Napenergia fűtés otthon kollektorokkal: a működés elve és az ár

A cikk tartalma

• A fűtési rendszer fő elemei
• A gyűjtők változatossága és különbsége
• Napenergia-problémák
• Integráció a fűtési rendszerbe
• Teljesítmény kiszámítása és telepítése
• Szükségem van hőszivattyúra
• Napenergia fűtési rendszer költsége

Reális-e otthonát napenergiával ellátni? Ma megvitatjuk a napenergia-rendszerek fő fűtési forrásként való felhasználásának lehetőségét, megvizsgáljuk a napkollektorok gazdasági indokoltságának és hatékonyságának kérdését..

A fűtési rendszer fő elemei

A napkollektorok szolgálják a napenergia fűtésének forrását, amelynek célja a napsugárzás infravörös spektrumának energiaának a leghatékonyabb átadása a hűtőfolyadékba. A napfény hőtartománya a teljes sugárzási fluxus 40–45% -a, konkrét számadatokban 200–500 W / m² szélességi foktól, az évszaktól és a naptól függően.

Elvileg a kollektorok önmagukban elegendőek a legegyszerűbb napenergia-rendszer felépítéséhez. Csatornákon keresztül a szokásos víz keringtethető, háztartási szükségletekhez és ház fűtéséhez felhasználható. Ez a megközelítés azonban számos ok miatt nem elég hatékony, ezek közül az első az, hogy az energiaveszteség nem egészül ki egész nap. Ezért a napenergiával működő fűtőrendszer egyik legfontosabb eleme a hőtároló – egy víztartály.

Ház fűtési rendje napkollektorokkal: 1 – hidegvízellátás; 2 – hőcserélő; 3 – hőtároló; 4 – hőmérséklet-érzékelő; 5 – hűtőfolyadék kör; 6 – szivattyúállomás; 7 – vezérlő; 8 – tágulási tartály; 9 – forró víz; 10 – háromutas szelep; 11 – napkollektor

A napkollektor műszaki berendezése szintén korlátozásként működik. Csatornáinak meglehetősen kicsi az áramlási területe, ami a mechanikai szennyeződésekkel való eltömődés kockázatát felveti. Nagy a valószínűsége annak, hogy a hűtőfolyadék éjszaka lefagy, miközben az üzemi hőmérsékleti tartomány felső határa 200–300 ° С. A kollektorokat az alacsony hőmérsékleten bejutó hűtőfolyadék gyors folyamatos cirkulációjára tervezték, napfény gyorsan felmelegíti, és ugyanolyan gyorsan hőt bocsát ki az akkumulátorra..

Vákuum U alakú napkollektor csövek

Ezen okok miatt szokásos a propilénglikolt különféle adalékanyag-készlettel használni a hőcsövek közvetlen melegítéséhez. A napkollektoros fűtési rendszer harmadik kötelező eleme tehát egy speciális hűtőfolyadék és cserélő áramkör, amelyet gyakran felépítenek a hőtárolóba, vagy maga a kollektor része lehet..

A gyűjtők változatossága és különbsége

Anélkül, hogy átmésznénk a készülék műszaki részleteit, a sík és a vákuum kollektorok közötti fő különbség a különféle éghajlati zónákban való alkalmazásuk célszerűségében rejlik. A lapos kollektorokat leginkább a déli szélességekben lehet használni, ahol a hőmérséklet nulla felett van, a vákuum kollektorokat pedig közelebb az északihez.

Lapos napkollektor terve: 1 – hűtőfolyadék kimenete; 2 – kollektorkeret; 3 – strukturált jégálló üveg; 4 – abszorber; 5 – rézcsövek; 6 – hőszigetelés; 7 – hűtőfolyadék bemenete

Bizonyos típusú napkollektorok használatának megvalósíthatósága számos tulajdonságnak köszönhető:

• a vákuumgyűjtők képtelenek önálló hótisztításra;
• lapos napkollektorok magas hővesztesége, a hőmérsékleti különbséggel növekszik;
• a lapos kollektorok alacsony ellenállása a szélterhelésnek;
• a vákuum napkollektorokkal kapcsolatos projekt magas költségei;
• alacsony hőmérsékleti tartományban a lapos kollektorok hatékony használata.

A vákuumcsatorna kialakítása közvetett hőátadással: 1 – a hűtött hőhordozó bemenete; 2 – hőcserélő (kollektor); 3 – lezárt dugó; 4 – vákuumcső; 5 – alumínium lemez (abszorber); 6 – hőcső; 7 – munkafolyadék; 8 – fűtött hűtőfolyadék kimenet; 9 – hűtőborda test; 10 – hőcső kondenzátor; 11 – szigetelés

Az egyik legfontosabb különbség a telepítési folyamatban rejlik. A lapos kollektorok előre összeállított szállítást igényelnek a tetőre, míg a vákuum kollektorokat a helyszínen össze lehet szerelni. Ezenkívül a lapos kollektoroknak általában nincs saját hőtároló és -cserélő áramköre..

Napenergia-problémák

A napenergiával működő fűtőrendszereknek nem vannak hátrányai, amelyek közül a legfontosabb az energiaforrás inkonstanciája. Éjszaka a rendszer nem melegszik fel, és hosszan felhős időben az átlag alatti öröm az, ha tiszta ég várja a ház felmelegítését. Ha egy elegendő mennyiségű akkumulátor legalább a reggeliig képes megtartani a szükséges hőmennyiséget, akkor több napos önálló munka elégtelen megvilágítás esetén csak a napkollektor jelentős bővítésével várható. Ez viszont ellentétes problémát okoz: ha a maximális energiafogyasztási módot elérik (például egy tiszta tavaszi napon), egy ilyen napenergia-rendszer intenzívebb hőelvonást vagy több abszorbens átmeneti leállítását igényli árnyékolásukkal.

Fontos megérteni, hogy az orosz éghajlati helyzetben a napenergia-rendszerek nem használhatók egyetlen vagy legfontosabb fűtési forrásként. Ezek azonban jelentősen csökkentik az energiafogyasztást a fűtési szezonban. Különösen hatékonyan működnek a hibrid kollektorok, amelyekben a fűtőberendezéseket fotocellákkal kombinálják. Ha a felhőzet késlelteti az IR sugárzás nagy részét, akkor a spektrum fotoelektromos részének vesztesége nem olyan jelentős.

A napkollektorok további hátránya, hogy a hűtőfolyadékot a kollektor-akkumulátor rendszerben kényszeríteni kell. Néhány vákuumgyűjtő tartály van ellátva a természetes keringés érdekében, és az abszorber felett helyezkedik el. Az ilyen berendezéseket általában olyan melegvíz-ellátó rendszerekben használják, amelyek hidegvíz-ellátás nyomása alatt vesznek vizet. De vannak még módok az ilyen napkollektorok és a fűtési rendszer együttes működésének megteremtésére..

Vákuumos napkollektor tartállyal

Integráció a fűtési rendszerbe

Kétféle módon kombinálhatjuk a napkollektorokat egy önkényesen összetett folyékony fűtési rendszerrel. A fő energiaforrás lehet gáz vagy villamos energia – nincs jelentős különbség.

Az első lehetőség a teljes napi akkumulátor melegítése. Az akkumulátor a kazánnal összeköttetésben áll egymással és egymás után, ha a hőmérséklet nem elég magas, akkor az utóbbi üzembe kerül és melegíti a folyadékot. Az ilyen, megfelelően megtervezett rendszer hatékonyan működhet még kényszerforgalom nélkül is..

1 – fűtőkör; 2 – fűtőfolyadék; 3 – hőmérséklet-érzékelő; 4 – szivattyúállomás; 5 – vezérlő; 6 – szivattyú; 7 – kiegyenlítő tartály; 8 – egészségügyi víz; 9 – hideg víz; 10 – melegvízellátás; 11 – napkollektor; 12 – fűtőkazán

A kombináció második típusa magában foglalja két áramkörű hőtároló használatát. Az egyik hőt távolít el a kollektorról, a második hűtőfolyadék melegítésével a rendszerben az akkumulátorból származó víz melegvíz-forrásként szolgál. Mivel az áramkörök egymástól elszigeteltek, több hőelnyelő folyadék vagy fagyálló felhasználható a fűtési rendszerben és a hőcserélő ciklusban a napkollektorból. A fő hátrány a rendszer illékonysága, mivel mindkét áramkörben a keringés kényszerítve van.

1 – hidegvízellátás; 2 – hőmérséklet-érzékelő; 3 – napkollektoros hőcserélő; 4 – kazán hőcserélő; 5 – kollektor hűtőfolyadék kör; 6 – szivattyúállomás; 7 – vezérlő; 8 – tágulási tartály; 9 – cirkulációs szivattyú; 10 – melegvíz-kiömlő; 11 – fűtőkazán; 12 – napkollektor

Teljesítmény kiszámítása és telepítése

A napenergiára való áttérés nem fogadja el a sietést és a felületes megközelítést. A napkollektoros rendszer telepítésének célszerűségére vonatkozó következtetéseket gyakran csak néhány éves megfigyelések és számítások után lehet levonni..

Sajnos nincs sok értelme támaszkodni a naptérképekre, mivel a helyi időjárási viszonyok jelentősen torzíthatják az átlagot. Ezért az első lépés, hogy függetlenül összeállítson egy jelentést a napsugárzás intenzitásáról a kollektorok telepítésének helyén. A piránométereket a mérésekhez használják; 5 ezer rubel belül megvásárolhat egy elegendő funkciókkal rendelkező költségvetési eszközt.

Pyranometer

A méréseket a nap különböző időszakaiban kell elvégezni, egész évben hetente. A mérések során figyelembe kell venni a kollektorok dőlésszögét és tájolását. A kapott adatokat végül a hidometeorológiai központ statisztikáival ellenőrzik az felhős napok százalékos arányáról az év során..

A napenergia-üzem magas hatékonyságának biztosítása érdekében a leginkább negatív forgatókönyvet kell figyelembe venni, azaz a leghosszabb időszakot, ahol a legkevesebb a megvilágítás, referenciapontnak kell venni. Ideális esetben a még rosszabb időjárási körülmények valószínűségére beállíthatja az elmúlt 15-20 év meteorológiai statisztikáit. A beérkező napenergiáról kapott adatok elősegítik az abszorpciós mező szükséges teljes területének meghatározását és a megvásárolandó kollektorok számának meghatározását..

Mint már említettük, a kollektorokat nagyon ritkán használják fő fűtési forrásként, általában kisegítő szerepet játszanak. De a részvétel részarányát kiszámolhatjuk, a ház energiarendszerének teljes teljesítményének vagy hőveszteségének százalékában tüntetjük fel. Miután megkapta a szükséges számú kilowattot, megszorozzuk az abszorbensek optikai hatékonyságával, számos együtthatót adunk hozzá – a tájolás, a lejtés, a hőmérsékleti viszonyok korrekciói, valamint a biztonsági margó.

A generált teljesítmény „nettó” értéke alapján a következőt kell kiválasztani:

• egy adott modellhez szükséges kollektorok száma és egy 10-15 működőképes átlagos napkollektor;
• csőrendszer a gyártó által ajánlott átviteli sebességgel és hőállósággal;
• keringető csoport, elzáró szelepek, egyéb segédberendezések;
• a tárolótartály térfogata és elhelyezkedése. 20 kW-nál nagyobb napi tároló- vagy hőelvezetési kapacitású rendszerekben érdemes 15–20 m térfogatú szigetelt betontartályokat építeni.³.

Az öntelepítéshez és a karbantartáshoz el kell készíteni a rendszer tervét, ki kell jelölni egy helyet a kiegészítő eszközök elhelyezéséhez és rögzíteni kell a napkollektorokat a déli (az északi féltekén) tető lejtőjén, figyelembe véve a berendezés szállítójának a szélterhelésre vonatkozó ajánlásait. Ne felejtse el, hogy ha egy teljes forgalmazótól egy teljes forgalmazót megvásárol, akkor lehetősége nyílik ingyenesen elkészíteni, ha nem egy fűtési napenergia rendszer projektjét, akkor legalább egy listát a jól kompatibilis berendezésekről és alkatrészekről.

Szükségem van hőszivattyúra

A napkollektoros fűtési rendszerek egyik fő hátránya a magas költségek. Miközben a lapos kollektorok gyártásának technológiáját jól elsajátítják, a vákuumszívók továbbra is drágák, és bizonyos időjárási körülmények között csak sikeres működtetésük lehetséges. De van még egy alternatíva – levegő típusú kollektorok.

Levegő típusú napkollektor

Az egyszerűbb eszköz miatt költségük kevesebb, és lehetőség van az önálló működésre. A levegő kollektorok hatékonysága növekszik egy beépített napelemmel működtetett ventilátor beszerelésével. A gyorsított, de a fűtéssel arányos, a csatornák hűtése miatt a kollektoron keresztül visszatérő hőveszteség minimálisra csökken. Az energia korlátozása a ventilátor sebességének szabályozásával vagy egyszerűen az áramlás kikapcsolásával érhető el – a levegőgyűjtők nem félnek a termikus sokktól, ráadásul könnyű beállítani a természetes recirkulációt.

Levegőrendszerek hiánya a hűtőfolyadék kis mértékű melegítéséhez. A levegő hőkapacitása kisebb, ráadásul az abszorbenst szinte mindig fűtjük fókuszálás nélkül. A fűtőrendszerbe történő integrációhoz (ami leggyakrabban szükséges, mivel a szellőzőcsatorna nem fűthető fűtött helyiségbe, ezért valóban szükség van hőszivattyúra vagy megosztott rendszerre).

A légkondicionáló hőszivattyúi szintén felhasználhatók a légkondicionálás hatékonyságának növelésére. Ezekkel a keringési sebesség olyan értékekre növelhető, amelyek a háztartási szellőztető rendszerekben nem elfogadhatók, ami 2-3-szeresére növeli a teljesítményt a magas hőmérsékleti különbség miatt. Éjszaka a kollektor termelési sebessége alacsony lesz az üzemi hőmérsékleti tartományban.

A hőhordozóként használt levegő páramentesíthető vagy helyettesíthető szén-dioxiddal vagy más hőmegtartó gázzal. Ugyanakkor nincs értelme vízszivattyúkkal ellátott hőszivattyúkat használni: ezeket eredetileg nagy hőmérsékleti különbséggel való működésre tervezték, ezért a teljesítménynövekedés nem elegendő a telepítés költségeinek igazolásához..

Napenergia fűtési rendszer költsége

A tiszta energia felhasználásának örömét magas ár jellemzi, legalábbis manapság. Az igazságosság kedvéért van néhány pozitív hír: az elmúlt öt évben a lapos kollektorok gyártásának költségei 2–2,5-szer csökkentek, ugyanez várható el hamarosan a vákuumszívó készülékekkel is.

A lapos és a vákuum kollektorok költségeit a termelés mennyisége határozza meg – a napsugárzás értéke ideális világítási körülmények között, azaz a fajlagos teljesítmény. Átlagosan 1 kW lapos típusú napkollektorok esetén kb. 350-500 dollárt kell fizetni, és egy külső akkumulátorral történő teljes telepítésért – körülbelül 800-1000 dollárt. A vákuum napkollektorok költségei nagyobb tartományban ingadoznak – 600 dollártól 1000-1200 dollárig komplexenként, a teljesítmény minőségétől, a cső anyagától, a hőcserélő szigetelésétől és más jellemzőitől függően.

A kapacitív kollektorok esetében a mérési szabvány liter vízben van melegítve a lehető legmagasabb hőmérsékletre. A generált villamosenergia mennyiségét az abszorber teljes területével, vagy a víz fajlagos hőkapacitásán keresztül kifejezve lehet kiszámítani. A rendszer bonyolultságától függően a költségek nagyon eltérőek, a középtávú szegmens egyik példányának ára eléri az 1500 dollárt 300 literre (4-5 lakosra), körülbelül 50 ° C hőmérsékleti különbséggel, amely 2,5 kW fajlagos teljesítménynek felel meg..