V průměru za rok, v závislosti na klimatických podmínkách a zeměpisné šířce oblasti, se tok slunečního záření na zemský povrch pohybuje od 100 do 250 W/m2, vrcholných hodnot dosahuje v poledne při jasné obloze téměř na jakémkoli místě. (bez ohledu na zeměpisnou šířku), asi 1 000 W/m2. V podmínkách střední pásmo V Rusku sluneční záření „přináší“ na povrch Země energii odpovídající přibližně 100-150 kg standardního paliva na m 2 za rok.
Matematické modelování nejjednodušší instalace solárního ohřevu vody provedené v ústavu vysoké teploty Ruská akademie věd pomocí moderního softwaru a dat z typického roku počasí ukázala, že v reálných klimatických podmínkách středního Ruska je vhodné používat sezónní ploché solární ohřívače vody fungující od března do září. Pro instalaci s poměrem plochy solárního kolektoru k objemu akumulační nádrže 2 m 2 /100 l je pravděpodobnost denního ohřevu vody v tomto období na teplotu minimálně 37 °C 50-90 % na teplotu alespoň 45 °C - 30-70 %, až do teploty alespoň 55 °C - 20-60 %. Maximální hodnoty pravděpodobnosti se týkají letních měsíců.
„Váš solární dům“ vyvíjí, montuje a dodává systémy s pasivní i aktivní cirkulací chladicí kapaliny. Popis těchto systémů naleznete v příslušných sekcích našeho webu. Objednávání a nákup se provádí prostřednictvím.
Často je kladena otázka: je možné použít solární energii topné instalace pro vytápění v ruských podmínkách. Na toto téma byl napsán samostatný článek - „Solární podpora vytápění“
27.09.2019
Systémy solární ohřev jsou systémy využívající sluneční záření jako zdroj tepelné energie. Jejich charakteristickým rozdílem od ostatních nízkoteplotních topných systémů je použití speciálního prvku - solárního přijímače, určeného k zachycování slunečního záření a jeho přeměně na Termální energie.
Podle způsobu využití slunečního záření se solární nízkoteplotní topné systémy dělí na pasivní a aktivní.
Pasivní solární systémy vytápění se nazývají solární systémy vytápění, ve kterých samotná budova nebo její jednotlivé ploty slouží jako prvek, který přijímá sluneční záření a přeměňuje je na teplo (budova kolektoru, kolektorová stěna, střešní kolektor, obrázek 1).
V pasivních solárních systémech je využití solární energie realizováno výhradně architektonickým a konstrukčním řešením budov.
V pasivním solárním nízkoteplotním topném systému sluneční záření stavebního kolektoru, pronikající světelnými otvory do místnosti, dopadá jakoby do tepelné pasti. Krátkovlnné sluneční záření volně prochází okenní sklo a když se dostane na vnitřní ploty místnosti, přemění se na teplo. Veškeré sluneční záření vstupující do místnosti se přeměňuje na teplo a může částečně nebo zcela kompenzovat jeho tepelné ztráty.
Pro zvýšení účinnosti stavebně-kolektorového systému jsou na jižní fasádě umístěny velkoplošné světelné otvory opatřené žaluziemi, které by při zavření měly zamezit ztrátám z protizáření ve tmě a v horkém období v v kombinaci s jinými protislunečními zařízeními, zabraňují přehřívání místnosti. Vnitřní povrchy jsou natřeny tmavými barvami.
Úkolem výpočtu pro tento způsob vytápění je určit potřebnou plochu světelných otvorů pro přenos toku slunečního záření do místnosti, což je nutné s přihlédnutím k akumulaci pro kompenzaci tepelných ztrát. Výkon pasivního systému kolektorů v chladném období zpravidla nestačí a v objektu je instalován přídavný zdroj tepla, který ze systému udělá kombinovaný. Výpočtem se určí ekonomicky únosné plochy světelných otvorů a výkon doplňkového zdroje tepla.
Pasivní solární nízkoteplotní systém ohřevu vzduchu „nástěnný kolektor“ obsahuje masivní vnější stěna, před kterou je v krátké vzdálenosti instalována průsvitná zástěna se žaluziemi. Ve stěnách u podlahy a pod stropem jsou instalovány štěrbinovité otvory s ventily. Sluneční paprsky, procházející průsvitnou clonou, jsou pohlcovány povrchem masivní stěny a přeměňovány na teplo, které je konvekcí předáváno vzduchu umístěnému v prostoru mezi clonou a stěnou. Vzduch se ohřívá a stoupá vzhůru, vstupuje štěrbinou pod stropem do obsluhované místnosti a jeho místo zaujímá ochlazený vzduch z místnosti, který proniká do prostoru mezi stěnou a zástěnou štěrbinou u podlahy. pokoj, místnost. Přívod ohřátého vzduchu do místnosti je řízen otevřením ventilu. Pokud je ventil uzavřen, teplo se hromadí ve hmotě stěny. Toto teplo lze odstranit konvekčním prouděním vzduchu otevřením ventilu v noci nebo za oblačného počasí.
Při výpočtu takového pasivního nízkoteplotního solárního systému ohřev vzduchu určit požadovanou plochu stěny. Tento systém je také duplikován s přídavným zdrojem tepla.
Aktivní se nazývají solární nízkoteplotní topné systémy, ve kterých je solární přijímač nezávislým samostatným zařízením nesouvisejícím s budovou. Aktivní solární systémy lze dále rozdělit:
Pro aktivní solární topné systémy se používají dva typy solárních přijímačů: koncentrační a plochý.
Vzduch je široce používané chladivo, které nezamrzá v celém rozsahu provozních parametrů. Při použití jako chladicí kapaliny je možné kombinovat topné systémy s ventilačním systémem. Vzduch je však nízkoteplotní chladivo, což vede ke zvýšení spotřeby kovů pro instalaci systémů ohřevu vzduchu ve srovnání s vodními systémy. Voda je tepelně náročné a široce dostupné chladivo. Při teplotách pod 0 ◦ C je však nutné do něj přidávat nemrznoucí kapaliny. Navíc je třeba vzít v úvahu, že voda nasycená kyslíkem způsobuje korozi potrubí a zařízení. Spotřeba kovu v solárních vodních systémech je ale mnohem nižší, což značně přispívá k jejich širšímu využití.
Sezónní solární systémy zásobování teplou vodou jsou obvykle jednookruhové a fungují v letních a přechodných měsících, v obdobích s kladnými venkovními teplotami. Mohou mít přídavný zdroj tepla nebo se bez něj obejít v závislosti na účelu obsluhovaného objektu a provozních podmínkách.
Instalace solárního ohřevu vody VU (obrázek 2) se skládá ze solárního kolektoru a tepelného výměníku-akumulátoru. Chladicí kapalina (nemrznoucí kapalina) cirkuluje solárním kolektorem. Chladivo se ohřívá ve slunečním kolektoru energií Slunce a následně uvolňuje tepelnou energii do vody přes výměník tepla namontovaný v akumulátoru. Zásobník uchovává teplou vodu až do použití, takže musí mít dobrá tepelná izolace. V primárním okruhu, kde je umístěn solární kolektor, přírodní popř nucený oběh chladicí kapalina. Do zásobníku lze instalovat elektrický nebo jiný automatický záložní ohřívač. Pokud teplota v akumulační nádrži klesne pod nastavenou teplotu (dlouhodobě zatažené počasí nebo několik hodin slunečního svitu v zimě), záložní ohřívač se automaticky zapne a ohřeje vodu na nastavenou teplotu.
Solární systémy vytápění budov jsou obvykle dvouokruhové nebo nejčastěji víceokruhové a lze je použít pro různé okruhy různé chladicí kapaliny(např. v solárním okruhu - vodné roztoky nemrznoucích kapalin, v meziokruhech - voda a ve spotřebitelském okruhu - vzduch). Kombinované celoroční solární systémy pro zásobování budov teplem a chladem jsou víceokruhové a zahrnují doplňkový zdroj tepla v podobě klasického generátoru tepla pracujícího na organické palivo nebo tepelný transformátor. Schematický diagram Solární topný systém je znázorněn na obrázku 3. Obsahuje tři cirkulační okruhy:
Solární topný systém funguje následovně. Chladivo (nemrznoucí kapalina) okruhu pro příjem tepla, ohřívající se v solárních kolektorech 1, vstupuje do výměníku 3 tepla, kde je teplo nemrznoucí směsi předáváno vodě cirkulující v mezitrubkovém prostoru výměníku 3 tepla působením čerpadlo 8 sekundárního okruhu. Ohřátá voda vstupuje do zásobníku 2. Ze zásobníku je voda odebírána čerpadlem teplé vody 8, přiváděna v případě potřeby na požadovanou teplotu v záloze 7 a vstupuje do systému zásobování teplou vodou objektu. Akumulátorová nádrž se dobíjí ze zdroje vody. Pro vytápění je voda z akumulační nádrže 2 přiváděna třetím okruhovým čerpadlem 8 do ohřívače 5, kterým vzduch prochází pomocí ventilátoru 9 a po ohřátí vstupuje do budovy 4. Při absenci solárního záření nebo nedostatek tepelné energie generované solárními kolektory, je zapnutá záloha 6. Výběr a uspořádání prvků solárního topného systému je v každém konkrétním případě dáno klimatickými faktory, účelem zařízení, režimem spotřeby tepla a ekonomickými ukazateli. .
Obrázek 4 ukazuje schéma solárního topného systému pro energeticky účinný a ekologický dům.
Systém využívá jako chladicí kapalinu: vodu při kladných teplotách a nemrznoucí kapalinu během topného období (solární okruh), vodu (druhý okruh podlahového vytápění) a vzduch (třetí okruh vzduchového solárního ohřevu).
Jako záložní zdroj byl použit elektrokotel a k akumulaci tepla na jeden den baterie 5 m 3 s oblázkovým nástavcem. Jeden metr krychlový oblázků akumuluje průměrně 5 MJ tepla za den.
Nízkoteplotní akumulační systémy pokrývají teplotní rozsah od 30 do 100 ◦C a používají se ve vzduchových (30 ◦ C) a vodních (30–90 ◦ C) systémech vytápění a ohřevu vody (45–60 ◦ C).
Tepelný akumulační systém zpravidla obsahuje zásobník, teploakumulační materiál sloužící k akumulaci a ukládání tepelné energie, teplosměnná zařízení pro přívod a odvod tepla při nabíjení a vybíjení baterie a tepelnou izolaci.
Baterie lze klasifikovat podle jejich povahy fyzikální a chemické procesy proudění v materiálech akumulujících teplo:
Nejpoužívanější akumulátory tepla jsou kapacitního typu.
Množství tepla Q (kJ), které lze akumulovat v kapacitním akumulátoru tepla, je určeno vzorcem
Nejúčinnějším materiálem akumulujícím teplo v kapalných solárních systémech je voda. Pro sezónní akumulaci tepla je perspektivní využití podzemních nádrží, skalní půdy a dalších přírodních útvarů.
Koncentrační solární přijímače jsou kulová nebo parabolická zrcadla (obr. 5.), vyrobená z leštěného kovu, v jejichž ohnisku je umístěn teplosběrný prvek (solární bojler), kterým cirkuluje chladicí kapalina. Jako chladicí kapalina se používá voda nebo nemrznoucí kapaliny. Při použití vody jako chladicí kapaliny v noci a v chladných obdobích je nutné systém vyprázdnit, aby nedošlo k jeho zamrznutí.
Poskytnout vysoká účinnost Během procesu zachycování a přeměny slunečního záření musí být koncentrující sluneční přijímač neustále nasměrován přesně na Slunce. K tomuto účelu je solární přijímač vybaven sledovacím systémem včetně snímače směru ke Slunci, elektronická jednotka převod signálu, elektromotor s převodovkou pro otáčení konstrukce solárního přijímače ve dvou rovinách.
Výhodou systémů s koncentračními solárními přijímači je schopnost vytvářet teplo o relativně vysoké teplotě (až 100 ◦ C) a dokonce i páru. Mezi nevýhody patří vysoká cena návrhy; potřeba neustále čistit reflexní povrchy od prachu; pracovat pouze během denního světla, a proto je potřeba velkých baterií; velké energetické náklady na pohon solárního sledovacího systému, úměrné vyrobené energii. Tyto nevýhody brání širokému použití aktivních látek nízkoteplotní systémy solární ohřev s koncentračními solárními přijímači. V Nedávno Ploché solární přijímače se nejčastěji používají pro solární nízkoteplotní topné systémy.
Plochý solární kolektor je tepelný výměník určený k ohřevu kapaliny nebo plynu pomocí solární energie. Oblastí použití plochých solárních kolektorů jsou topné systémy pro obytné a průmyslové budovy, klimatizační systémy, systémy zásobování teplou vodou, ale i elektrárny s nízkovroucí pracovní kapalinou, obvykle pracující podle Rankinova cyklu. Ploché solární kolektory (obrázky 6 a 7) se skládají ze skleněného nebo plastového povlaku (jednoduchý, dvojitý, trojitý), tepelně přijímacího panelu natřeného černě na straně obrácené ke Slunci, izolace na zadní strana a pouzdro (kov, plast, sklo, dřevo).
Jako panel pro příjem tepla lze použít jakýkoli kovový nebo plastový plech s kanály pro chladicí kapalinu. Panely pro příjem tepla jsou vyrobeny z hliníku nebo oceli dvou typů: plechové a lisované panely (trubka v plechu). Plastové panely, kvůli jejich křehkosti a rychlému stárnutí pod vlivem slunečního záření, stejně jako nízké tepelné vodivosti, nejsou široce používány. Tepelné panely se vlivem slunečního záření zahřívají až na teploty 70–80 ◦ C, překračují okolní teplotu, což vede ke zvýšení konvekčního přenosu tepla panelu do okolí a vlastního sálání k obloze. . Pro dosažení vyšších teplot chladicí kapaliny je povrch desky pokryt spektrálně selektivními vrstvami, které aktivně absorbují krátkovlnné záření ze Slunce a snižují vlastní tepelné záření v dlouhovlnné části spektra. Takové konstrukce založené na „černém niklu“, „černém chromu“, oxidu mědi na hliníku, oxidu mědi na mědi a dalších jsou drahé (jejich cena je často srovnatelná s cenou samotného panelu pro příjem tepla). Dalším způsobem, jak zlepšit výkon plochých kolektorů, je vytvoření vakua mezi panelem přijímajícím teplo a průhlednou izolací pro snížení tepelných ztrát (sluneční kolektory čtvrté generace).
Princip činnosti kolektoru je založen na tom, že vnímá sluneční záření s dostatečně vysokým koeficientem absorpce viditelného slunečního záření a má relativně nízké tepelné ztráty, a to i díky nízké propustnosti průsvitu. skleněný kryt pro tepelné záření při provozní teplotě. Je jasné, že teplota výsledného chladiva je dána tepelnou bilancí kolektoru. Vstupní část bilance představuje tepelný tok slunečního záření s přihlédnutím k optické účinnosti kolektoru; spotřební část je určena extrahovatelnou užitečné teplo, celkový koeficient tepelné ztráty a rozdíl mezi provozní teplotou a okolním prostředím. Dokonalost kolektoru je dána jeho optickou a tepelnou účinností.
Optická účinnost η o ukazuje, jaká část slunečního záření, které dopadá na plochu zasklení kolektoru, je absorbována černým povrchem absorbujícím záření, a zohledňuje energetické ztráty spojené s absorpcí ve skle, odrazem a rozdílem koeficientu tepelné emisivity absorbující povrch z jednoty.
Nejjednodušší solární kolektor s jednoskleněným průsvitným povlakem, izolací zbylých ploch polyuretanovou pěnou a absorbérem potaženým černou barvou má optickou účinnost cca 85 %, součinitel tepelných ztrát řádově 5–6 W/( m 2 K) (obr. 7). Kombinace plochého povrchu pohlcujícího záření a potrubí (kanálů) pro chladicí kapalinu tvoří jeden celek konstrukční prvek- absorbér. Takový kolektor v létě ve středních zeměpisných šířkách dokáže ohřát vodu na 55–60 ◦ C a má denní vydatnost v průměru 70–80 litrů vody na 1 m2 plochy ohřívače.
Pro dosažení vyšších teplot se používají kolektory z vakuových trubek se selektivním povlakem (obrázek 8).
Ve vakuovém kolektoru je objem obsahující černý povrch, který absorbuje sluneční záření, oddělen od okolního prostředí evakuovaným prostorem (každý prvek absorbéru je umístěn v samostatné skleněné trubici, uvnitř které se vytváří vakuum), což umožňuje možné téměř zcela eliminovat tepelné ztráty do okolí v důsledku tepelné vodivosti a konvekce. Radiační ztráty jsou do značné míry potlačeny použitím selektivního povlaku. Ve vakuovém kolektoru lze chladicí kapalinu zahřát na 120–150 ◦C. Účinnost vakuového kolektoru je výrazně vyšší než u plochého kolektoru, ale také stojí mnohem více.
Účinnost instalací solární energie do značné míry závisí na optických vlastnostech povrchu, který pohlcuje sluneční záření. Pro minimalizaci energetických ztrát je nutné, aby ve viditelné a blízké infračervené oblasti slunečního spektra byl absorpční koeficient tohoto povrchu co nejblíže jednotce a v oblasti vlnových délek vlastního tepelného záření povrchu koeficient odrazu by měl mít tendenci k jednotce. Povrch tedy musí mít selektivní vlastnosti – dobře absorbovat krátkovlnné záření a dobře odrážet dlouhovlnné záření.
Na základě typu mechanismu odpovědného za selektivitu optických vlastností se rozlišují čtyři skupiny selektivních povlaků:
Malý počet známých materiálů, například W, Cu2S, HfC, má svou vlastní selektivitu optických vlastností.
Nejpoužívanější jsou dvouvrstvé selektivní nátěry. Na povrch, kterému je potřeba dodat selektivní vlastnosti, se nanese vrstva s vysokou odrazivostí v dlouhovlnné oblasti spektra, například měď, nikl, molybden, stříbro, hliník. Na tuto vrstvu je nanesena vrstva, která je transparentní v oblasti dlouhých vln, ale má vysoký absorpční koeficient ve viditelné a blízké infračervené oblasti spektra. Takové vlastnosti má mnoho oxidů.
Povrchovou selektivitu lze zajistit čistě geometrickými faktory: nepravidelnosti povrchu musí být větší než vlnová délka světla ve viditelné a blízké infračervené oblasti spektra a menší než vlnová délka odpovídající vlastnímu tepelnému záření povrchu. Takový povrch bude černý pro první z těchto spektrálních oblastí a zrcadlový pro druhou.
Povrchy s dendritickou nebo porézní strukturou s vhodnou velikostí dendritických jehlic nebo pórů mají selektivní vlastnosti.
Interferenční selektivní povrchy jsou tvořeny několika střídajícími se vrstvami kovu a dielektrika, ve kterých je krátkovlnné záření vlivem interference potlačeno a dlouhovlnné záření se volně odráží.
Podle IEA byla do konce roku 2001 celková plocha instalovaných kolektorů ve 26 zemích, které jsou v tomto ohledu nejaktivnější, asi 100 milionů m 2 , z toho 27,7 milionů m 2 tvořily neglazované kolektory, používané především pro ohřev vody. v bazénech. Zbytek - ploché prosklené kolektory a kolektory s evakuovaným potrubím - byly použity v Systémy TUV nebo pro vytápění prostor. Z hlediska plochy instalovaných kolektorů na 1000 obyvatel vede Izrael (608 m2), Řecko (298) a Rakousko (220). Dále následují Turecko, Japonsko, Austrálie, Dánsko a Německo se specifickou plochou instalovaných kolektorů 118–45 m2/1000 obyvatel.
Celková plocha solárních kolektorů instalovaných do konce roku 2004 v zemích EU dosáhla 13,96 milionů m2 a ve světě již přesáhla 150 milionů m2. Roční nárůst plochy solárních kolektorů v Evropě je v průměru 12 % a v roce jednotlivé země je na úrovni 28–30 % i více. Světovým lídrem v počtu kolektorů na tisíc obyvatel je Kypr, kde je solárními instalacemi vybaveno 90 % domů (na tisíc obyvatel připadá 615,7 m 2 solárních kolektorů), následuje Izrael, Řecko a Rakousko. Absolutním lídrem v oblasti instalovaných kolektorů v Evropě je Německo – 47 %, následuje Řecko – 14 %, Rakousko – 12 %, Španělsko – 6 %, Itálie – 4 %, Francie – 3 %. Evropské země jsou nespornými lídry ve vývoji nových technologií pro solární systémy vytápění, ale jsou daleko za Čínou v objemu uvádění nových solárních zařízení do provozu.
Z celkové plochy solárních kolektorů instalovaných ve světě v roce 2004 bylo 78 % instalováno v Číně. Trh IED v Číně v poslední době roste tempem 28 % ročně.
V roce 2007 byla celková plocha solárních kolektorů instalovaných ve světě již 200 milionů m2, z toho více než 20 milionů m2 v Evropě.
Dnes na světovém trhu stojí IED (obrázek 9), které obsahuje kolektor o ploše 5–6 m2, akumulační nádrž o objemu cca 300 litrů a potřebné armatury, 300 USD– 400 US za 1 m2 kolektoru. Tyto systémy se instalují především v jednotlivých jedno- a dvourodinných domech a mají záložní ohřívač (elektrický nebo plynový). Při instalaci akumulační nádrže nad kolektorem může systém pracovat při přirozený oběh(princip termosifonu); při instalaci akumulační nádrže v suterénu - nucené.
Ve světové praxi jsou nejrozšířenější malé solární systémy vytápění. Mezi takové systémy patří zpravidla solární kolektory o celkové ploše 2–8 m2, akumulační nádrž, jejíž kapacita je určena plochou instalovaných kolektorů, oběhové čerpadlo (v závislosti na typu tepelný okruh) a další pomocná zařízení.
Aktivní systémy velká velikost, ve kterých je akumulační nádrž umístěna pod kolektory a chladicí kapalina je cirkulována pomocí čerpadla, slouží pro zásobování teplou vodou a potřeby vytápění. V aktivních systémech podílejících se na pokrytí části topné zátěže je zpravidla zajištěn záložní zdroj tepla na elektřinu nebo plyn.
Relativně novým fenoménem v praxi využívání solárního ohřevu jsou velké systémy schopné pokrýt potřeby zásobování teplou vodou a vytápění. bytové domy nebo celé obytné oblasti. Tyto systémy zajišťují denní nebo sezónní akumulaci tepla. Denní akumulace předpokládá schopnost systému pracovat se spotřebou tepla naakumulovaného za několik dní, sezónní - za několik měsíců. Pro sezónní akumulaci tepla slouží velké podzemní zásobníky naplněné vodou, do kterých je odváděno veškeré přebytečné teplo přijaté z kolektorů během léta. Další možností sezónní akumulace je ohřev půdy pomocí studní s trubkami, kterými cirkuluje horká voda přicházející z kolektorů.
V tabulce 1 jsou uvedeny hlavní parametry velkých solárních systémů s denní a sezónní akumulací tepla v porovnání s malým solárním systémem pro rodinný dům.
Tabulka 1. — Hlavní parametry solárních systémů vytápění V současné době je v Evropě 10 solárních topných systémů s plochou kolektorů od 2400 do 8040 m2, 22 systémů s plochou kolektorů od 1000 do 1250 m2 a 25 systémů s plochou kolektorů od 500 do 1000 m2. Níže jsou uvedeny specifikace pro některé větší systémy.
Hamburk (Německo). Plocha vytápěných prostor je 14800 m2. Plocha solárních kolektorů je 3000 m2. Objem vodního tepelného akumulátoru je 4500 m3.
Fridrichshafen (Německo). Plocha vytápěných prostor je 33 000 m2. Plocha solárních kolektorů je 4050 m2. Objem vodního tepelného akumulátoru je 12000 m3.
Ulm-am-Neckar (Německo). Plocha vytápěných prostor je 25 000 m2. Plocha solárních kolektorů je 5300 m2. Objem zemního akumulátoru tepla je 63400 m3.
Rostock (Německo). Plocha vytápěných prostor je 7000 m2. Plocha solárních kolektorů je 1000 m2. Objem zemního akumulátoru tepla je 20 000 m3.
Hemnitz (Německo). Plocha vytápěných prostor je 4680 m2. Plocha vakuových solárních kolektorů je 540 m2. Objem štěrkopovodního tepelného akumulátoru je 8000 m3.
Attenkirchen (Německo). Plocha vytápěných prostor je 4500 m2. Plocha vakuových solárních kolektorů je 800 m2. Objem zemního akumulátoru tepla je 9850 m3.
Saro (Švédsko). Systém se skládá z 10 malé domy, včetně 48 bytů. Plocha solárních kolektorů je 740 m2. Objem vodního tepelného akumulátoru je 640 m3. Sluneční Soustava pokrývá 35 % celkové tepelné zátěže topného systému.
V současné době v Rusku existuje několik společností vyrábějících solární kolektory vhodné pro spolehlivý provoz. Mezi hlavní patří Kovrov Mechanical Plant, NPO Mashinostroenie a CJSC ALTEN.
Kolektory Strojírny Kovrov (obrázek 10), které nemají selektivní nátěr, jsou levné a designově jednoduché, jsou zaměřeny především na tuzemský trh. V Krasnodarský kraj V současné době je instalováno více než 1500 kolektorů tohoto typu.
Charakteristiky kolektoru NPO Mashinostroyenia se blíží evropským standardům. Absorbér kolektoru je vyroben z hliníkové slitiny se selektivním povlakem a je určen především pro provoz ve dvouokruhových topných okruzích, protože přímý kontakt vody s slitin hliníku může vést k důlkové korozi kanálů, kterými prochází chladicí kapalina.
Kolektor ALTEN-1 má zcela nový design a splňuje evropské normy, lze jej použít v jednookruhovém i dvouokruhovém schématu zásobování teplem. Kolektor má vysoké tepelné vlastnosti, široký rozsah možné aplikace, nízká hmotnost a atraktivní design.
Zkušenosti s provozováním instalací na bázi solárních kolektorů odhalily řadu nevýhod takových systémů. V první řadě je to vysoká cena kolektorů spojená se selektivními nátěry, zvyšováním průhlednosti zasklení, vysáváním apod. Značnou nevýhodou je nutnost častého čištění skla od prachu, což prakticky vylučuje použití kolektoru v průmyslových oblasti. Při dlouhodobém provozu solárních kolektorů, zejména v zimní podmínky, dochází k jejich častému selhání z důvodu nerovnoměrného rozpínání osvětlených a zatemněných ploch skel z důvodu porušení celistvosti zasklení. Velké procento kolektorů také selže během přepravy a instalace. Významnou nevýhodou provozních systémů s kolektory je také nerovnoměrné zatížení v průběhu roku a dne. Zkušenosti s provozováním kolektorů v Evropě a evropské části Ruska s vysokým podílem difúzního záření (až 50 %) ukázaly nemožnost vytvoření celoročního autonomního systému zásobování teplou vodou a vytápění. Všechny solární systémy se solárními kolektory ve středních zeměpisných šířkách vyžadují instalaci velkoobjemových zásobníků a zařazení doplňkového zdroje energie do systému, což snižuje ekonomický efekt jejich využití. V tomto ohledu je nejvhodnější je používat v oblastech s vysokou intenzitou slunečního záření (ne nižší než 300 W/m2).
V obytných a administrativní budovy Sluneční energie se používá hlavně ve formě tepla pro potřeby zásobování teplou vodou, vytápění, chlazení, větrání, sušení atd.
Použití solárního tepla s ekonomický bod Z hlediska pohledu je nejpřínosnější při vytváření teplovodních systémů a v instalacích ohřevu vody, které jsou v technickém provedení podobné (v bazénech, průmyslových zařízeních). Zásobování teplou vodou je nezbytné v každém obytném domě, a protože se poptávka po teplé vodě během roku mění relativně málo, účinnost takových instalací je vysoká a rychle se zaplatí.
U solárních topných systémů je doba jejich používání v průběhu roku krátká, v topném období je intenzita slunečního záření nízká a tudíž plocha kolektorů je mnohem větší než u teplovodních systémů a ekonomická účinnost je dolní. Obvykle se při projektování kombinuje solární vytápění a systém zásobování teplou vodou.
V solárních chladicích systémech je provozní doba ještě kratší (tři letní měsíce), což vede k dlouhým prostojům zařízení a velmi nízké míře využití. Vzhledem k vysokým nákladům na chladicí zařízení je ekonomická účinnost systémů minimální.
Roční míra využití zařízení v systémech kombinovaného zásobování teplem a chladem (zásobování teplou vodou, vytápění a chlazení) je nejvyšší a tyto systémy jsou na první pohled výnosnější než systémy kombinovaného vytápění a zásobování teplou vodou. Pokud však vezmeme v úvahu náklady na potřebné solární kolektory a mechanismy chladicího systému, ukáže se, že takové solární instalace budou velmi drahé a je nepravděpodobné, že se stanou ekonomicky rentabilními.
Při vytváření solárních topných systémů by měla být použita pasivní schémata pro zvýšení tepelné izolace budovy a efektivní využití slunečního záření procházejícího okenními otvory. Problém tepelné izolace musí být řešen na základě architektonických a konstrukčních prvků s použitím materiálů a konstrukcí s nízkou tepelnou vodivostí. Chybějící teplo se doporučuje doplnit pomocí aktivních solárních systémů.
Hlavní problém rozšířeného používání solárních zařízení souvisí s jejich nedostatečnou ekonomickou účinností ve srovnání s tradičními systémy zásobování teplem. Náklady na tepelnou energii v instalacích se solárními kolektory jsou vyšší než v instalacích s tradičními palivy. Dobu návratnosti solárního tepelného zařízení T ca lze určit podle vzorce:
Ekonomický efekt instalace solárních kolektorů v oblastech centralizovaného zásobování energií E lze definovat jako příjem z prodeje energie po celou dobu životnosti instalace mínus provozní náklady:
Tabulka 2 ukazuje náklady na solární systémy vytápění (v cenách roku 1995). Data ukazují, že domácí vývoj je 2,5–3krát levnější než zahraniční.
Nízká cena domácích systémů se vysvětluje tím, že jsou vyrobeny z levných materiálů, mají jednoduchý design a jsou zaměřeny na domácí trh.
Tabulka 2. - Náklady na solární systémy vytápění Specifický ekonomický efekt (E/S) v zóně centralizovaného zásobování teplem se v závislosti na životnosti kolektorů pohybuje od 200 do 800 rublů/m2.
Zařízení pro zásobování teplem se solárními kolektory mají mnohem větší ekonomický efekt v regionech vzdálených od centralizovaných energetických sítí, které v Rusku tvoří přes 70 % jeho území s přibližně 22 miliony obyvatel. Tyto instalace jsou navrženy tak, aby fungovaly v samostatném režimu jednotlivých spotřebitelů, kde je poptávka po tepelné energii velmi významná. Současně jsou náklady na tradiční paliva mnohem vyšší než jejich náklady v zónách dálkového zásobování teplem kvůli nákladům na dopravu a ztrátám paliva během přepravy, tj. náklady na palivo v regionu centrálního okresu zahrnují regionální faktor r r:
kde r р > 1 a může měnit svou hodnotu pro různé oblasti. Jednotkové náklady na instalaci C se přitom ve srovnání s C tr téměř nemění. Proto při nahrazení C t C tr ve vzorcích
Vypočítaná doba návratnosti pro autonomní instalace v oblastech vzdálených od centralizovaných sítí klesá r krát a ekonomický efekt se zvyšuje v poměru k r.
V dnešních podmínkách v Rusku, kdy ceny energií neustále rostou a jsou nerovnoměrné napříč regiony kvůli podmínkám dopravy, rozhodnutí o ekonomické proveditelnosti použití solárních kolektorů velmi závisí na místních socioekonomických, geografických a klimatických podmínkách.
Z hlediska nepřetržité dodávky energie spotřebiteli jsou nejúčinnější kombinované technologické systémy využívající dva a více druhů obnovitelných zdrojů energie.
Díky solární tepelné energii je možné plně pokrýt potřeby teplé vody v domě v letní čas. V období podzim-jaro lze ze Slunce získat až 30 % potřebné energie na vytápění a až 60 % potřeb pro zásobování teplou vodou.
V posledních letech se aktivně rozvíjejí geotermální systémy zásobování teplem na bázi tepelných čerpadel. V takových systémech, jak je uvedeno výše, se jako primární zdroj tepla používá nízkopotenciální (20–40 ◦ C) termální voda nebo petrotermální energie z horních vrstev. zemská kůra. Při využití zemního tepla se používají zemní tepelné výměníky umístěné buď ve vertikálních vrtech hlubokých 100–300 m, nebo horizontálně v určité hloubce.
Pro efektivní poskytování tepla a horká voda Pro decentralizované spotřebitele s nízkou spotřebou energie byl v Geologickém ústavu DSC RAS vyvinut kombinovaný solárně-geotermální systém (obrázek 11).
Takový systém se skládá ze solárního kolektoru 1, tepelného výměníku 2, akumulační nádrže 3, tepelného čerpadla 7 a studničního tepelného výměníku 8. Chladicí kapalina (nemrznoucí směs) cirkuluje solárním kolektorem. Chladivo se ohřívá v solárním kolektoru energií Slunce a poté předává tepelnou energii vodě přes výměník tepla 2, zabudovaný v akumulační nádrži 3. Akumulační nádrž uchovává teplou vodu až do jejího použití, takže musí mít dobrá tepelná izolace. V primárním okruhu, kde je umístěn solární kolektor, lze využít přirozenou nebo nucenou cirkulaci chladiva. Akumulační nádrž je vestavěná a elektrický ohřívač 6. Pokud teplota v akumulační nádrži klesne pod nastavenou teplotu (dlouhodobě zatažené počasí nebo několik hodin slunečního svitu v zimě), elektrický ohřívač se automaticky zapne a ohřeje vodu na nastavenou teplotu.
Jednotka solárních kolektorů je provozována celoročně a zásobuje spotřebitele teplou vodou a jednotka nízkoteplotního podlahového vytápění s tepelným čerpadlem (TČ) a jímkou výměníku hluboká 100–200 m je uvedena do provozu pouze během vytápění. sezóna.
V cyklu HP studená voda o teplotě 5 ◦ C klesá do mezikruží studny výměníku tepla a odebírá nekvalitní teplo z okolní horniny. Dále se voda v závislosti na hloubce vrtu ohřeje na teplotu 10–15 ◦ C a stoupá středovým sloupem trubek na povrch. Aby se zabránilo zpětnému toku tepla, je středový sloup zvenčí tepelně izolován. Na povrchu se voda ze studny dostává do výparníku VT, kde se ohřívá a odpařuje nízkovroucí pracovní látka. Po výparníku se ochlazená voda opět posílá do studny. Během topného období při stálé cirkulaci vody ve studni dochází k postupnému ochlazování horniny kolem studny.
Výpočtové studie ukazují, že poloměr ochlazovací fronty během topného období může dosáhnout 5–7 m. Během meziotápěcího období, kdy je topný systém vypnutý, dochází k částečné (až 70 %) rekuperaci teplotní pole kolem vrtu v důsledku tepelného toku z hornin mimo chladící zónu; dosáhnout plné zotavení Kolem vrtu během jeho odstávky není žádné teplotní pole.
Solární kolektory jsou instalovány na základě zimní období provoz systému při minimálním slunečním záření. V letní obdobíčást horké vody z akumulační nádrže je směrována do studny, aby se zcela obnovila teplota v hornině kolem studny.
Během meziohřívací periody jsou ventily 13 a 14 uzavřeny a při otevřených ventilech 15 a 16 je horká voda z akumulační nádrže čerpána oběhovým čerpadlem do mezikruží studny, kde dochází při sestupu k výměně tepla s skála obklopující studnu. Dále je ochlazená voda posílána zpět do akumulační nádrže přes centrální, tepelně izolovanou kolonu. V topné sezóně jsou naopak ventily 13 a 14 otevřeny a ventily 15 a 16 uzavřeny.
V navrhovaném technologický systém Potenciál solární energie se využívá k ohřevu vody v systému zásobování teplou vodou a hornin kolem vrtu v systému nízkoteplotního vytápění. Rekuperace tepla v hornině umožňuje provoz systému zásobování teplem v ekonomicky optimálním režimu.
Slunce je významným zdrojem energie na planetě Zemi. Solární energie se velmi často stává předmětem nejrůznějších diskusí. Jakmile se objeví projekt nové solární elektrárny, vyvstávají otázky o účinnosti, kapacitě, objemech investovaných prostředků a době návratnosti.
Existují vědci, kteří považují solární tepelné elektrárny za hrozbu pro životní prostředí. Zrcadla používaná v tepelných solárních elektrárnách velmi ohřívají vzduch, což vede ke změně klimatu a úhynu ptáků, kteří prolétají kolem. Navzdory tomu v posledních letech slunečno tepelné elektrárny jsou stále rozšířenější. V roce 1984 byla uvedena do provozu první solární elektrárna u kalifornského města Cramer Junction v poušti Mojabe (obr. 6.1). Stanice se nazývá Solar Energy Generating System, nebo zkráceně SEGS.
Rýže. 6.1. Solární elektrárna v poušti Mojabe V této elektrárně se sluneční záření využívá k výrobě páry, která roztáčí turbínu a vyrábí elektřinu. Výroba solární tepelné energie ve velkém měřítku je poměrně konkurenceschopná. Aktuálně americké energetické společnosti již postavily solární tepelné elektrárny o celkovém instalovaném výkonu více než 400 MW, které dodávají elektřinu 350 000 lidem a nahrazují 2,3 milionu barelů ropy ročně. Devět elektráren umístěných v poušti Mojabe má instalovaný výkon 354 MW. Projekty na využití solárního tepla k výrobě elektřiny mají brzy začít také v dalších regionech světa. Indie, Egypt, Maroko a Mexiko vyvíjejí odpovídající programy. Granty na jejich financování poskytuje Global Environment Facility (GEF). V Řecku, Španělsku a USA vyvíjejí nové projekty nezávislí výrobci elektřiny.
Podle způsobu výroby tepla se solární tepelné elektrárny dělí na solární koncentrátory (zrcadla) a solární jezírka.
Tepelné solární elektrárny koncentrují sluneční energii pomocí čoček a reflektorů. Protože toto teplo lze akumulovat, mohou takové rostliny vyrábět elektřinu podle potřeby, ve dne i v noci, za každého počasí. Velká zrcadla – s bodovým nebo lineárním ohniskem – se soustředí sluneční paprsky do bodu, kdy se voda promění v páru a uvolní dostatek energie na roztočení turbíny. Tyto systémy dokážou přeměnit sluneční energii na elektřinu s účinností asi 15 %. Všechny tepelné elektrárny kromě solárních jezírek využívají k dosažení vysokých teplot koncentrátory, které odrážejí světlo Slunce z větší plochy na menší plochu přijímače. Typicky se takový systém skládá z koncentrátoru, přijímače, chladiva, skladovacího systému a systému přenosu energie. Moderní technologie zahrnují parabolické koncentrátory, solární parabolická zrcadla a solární energetické věže. Mohou být kombinovány se zařízeními na spalování fosilních paliv a v některých případech přizpůsobeny pro akumulaci tepla. Hlavní výhodou takové hybridizace a tepelného akumulace je to, že tato technologie může poskytovat dispečerskou výrobu elektřiny, to znamená, že elektřinu lze vyrábět v době, kdy je potřeba. Hybridizace a akumulace tepla mohou zvýšit ekonomickou hodnotu vyrobené elektřiny a snížit její průměrné náklady.
Některé tepelné solární elektrárny používají parabolická zrcadla, která koncentrují sluneční světlo na přijímací trubice obsahující chladicí kapalinu. Tato kapalina je zahřátá na téměř 400 °C a čerpána přes řadu výměníků tepla; tím vzniká přehřátá pára, která pohání běžný turbogenerátor k výrobě elektřiny. Pro snížení tepelných ztrát může být přijímací trubice obklopena průhlednou skleněnou trubicí umístěnou podél ohniskové linie válce. Typicky takové instalace zahrnují jednoosé nebo dvouosé solární sledovací systémy. Ve vzácných případech jsou stacionární (obr. 6.2).
Rýže. 6.2. Solární instalace s parabolickým koncentrátorem Odhady této technologie ukazují vyšší náklady na vyrobenou elektřinu než jiné solární tepelné elektrárny. Je to dáno nízkou koncentrací slunečního záření a nižšími teplotami. S více provozními zkušenostmi, vylepšenou technologií a nižšími provozními náklady však mohou být parabolické koncentrátory nejlevnější a nejspolehlivější technologií blízké budoucnosti.
Solární instalace parabolického typu jsou baterie parabolických parabolických zrcadel tvaru podobného satelitní parabole, která soustředí sluneční energii na přijímače umístěné v ohnisku každé paraboly (obr. 6.3). Kapalina v přijímači se zahřeje na 1000ºC a přímo se používá k výrobě elektřiny v malém motoru a generátoru připojeném k přijímači.
Rýže. 6.3. Solární instalace typu paraboly Vysoká optická účinnost a nízké počáteční náklady činí zrcadlové/motorové systémy nejúčinnější ze všech solárních technologií. Systém Stirlingova motoru a parabolického zrcadla drží světový rekord v účinnosti přeměny sluneční energie na elektřinu. V roce 1984 dosáhl Rancho Mirage v Kalifornii praktické účinnosti 29 %. Díky modulární konstrukci takové systémy jsou nejlepší možnost uspokojit poptávku po elektřině jak pro autonomní, tak pro hybridní spotřebitele pracující na společné síti.
Solární elektrárny věžový typ s centrálním přijímačem Věžové solární elektrárny s centrálním přijímačem využívají točivé pole reflektorů heliostatu. Zaměřují sluneční záření na centrální přijímač vybudovaný v horní části věže, který absorbuje tepelnou energii a pohání turbogenerátor (obr. 6.4, obr. 6.5).
Rýže. 6.4. Věžový typ solární elektrárny s centrálním přijímačem Počítačem řízený biaxiální sledovací systém umístí heliostaty tak, aby odražené sluneční paprsky byly nehybné a vždy dopadaly na přijímač. Tekutina cirkulující v přijímači předává teplo tepelná baterie ve formě páry. Pára otáčí turbínou za účelem výroby elektřiny nebo je přímo použita v průmyslové procesy. Teploty přijímače se pohybují od 500 do 1500 ºC. Díky akumulaci tepla se věžové elektrárny staly unikátní solární technologií, která umožňuje výrobu elektřiny podle předem stanoveného harmonogramu.
Rýže. 6.5. Solární věžová elektrárna "Solar Two" v Kalifornii Ani zaostřovací zrcadla, ani solární fotovoltaické články nedokážou generovat energii v noci. Za tímto účelem je třeba solární energii naakumulovanou během dne ukládat do zásobníků tepla. Tento proces se přirozeně vyskytuje v tzv. solárních jezírkách (obr. 6.6).
Rýže. 6.6. Schéma návrhu solárního jezírka Solární jezírka mají vysokou koncentraci soli ve spodních vrstvách vody, nekonvekční střední vrstvu vody, ve které koncentrace soli roste s hloubkou, a konvekční vrstvu s nízkou koncentrací soli na povrchu. sluneční světlo dopadá na hladinu jezírka a díky vysoké koncentraci soli se teplo zadržuje ve spodních vrstvách vody. Voda vysoká slanost, ohřívaný sluneční energií absorbovanou dnem jezírka, nemůže stoupat kvůli své vysoké hustotě. Zůstává na dně jezírka, postupně se zahřívá, až se téměř uvaří. Horká spodní „solanka“ je využívána ve dne i v noci jako zdroj tepla, díky kterému může speciální organická chladicí turbína vyrábět elektřinu. Střední vrstva solárního jezírka působí jako tepelná izolace, brání konvekci a tepelným ztrátám ze dna na hladinu. Teplotní rozdíl mezi dnem a povrchem vody v jezírku je dostatečný pro napájení generátoru. Chladivo, procházející potrubím spodní vrstvou vody, je pak přiváděno do uzavřeného Rankinova systému, ve kterém se otáčí turbína a vyrábí elektřinu.
Věžové solární elektrárny s centrálním přijímačem a solární elektrárny s parabolickými koncentrátory pracují optimálně jako součást velkých, do sítě připojených elektráren o výkonu 30-200 MW, zatímco solární elektrárny parabolického typu jsou sestaveny z modulů a lze je použít v obou samostatné instalace a ve skupinách s celkovou kapacitou několika megawattů.
Tabulka 6.1 Charakteristika solárních tepelných elektráren Solární parabolické koncentrátory jsou dnes nejpokročilejšími technologiemi solární energie a pravděpodobně budou použity v blízké budoucnosti. Elektrárny věžového typu s centrálním přijímačem se pro svou efektivní tepelnou akumulační kapacitu mohou stát i solárními elektrárnami blízké budoucnosti. Modulární povaha jednotek typu zásobník umožňuje jejich použití v malých instalacích. Věžové solární elektrárny s centrálním přijímačem a parabolické instalace umožňují dosáhnout vyšších hodnot účinnosti přeměny sluneční energie na elektrickou energii s nižšími náklady než elektrárny se solárními parabolickými koncentrátory. V tabulce Tabulka 6.1 ukazuje hlavní charakteristiky tří možností výroby solární tepelné energie.
K čemu slouží tepelné solární kolektory? Kde je lze použít - oblasti použití, možnosti použití, klady a zápory kolektorů, Specifikace, účinnost. Je možné to udělat sami a jak je to oprávněné? Aplikační schémata a perspektivy.
Sběratel a solární baterie dvě různá zařízení. Baterie využívá přeměnu sluneční energie na elektrickou energii, která se ukládá do baterií a využívá se pro domácí potřeby. Solární kolektory jsou stejně jako tepelné čerpadlo určeny ke sběru a akumulaci ekologicky šetrné energie ze Slunce, jejíž přeměna se využívá k ohřevu vody nebo vytápění. V průmyslovém měřítku Solární tepelné elektrárny, které přeměňují teplo na elektřinu, se staly široce používanými.
Kolektory se skládají ze tří hlavních částí:
Panely jsou prezentovány v podobě trubkového radiátoru umístěného v krabici s vnější stěnou ze skla. Musí být umístěny na jakémkoli dobře osvětleném místě. Kapalina vstupuje do deskového radiátoru, který je následně ohříván a přesouván do přední komory, kde je studená voda nahrazena horkou vodou, která vytváří konstantní dynamický tlak v systému. V tomto případě studená kapalina vstupuje do chladiče a horká kapalina vstupuje do akumulační nádrže.
Standardní panely se snadno přizpůsobí jakýmkoli podmínkám. Pomocí speciálních montážních profilů je lze instalovat paralelně k sobě v řadě v neomezeném počtu. Otvory jsou vyvrtány v hliníkových montážních profilech a připevněny k panelům zespodu pomocí šroubů nebo nýtů. Po dokončení tvoří panely solárních absorbérů spolu s montážními profily jednu pevnou konstrukci.
Solární topný systém je rozdělen do dvou skupin: vzduchem chlazený a kapalinou chlazený. Kolektory zachycují a pohlcují záření a přeměňují ho na tepelnou energii a předávají jej do akumulačního prvku, ze kterého se teplo rozvádí po místnosti. Každý ze systémů lze doplnit pomocné vybavení(oběhové čerpadlo, tlaková čidla, pojistné ventily).
V během dne tepelné záření se přenáší na chladicí kapalinu (vodu nebo nemrznoucí kapalinu), která cirkuluje kolektorem. Ohřátá chladicí kapalina přenáší energii do nádrže ohřívače vody, která se nachází nad ní a shromažďuje vodu pro dodávku teplé vody. V jednoduché verzi voda přirozeně cirkuluje díky rozdílu v hustotě mezi horkou a studená voda v okruhu a aby se zajistilo, že se cirkulace nezastaví, používá se speciální čerpadlo. Oběhové čerpadlo je navrženo k aktivnímu čerpání kapaliny skrz konstrukci. 
Ve složitější verzi je kolektor zařazen do samostatného okruhu naplněného vodou nebo nemrznoucí kapalinou. Čerpadlo jim pomáhá začít cirkulovat a přenáší nahromaděnou solární energii do tepelně izolovaného zásobníku, který umožňuje akumulovat teplo a v případě potřeby jej odebírat zpět. Pokud není dostatek energie, elektrický nebo plynový ohřívač, který je součástí konstrukce nádrže, se automaticky zapne a udržuje požadovanou teplotu.
Ti, kteří chtějí mít ve svém domě solární systém, by se měli nejprve rozhodnout pro nejvíce vhodný typ kolektor
Prezentováno ve formě uzavřené krabice tvrzené sklo a má speciální vrstvu, která absorbuje sluneční teplo. Tato vrstva je napojena na trubky, kterými cirkuluje chladicí kapalina. Čím více energie přijímá, tím vyšší je jeho účinnost. Snížení tepelných ztrát v samotném panelu a zajištění největší absorpce tepla na deskách absorbéru umožňuje maximální sběr energie. Při absenci stagnace mohou ploché kolektory ohřívat vodu až na 200 °C. Jsou určeny pro ohřev vody v bazénech, domácí potřeby a vytápění domu.
Skládá se ze skleněných baterií (řada dutých trubic). Vnější baterie má průhledný povrch a vnitřní baterie je pokryta speciální vrstvou, která zachycuje záření. Vakuová vrstva mezi vnitřní a vnější baterií pomáhá ušetřit asi 90 % absorbované energie. Tepelné vodiče jsou speciální trubky. Když se panel zahřeje, kapalina umístěná ve spodní části baterie se přemění na páru, která stoupá a předává teplo kolektoru. Tento typ systému má větší účinnost ve srovnání s kolektory plochý typ, protože může být použit při nízkých teplotách a špatných světelných podmínkách. Vakuová solární baterie umožňuje ohřát teplotu chladicí kapaliny na 300 °C pomocí vícevrstvého skleněného povlaku a vytvoření vakua v kolektorech.
Solární topné systémy pracují nejúčinněji se zařízením, jako je tepelné čerpadlo. Navrženo tak, aby sbíralo energii z prostředí bez ohledu na to povětrnostní podmínky a může být instalován uvnitř domu. Zdrojem energie zde může být voda, vzduch nebo půda. Tepelné čerpadlo může pracovat pouze se solárními kolektory, pokud je dostatek solární energie. Použitím kombinovaný systém„tepelné čerpadlo a solární kolektor“, na typu kolektoru nezáleží, ale nejvhodnější variantou by byla solární vakuová baterie.
Solární topný systém lze instalovat na jakýkoli typ střechy. Ploché kolektory jsou považovány za odolnější a spolehlivější, na rozdíl od vakuových kolektorů, jejichž konstrukce je křehčí. Pokud je však plochý kolektor poškozen, bude nutné vyměnit celý absorpční systém, zatímco u vakuového kolektoru pouze poškozenou baterii. 
Účinnost vakuového rozdělovače je mnohem vyšší než u plochého rozdělovače. Mohou být použity v zimní čas a produkují více energie za oblačného počasí. Tepelné čerpadlo se i přes vysokou cenu stalo poměrně rozšířeným. Rychlost výroby energie vakuových kolektorů závisí na velikosti trubic. Normálně by rozměry trubek měly být 58 mm v průměru s délkou 1,2-2,1 metru. Je poměrně obtížné nainstalovat kolektor sami. Nicméně, mít určité znalosti, stejně jako následující podrobné pokyny instalace a výběr umístění systému specifikovaného při nákupu zařízení výrazně zjednoduší úkol a pomůže přivést solární ohřev do domu.
Vybudování solárního vytápění pro soukromý dům vlastníma rukama není tak obtížný úkol, jak se zdá neznalému laikovi. To bude vyžadovat svářečské dovednosti a materiály dostupné v každém železářství.
Získat úplnou autonomii je snem každého vlastníka, který se pustí do soukromé výstavby. Je však solární energie skutečně schopna vytápět obytný dům, zvláště pokud je zařízení pro její skladování namontováno v garáži?
V závislosti na regionu se sluneční tok může pohybovat od 50 W/m2 při zatažené obloze až po 1400 W/m2 při jasné letní obloze. S takovými indikátory může dokonce i primitivní kolektor s nízkou účinností (45-50%) a plochou 15 m2. může vyrobit asi 7000-10000 kWh za rok. A to jsou ušetřené 3 tuny palivového dřeva na kotel na tuhá paliva!
Jak je jasné, efektivní topení Je poměrně problematické realizovat výhradně solární energii. Přece v šeru zimní čas Sluneční záření je velmi málo a na místě by měl být umístěn kolektor o ploše 120 m2. ne vždy to vyjde.
Jsou tedy solární kolektory opravdu nefunkční? Neslevujte je předem. Takže s pomocí takové akumulační nádrže se v létě obejdete bez kotle - výkon bude stačit na to, aby rodinu zásobil teplou vodou. V zimě bude možné snížit náklady na energie, pokud již ohřátou vodu ze solárního kolektoru přivedete do elektrokotle.
Solární kolektor bude navíc výborným pomocníkem tepelného čerpadla v domě s nízkoteplotním vytápěním (teplé podlahy).
V zimě se tedy bude používat ohřátá chladicí kapalina teplé podlahy a v létě lze přebytečné teplo posílat do geotermálního okruhu. Tím se sníží výkon tepelného čerpadla.
Po všem Geotermální teplo se neobnovuje, takže postupem času se v tloušťce půdy tvoří stále větší „studený pytel“. Například v konvenčním geotermálním okruhu je na začátku topné sezóny teplota +5 stupňů a na konci -2C. Při zahřívání se počáteční teplota zvýší na +15 C a do konce topné sezóny neklesne pod +2 C.
Pro mistra, který si je jistý svými schopnostmi, nebude montáž kolektoru tepla obtížná. Můžete začít s malým zařízením, které zajistí horkou vodu ve vaší dači, a pokud bude experiment úspěšný, přejděte k vytvoření plnohodnotné solární stanice.
Nejjednodušší na výrobu kolektoru je plochý. Pro jeho zařízení budete potřebovat:
Montáž solárního kolektoru je poměrně jednoduchá:
Pro plnou funkci kolektoru budete potřebovat akumulační nádrž. Dá se vyrobit z plastový sud, zvenčí izolovaný, ve kterém je spirálovitě uložen výměník tepla spojený se solárním kolektorem. Vstup ohřáté vody by měl být umístěn nahoře a výstup studené vody dole.
Je důležité správně umístit nádrž a rozdělovač. Pro zajištění přirozené cirkulace vody musí být nádrž umístěna nad kolektorem a potrubí musí mít konstantní sklon.
Pokud s svářečka Nebylo možné navázat přátelství, můžete si vyrobit jednoduchý solární ohřívač z toho, co je po ruce. Třeba z plecháčů. K tomu jsou na dně vytvořeny otvory, samotné plechovky jsou k sobě připevněny tmelem a jsou na něm usazeny na křižovatce s PVC trubkami. Jsou natřeny černou barvou a umístěny v rámu pod sklem stejně jako běžné dýmky.
Proč si místo obyčejné vlečky nevyzdobit dům něčím užitečným? Například tím, že uděláme solární ohřívač na celou stěnu na jižní straně.
Toto řešení umožní optimalizovat náklady na vytápění ve dvou směrech najednou – snížení nákladů na energie a výrazné snížení tepelných ztrát díky dodatečnému zateplení fasády.
Zařízení je neuvěřitelně jednoduché a nevyžaduje speciální nástroje:
Pokud se vám tato metoda zdá složitá, video ukazuje verzi vyrobenou z cínu, polypropylenové trubky a filmy. Mnohem jednodušší!
Systémy vytápění se dělí takto: pasivní (viz kapitola 5); aktivní, které většinou využívají kapalinové solární kolektory a akumulační nádrže; kombinovaný.
V zahraničí se rozšířily systémy ohřevu vzduchu, kde se jako baterie používají stavební konstrukce nebo speciální kamenný zásyp pod nimi. U nás tímto směrem pracuje Fyzikotechnický ústav Akademie věd UzSSR a TbilZNIIEP, ale výsledky práce jsou zjevně nedostatečné a nevznikla žádná dobře fungující řešení, i když vzduchové systémy teoreticky účinnější než kapalné, u kterých je samotný otopný systém tvořen nízkoteplotním panelovým-sálavým nebo vysokoteplotním s konvenčním topná zařízení. V naší zemi budovy s kapalinovými systémy vyvinuly IVTAN, Fyzikální ústav Akademie věd UzSSR, TashZNIIEP, TbilZNIIEP, KievZNIIEP a atd. a v některých případech vztyčené.
Velké množství informací na aktivní systémy solární ohřev je uveden v knize vydané v roce 1980. Níže jsou popsány dvě samostatné obytné budovy vyvinuté společností KievZNIIEP, postavené a testované autonomní systémy solární ohřev: s nízkoteplotním panelovým sálavým systémem vytápění (bytový dům ve vesnici Kolesnoye, Oděská oblast) as tepelným čerpadlem (bytový dům ve vesnici Bucuria, Moldavská SSR).
Při vývoji solárního systému vytápění pro obytný dům v obci. Kolesnoye byla provedena řada změn v architektonické a stavební části domu (projekt UkrNIIPgrazhdanselskstroy), zaměřených na jeho přizpůsobení požadavkům solárního ohřevu: na vnější stěny bylo použito účinné zdivo s izolací a trojsklo okenních otvorů; spirály topného systému jsou kombinovány s mezipodlažními stropy; pro umístění zařízení je k dispozici suterén; Bylo provedeno dodatečné zateplení podkroví a rekuperace tepla odpadního vzduchu.
Z hlediska architektonického řešení je dům navržen ve dvou úrovních. V přízemí je přední pokoj, obývací pokoj, ložnice, kuchyně, koupelna a komory, ve druhém patře jsou dvě ložnice a koupelna, kde je elektrický sporák na vaření. Zařízení solárního ohřevu (kromě kolektorů) je umístěno v suterénu; Systém je zálohován elektrickými ohřívači vody, což umožňuje jednorázový příkon energie do objektu a zvyšuje komfortní kvalitu bydlení.
Solární topný systém pro obytný dům (obr. 4.1) skládá se z Z tři okruhy: cirkulace příjmu tepla A okruhy vytápění a ohřevu teplé vody. První z nich zahrnuje solární ohřívače vody, výměník tepla akumulační nádrže, oběhové čerpadlo a výměník tepla „potrubí v potrubí“ pro provoz systému v létě v režimu přirozené cirkulace. Zařízení je propojeno potrubním systémem s armaturami, instrumentací a automatizačními zařízeními. Akumulační nádrž o objemu 16 m3 obsahuje dvoudílný spirálový výměník tepla o ploše 4,6 m2 pro chladivo cirkulačního okruhu a jednočlánkový výměník tepla o ploše 1,2 m2 pro teplou vodu. vodovodní systém. Tepelná kapacita zásobníku s teplotou vody +45 °C zajišťuje třídenní potřebu vytápění obytného domu. Pod hřebenem střechy domu je umístěn výměník tepla „trubka v potrubí“ o ploše 1,25 m2.
Topný okruh se skládá ze dvou sériově zapojených sekcí: panelové sálavé s průtokovými topnými panely, které zajišťují provoz systému v základním režimu s rozdílem teplot vody 45 ... 35 °C, a vertikální jednotrubkové s Konvektory typu „Comfort“, které zajišťují topné topné zatížení systému s rozdílem teplot vody 75 ... 70 °C. Svitky topných panelů jsou zapuštěny do omítky a dokončovací vrstvy kruhových dutých panelů strop. Konvektory jsou instalovány pod okny. Cirkulace v topném systému je stimulující. Špičkový ohřev vody zajišťuje průtokový elektrický ohřívač vody EPV-2 o výkonu 10 kW; slouží také jako záloha topného systému.
Okruh dodávky teplé vody obsahuje výměník tepla zabudovaný v akumulační nádrži a druhý průtokový elektrický ohřívač vody jako uzavírací a záložní systém.
Během topného období je teplo z kolektorů předáváno chladící kapalinou (45% vodný roztok etylenglykolu) do vody v akumulační nádrži, která je čerpadlem posílána do spirál topného panelu a následně vrácena do akumulační nádrže. .
Požadovaná teplota vzduchu v domě je udržována automatický regulátor RRT-2 zapnutím a vypnutím elektrického ohřívače vody na konvektorové sekci topného systému.
V letním období systém uspokojuje potřeby zásobování teplou vodou z výměníku tepla „trubka v potrubí“ s přirozenou cirkulací chladiva v okruhu příjmu tepla. Přechod na stimulační oběh se provádí pomocí elektronického diferenciálního regulátoru RPT-2.
Solární systém vytápění čtyřpokojového obytného domu v obci. Bucuria z Moldavské SSR byla navržena Institutem Moldgiprograzhdanselstroy pod vědeckým dohledem KievZNIIEP.
Dům - mansardového typu. V přízemí se nachází společenská místnost, kuchyně, prádelna a technická místnost, ve druhém jsou tři pokoje. V suterénu je garáž a sklep pro instalaci solárního systému. Na dům navazuje hospodářská budova, jejíž součástí je letní kuchyně, sprcha, baldachýn, inventář a dílna.
Autonomní solární systém vytápění (obr. 4.2) je kombinovaná instalace solárního tepelného čerpadla určená k zajištění potřeby vytápění (vypočítaná tepelná ztráta domu je 11 kW) a dodávky teplé vody po celý rok. Nedostatek solárního tepla a tepla z kompresoru instalace tepelného čerpadla je pokryt elektrickým ohřevem. Systém se skládá ze čtyř okruhů: cirkulační okruhy pro příjem tepla, okruhy tepelného čerpadla, vytápění a ohřev teplé vody.
Vybavení přijímacího okruhu zahrnuje solární kolektory, výměník tepla „trubka v potrubí“ a akumulační nádrž o objemu 16 m3 s vestavěným výměníkem o ploše 6 m2. Solární kolektory navržené společností KievZNIIEP s dvouvrstvým zasklením o celkové ploše 70 m2 jsou umístěny v rámu na jižním svahu střechy domu pod úhlem 55° k horizontu. 45 byl použit jako chladicí kapalina % vodný roztok ethylenglykolu. Výměník je umístěn pod hřebenem střechy a zbytek zařízení je umístěn v suterénu domu.
Jako jednotka tepelného čerpadla slouží kompresor-kondenzátorová chladicí jednotka AK1-9 o tepelném výkonu 11,5 kW a příkonu 4,5 kW. Pracovním činidlem instalace tepelného čerpadla je freon-12. Kompresor je bezucpávkový pístový kompresor, kondenzátor a výparník jsou plášťové s vodním chlazením.
Součástí vybavení topného okruhu je oběhové čerpadlo, topná zařízení Průtokový elektrický ohřívač vody typu "Comfort" EPV-2 jako přibližovací a záložní. Součástí vybavení teplovodního okruhu je kapacitní (0,4 m3) ohřívač vody typu STD s plochou výměníku 0,47 m2 a koncový elektrický ohřívač BAS-10/M 4-04 o výkonu 1 kW. Cirkulační čerpadla všechny obvody - typ TsVTs, bez těsnění, vertikální, nízkohlučné, bez základů.
Systém funguje následovně. Chladivo předává teplo z kolektorů vodě v akumulační nádrži a freonu ve výparníku tepelného čerpadla. Parní freon po stlačení v kompresoru kondenzuje v kondenzátoru a tím ohřívá vodu v topném systému a voda z vodovodu v systému zásobování teplou vodou.
Při nepřítomnosti slunečního záření a spotřebě tepla uloženého v akumulační nádrži je jednotka tepelného čerpadla vypnuta a dům je zásobován teplem výhradně z elektrických ohřívačů vody (elektrických bojlerů). V zimním období je systém tepelného čerpadla v provozu pouze na určité úrovni. záporné teploty venkovní vzduch (ne nižší než -7 °C), aby se zabránilo zamrznutí vody v akumulační nádrži. V letním období je systém zásobování teplou vodou zásobován teplem především přirozenou cirkulací chladiva přes výměník tepla „trubka v potrubí“. V důsledku implementace různých provozních režimů umožňuje kombinovaná instalace solárního tepelného čerpadla úsporu tepla cca 40 GJ/rok (provozní výsledky těchto instalací jsou uvedeny v kapitole 8).
Kombinace solární energie a tepelných čerpadel se odráží také v inženýrském zařízení vyvinutém společností TsNIIEP
|
Rýže. 4.3. Schéma systému zásobování teplem v Gelendzhiku 1 - solární kolektor; 2 - dohřev výměníku s chladivem z okruhu kondenzátoru tepelného čerpadla; 3 - dohřívací výměník tepla s chladicí kapalinou z topné sítě; 4 - čerpadlo okruhu kondenzátoru; 5 - tepelné čerpadlo; 6 - čerpadlo okruhu výparníku; 7 - výměník tepla pro ohřev (chlazení) vody v okruhu výparníku (kondenzátoru); 8 - Výměník tepla pro zdroj vytápění (surová) voda; 9 - čerpadlo na horkou vodu; 10 - Bateriové nádrže; 11 - výměník solárního okruhu; 12 - čerpadlo solárního okruhu |
Projekt dodávky tepla pro hotelový komplex "Friendly Beach" v Gelendzhiku (obr. 4.3).
Základ instalace solárního tepelného čerpadla tvoří: ploché solární kolektory o celkové ploše 690 m2 a tři sériově vyráběné chladicí stroje MKT 220-2-0, pracující v režimu tepelného čerpadla. Odhadovaná roční výroba tepla je asi 21 000 GJ, včetně 1 470 GJ ze solárního zařízení.
Mořská voda je nekvalitní zdroj tepla pro tepelná čerpadla. Pro zajištění bezkorozního provozu bez vodního kamene jsou topné plochy kolektorů, potrubí a kondenzátorů plněny změkčenou a odvzdušněnou vodou z topné sítě. Ve srovnání s tradiční schéma dodávka tepla z kotelny přitažlivost netradičních zdrojů tepla -
Slunce a mořskou vodou, umožňuje ušetřit asi 500 tun konvenčního. palivo/rok
Dalším typickým příkladem využití nových zdrojů energie je projekt zásobování teplem pro využití panského domu
Instalace solárního tepelného čerpadla. Projekt zajišťuje celoroční plné uspokojení potřeb vytápění a teplé vody podkrovního zámečku o obytné ploše 55 m2. Nekvalitním zdrojem tepla pro tepelné čerpadlo je půda. Odhadovaný ekonomický efekt implementace systému je nejméně 300 rublů. na byt ve srovnání s tradiční variantou dodávky tepla z jednotky na tuhá paliva.
