Solfangere: typer, driftsprincip, systemdesign

Varmepumper trække energi fra jord, vand eller luft opvarmet af solen. Kedler bruger den varme, der frigives under forbrændingen af ​​brændstof, som i sidste ende også er et produkt af omdannelsen af ​​solenergi under jordens lange udvikling. Solfangere er på en måde unikke: de modtager energi direkte fra solen.

For at have mulighed for at varme vand til varmt vand til varmt vand i morgen eller til at varme dit hus, er du i dag stadig nødt til at bruge penge på at købe solfangere. I betragtning af de betydelige omkostninger ved sådant udstyr er det meget vigtigt ikke at lave en fejl, når du vælger. Så du bør i det mindste få generelle ideer om solfangernes specificiteter og nuancerne i deres arbejde.

Specifikationerne ved brug af solfangere

Det vigtigste træk ved solfangere, der adskiller dem fra andre typer varmegeneratorer, er den cykliske karakter af deres arbejde. Ingen sol - ingen termisk energi. Som et resultat er sådanne installationer passive om natten.

Den gennemsnitlige daglige varmeproduktion afhænger direkte af længden på dagslys timer. Sidstnævnte bestemmes for det første af områdets geografiske bredde og for det andet af årstiden. Om sommeren, hvor insoleringstoppen falder på den nordlige halvkugle, vil samleren arbejde med maksimal effektivitet. Om vinteren falder dens produktivitet og når et minimum i december-januar.

Om vinteren falder solfangernes effektivitet ikke kun på grund af et fald i dagslys timer, men også på grund af en ændring i forekomsten af ​​sollys. Svingninger i solfangerens ydelse i løbet af året bør tages med i beregningen af ​​dens bidrag til varmeforsyningssystemet.

En anden faktor, der kan påvirke solfangerens produktivitet, er de klimatiske træk i regionen. I vores land er der mange steder, hvor solen i 200 dage eller mere om året er skjult bag et tykt lag af skyer eller bag et tåge med tåge. I overskyet vejr falder solfangerens ydelse ikke til nul, da den er i stand til at fange det spredte sollys, men er markant reduceret.

Princippet om drift og typer solfangere

Det er på tide at sige et par ord om enheden og princippet om betjening af solfangeren. Hovedelementet i dets design er en adsorber, som er en kobberplade med et rør svejst til det. Absorberer solen, der falder ned på den, bliver pladen (og med den røret) hurtigt opvarmet. Denne varme overføres til det flydende kølevæske, der cirkulerer gennem røret, og transporterer det igen videre gennem systemet.

Den fysiske krops evne til at absorbere eller reflektere solens stråler afhænger først af alt af dens overflade. For eksempel reflekterer en spejleoverflade perfekt lys og varme, men sort, tværtimod, absorberer. Derfor påføres en sort belægning på adsorberens kobberplade (den enkleste mulighed er sort maling).

Princippet for drift af solfangeren

Det er muligt at øge mængden af ​​varme, der modtages fra solen ved korrekt valg af glas, der dækker adsorberen. Regelmæssigt glas er ikke gennemsigtigt nok.Derudover blænder det, hvilket afspejler en del af sollyset, der falder på det. I solfangere forsøger de som regel at bruge specielt glas med lavt jernindhold, hvilket øger dets gennemsigtighed. For at reducere den brøkdel af lys, der reflekteres af overfladen, påføres en antireflekterende belægning på glasset. Og så støv og fugt, som også reducerer glassets gennemstrømning, ikke kommer ind i opsamleren, er kabinettet forseglet og undertiden endda fyldt med en inert gas.

På trods af alle disse tricks er solfangernes effektivitet stadig langt fra 100% på grund af manglen på deres design. Den opvarmede adsorberplade udstråler en del af den modtagne varme i miljøet og opvarmer luften i kontakt med den. For at minimere varmetab skal adsorberen isoleres. Søgningen efter en effektiv metode til termisk isolering af adsorberen førte ingeniører til at skabe flere sorter af solfangere, hvoraf de mest almindelige er fladt og rørformet vakuum.

Flade solfangere

Flade solfangere.

Konstruktionen af ​​en flad solfanger er ekstremt enkel: det er en metalboks dækket med glas ovenfra. Til termisk isolering af kroppens bund og vægge bruges som regel mineraluld. Denne mulighed er langt fra ideel, da varmeoverførsel fra adsorberen til glasset gennem luften inde i kanalen ikke udelukkes. Med en stor temperaturforskel inde i opsamleren og udvendigt er varmetabet ret betydeligt. Som et resultat bliver en flad solfanger, der fungerer perfekt om foråret og sommeren, ekstremt ineffektiv om vinteren.

Flad solfangeranordning

Tubular Vacuum Solar Collectors

Tubular vakuum solfangere.

Vakuum solfangeren er et panel bestående af et stort antal relativt tynde glasrør. Inde i hver af dem er en adsorber. For at udelukke varmeoverførsel med gas (luft) evakueres rørene. På grund af manglen på gas i nærheden af ​​adsorberne er vakuumopsamlere karakteriseret ved lavt varmetab selv i frostigt vejr.

Vakuummanifoldenhed

Anvendelser til solfangere

Hovedformålet med solfangere samt enhver anden varmegenerator er opvarmning af bygninger og klargøring af vand til et varmt vandforsyningssystem. Det gjenstår at finde ud af, hvilken type solfangere der er bedst egnet til at udføre en bestemt funktion.

Som vi har fundet, er flade solfangere kendetegnet ved god ydeevne om foråret og sommeren, men er ineffektive om vinteren. Det følger heraf, at det ikke er praktisk at bruge dem til opvarmning, hvis behov opstår præcist med begyndelsen af ​​koldt vejr. Dette betyder dog ikke, at der ikke er nogen forretning med dette udstyr.

Flade samlere har en ubestridelig fordel - de er væsentligt billigere end vakuummodeller. I de tilfælde, hvor det er planlagt at bruge solenergi udelukkende om sommeren, er det fornuftigt at købe dem. Flade solfangere takler perfekt opgaven med at forberede vand til varmt vand om sommeren. Endnu oftere bruges de til at varme op til en behagelig vandtemperatur i udendørs pools.

Rørformede vakuummanifolds er mere alsidige. Med fremkomsten af ​​vinterkulder falder deres ydeevne ikke så markant som for flade modeller, hvilket betyder, at de kan bruges året rundt.Dette gør det muligt at bruge sådanne solfangere ikke kun til varmt vandforsyning, men også i varmesystemet.

Sammenligning af solfangere til flade og vakuum.

Placering af solfangere

Effektiviteten af ​​solfangeren afhænger direkte af mængden af ​​sollys, der falder på adsorberen. Det følger heraf, at samleren skal være placeret i et åbent rum, hvor aldrig (eller mindst så længe som muligt) skyggen fra nabobygninger, træer placeret i nærheden af ​​bjerge osv.

Af stor betydning er ikke kun placeringen af ​​samleren, men også dens orientering. Den mest "solrige" side på vores nordlige halvkugle er den sydlige side, hvilket betyder, at kollektorens “spejle” ideelt set skal drejes nøjagtigt sydpå. Hvis det er teknisk umuligt at gøre dette, skal du vælge retningen så tæt som muligt mod syd - sydvest eller sydøst.

Man skal ikke ignorere en sådan parameter som solfangerens hældningsvinkel. Størrelsen af ​​vinklen afhænger af afvigelsen af ​​solens position fra toplys, som igen bestemmes af den geografiske breddegrad i det område, hvor udstyret skal betjenes. Hvis hældningsvinklen ikke er indstillet korrekt, vil det optiske energitab øges markant, da en betydelig del af sollyset reflekteres fra opsamlingsglasset og derfor ikke når absorberen.

Hvordan man vælger den rigtige solfanger

Hvis du vil have dit varmesystem til at klare opgaven med at opretholde en behagelig temperatur i lokalerne og varmt i stedet for varmt vand, der strømmer fra vandhanerne, og samtidig planlægger at bruge en solfanger som en varmegenerator, skal du beregne udstyrets nødvendige strøm på forhånd. I dette tilfælde skal der tages højde for et ret stort antal parametre, herunder formålet med opsamleren (varmt vandforsyning, opvarmning eller en kombination af begge dele), objektets varmebehov (samlet areal af opvarmede rum eller gennemsnitligt daglig forbrug af varmt vand), klimatiske træk i regionen og funktionerne i opsamlerinstallationen.

I princippet er det ikke så vanskeligt at foretage sådanne beregninger. Ydelsen for hver model er kendt, hvilket betyder, at du nemt kan estimere antallet af samlere, der er nødvendigt for at levere varme til huset. Virksomheder, der producerer solfangere, har information (og kan give det til forbrugeren) om ændringen i udstyrets magt afhængigt af det geografiske bredde i området, hældningsvinklen til "spejle", afvigelsen af ​​deres retning fra syd osv., Som giver dig mulighed for at foretage de nødvendige ændringer ved beregning af reservoirets ydeevne.

Når man vælger den krævede kollektorkraft, er det meget vigtigt at opnå en balance mellem manglen og den overskydende varme, der genereres. Eksperter anbefaler, at man fokuserer på den maksimale mulige kollektorkraft, dvs. brug indikatoren til den mest produktive sommersæson i beregningerne. Dette er i modstrid med den gennemsnitlige brugers ønske om at tage udstyr med en margen (dvs. beregne kraften i den koldeste måned), så varmen fra opsamleren ville være tilstrækkelig i mindre solrige efterårs- og vinterdage.

Hvis du imidlertid går på vejen for at vælge en solfanger med øget styrke, vil du på toppen af ​​dens ydeevne, det vil sige i varmt solskinsvejr, støde på et alvorligt problem: der genereres mere varme end forbrugt, og dette truer kredsløbet med at blive overophedet og andre ubehagelige konsekvenser . Der er to muligheder for at løse dette problem: enten installere en solfanger med lav effekt og parallelt tilslutte overflødige varmekilder parallelt, eller købe en model med en stor strømreserve og give måder til at udlede overskydende varme i forårssommeren.

Stagnation af systemet

Lad os tale lidt mere om problemerne forbundet med et overskud af genereret varme. Så antag, at du har installeret en tilstrækkelig kraftig solfanger, der fuldt ud kan levere varme til dit hjem varmesystem. Men sommeren kom, og behovet for opvarmning forsvandt. Hvis den elektriske kedel kan slukke for strømmen, kan gaskedlen afbryde brændstofforsyningen, så har vi ingen strøm over solen - vi kan ikke slukke den, når den er for varm.

Stagnation af systemet er et af de største potentielle problemer for solfangere. Hvis der ikke tages tilstrækkelig varme fra kollektorkredsløbet, overopvarmes kølevæsken. På et bestemt tidspunkt kan sidstnævnte koges, hvilket vil føre til ophør af dets cirkulation langs kredsløbet. Når kølevæsken afkøles og kondenseres, genoptager systemet driften. Langt fra alle typer kølemidler overføres imidlertid roligt overgangen fra en væske til en gasformig tilstand og vice versa. Nogle som et resultat af overophedning får en gelé-lignende konsistens, hvilket gør den videre drift af kredsløbet umuligt.

Kun stabil fjernelse af varme produceret af samleren vil hjælpe med at undgå stagnation. Hvis beregningen af ​​udstyrets effekt udføres korrekt, er sandsynligheden for problemer næsten nul.

Selv i dette tilfælde er forekomsten af ​​force majeure-omstændigheder ikke udelukket, derfor bør man på forhånd forudse måder at beskytte mod overophedning:

1. Installation af en reservetank til ophobning af varmt vand. Hvis vandet i hovedtanken i varmtvandsforsyningssystemet har nået det indstillede maksimum, og solfangeren fortsætter med at levere varme, skifter der automatisk sted, og vandet begynder at varme op allerede i reservetanken. Den skabte bestand med varmt vand kan bruges til husholdningsbehov senere i overskyet vejr.

2. Opvarmet vand i poolen. Ejere af huse med en pool (det betyder ikke noget, indendørs eller udendørs) har en stor mulighed for at lede overskydende varme. Poolens volumen er uforligneligt større end volumenet for husholdningsopbevaring, hvorfra det følger, at vandet i det ikke opvarmes så meget, at det ikke længere kan absorbere varme.

3. Tøm varmt vand. I mangel af muligheden for at bruge overskydende varme, kan du simpelthen med fordel dræne det opvarmede vand fra opbevaringstanken til varmt vand i små kloakker i små portioner. Det kolde vand, der kommer ind i tanken, vil sænke temperaturen på hele lydstyrken, hvilket fortsætter med at fjerne varme fra kredsløbet.

4. Ekstern varmeveksler med ventilator. Hvis solfangeren har en høj kapacitet, kan overskydende varme også være meget stor. I dette tilfælde er systemet udstyret med et ekstra kredsløb fyldt med kølemiddel. Dette ekstra kredsløb er forbundet til systemet ved hjælp af en varmeveksler udstyret med en ventilator og monteret uden for bygningen. Hvis der er risiko for overophedning, kommer overskydende varme ind i det ekstra kredsløb og "frigøres" i luften gennem varmeveksleren.

5. Udledning af varme i jorden. Hvis der ud over solfangeren i huset er der en jordvarmepumpe, kan overskydende varme sendes til brønden. Samtidig løser du to problemer på én gang: På den ene side beskytter du kollektorkredsløbet mod overophedning, og på den anden side gendanner du varmebeholdningen i jorden, der er opbrugt om vinteren.

6. Solfangerisolering fra direkte sollys. Denne metode er teknisk set en af ​​de enkleste. Selvfølgelig er det ikke værd at klatre op på taget og manuelt forhindre opsamleren - det er vanskeligt og usikkert. Det er meget mere rationelt at installere en fjernstyret skærm, som en rulleskodde. Du kan endda tilslutte spjældstyringsenheden til regulatoren - hvis temperaturen i kredsløbet stiger farligt, lukker opsamleren automatisk.

7. Kølevæskeafløb. Denne metode kan betragtes som kardinal, men på samme tid er den ganske enkel.Hvis der er risiko for overophedning, udledes kølevæsken gennem en pumpe i en speciel tank integreret i systemkredsløbet. Når forholdene igen er gunstige, returnerer pumpen kølevæsken til kredsløbet, og opsamleren gendannes.

Andre systemkomponenter

Det er ikke nok blot at opsamle den varme, der udstråles af solen. Det er stadig nødvendigt at transportere, akkumulere, overføre det til forbrugerne, det er nødvendigt at kontrollere alle disse processer osv. Dette betyder, at systemet ud over de samlere, der er placeret på taget, indeholder mange andre komponenter, som måske er mindre synlige, men ikke mindre vigtige. Lad os kun fokusere på nogle af dem.

varmeoverføringsmiddel

Kølevæskefunktionen i kollektorkredsløbet kan være vand eller en ikke-frysevæske.

Vand har en række ulemper, der pålægger visse begrænsninger for dets anvendelse som kølemiddel i solfangere:

• For det første fryser det ved frysetemperaturer. Så det frosne kølevæske ikke bryder rørene i kredsløbet, skal det tømmes med koldt vejr, som betyder, at om vinteren ikke får du selv små mængder termisk energi fra opsamleren.
• For det andet kan et ikke for højt kogepunkt for vand forårsage hyppig stagnation om sommeren.

Ikke-frysevæske har i modsætning til vand et markant lavere frysepunkt og et uforligneligt højere kogepunkt, hvilket øger bekvemmeligheden ved at bruge det som et kølemiddel. Imidlertid kan "ikke-frysning" ved høje temperaturer gennemgå irreversible ændringer, derfor skal det beskyttes mod overdreven overophedning.

Tilpasset pumpe til solsystemer

For at sikre tvungen cirkulation af kølevæsken langs kollektorkredsløbet er der behov for en pumpe tilpasset solsystemer.

Varmt varmeveksler

Varmeoverførsel fra solfangerkredsløbet til det vand, der bruges i den indenlandske varmtvandsforsyning, eller til varmebæreren i varmesystemet udføres ved hjælp af en varmeveksler. Brug typisk en stor tank med en allerede indbygget varmeveksler til akkumulering af varmt vand. Det er rationelt at bruge tanke med to eller flere varmevekslere: dette giver dig mulighed for at tage varme ikke kun fra solfangeren, men også fra andre kilder (gas- eller el-kedel, varmepumpe osv.).

automatisering

Et sådant komplekst system kan ikke undvære automatisering, der styrer og kontrollerer processen. Styringen giver dig mulighed for at automatisere opsamlerens arbejde: den analyserer temperaturen i kredsløbet og lagertanken, styrer pumpen og ventiler, der er ansvarlige for bevægelse af kølevæske langs kredsløbet. Hvis kølevæsken i kredsløbet og vandet i tanken overophedes, giver controlleren en kommando om at dumpe varmen i en alternativ køleplade - en ekstra vandtank eller en udendørs luftvarmeveksler.

Hvis temperaturen på vandet i opbevaringstanken ved slutningen af ​​dagslyset overstiger temperaturen på kølemidlet i kollektorkredsløbet, stopper automatiseringen cirkulationen af ​​kølevæsken langs kredsløbet, så den akkumulerede varme ikke frigøres i atmosfæren gennem selve samleren. Moderne controllere gør det muligt at fjernovervåge driften af ​​systemet og om nødvendigt foretage justeringer.

I dag vil det ikke være vanskeligt at finde en solfanger og nogen af ​​de komponenter, der er nødvendige for dens drift på markedet. Det er meget muligt at samle et system fra elementer, der købes separat. Producenter tilbyder dog færdige kits, som inkluderer en opsamler, pumper, opbevaringstanke, kontrolautomation osv. Køb af et sådant sæt er ikke kun en tidsbesparelse, men også en garanti for systemets ydelse.