на помпените системи се изграждат без наклон, тъй като не е необходимо.

Предвидено е използването на различни видове разширителни съдове:

• отворена, използвана както за помпени, така и за естествено нагнетявани системи, трябва да се монтира над главния щранг;
• затворени мембранни устройства, които се използват изключително в принудителни системи, трябва да се монтират на връщащата линия преди котела.

Разширителните съдове са проектирани така, че да компенсират топлинното разширение на флуида при нагряването му. Те са необходими за изхвърляне на излишъка в канализационната система или на улицата, както е при най-простите отворени варианти. Затворените цистерни са по-практични, тъй като не изискват човешка намеса при регулирането на налягането в системата, но са по-скъпи.

В най-високата точка на системата се монтира разширителен съд от отворен тип. Освен че осигурява резерв за разширяване на течността, той има и задачата да обезвъздушава. Затворените цистерни се монтират преди котела, а за обезвъздушаване се използват въздушни отвори и сепаратори.

При избора на спирателни вентили се предпочитат сферични вентили; при избора на помпена система се предпочита оборудване с напор до 30 kPa и капацитет до 3,0 m3/h.

Бюджетните сортове за отваряне трябва да се допълват периодично поради стандартното изпаряване на течността. За техния монтаж е необходимо значително укрепване на таванския под и изолиране на тавана.

Препоръчва се радиаторите и конвекторите да се монтират под прозорците на лесни за поддържане места. Радиаторите за кърпи, свързани с отоплителните тръби, могат да играят ролята на отоплителни елементи в бани или тоалетни.

Натрупване на топлина в гореща скала, бетон, камъни и др.

Водата има един от най-високите топлинни капацитети - 4,2 J/cm3*K, докато бетонът има само една трета от тази стойност. От друга страна, бетонът може да се нагрява до много по-високи температури - 1200С, например чрез електрическо нагряване - и по този начин има много по-голям общ капацитет. Ако продължим с примера по-долу, изолиран куб с диаметър около 2,8 м може да осигури достатъчно акумулирана топлина за една къща, за да задоволи 50% от нуждите за отопление. По принцип това може да се използва за съхранение на излишната топлинна енергия от вятъра или фотоволтаиците поради способността на електрическото отопление да достига високи температури.

На областно ниво проектът Вигенхаузен-Юг в германския град Фридрихсхафен привлече международно внимание. Това е бетонен резервоар с вместимост 12 000 m3 (420 000 куб. фута), свързан със слънчево термално колекторно поле с площ 4 300 m2 (46 000 кв. фута), което може да задоволи половината от нуждите от топла вода и отопление на 570 жилища.

Siemens изгражда съоръжение за съхранение на топлина с капацитет 36 MWh в близост до Хамбург, състоящо се от базалт, нагрят до 600C, който генерира 1,5 MW енергия. Подобна система е планирана за Сорио, Дания, където 41-58% от капацитета за съхранение на топлина от 18 MWh ще се използва за централно отопление, а 30-41% - за електроенергия.

фута), което ще задоволява половината от нуждите от топла вода и отопление на 570 жилища. Siemens изгражда съоръжение за съхранение на топлина в близост до Хамбург с капацитет 36 MWh, състоящо се от базалт, нагрят до 600C, който генерира 1,5 MW енергия. Подобна система се планира в Сорио, Дания, където 41-58% от капацитета за съхранение на топлина от 18 MWh ще се използва за централно отопление, а 30-41% - за електроенергия.

Основна информация за импровизираните слънчеви колектори

Професионалните агрегати имат ефективност от около 80-85%, но трябва да се вземе предвид фактът, че те са доста скъпи, а почти всеки може да си позволи да купи материалите за сглобяване на домашен колектор.

В това отношение всичко зависи от конструктивните характеристики, които се определят и изчисляват индивидуално.

Сглобяването на единицата не изисква сложни и трудни за работа инструменти и скъпи материали.

Слънчев колектор

Инструменти за самостоятелно сглобяване на слънчев колектор

1. Електрическа бормашина.
2. Електрическа бормашина.
3. Чук.
4. Ножовка.

Съществуват няколко разновидности на въпросната конструкция. Те се различават помежду си по ефективност и крайна цена. При всички положения един самоделен модул ще бъде с порядък по-евтин от фабричен модел с подобни характеристики.

Един от най-добрите варианти е вакуумният слънчев колектор. Това е най-бюджетният и най-лесен вариант.