Özel bir evin güneş enerjisiyle ısıtılması: seçenekler ve tasarım diyagramları

Doğal unsurlardan sağlanan "yeşil" enerjinin kullanılması, kullanım maliyetlerini önemli ölçüde azaltabilir.Örneğin, özel bir ev için güneş enerjisiyle ısıtma ayarlayarak, düşük sıcaklıklı radyatörlere ve yerden ısıtma sistemlerine neredeyse bedava soğutma sıvısı sağlayacaksınız. Katılıyorum, bu zaten para tasarrufu sağlıyor.

Önerilen makalemizden “yeşil teknolojiler” hakkında her şeyi öğreneceksiniz. Yardımımızla güneş enerjisi tesisatlarının türlerini, yapım yöntemlerini ve çalışma özelliklerini kolayca anlayabilirsiniz. Muhtemelen dünyada aktif olarak çalışan, ancak burada henüz büyük talep görmeyen popüler seçeneklerden biri ilginizi çekecektir.

Dikkatinize sunulan incelemede sistemlerin tasarım özellikleri incelenmiş, bağlantı şemaları detaylı olarak anlatılmıştır. Yapımının gerçeklerini değerlendirmek için güneş enerjisiyle ısıtma devresinin hesaplanmasına bir örnek verilmiştir. Bağımsız zanaatkarlara yardımcı olmak için fotoğraf koleksiyonları ve videolar eklenmiştir.

"Yeşil" ısı teknolojileri

Ortalama 1 m² Dünya yüzeyi saatte 161 watt güneş enerjisi almaktadır. Elbette ekvatorda bu rakam Kuzey Kutbu'ndakinden kat kat daha fazla olacaktır. Ayrıca güneş ışınımının yoğunluğu yılın zamanına da bağlıdır.

Moskova bölgesinde Aralık-Ocak aylarında güneş radyasyonunun yoğunluğu Mayıs-Temmuz aylarına göre beş kattan fazla farklılık gösteriyor. Ancak modern sistemler o kadar verimlidir ki, dünyanın hemen her yerinde çalışabilmektedir.

Modern güneş sistemleri bulutlu ve -30°C'ye kadar soğuk havalarda etkin bir şekilde çalışabilmektedir.

Kullanım görevi güneş radyasyonu enerjisi maksimum verimlilik iki şekilde çözülür: termal kolektörlerde doğrudan ısıtma ve güneş fotovoltaik pilleri. Güneş panelleri, güneş ışınlarının enerjisini önce elektriğe dönüştürür, daha sonra bunu özel bir sistem aracılığıyla örneğin elektrikli kazan aracılığıyla tüketicilere iletir.

Termal kollektörler güneş ışınlarıyla ısıtıldığında ısıtma ve sıcak su tedarik sistemlerinin soğutucusunu ısıtır.

Termal toplayıcılar, açık ve kapalı sistemler, düz ve küresel tasarımlar, yarı küresel yoğunlaştırıcı toplayıcılar ve diğer birçok seçenek dahil olmak üzere çeşitli türlerde gelir. Güneş kollektörlerinden elde edilen termal enerji, sıcak su veya ısıtma sıvısını ısıtmak için kullanılır.

Endüstri, bağımsız bir ısıtma ağına dahil edilmek üzere geniş bir yelpazede toplayıcı sistemler üretmektedir. Ancak, bir yazlık konut için en basit seçeneği kendi ellerinizle yapmak kolaydır:

Güneş enerjisinin toplanması, depolanması ve kullanılmasına yönelik çözümlerin geliştirilmesinde açık bir ilerleme olmasına rağmen, avantajlar ve dezavantajlar da mevcuttur.

Güneş enerjisinin verimli kullanımı

Güneş enerjisi kullanmanın en belirgin avantajı evrensel kullanılabilirliğidir. Hatta en kasvetli ve bulutlu havalarda bile güneş enerjisi toplanıp kullanılabiliyor.

İkinci avantaj sıfır emisyondur. Aslında enerjinin en çevre dostu ve doğal şeklidir. Solar paneller ve kollektörler gürültü üretmez. Çoğu durumda, banliyö alanının kullanılabilir alanını işgal etmeden binaların çatılarına monte edilirler.

Enlemlerimizde güneş enerjisiyle ısıtmanın verimliliği oldukça düşüktür, bu da sistemin düzenli çalışması için güneşli gün sayısının yetersiz olmasıyla açıklanmaktadır (+)

Güneş enerjisi kullanımının dezavantajları aydınlatmanın değişkenliğidir. Geceleri toplanacak hiçbir şey yok, ısıtma mevsiminin zirvesinin yılın en kısa gündüz saatlerinde meydana gelmesi nedeniyle durum daha da kötüleşiyor. Panellerin optik temizliğini izlemek gerekir, hafif kirlenme verimliliği keskin bir şekilde azaltır.

Ayrıca güneş enerjisi sisteminin çalıştırılmasının tamamen bedava olduğu söylenemez; ekipman amortismanı, sirkülasyon pompasının çalıştırılması ve kontrol elektroniklerinin sürekli maliyetleri vardır.

Güneş kolektörlerinin kullanımına dayalı ısıtmanın önemli bir dezavantajı, termal enerji biriktirme yeteneğinin olmamasıdır. Devreye yalnızca genleşme deposu (+) dahildir

Açık güneş kollektörleri

Açık güneş kolektörü, dış etkenlerden korunmayan, içinden doğrudan güneş tarafından ısıtılan soğutucunun dolaştığı bir tüp sistemidir.

Soğutma sıvısı olarak su, gaz, hava ve antifriz kullanılır. Borular ya destek paneline bobin şeklinde sabitlenir ya da çıkış borusuna paralel sıralar halinde bağlanır.

Açık güneş kollektörleri özel bir evin ısıtılmasıyla baş edemez. Yalıtım eksikliği nedeniyle soğutucu hızla soğur. Yaz aylarında çoğunlukla duşlarda veya yüzme havuzlarında su ısıtmak için kullanılırlar.

Açık kollektörlerde genellikle herhangi bir yalıtım yoktur. Tasarım çok basittir, bu nedenle maliyeti düşüktür ve genellikle bağımsız olarak yapılır.

Yalıtım eksikliğinden dolayı güneşten alınan enerjiyi pratik olarak depolamazlar ve düşük verim ile karakterize edilirler. Çoğunlukla yaz aylarında yüzme havuzlarında veya yaz duşlarında suyu ısıtmak için kullanılırlar.

Güneşli ve sıcak bölgelerde, ortam havası ve ısıtılmış su arasında küçük sıcaklık farklılıkları olan bölgelere monte edilir. Yalnızca güneşli ve rüzgarsız havalarda iyi çalışırlar.

Bir polimer boru bobininden yapılmış bir soğutucuya sahip en basit güneş enerjisi kolektörü, sulama ve evsel ihtiyaçlar için kulübeye ısıtılmış su temini sağlayacaktır.

Borulu toplayıcı çeşitleri

Boru şeklindeki güneş kollektörleri, içinden su, gaz veya buharın aktığı ayrı tüplerden monte edilir. Bu açık güneş sistemi türlerinden biridir. Bununla birlikte, soğutma sıvısı zaten dış olumsuzluklardan çok daha iyi korunmaktadır. Özellikle termos prensibine göre tasarlanmış vakum tesisatlarında.

Her tüp sisteme ayrı ayrı, birbirine paralel olarak bağlanır. Bir tüp arızalanırsa yenisiyle değiştirmek kolaydır. Tüm yapı doğrudan binanın çatısına monte edilebilir, bu da kurulumu büyük ölçüde kolaylaştırır.

Boru şeklindeki toplayıcı modüler bir yapıya sahiptir. Ana eleman bir vakum tüpüdür; tüp sayısı 18 ila 30 arasında değişir, bu da sistemin gücünü doğru bir şekilde seçmenize olanak tanır

Boru şeklindeki güneş kollektörlerinin önemli bir avantajı, ana elemanların silindirik şeklidir, bu sayede güneş ışınımı, armatürün hareketini izlemek için pahalı sistemler kullanılmadan gün boyu yakalanır.

Özel çok katmanlı kaplama, güneş ışığı için bir tür optik tuzak oluşturur. Diyagram kısmen termosun dış duvarının ışınları iç balonun duvarlarına yansıttığını göstermektedir (+)

Tüplerin tasarımına göre tüylü ve koaksiyel güneş kollektörleri ayırt edilir.

Koaksiyel tüp bir Diaur kabı veya tanıdık bir termostur. Aralarında havanın boşaltıldığı iki şişeden yapılmıştır. İç ampulün iç yüzeyine güneş enerjisini etkili bir şekilde emen son derece seçici bir kaplama uygulanır.

Silindirik borularda güneş ışınları her zaman yüzeye dik olarak düşer.

Dahili seçici katmandan gelen termal enerji, alüminyum plakalardan yapılmış bir ısı borusuna veya dahili ısı eşanjörüne aktarılır. Bu aşamada istenmeyen ısı kaybı meydana gelir.

Tüy tüpü, içine tüy emici yerleştirilmiş bir cam silindirdir.

Sistem adını, ısı ileten metalden yapılmış bir termal kanalın etrafını sıkıca saran tüy emiciden alıyor.

İyi bir ısı yalıtımı için borudaki hava boşaltılmıştır. Emiciden ısı transferi kayıpsız gerçekleşir, dolayısıyla tüylü tüplerin verimliliği daha yüksektir.

Isı transfer yöntemine göre iki sistem vardır: doğrudan akışlı ve ısı borulu. Termal tüp, kolayca buharlaşan bir sıvı içeren kapalı bir kaptır.

Kolayca buharlaşan sıvı doğal olarak ısı tüpünün tabanına aktığı için minimum eğim açısı 20° C'dir.

Isı tüpünün içinde, şişenin iç duvarından veya tüy emiciden ısı alan, kolayca buharlaşan bir sıvı vardır. Sıcaklığın etkisi altında sıvı kaynar ve buhar şeklinde yükselir. Isı, ısıtma veya sıcak su besleme soğutucusuna aktarıldıktan sonra buhar, sıvı halinde yoğunlaşır ve aşağı doğru akar.

Su genellikle düşük basınçta kolayca buharlaşan bir sıvı olarak kullanılır. Tek geçişli sistem, içinden su veya ısıtma sıvısının dolaştığı U şeklinde bir tüp kullanır.

U şeklindeki tüpün bir yarısı soğuk soğutma sıvısı için tasarlanmıştır, ikincisi ise ısıtılmış olanı çıkarır. Isıtıldığında soğutucu genleşerek depolama tankına girerek doğal sirkülasyon sağlar. Isı borulu sistemlerde olduğu gibi minimum eğim açısı en az 20⁰ olmalıdır.

Doğrudan akışlı bağlantıda, şişenin içinde teknik bir vakum olduğundan sistemdeki basınç yüksek olamaz.

Doğrudan akışlı sistemler daha verimlidir çünkü soğutucuyu anında ısıtırlar. Güneş kollektör sistemlerinin tüm yıl boyunca kullanılması planlanıyorsa, içlerine özel antifriz pompalanır.

Borulu güneş kollektörlerinin kullanımının birçok avantajı ve dezavantajı vardır. Boru şeklindeki bir güneş kollektörünün tasarımı, değiştirilmesi nispeten kolay olan aynı elemanlardan oluşur.

Avantajları:

• düşük ısı kaybı;
• -30⁰С'ye kadar sıcaklıklarda çalışabilme yeteneği;
• gündüz saatlerinde verimli performans;
• ılıman ve soğuk iklime sahip bölgelerde iyi performans;
• boru şeklindeki sistemlerin hava kütlelerini kendi içinden geçirme yeteneği ile haklı gösterilen düşük rüzgar;
• yüksek sıcaklıkta soğutucu üretme imkanı.

Yapısal olarak boru şeklindeki yapı sınırlı bir açıklık yüzeyine sahiptir.

Aşağıdaki dezavantajları vardır:

• kardan, buzdan, dondan kendi kendini temizleyemez;
• yüksek fiyat.

Başlangıçtaki yüksek maliyete rağmen borulu toplayıcılar kendilerini daha hızlı amorti ederler. Uzun bir servis ömrüne sahiptirler.

Borulu kolektörler açık tip güneş enerjisi sistemleri olduğundan yıl boyu ısıtma sistemlerinde kullanıma uygun değildir (+)

Düz kapalı sistemler

Düz plakalı bir toplayıcı, bir alüminyum çerçeve, özel bir emici katman - bir emici, şeffaf bir kaplama, bir boru hattı ve yalıtımdan oluşur.

Karartılmış bakır levha, güneş enerjisi sistemleri oluşturmak için ideal ısı iletkenliğine sahip emici olarak kullanılır.Güneş enerjisi bir soğurucu tarafından emildiğinde, aldığı güneş enerjisi soğurucuya bitişik bir tüp sistemi aracılığıyla dolaşan bir soğutucuya aktarılır.

Dış tarafta kapalı panel şeffaf bir kaplama ile korunmaktadır. 0,4-1,8 mikron iletim bandına sahip darbeye dayanıklı temperli camdan yapılmıştır. Bu aralık maksimum güneş ışınımına karşılık gelir. Darbeye dayanıklı cam doluya karşı iyi koruma sağlar. Arka tarafta panelin tamamı güvenilir bir şekilde yalıtılmıştır.

Düz plakalı güneş kollektörleri maksimum performans ve basit tasarımla karakterize edilir. Emici kullanımı nedeniyle verimlilikleri artar. Yaygın ve doğrudan güneş ışınımını yakalayabilirler

Kapalı düz panellerin avantajlarının listesi şunları içerir:

• tasarımın basitliği;
• sıcak iklime sahip bölgelerde iyi performans;
• eğim açısını değiştirmek için cihazlarla herhangi bir açıda kurulum yeteneği;
• kar ve dondan kendi kendini temizleme yeteneği;
• Düşük fiyat.

Düz plakalı güneş kolektörleri özellikle kullanımları tasarım aşamasında planlanıyorsa avantajlıdır. Kaliteli ürünlerin hizmet ömrü 50 yıldır.

Dezavantajları şunları içerir:

• yüksek ısı kaybı;
• ağır ağırlık;
• paneller yataya açılı olarak yerleştirildiğinde yüksek rüzgar;
• sıcaklık değişiklikleri 40°C'yi aştığında performans sınırlamaları.

Kapalı kollektörlerin uygulama kapsamı açık tip güneş enerjisi sistemlerine göre çok daha geniştir. Yaz aylarında sıcak su ihtiyacını tam olarak karşılayabilmektedir. Tesislerin ısıtma periyoduna dahil etmediği serin günlerde, gazlı ve elektrikli ısıtıcılar yerine çalışabilirler.

Dileyenler için güneş kolektörü yapmak Yazlığınızda kendi ellerinizle bir ısıtma sistemi kurmak için, pratikte test edilmiş diyagramları ve adım adım montaj talimatlarını öğrenmenizi öneririz.

Güneş kolektörü özelliklerinin karşılaştırılması

Bir güneş kolektörünün en önemli göstergesi verimliliğidir. Farklı tasarımlara sahip güneş kollektörlerinin faydalı performansı sıcaklık farkına bağlıdır. Aynı zamanda düz kolektörler boru şeklindeki kolektörlerden çok daha ucuzdur.

Verimlilik değerleri güneş kollektörünün imalat kalitesine bağlıdır. Grafiğin amacı sıcaklık farkına bağlı olarak farklı sistemlerin kullanılmasının etkinliğini göstermektir.

Güneş kolektörü seçerken cihazın verimliliğini ve gücünü gösteren bir takım parametrelere dikkat etmelisiniz.

Güneş kolektörlerinin birkaç önemli özelliği vardır:

• adsorpsiyon katsayısı - emilen enerjinin toplama oranını gösterir;
• emisyon katsayısı - iletilen enerjinin emilen enerjiye oranını gösterir;
• toplam ve açıklık alanı;
• Yeterlik

Açıklık alanı güneş kolektörünün çalışma alanıdır. Düz plakalı toplayıcının maksimum açıklık alanı vardır. Açıklık alanı soğurucu alana eşittir.

Isıtma sistemine bağlantı yöntemleri

Güneş enerjisiyle çalışan cihazlar 24 saat boyunca istikrarlı bir enerji tedariki sağlayamadığından, bu eksikliklere karşı dayanıklı bir sisteme ihtiyaç duyulmaktadır.

Merkezi Rusya için güneş enerjisi cihazları istikrarlı bir enerji akışını garanti edemez, bu nedenle ek bir sistem olarak kullanılırlar. Mevcut bir ısıtma ve sıcak su sistemine entegrasyon, güneş enerjisi kolektörü ve güneş pili için farklıdır.

Su toplayıcılı şema

Isı toplayıcının kullanım amacına göre farklı bağlantı sistemleri kullanılmaktadır. Birkaç seçenek olabilir:

1. Sıcak su temini için yaz seçeneği
2. Isıtma ve sıcak su temini için kış seçeneği

Yaz seçeneği en basit olanıdır ve onsuz bile yapılabilir. sirkülasyon pompasıdoğal su sirkülasyonunu kullanarak.

Su güneş kollektöründe ısıtılır ve termal genleşme nedeniyle depolama tankına veya kazana girer. Bu durumda doğal sirkülasyon meydana gelir: tanktan sıcak su yerine soğuk su emilir.

Kışın sıfırın altındaki sıcaklıklarda suyun doğrudan ısıtılması mümkün değildir. Özel antifriz kapalı devre dolaşarak kollektörden tanktaki ısı eşanjörüne ısı transferini sağlar.

Doğal sirkülasyona dayalı her sistem gibi çok verimli çalışmaz, gerekli eğimlere uyum gerektirir. Ayrıca depolama tankının güneş kollektöründen daha yüksek olması gerekir. Suyun mümkün olduğu kadar uzun süre sıcak kalması için tankın tamamen yalıtılması gerekir.

Güneş kollektörünün gerçekten en verimli şekilde çalışmasını sağlamak istiyorsanız bağlantı şeması daha karmaşık hale gelecektir.

Kolektörün gece soğutucu radyatöre dönüşmesini önlemek için su sirkülasyonunun zorla durdurulması gerekir.

Donmayan soğutma sıvısı güneş kollektörü sistemi içerisinde dolaşır. Zorunlu sirkülasyon, bir kontrolör tarafından kontrol edilen bir pompa tarafından sağlanır.

Kontrol cihazı, en az iki sıcaklık sensörünün okumalarına dayanarak sirkülasyon pompasının çalışmasını kontrol eder. İlk sensör depolama tankındaki sıcaklığı ölçer, ikincisi ise güneş kolektörünün sıcak soğutucu besleme borusundaki sıcaklığı ölçer.

Tanktaki sıcaklık soğutucunun sıcaklığını aştığı anda, kollektördeki kontrolör sirkülasyon pompasını kapatarak soğutucunun sistemdeki dolaşımını durdurur. Buna karşılık, depolama tankındaki sıcaklık ayarlanan değerin altına düştüğünde ısıtma kazanı açılır.

Soğutuculu güneş kollektörlerine yeni bir isim ve etkili bir alternatif, soğutma sıvılı sistemler haline geldi. vakum tüpleri, çalışma prensibi ve tasarımına aşina olmanızı önerdiğimiz.

Güneş pili ile şema

Benzer bir uygulamayı uygulamak cazip gelebilir güneş pili bağlantı şeması Güneş kolektöründe uygulandığı gibi, gün boyunca alınan enerjiyi biriktirerek elektrik şebekesine. Ne yazık ki, özel bir evin güç kaynağı sistemi için yeterli kapasitede bir pil takımı oluşturmak çok pahalıdır. Dolayısıyla bağlantı şeması şuna benziyor.

Güneş pilinden gelen elektrik akımının gücü azaldığında, ATS ünitesi (bir rezervin otomatik olarak açılması), tüketicilerin genel elektrik şebekesine bağlanmasını sağlar.

Güneş panellerinden şarj, çeşitli işlevleri yerine getiren şarj kontrol cihazına beslenir: akülerin sürekli şarj edilmesini sağlar ve voltajı dengeler. Daha sonra, 12V veya 24V doğru akımın 220V tek fazlı alternatif akıma dönüştürüldüğü invertöre elektrik akımı verilir.

Ne yazık ki elektrik şebekelerimiz enerji almaya uygun değil, kaynaktan tüketiciye kadar sadece tek yönde çalışabiliyor. Bu nedenle çekilen elektriği satamayacak veya en azından sayacın ters yönde dönmesini sağlayamayacaksınız.

Güneş panellerinin kullanımı, daha çok yönlü bir enerji türü sağlamaları açısından avantajlıdır, ancak aynı zamanda verimlilik açısından güneş kollektörleriyle karşılaştırılamazlar. Ancak ikincisi, güneş fotovoltaik pillerinin aksine enerji depolama özelliğine sahip değildir.

Güneş panelleri kullanarak özel bir evin ısıtılmasını organize etme seçenekleri hakkında her şeyi bulacaksınız. Bu makalede.

Gerekli gücü hesaplama örneği

Bir güneş kollektörünün gerekli gücü hesaplanırken, yılın en soğuk aylarında gelen güneş enerjisi esas alınarak hesaplamalar sıklıkla yanlışlıkla yapılır.

Gerçek şu ki, yılın geri kalan aylarında tüm sistem sürekli olarak aşırı ısınacak. Yaz aylarında güneş kollektörünün çıkışındaki soğutucunun sıcaklığı buhar veya gaz ısıtıldığında 200°C'ye, antifriz için 120°C'ye, su için 150°C'ye ulaşabilir. Soğutma sıvısı kaynarsa kısmen buharlaşacaktır. Sonuç olarak değiştirilmesi gerekecek.

Üreticiler aşağıdaki rakamlardan ilerlemenizi tavsiye ediyor:

• % 70'ten fazla olmayan sıcak su temini;
• ısıtma sisteminin sağlanması% 30'dan fazla değildir.

Gerekli ısının geri kalanı standart ısıtma ekipmanı tarafından üretilmelidir. Bununla birlikte, bu göstergelerle ısıtma ve sıcak su temininde yılda ortalama% 40 civarında tasarruf sağlanmaktadır.

Bir vakum sisteminin tek bir tüpü tarafından üretilen güç, coğrafi konuma bağlıdır. Yılda 1 m2'ye düşen güneş enerjisi göstergesi² dünyanın güneş ışığına maruz kalması denir.

Borunun uzunluğunu ve çapını bilerek, açıklığı, yani etkin emme alanını hesaplayabilirsiniz. Yılda bir tüpün gücünü hesaplamak için emme ve emisyon katsayılarını uygulamaya devam etmektedir.

Hesaplama örneği:

Standart boru uzunluğu 1800 mm, etkin uzunluk ise 1600 mm'dir. Çap 58 mm. Açıklık tüpün oluşturduğu gölgeli alandır. Böylece gölge dikdörtgenin alanı şöyle olacaktır:

S = 1,6 * 0,058 = 0,0928m²

Orta tüpün verimliliği %80, Moskova için güneş enerjisi yaklaşık 1170 kWh/m2'dir.² yıl içinde. Böylece yılda bir tüp üretilecektir:

G = 0,0928 * 1170 * 0,8 = 86,86 kWh

Bunun çok kaba bir tahmin olduğunu belirtmek gerekir. Üretilen enerji miktarı kurulumun yönüne, açıya, ortalama yıllık sıcaklığa vb. bağlıdır.

Her türlüsüyle alternatif enerji kaynakları ve bunları kullanmanın yollarını sunulan makalede bulabilirsiniz.

Konuyla ilgili sonuçlar ve faydalı videolar

Video #1. Kışın bir güneş kolektörünün çalışmasının gösterilmesi:

2. video. Farklı güneş kollektörü modellerinin karşılaştırılması:

İnsanlık varoluşu boyunca her yıl daha fazla enerji tüketmektedir. Uzun süredir serbest güneş ışınımından yararlanma girişimleri yapılıyor, ancak enlemlerimizde güneşi etkili bir şekilde kullanmak ancak son zamanlarda mümkün hale geldi. Geleceğin güneş sistemleri olduğuna şüphe yok.

Bir kır evi veya kır evi için güneş enerjisiyle ısıtmanın düzenlenmesinde ilginç özellikleri bildirmek ister misiniz? Lütfen aşağıdaki bloğa yorumlarınızı yazın. Burada bir soru sorabilir, sistem montaj sürecini gösteren bir fotoğraf bırakabilir ve faydalı bilgileri paylaşabilirsiniz.