Solfangere: typer, driftsprinsipp, systemdesign

Varmepumper hente energi fra jord, vann eller luft oppvarmet av solen. Kjeler bruker varmen som frigjøres ved forbrenning av drivstoff, som til slutt også er et produkt av konvertering av solenergi under jordens lange utvikling. Solfangere er på en måte unike: de mottar energi direkte fra solen.

For å ha muligheten til å varme vann til varmt vann til hjemmet helt gratis i morgen eller for å varme opp huset ditt, må du i dag fremdeles bruke penger på å kjøpe solfangere. Gitt de betydelige kostnadene for slikt utstyr, er det veldig viktig å ikke ta en feil når du velger. Så bør du få minst generelle ideer om detaljene til solfangere og nyansene i arbeidet deres.

Spesifikasjonene ved bruk av solfangere

Hovedfunksjonen til solfangere som skiller dem fra andre typer varmegeneratorer er den sykliske karakteren av arbeidet deres. Ingen sol - ingen termisk energi. Som et resultat er slike installasjoner passive om natten.

Den gjennomsnittlige daglige varmeproduksjonen avhenger direkte av lengden på dagslysstimene. Det siste bestemmes for det første av områdets geografiske breddegrad, og for det andre av tiden på året. Om sommeren, der insolasjonstoppen faller på den nordlige halvkule, vil samleren arbeide med maksimal effektivitet. Om vinteren synker produktiviteten og når et minimum i desember-januar.

Om vinteren synker effektiviteten til solfangere ikke bare på grunn av en reduksjon i dagslys timer, men også på grunn av en endring i forekomsten av sollys. Svingninger i ytelsen til solfangeren i løpet av året bør tas med i beregningen av bidraget til varmeforsyningssystemet.

En annen faktor som kan påvirke produktiviteten til solfangeren er de klimatiske funksjonene i regionen. I landet vårt er det mange steder der solen i 200 dager eller mer i året er gjemt bak et tykt lag med skyer eller bak et tåkeslør. I overskyet vær faller ikke solfangerens ytelse til null, siden den er i stand til å fange opp det spredte sollyset, men er betydelig redusert.

Prinsippet om drift og typer solfangere

Det er på tide å si noen ord om enheten og prinsippet om drift av solfangeren. Hovedelementet i designen er en adsorber, som er en kobberplate med et rør sveiset til den. Når den absorberer solvarmen som faller på den, blir platen (og med den røret) raskt oppvarmet. Denne varmen overføres til det flytende kjølevæsken som sirkulerer gjennom røret, og som igjen transporterer den videre gjennom systemet.

Evnen til den fysiske kroppen til å absorbere eller reflektere solens stråler avhenger først av alt av overflaten. For eksempel reflekterer en speilflate perfekt lys og varme, men svart absorberer tvert imot. Det er grunnen til at et svart belegg påføres adsorberens kobberplate (det enkleste alternativet er svart maling).

Prinsippet for drift av solfangeren

Det er mulig å øke mengden varme som mottas fra solen ved riktig valg av glass som dekker adsorberen. Vanlig glass er ikke gjennomsiktig nok.I tillegg blender den og reflekterer en del av sollyset som faller på det. I solfangere prøver de som regel å bruke spesialglass med lavt jerninnhold, noe som øker dets gjennomsiktighet. For å redusere brøkdelen av lys som reflekteres av overflaten, påføres et antirefleksivt belegg på glasset. Og slik at støv og fuktighet, som også reduserer gjennomstrømningen av glasset, ikke kommer inn i samleren, blir saken forseglet og noen ganger til og med fylt med en inert gass.

Til tross for alle disse triksene, er effektiviteten til solfangere fremdeles langt fra 100% på grunn av ufullkommenhet i designen. Den oppvarmede adsorberplaten stråler en del av den mottatte varmen ut i miljøet, og oppvarmer luften i kontakt med den. For å minimere varmetap, må adsorberen isoleres. Letingen etter en effektiv metode for termisk isolasjon av adsorberen førte til at ingeniører skapte flere varianter av solfangere, hvorav de vanligste er flate og rørformede vakuum.

Flat solfangere

Flat solfangere.

Utformingen av en flat solfanger er ekstremt enkel: det er en metallboks dekket med glass ovenfra. For termisk isolasjon av kroppens bunn og vegger brukes som regel mineralull. Dette alternativet er langt fra ideelt, siden varmeoverføring fra adsorberen til glasset gjennom luften inne i kanalen ikke er utelukket. Med en stor temperaturforskjell inne i samleren og utsiden, er varmetapet ganske betydelig. Som et resultat blir en flat solfanger, som fungerer perfekt om våren og sommeren, ekstremt ineffektiv om vinteren.

Flat solfangerapparat

Tubular Vacuum Solar Collectors

Tubular vakuum solfangere.

Vakuum-solfangeren er et panel bestående av et stort antall relativt tynne glassrør. Inni hver av dem er en adsorber. For å utelukke varmeoverføring med gass (luft) blir rørene evakuert. På grunn av mangelen på gass i nærheten av adsorberne, er vakuumsamlere preget av lavt varmetap selv i frostig vær.

Vakuummanifoldenhet

Bruksområder for solfangere

Hovedformålet med solfangere, så vel som andre varmegeneratorer, er å varme bygninger og klargjøre vann til et varmtvannsforsyningssystem. Det gjenstår å finne ut hvilken type solfangere som er best egnet til å utføre en bestemt funksjon.

Som vi har funnet, kjennetegnes flate solfangere ved god ytelse om våren og sommeren, men er ineffektive om vinteren. Det følger av dette at det ikke er praktisk å bruke dem til oppvarming, hvis behov oppstår nøyaktig med begynnelsen av kaldt vær. Dette betyr imidlertid ikke at det ikke er noen virksomhet for dette utstyret.

Flatoppsamlere har en udiskutabel fordel - de er betydelig billigere enn vakuummodeller, i tilfeller der det er planlagt å bruke solenergi utelukkende om sommeren, er det fornuftig å kjøpe dem. Flat solfangere takler perfekt oppgaven med å klargjøre vann til varmt vann om sommeren. Enda oftere brukes de til å varme opp til en behagelig vanntemperatur i utendørsbassenger.

Rørformede vakuummanifolder er mer allsidige. Med bruk av vinterkulda reduseres ytelsen ikke så betydelig som for flate modeller, noe som betyr at de kan brukes året rundt.Dette gjør det mulig å bruke slike solfangere ikke bare til varmtvannsforsyning, men også i varmesystemet.

Sammenligning av solfangere med flate og vakuum.

Plassering av solfangere

Effektiviteten til solfangeren avhenger direkte av mengden sollys som faller på adsorberen. Det følger at samleren skal være plassert i et åpent rom, hvor aldri (eller minst så lenge som mulig) skyggen fra nabobygninger, trær som ligger i nærheten av fjell, etc.

Av stor betydning er ikke bare plasseringen av samleren, men også dens orientering. Den mest "solfylte" siden på vår nordlige halvkule er sørsiden, noe som betyr at ideelt sett bør "speilene" til samleren dreies nøyaktig sør. Hvis det er teknisk umulig å gjøre dette, bør du velge retningen så nært sør - sørvest eller sørøst.

Man skal ikke se bort fra en slik parameter som hellingsvinkelen til solfangeren. Størrelsen på vinkelen avhenger av avviket fra solens plassering fra topp, som igjen bestemmes av den geografiske breddegraden til området der utstyret skal brukes. Hvis tiltvinkelen ikke er riktig innstilt, vil det optiske energitapet øke betydelig, siden en betydelig del av sollyset reflekteres fra kollektorglasset og derfor ikke når absorbenten.

Hvordan velge riktig solfanger

Hvis du vil at varmesystemet til huset ditt skal takle oppgaven med å opprettholde en behagelig temperatur i lokalene, og varmt i stedet for varmt vann som strømmer fra kranene, og samtidig planlegger å bruke en solfanger som en varmegenerator, må du beregne den nødvendige kraften til utstyret på forhånd. I dette tilfellet vil det være nødvendig å ta et ganske stort antall parametere i betraktning, inkludert formålet med oppsamleren (varmt vann fra hjemmet, oppvarming eller en kombinasjon av disse), anleggets varmebehov (total areal av oppvarmede rom eller gjennomsnittlig daglig forbruk av varmt vann), klimatiske trekk i regionen og funksjonene til samlerinstallasjonen.

I prinsippet er det ikke så vanskelig å gjøre slike beregninger. Ytelsen til hver modell er kjent, noe som betyr at du enkelt kan estimere antall samlere som trengs for å gi varme til huset. Selskaper som produserer solfangere har informasjon (og kan gi den til forbrukeren) om endringen i utstyrets kraft, avhengig av terrengets geografiske breddegrad, hellingsvinkelen til "speilene", avviket fra deres retning fra sør, etc., som lar deg gjøre de nødvendige endringene når du beregner reservoarytelsen.

Når du velger den nødvendige kollektorkraften, er det veldig viktig å oppnå en balanse mellom mangelen og overflødig varme som genereres. Eksperter anbefaler å fokusere på maksimal mulig kollektorkraft, dvs. bruke indikatoren for den mest produktive sommersesongen i beregningene. Dette motsier ønsket fra den gjennomsnittlige brukeren å ta utstyr med en margin (dvs. beregne kraften til den kaldeste måneden), slik at varme fra samleren ville være tilstrekkelig i mindre solfylte høst- og vinterdager.

Imidlertid, hvis du går på veien for å velge en solfanger med økt kraft, vil du på toppen av ytelsen, dvs. i varmt solfylt vær, møte et alvorlig problem: mer varme vil bli generert enn forbrukt, og dette truer overoppheting av kretsen og andre ubehagelige konsekvenser . Det er to alternativer for å løse dette problemet: enten installere en solfanger med lav effekt og parallelt koble overflødige varmekilder parallelt, eller kjøpe en modell med en stor strømreserve og gi måter å tømme overflødig varme i vår-sommersesongen.

Stagnasjon av systemet

La oss snakke litt mer om problemene forbundet med et overskudd av generert varme. Så antar at du har installert en tilstrekkelig kraftig solfanger som fullt ut kan gi varme til ditt varmesystem. Men sommeren kom, og behovet for oppvarming forsvant. Hvis du kan slå av strømmen til en elektrisk kjele, slå av drivstofftilførselen til en gasskjele, så har vi ingen strøm over solen - vi kan ikke slå den av når den er for varm.

Stagnasjon av systemet er et av de største potensielle problemene for solfangere. Hvis det ikke blir tatt tilstrekkelig varme fra kollektorkretsen, overopphetes kjølevæsken. I et bestemt øyeblikk kan sistnevnte koke, noe som vil føre til avslutning av sirkulasjonen langs kretsløpet. Når kjølevæsken avkjøles og kondenserer, vil systemet fortsette å fungere. Langt fra alle typer kjølevæsker overfører imidlertid rolig overgangen fra en flytende tilstand til en gassformig tilstand og omvendt. Noen som et resultat av overoppheting får en gelélignende konsistens, noe som gjør den videre drift av kretsen umulig.

Bare stabil fjerning av varme produsert av samleren vil bidra til å unngå stagnasjon. Hvis beregningen av kraften til utstyret gjøres riktig, er sannsynligheten for problemer nesten null.

Selv i dette tilfellet er forekomsten av force majeure-omstendigheter ikke utelukket, derfor må man på forhånd planlegge måter å beskytte mot overoppheting:

1. Installasjon av en reservetank for akkumulering av varmt vann. Hvis vannet i hovedtanken til varmtvannsforsyningssystemet når det angitte maksimum, og solfangeren fortsetter å levere varme, vil det automatisk skiftes, og vannet begynner å varme opp allerede i reservatetanken. Det opprettede lageret av varmt vann kan brukes til hjemlige behov senere, i overskyet vær.

2. Oppvarmet vann i bassenget. Eiere av hus med basseng (det spiller ingen rolle, innendørs eller utendørs) har en flott mulighet til å avlede overflødig varme. Bassengets volum er uten sammenligning større enn volumet til husholdningsoppbevaring, hvorfra det følger at vannet i det ikke vil varme opp så mye at det ikke lenger kan absorbere varme.

3. Tøm varmt vann. I mangel av muligheten til å bruke overflødig varme, kan du ganske enkelt med fordel tømme det oppvarmede vannet fra lagringstanken for varmt vann i små kloakk i små porsjoner. Det kalde vannet som kommer inn i tanken vil senke temperaturen på hele volumet, som vil fortsette å fjerne varmen fra kretsen.

4. Ekstern varmeveksler med vifte. Hvis solfangeren har en høy kapasitet, kan overskuddsvarmen også være veldig stor. I dette tilfellet er systemet utstyrt med en ekstra krets fylt med kjølemedium. Denne tilleggskretsen er koblet til systemet ved hjelp av en varmeveksler utstyrt med en vifte og montert utenfor bygningen. Hvis det er fare for overoppheting, kommer overflødig varme inn i tilleggskretsen og blir "sluppet" ut i luften gjennom varmeveksleren.

5. Utslipp av varme i bakken. Hvis det i tillegg til solfangeren i huset er en jordvarmepumpe, kan overflødig varme sendes til brønnen. Samtidig løser du to problemer på en gang: på den ene siden beskytter du samlerkretsen mot overoppheting, på den andre siden gjenoppretter du den utarmede varmereserven i bakken om vinteren.

6. Solfangerisolering fra direkte sollys. Denne metoden er teknisk sett en av de enkleste. Å klatre opp på taket og manuelt gardinere samleren er selvfølgelig ikke verdt det - det er vanskelig og utrygt. Det er mye mer rasjonelt å installere en fjernstyrt skjerm, som en rulleskodde. Du kan til og med koble spjeldkontrollenheten til regulatoren - hvis temperaturen i kretsløpet stiger farlig, lukkes oppsamleren automatisk.

7. Kjølevæskedrenering. Denne metoden kan betraktes som kardinal, men samtidig er den ganske enkel.Hvis det er fare for overoppheting, tappes kjølevæsken ved hjelp av en pumpe inn i en spesiell tank integrert i systemkretsen. Når forholdene blir gunstige igjen, vil pumpen returnere kjølevæsken til kretsen, og oppsamleren gjenopprettes.

Andre systemkomponenter

Det er ikke nok å bare samle varmen som utstråles av solen. Det må transporteres, akkumuleres, overføres til forbrukere, alle disse prosessene må kontrolleres osv. Dette betyr at systemet i tillegg til samlerne som er plassert på taket, inneholder mange andre komponenter som kan være mindre merkbare, men ikke mindre viktige. La oss bare fokusere på noen av dem.

varmeoverføringsmiddel

Kjølevæskefunksjonen i kollektorkretsen kan være enten vann eller et frysevæske.

Vann har en rekke ulemper som pålegger visse begrensninger for bruken av det som kjølevæske i solfangere:

• For det første fryser det ved minusgrader. Slik at det frosne kjølevæsken ikke knekker rørene i kretsen, må den tappes med kaldt vær, som betyr at du om vinteren ikke vil motta engang små mengder termisk energi fra samleren.
• For det andre kan et ikke for høyt kokepunkt for vann føre til hyppig stagnasjon om sommeren.

I motsetning til vann har ikke-frysevæske et betydelig lavere frysepunkt og et sammenlignbart høyere kokepunkt, noe som øker bekvemmeligheten ved å bruke det som kjølevæske. Imidlertid kan "ikke-frysen" ved høye temperaturer gjennomgå irreversible endringer, så den bør beskyttes mot overdreven overoppheting.

Tilpasset pumpe for solsystemer

For å sikre tvungen sirkulasjon av kjølevæsken langs kollektorkretsen, er det nødvendig med en pumpe tilpasset solsystemer.

Varmveksler for varmtvann

Varmeoverføring fra solfangerkretsen til vannet som brukes i varmtvannsforsyningen, eller til varmesystemet til varmesystemet, utføres ved hjelp av en varmeveksler. Som regel, for akkumulering av varmt vann, brukes en stor tank med en allerede innebygd varmeveksler. Det er rasjonelt å bruke tanker med to eller flere varmevekslere: dette vil tillate deg å ta varme ikke bare fra solfangeren, men også fra andre kilder (gass eller elektrisk kjele, varmepumpe, etc.).

automatisering

Et slikt komplekst system kan ikke klare seg uten automatisering, som styrer og kontrollerer prosessen. Kontrolleren lar deg automatisere arbeidet til samleren: den analyserer temperaturen i kretsen og lagringstanken, kontrollerer pumpen og ventilene som er ansvarlige for bevegelse av kjølevæske langs kretsen. Hvis kjølevæsken i kretsen overopphetes og vannet i tanken overopphetes, vil kontrolleren gi en kommando om å frigjøre varmen til et alternativt varmeavleder - en ekstra vanntank eller en uteluftvarmeveksler.

Hvis temperaturen på vannet i lagringstanken på slutten av dagslyset overstiger temperaturen på kjølevæsken i kollektorkretsen, vil automatiseringen stoppe sirkulasjonen av kjølevæsken langs kretsen slik at den akkumulerte varmen ikke frigjøres i atmosfæren gjennom selve samleren. Moderne kontrollere gjør det mulig å overvåke driften av systemet eksternt og om nødvendig gjøre justeringer.

I dag vil det ikke være vanskelig å finne en solfanger og noen av komponentene som er nødvendige for dens drift på markedet. Det er fullt mulig å sette sammen et system fra elementer som er kjøpt separat. Imidlertid tilbyr produsenter ferdige sett, som inkluderer en oppsamler, pumper, lagringstanker, kontrollautomasjon osv. Kjøpet av et slikt sett er ikke bare en tidsbesparelse, men også en garanti for systemets ytelse.