Tepelné čerpadlá čerpať energiu z pôdy, vody alebo vzduchu ohriateho slnkom. Kotly využívajú teplo uvoľňované pri spaľovaní paliva, ktoré je v konečnom dôsledku tiež produktom premeny slnečnej energie počas dlhého vývoja Zeme. Solárne kolektory sú v istom zmysle jedinečné: prijímajú energiu priamo zo slnka.
Aby ste mali zajtra príležitosť na ohrev vody na teplú úžitkovú vodu úplne zadarmo alebo na vykurovanie vášho domu, musíte ešte dnes minúť peniaze na nákup solárnych kolektorov. Vzhľadom na značné náklady na takéto vybavenie je veľmi dôležité pri výbere urobiť chybu. Mali by ste teda získať aspoň všeobecné predstavy o špecifikách solárnych kolektorov a nuanciách ich práce.
obsah:
Špecifiká používania solárnych kolektorov
Hlavným znakom slnečných kolektorov, ktoré ich odlišujú od iných typov generátorov tepla, je cyklická povaha ich práce. Žiadne slnko - žiadna tepelná energia. V dôsledku toho sú takéto inštalácie v noci pasívne.
Priemerná denná produkcia tepla priamo závisí od dĺžky denného svetla. Posledný menovaný je určený jednak geografickou zemepisnou šírkou oblasti, a jednak časovým obdobím roka. V lete, počas ktorého vrchol izolácie padá na severnú pologuľu, bude kolektor pracovať s maximálnou účinnosťou. V zime jeho produktivita klesá a dosahuje minimum v decembri až januári.
V zime sa účinnosť solárnych kolektorov znižuje nielen v dôsledku zníženia doby denného svetla, ale aj v dôsledku zmeny uhla dopadu slnečného svetla. Pri výpočte jeho prínosu do systému zásobovania teplom by sa mali zohľadniť kolísania výkonu solárneho kolektora počas roka.
Ďalším faktorom, ktorý môže ovplyvniť produktivitu solárneho kolektora, sú klimatické vlastnosti regiónu. V našej krajine je veľa miest, kde viac ako 200 dní v roku je slnko skryté za hustou vrstvou mrakov alebo za závojom hmly. Pri oblačnom počasí výkon solárneho kolektora neklesne na nulu, pretože je schopný zachytiť rozptýlené slnečné svetlo, ale je výrazne znížený.
Princíp činnosti a typy solárnych kolektorov
Je čas povedať pár slov o zariadení a princípe činnosti solárneho kolektora. Hlavným prvkom jeho konštrukcie je adsorbér, ktorým je medená doska s privarenou rúrkou. Doska (as ňou aj potrubie) absorbuje teplo dopadajúce na ňu a rýchlo sa zahrieva. Toto teplo sa prenáša na kvapalné chladivo cirkulujúce potrubím, ktoré ho ďalej prevádza ďalej systémom.
Schopnosť fyzického tela absorbovať alebo odrážať slnečné lúče závisí predovšetkým od povahy jeho povrchu. Napríklad zrkadlový povrch dokonale odráža svetlo a teplo, ale čierny naopak absorbuje. Preto je na medenú dosku adsorbéra nanesený čierny povlak (najjednoduchšou možnosťou je čierna farba).
Princíp činnosti solárneho kolektora
1. Solárny kolektor.
2. Vyrovnávacia nádrž.
3. Horúca voda.
4. Studená voda.
5. Ovládač.
6. Výmenník tepla.
7. Čerpadlo.
8. Horúci prúd.
9. Studený prúd.
Správnym výberom skla pokrývajúceho adsorbér je možné zvýšiť množstvo tepla prijímaného zo slnka. Bežné sklo nie je dostatočne priehľadné.Okrem toho je oslnivý, odrážajúci časť slnečného svetla dopadajúceho na neho. V solárnych kolektoroch sa spravidla snažia používať špeciálne sklo s nízkym obsahom železa, čo zvyšuje jeho priehľadnosť. Na zníženie podielu svetla odrážaného od povrchu sa na sklo aplikuje antireflexný povlak. A tak, aby sa prach a vlhkosť, ktoré tiež znižujú priepustnosť skla, nedostali dovnútra kolektora, puzdro je utesnené a niekedy dokonca naplnené inertným plynom.
Napriek všetkým týmto trikom je účinnosť solárnych kolektorov ešte stále zďaleka 100% kvôli nedokonalosti ich konštrukcie. Vyhrievaná doska adsorbéra vyžaruje časť prijatého tepla do okolitého prostredia a zahrieva vzduch, ktorý je s ním v kontakte. Aby sa minimalizovali tepelné straty, musí byť adsorbér izolovaný. Hľadanie účinnej metódy tepelnej izolácie inžinierov s adsorbérom viedlo k vytvoreniu niekoľkých druhov solárnych kolektorov, z ktorých najbežnejšie sú ploché a rúrkové vákuové kolektory.
Ploché solárne kolektory
Ploché solárne kolektory.
Konštrukcia plochého solárneho kolektora je veľmi jednoduchá: je to kovová krabica pokrytá sklom zhora. Na tepelnú izoláciu dna a stien tela sa spravidla používa minerálna vlna. Táto možnosť nie je ani zďaleka ideálna, pretože nie je vylúčený prenos tepla z adsorbéra na sklo vzduchom vo vnútri potrubia. Pri veľkom teplotnom rozdiele vnútri kolektora a vonku je tepelná strata pomerne výrazná. Výsledkom je, že plochý slnečný kolektor, ktorý funguje perfektne na jar av lete, sa v zime stáva mimoriadne neefektívnym.
Ploché solárne kolektorové zariadenie
1. Prívodné potrubie.
2. Ochranné sklo.
3. Absorpčná vrstva.
4. Hliníkový rám.
5. Medené rúrky.
6. Tepelný izolátor.
7. Výstupné potrubie.
Rúrkové vákuové solárne kolektory
Trubicové vákuové solárne kolektory.
Vákuový solárny kolektor je panel pozostávajúci z veľkého počtu relatívne tenkých sklenených trubíc. Vo vnútri každého z nich je adsorbér. Aby sa vylúčil prenos tepla plynom (vzduchom), trubice sa evakuujú. Kvôli nedostatku plynu v blízkosti adsorbérov sa vákuové kolektory vyznačujú nízkou tepelnou stratou aj za mrazivého počasia.
Vákuové rozdeľovacie zariadenie
1. Tepelná izolácia.
2. Teleso výmenníka tepla.
3. Výmenník tepla (kolektor)
4. Uzatvorený korok.
5. Vákuová trubica.
6. Kondenzátor.
7. Absorpčná doska.
8. Teplovodné potrubie s pracovnou tekutinou.
Aplikácie pre solárne kolektory
Hlavným účelom solárnych kolektorov, ako aj iných generátorov tepla, je vykurovanie budov a príprava vody pre systém dodávky teplej vody. Zostáva zistiť, ktorý typ solárnych kolektorov je najvhodnejší na vykonávanie určitej funkcie.
Ploché solárne kolektory, ako sme zistili, sa vyznačujú dobrým výkonom na jar a v lete, ale v zime sú neúčinné. Z toho vyplýva, že nie je praktické používať ich na vykurovanie, čo je potrebné práve pri začiatku chladného počasia. To však neznamená, že pre toto zariadenie neexistuje žiadny obchod.
Ploché kolektory majú jednu nespornú výhodu - sú výrazne lacnejšie ako vákuové modely, preto v prípadoch, keď sa plánuje využívanie slnečnej energie výlučne v lete, je rozumné ich kúpiť. Ploché solárne kolektory v lete dokonale zvládnu úlohu prípravy vody na teplú vodu. Ešte častejšie sa používajú na ohrievanie na príjemnú teplotu vody vo vonkajších bazénoch.
Rúrkové vákuové rozdeľovače sú univerzálnejšie. S príchodom zimných prechladnutí ich výkon nie je taký výrazný ako v prípade plochých modelov, čo znamená, že ich možno používať celoročne.To umožňuje použitie takýchto solárnych kolektorov nielen na zásobovanie teplou vodou, ale aj vo vykurovacom systéme.
Porovnanie plochých a vákuových solárnych kolektorov.
Umiestnenie solárnych kolektorov
Účinnosť solárneho kolektora priamo závisí od množstva slnečného svetla dopadajúceho na adsorbér. Z toho vyplýva, že kolektor by mal byť umiestnený na otvorenom priestranstve, kde nikdy (alebo aspoň čo najdlhšie) tieň zo susedných budov, stromy nachádzajúce sa v blízkosti hôr atď.
Veľký význam má nielen umiestnenie kolektora, ale aj jeho orientácia. Najslnečnejšia strana našej severnej pologule je južná strana, čo znamená, že v ideálnom prípade by „zrkadlá“ kolektora mali byť otočené presne na juh. Ak je to technicky nemožné, mali by ste zvoliť smer čo najbližšie k juhozápadu alebo juhovýchodu.
Človek by nemal ignorovať taký parameter, ako je uhol sklonu solárneho kolektora. Veľkosť uhla závisí od odchýlky polohy Slnka od zenitu, ktorý je zase určený geografickou šírkou oblasti, v ktorej bude zariadenie prevádzkované. Ak uhol sklonu nie je správne nastavený, strata optickej energie sa výrazne zvýši, pretože značná časť slnečného svetla sa odrazí od skla kolektora, a preto nedosiahne absorbér.
Ako zvoliť správny solárny kolektor
Ak chcete, aby sa vykurovací systém vášho domu vyrovnal s úlohou udržiavať pohodlnú teplotu v priestoroch a horúcu vodu, ktorá tečie z vodovodných kohútikov, a zároveň naplánovať použitie solárneho kolektora ako zdroja tepla, musíte si vopred vypočítať potrebnú energiu zariadenia. V tomto prípade sa bude musieť zohľadniť pomerne veľký počet parametrov vrátane účelu kolektora (prívod teplej vody, kúrenie alebo kombinácia obidvoch), požiadavky na teplo v objekte (celková plocha vykurovaných miestností alebo priemerná denná spotreba teplej vody), klimatických charakteristík regiónu a charakteristík kolektorového zariadenia.
V zásade nie je také výpočty také zložité. Výkon každého modelu je známy, čo znamená, že môžete ľahko odhadnúť počet kolektorov potrebných na dodanie tepla do domu. Spoločnosti vyrábajúce solárne kolektory majú informácie (a môžu ich poskytnúť spotrebiteľovi) o zmene výkonu zariadenia v závislosti od zemepisnej šírky oblasti, uhlu sklonu „zrkadiel“, odchýlky ich orientácie od juhu atď., Čo vám umožňuje vykonať potrebné zmeny a doplnenia. pri výpočte výkonu nádrže.
Pri výbere požadovaného výkonu kolektora je veľmi dôležité dosiahnuť rovnováhu medzi nedostatkom a prebytkom generovaného tepla. Odborníci odporúčajú zamerať sa na maximálny možný výkon kolektora, t. J. Pri výpočtoch použiť indikátor najproduktívnejšej letnej sezóny. To je v rozpore so snahou priemerného používateľa vziať si zariadenie s rezervou (t. J. Na výpočet sily najchladnejšieho mesiaca), aby teplo z kolektora bolo dostatočné v menej slnečných jesenných a zimných dňoch.
Ak však idete po ceste výberu solárneho kolektora so zvýšenou energiou, potom na vrchole jeho výkonu, to znamená, za horúceho slnečného počasia, narazíte na vážny problém: bude sa generovať viac tepla, ako sa spotrebúva, a to ohrozuje prehriatie okruhu a ďalšie nepríjemné následky. , Na vyriešenie tohto problému existujú dve možnosti: buď nainštalovať nízkoenergetický solárny kolektor a paralelne zapojiť redundantné zdroje tepla paralelne, alebo kúpiť model s veľkou rezervou energie a poskytnúť spôsoby, ako vybiť prebytočné teplo v jarno-letnej sezóne.
Stagnácia systému
Porozprávajme sa trochu viac o problémoch spojených s nadmerným množstvom vyrobeného tepla. Predpokladajme teda, že ste nainštalovali dostatočne silný slnečný kolektor, ktorý dokáže úplne dodávať teplo vykurovaciemu systému vášho domu. Ale prišlo leto a potreba kúrenia zmizla. Ak môžete vypnúť napájanie elektrického kotla, vypnite prívod paliva do plynového kotla, potom nemáme žiadnu energiu na slnku - nemôžeme ho vypnúť, keď je príliš horúci.
Stagnácia systému je jedným z hlavných potenciálnych problémov solárnych kolektorov. Ak nie je z okruhu kolektora odoberané dostatočné množstvo tepla, chladiaca zmes sa prehrieva. V určitom okamihu sa môže variť, čo povedie k ukončeniu jeho obehu pozdĺž okruhu. Po ochladení a kondenzácii chladiacej kvapaliny sa systém obnoví. Avšak ďaleko od všetkých typov chladív pokojne prechádza prechod z kvapalného do plynného stavu a naopak. Niektoré v dôsledku prehriatia získajú želé podobnú konzistenciu, ktorá znemožňuje ďalšiu činnosť obvodu.
Iba stabilné odvádzanie tepla produkovaného kolektorom pomôže zabrániť stagnácii. Ak sa výpočet výkonu zariadenia vykonáva správne, pravdepodobnosť problémov je takmer nulová.
Avšak ani v tomto prípade nie je vylúčený výskyt okolností vyššej moci, preto by sa mali vopred stanoviť spôsoby ochrany pred prehriatím:
1. Inštalácia rezervnej nádrže na akumuláciu horúcej vody. Ak voda v hlavnej nádrži systému dodávky teplej vody dosiahla nastavené maximum a solárny kolektor naďalej dodáva teplo, automaticky dôjde k prepnutiu a voda sa začne ohrievať už v rezervnej nádrži. Vytvorená zásoba teplej vody sa dá neskôr použiť v domácom prostredí, za oblačného počasia.
2. Vyhrievaná voda v bazéne. Majitelia domov s bazénom (nezáleží na tom, či ide o interiér alebo exteriér) majú skvelú príležitosť odviesť nadmerné teplo. Objem bazéna je neporovnateľne väčší ako objem akéhokoľvek domáceho skladovania, z čoho vyplýva, že voda v ňom sa nezohrieva natoľko, že už nemôže absorbovať teplo.
3. Vypustite horúcu vodu. Ak nie je možné minúť prebytočné teplo, môžete jednoducho vypustiť zohriatu vodu zo zásobníka na teplú vodu do malých kanálov po malých častiach. Studená voda vstupujúca do nádrže zníži teplotu celého objemu, čo bude naďalej odvádzať teplo z okruhu.
4. Vonkajší výmenník tepla s ventilátorom. Ak má solárny kolektor vysokú kapacitu, prebytočné teplo môže byť tiež veľmi veľké. V tomto prípade je systém vybavený prídavným okruhom naplneným chladivom. Tento prídavný obvod je pripojený k systému pomocou tepelného výmenníka vybaveného ventilátorom a namontovaného mimo budovu. Ak existuje riziko prehriatia, prebytočné teplo vstupuje do prídavného okruhu a je prostredníctvom výmenníka tepla „uvoľňované“ do vzduchu.
5. Výtok tepla do zeme. Ak je okrem solárneho kolektora v dome k dispozícii aj pôdne tepelné čerpadlo, do studne sa môže priviesť prebytočné teplo. Zároveň riešite dva problémy naraz: na jednej strane chránite kolektorový okruh pred prehriatím a na druhej strane obnovujete zásoby tepla v pôde vyčerpanej počas zimy.
6. Izolácia solárneho kolektora od priameho slnečného žiarenia. Táto metóda je z technického hľadiska najjednoduchšia. Stúpanie na strechu a ručné zatváranie kolektora samozrejme nestoja za to - je to ťažké a nebezpečné. Je omnoho racionálnejšie inštalovať vzdialene ovládanú obrazovku, napríklad roletu. K regulátoru môžete pripojiť aj ovládaciu jednotku klapky - ak nebezpečne stúpne teplota v okruhu, kolektor sa automaticky uzavrie.
7. Vypúšťanie chladiacej kvapaliny. Túto metódu možno považovať za kardinála, ale zároveň je celkom jednoduchá.Ak existuje riziko prehriatia, chladivo sa vypustí pomocou čerpadla do špeciálnej nádrže integrovanej do okruhu systému. Keď sa podmienky opäť stanú priaznivými, čerpadlo vráti chladivo do okruhu a kolektor sa obnoví.
Ostatné súčasti systému
Nestačí jednoducho zbierať teplo vyžarované slnkom. Stále je potrebné ho prepravovať, akumulovať, prenášať k spotrebiteľom, je potrebné kontrolovať všetky tieto procesy atď. To znamená, že okrem kolektorov umiestnených na streche obsahuje systém mnoho ďalších komponentov, ktoré môžu byť menej viditeľné, ale nie menej dôležité. Zamerajme sa len na niektoré z nich.
prenášač tepla
Chladiacou funkciou v kolektorovom okruhu môže byť voda alebo nemrznúca kvapalina.
Voda má niekoľko nevýhod, ktoré ukladajú určité obmedzenia na jej použitie ako chladiva v solárnych kolektoroch:
- Po prvé, pri teplotách pod bodom mrazu zamrzne. Aby zamrznuté chladivo neprerušilo potrubie okruhu, bude ho potrebné vypustiť pri približovaní sa k chladnému počasiu, čo znamená, že v zime nedostanete z kolektora ani malé množstvo tepelnej energie.
- Po druhé, príliš vysoká teplota varu vody môže v lete spôsobiť častú stagnáciu.
Nemrznúca kvapalina má na rozdiel od vody výrazne nižšiu teplotu tuhnutia a neporovnateľne vyššiu teplotu varu, čo zvyšuje pohodlie jej použitia ako chladiva. Avšak pri vysokých teplotách môže „nemrznúca zmes“ podstúpiť nezvratné zmeny, preto by mala byť chránená pred nadmerným prehriatím.
Prispôsobené čerpadlo pre solárne systémy
Na zabezpečenie nútenej cirkulácie chladiva pozdĺž okruhu kolektora je potrebné čerpadlo prispôsobené pre solárne systémy.
Výmenník tepla TÚV
Prenos tepla z okruhu solárneho kolektora do vody použitej v zásobovaní teplou úžitkovou vodou alebo do nosiča tepla vykurovacieho systému sa uskutočňuje pomocou výmenníka tepla. Spravidla sa na akumuláciu teplej vody používa veľká nádrž s už zabudovaným výmenníkom tepla. Je rozumné používať nádrže s dvoma alebo viacerými výmenníkmi tepla: umožní vám to odoberať teplo nielen zo solárneho kolektora, ale aj z iných zdrojov (plynový alebo elektrický kotol, tepelné čerpadlo atď.).
automatizácia
Takýto komplexný systém sa nezaobíde bez automatizácie, ktorá riadi a riadi proces. Regulátor umožňuje automatizovať prácu kolektora: analyzuje teplotu v okruhu a zásobnej nádrži, riadi čerpadlo a ventily zodpovedné za pohyb chladiva pozdĺž obvodu. Ak sa chladiaca kvapalina v okruhu prehrieva a voda v nádrži sa prehrieva, príkaz vydá príkaz na uvoľnenie tepla na alternatívny chladič - ďalšiu vodnú nádrž alebo výmenník tepla vonkajšieho vzduchu.
Ak na konci denného svetla teplota vody v zásobnej nádrži prekročí teplotu chladiva v okruhu kolektora, automatizácia zastaví cirkuláciu chladiva pozdĺž okruhu, takže nahromadené teplo sa nevypúšťa do atmosféry cez samotný kolektor. Moderné ovládače umožňujú diaľkovo monitorovať fungovanie systému a podľa potreby vykonať úpravy.
V súčasnosti nebude ťažké nájsť solárny kolektor a žiadne z komponentov potrebných na jeho fungovanie na trhu. Je celkom možné zostaviť systém z prvkov zakúpených osobitne. Výrobcovia však ponúkajú hotové súpravy, ktoré zahŕňajú kolektor, čerpadlá, akumulačné nádrže, automatizáciu kontroly atď. Nákup takejto súpravy nie je len úsporou času, ale aj zárukou výkonnosti systému.
