Ηλιακή ενέργεια ως εναλλακτική πηγή ενέργειας: τύποι και χαρακτηριστικά ηλιακών συστημάτων

Την τελευταία δεκαετία, η ηλιακή ενέργεια ως εναλλακτική πηγή ενέργειας χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο για τη θέρμανση και την παροχή ζεστού νερού στα κτίρια. Ο κύριος λόγος είναι η επιθυμία αντικατάστασης των παραδοσιακών καυσίμων με προσιτές, φιλικές προς το περιβάλλον και ανανεώσιμες πηγές ενέργειας.

Η μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε θερμική ενέργεια συμβαίνει σε ηλιακά συστήματα - ο σχεδιασμός και η αρχή της λειτουργίας της μονάδας καθορίζουν τις ιδιαιτερότητες της εφαρμογής της. Σε αυτό το υλικό θα εξετάσουμε τους τύπους ηλιακών συλλεκτών και τις αρχές λειτουργίας τους, και επίσης θα μιλήσουμε για δημοφιλή μοντέλα ηλιακών πλαισίων.

Η σκοπιμότητα χρήσης ηλιακού συστήματος

Ένα ηλιακό σύστημα είναι ένα σύμπλεγμα για τη μετατροπή της ενέργειας της ηλιακής ακτινοβολίας σε θερμότητα, η οποία στη συνέχεια μεταφέρεται σε έναν εναλλάκτη θερμότητας για τη θέρμανση του ψυκτικού ενός συστήματος θέρμανσης ή παροχής νερού.

Η απόδοση μιας ηλιακής θερμικής εγκατάστασης εξαρτάται από την ηλιακή ακτινοβολία - η ποσότητα ενέργειας που λαμβάνεται κατά τη διάρκεια μιας ημερήσιας ώρας ανά 1 τετραγωνικό μέτρο επιφάνειας που βρίσκεται υπό γωνία 90° σε σχέση με την κατεύθυνση των ακτίνων του ήλιου. Η τιμή μέτρησης του δείκτη είναι kW*h/sq.m, η τιμή της παραμέτρου ποικίλλει ανάλογα με την εποχή.

Το μέσο επίπεδο ηλιακής ηλιακής ακτινοβολίας για μια περιοχή με εύκρατο ηπειρωτικό κλίμα είναι 1000-1200 kWh/sq.m (ανά έτος). Η ποσότητα του ήλιου είναι η καθοριστική παράμετρος για τον υπολογισμό της απόδοσης ενός ηλιακού συστήματος.

Η χρήση εναλλακτικής πηγής ενέργειας σάς επιτρέπει να θερμάνετε ένα σπίτι και να αποκτάτε ζεστό νερό χωρίς παραδοσιακό κόστος ενέργειας - αποκλειστικά μέσω ηλιακής ακτινοβολίας

Η εγκατάσταση ενός ηλιακού συστήματος θέρμανσης είναι ένα δαπανηρό εγχείρημα. Προκειμένου να δικαιολογηθεί το κόστος κεφαλαίου, απαιτείται ακριβής υπολογισμός του συστήματος και συμμόρφωση με την τεχνολογία εγκατάστασης.

Παράδειγμα. Η μέση τιμή ηλιακής ηλιακής ακτινοβολίας για την Τούλα στα μέσα του καλοκαιριού είναι 4,67 kV/τ.μ*ημέρα, υπό την προϋπόθεση ότι ο πίνακας συστήματος είναι εγκατεστημένος υπό γωνία 50°. Η παραγωγικότητα ενός ηλιακού συλλέκτη επιφάνειας 5 τ.μ υπολογίζεται ως εξής: 4,67*4=18,68 kW θερμικής ενέργειας ανά ημέρα. Αυτός ο όγκος είναι αρκετός για να θερμάνει 500 λίτρα νερού από 17 °C έως 45 °C.

Όπως δείχνει η πρακτική, όταν χρησιμοποιείτε μια ηλιακή μονάδα παραγωγής ενέργειας, οι ιδιοκτήτες εξοχικών σπιτιών το καλοκαίρι μπορούν να αλλάξουν εντελώς από τη θέρμανση νερού με ηλεκτρική ή αέριο στην ηλιακή μέθοδο

Μιλώντας για τη σκοπιμότητα εισαγωγής νέων τεχνολογιών, είναι σημαντικό να ληφθούν υπόψη τα τεχνικά χαρακτηριστικά ενός συγκεκριμένου ηλιακού συλλέκτη. Κάποιοι αρχίζουν να εργάζονται με 80 W/τ.μ ηλιακής ενέργειας, ενώ άλλοι χρειάζονται 20 W/τ.μ.

Ακόμη και σε ένα νότιο κλίμα, η χρήση ενός συστήματος συλλογής αποκλειστικά για θέρμανση δεν θα αποδώσει. Εάν η εγκατάσταση χρησιμοποιείται αποκλειστικά το χειμώνα που υπάρχει έλλειψη ήλιου, τότε το κόστος του εξοπλισμού δεν θα καλυφθεί ούτε σε 15-20 χρόνια.

Για να χρησιμοποιήσετε το ηλιακό συγκρότημα όσο το δυνατόν πιο αποτελεσματικά, πρέπει να συμπεριληφθεί στο σύστημα παροχής ζεστού νερού. Ακόμη και το χειμώνα, ο ηλιακός συλλέκτης θα σας επιτρέψει να «κόψετε» τους λογαριασμούς ενέργειας για θέρμανση νερού έως και 40-50%.

Σύμφωνα με τους ειδικούς, για οικιακή χρήση, ένα ηλιακό σύστημα εξοφλείται σε περίπου 5 χρόνια. Με την αύξηση των τιμών του ρεύματος και του φυσικού αερίου, θα μειωθεί η περίοδος απόσβεσης του συγκροτήματος

Εκτός από τα οικονομικά οφέλη, η ηλιακή θέρμανση έχει επιπλέον πλεονεκτήματα:

1. Φιλικότητα προς το περιβάλλον. Οι εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα μειώνονται. Κατά τη διάρκεια ενός έτους, 1 τ.μ. ηλιακού συλλέκτη εμποδίζει 350-730 κιλά απορριμμάτων να εισέλθουν στην ατμόσφαιρα.
2. Αισθητική. Ο χώρος ενός συμπαγούς μπάνιου ή κουζίνας μπορεί να εξαλειφθεί από ογκώδεις λέβητες ή θερμοπίδακες.
3. Αντοχή. Οι κατασκευαστές διαβεβαιώνουν ότι εάν ακολουθηθεί η τεχνολογία εγκατάστασης, το συγκρότημα θα διαρκέσει περίπου 25-30 χρόνια. Πολλές εταιρείες παρέχουν εγγύηση έως και 3 χρόνια.

Επιχειρήματα κατά της χρήσης ηλιακής ενέργειας: έντονη εποχικότητα, εξάρτηση από τον καιρό και υψηλή αρχική επένδυση.

Γενική δομή και αρχή λειτουργίας

Ας εξετάσουμε την επιλογή ενός ηλιακού συστήματος με συλλέκτη ως κύριο στοιχείο λειτουργίας του συστήματος. Η εμφάνιση της μονάδας μοιάζει με μεταλλικό κουτί, η μπροστινή πλευρά του οποίου είναι κατασκευασμένη από σκληρυμένο γυαλί. Μέσα στο κουτί υπάρχει ένα στοιχείο εργασίας - ένα πηνίο με απορροφητή.

Η μονάδα απορρόφησης θερμότητας παρέχει θέρμανση του ψυκτικού - κυκλοφορούντος υγρού, μεταφέρει την παραγόμενη θερμότητα στο κύκλωμα παροχής νερού.

Τα κύρια στοιχεία του ηλιακού συστήματος: 1 – πεδίο συλλέκτη, 2 – εξαερισμός, 3 – σταθμός διανομής, 4 – δεξαμενή εκτόνωσης υπερβολικής πίεσης, 5 – ελεγκτής, 6 – δεξαμενή θερμοσίφωνα, 7,8 – θερμαντικό στοιχείο και εναλλάκτης θερμότητας, 9 – βαλβίδα θερμικής ανάμειξης, 10 – ροή ζεστού νερού, 11 – είσοδος κρύου νερού, 12 – αποστράγγιση, T1/T2 – αισθητήρες θερμοκρασίας

Ο ηλιακός συλλέκτης λειτουργεί απαραίτητα παράλληλα με τη δεξαμενή αποθήκευσης. Δεδομένου ότι το ψυκτικό θερμαίνεται σε θερμοκρασία 90-130°C, δεν μπορεί να τροφοδοτηθεί απευθείας σε βρύσες ζεστού νερού ή καλοριφέρ θέρμανσης. Το ψυκτικό εισέρχεται στον εναλλάκτη θερμότητας του λέβητα. Η δεξαμενή αποθήκευσης συμπληρώνεται συχνά με ηλεκτρική θερμάστρα.

Πρόγραμμα εργασίας:

1. Ο ήλιος θερμαίνει την επιφάνεια συλλέκτης.
2. Η θερμική ακτινοβολία μεταφέρεται στο απορροφητικό στοιχείο (απορροφητή), το οποίο περιέχει το ρευστό εργασίας.
3. Το ψυκτικό που κυκλοφορεί μέσα από τους σωλήνες του πηνίου θερμαίνεται.
4. Ο εξοπλισμός άντλησης, μια μονάδα ελέγχου και παρακολούθησης εξασφαλίζουν την απομάκρυνση του ψυκτικού μέσω ενός αγωγού στο πηνίο της δεξαμενής αποθήκευσης.
5. Η θερμότητα μεταφέρεται στο νερό του λέβητα.
6. Το ψυκτικό υγρό ρέει πίσω στον συλλέκτη και ο κύκλος επαναλαμβάνεται.

Το θερμαινόμενο νερό από τον θερμοσίφωνα τροφοδοτείται στο κύκλωμα θέρμανσης ή στα σημεία εισαγωγής νερού.

Κατά την εγκατάσταση συστήματος θέρμανσης ή παροχής ζεστού νερού όλο το χρόνο, το σύστημα είναι εξοπλισμένο με μια πηγή πρόσθετης θέρμανσης (λέβητας, ηλεκτρικό στοιχείο θέρμανσης). Αυτή είναι απαραίτητη προϋπόθεση για τη διατήρηση της ρυθμισμένης θερμοκρασίας

Τα ηλιακά πάνελ σε ιδιωτικές κατοικίες χρησιμοποιούνται συχνότερα ως εφεδρική πηγή ηλεκτρικής ενέργειας:

Τύποι ηλιακών συλλεκτών

Ανεξάρτητα από το σκοπό, το ηλιακό σύστημα είναι εξοπλισμένο με επίπεδο ή σφαιρικό σωληνωτό ηλιακό συλλέκτη. Κάθε επιλογή έχει μια σειρά από διακριτικά χαρακτηριστικά όσον αφορά τα τεχνικά χαρακτηριστικά και τη λειτουργική αποτελεσματικότητα.

Κενό - για ψυχρά και εύκρατα κλίματα

Δομικά, ένας ηλιακός συλλέκτης κενού μοιάζει με θερμός - στενοί σωλήνες με ψυκτικό υγρό τοποθετούνται σε φιάλες μεγαλύτερης διαμέτρου. Μεταξύ των δοχείων σχηματίζεται ένα στρώμα κενού, το οποίο είναι υπεύθυνο για τη θερμομόνωση (η συγκράτηση της θερμότητας είναι έως και 95%). Το σωληνωτό σχήμα είναι το πιο βέλτιστο για τη διατήρηση του κενού και την «κατάληψη» των ακτίνων του ήλιου.

Βασικά στοιχεία μιας σωληνοειδούς ηλιακής θερμικής εγκατάστασης: πλαίσιο στήριξης, περίβλημα εναλλάκτη θερμότητας, γυάλινοι σωλήνες κενού επεξεργασμένοι με εξαιρετικά επιλεκτική επίστρωση για εντατική «απορρόφηση» ηλιακής ενέργειας

Ο εσωτερικός (θερμικός) σωλήνας γεμίζεται με αλατούχο διάλυμα με χαμηλό σημείο βρασμού (24-25 ° C). Όταν θερμαίνεται, το υγρό εξατμίζεται - ο ατμός ανεβαίνει στην κορυφή της φιάλης και θερμαίνει το ψυκτικό που κυκλοφορεί στο σώμα του συλλέκτη.

Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας συμπύκνωσης, σταγόνες νερού ρέουν στην άκρη του σωλήνα και η διαδικασία επαναλαμβάνεται.

Χάρη στην παρουσία ενός στρώματος κενού, το υγρό μέσα στη θερμική φιάλη μπορεί να βράσει και να εξατμιστεί σε θερμοκρασίες κάτω από το μηδέν στο δρόμο (έως -35 ° C).

Τα χαρακτηριστικά των ηλιακών πλαισίων εξαρτώνται από τα ακόλουθα κριτήρια:

• σχεδιασμός σωλήνα – φτερό, ομοαξονικό.
• συσκευή θερμικού καναλιού – "Σωλήνας θέρμανσης", κυκλοφορία άμεσης ροής.

Φιάλη με πούπουλα - ένα γυάλινο σωλήνα που περιέχει έναν απορροφητή πλάκας και ένα κανάλι θερμότητας. Το στρώμα κενού διέρχεται από όλο το μήκος του θερμικού καναλιού.

Ομοαξονικός σωλήνας – διπλή φιάλη με «ένθετο» κενού ανάμεσα στα τοιχώματα δύο δεξαμενών. Η μεταφορά θερμότητας γίνεται από την εσωτερική επιφάνεια του σωλήνα. Η άκρη του θερμοσωλήνα είναι εξοπλισμένη με ένδειξη κενού.

Η απόδοση των φτερών σωλήνων (1) είναι υψηλότερη σε σύγκριση με τα ομοαξονικά μοντέλα (2). Ωστόσο, τα πρώτα είναι πιο ακριβά και πιο δύσκολα στην εγκατάσταση. Επιπλέον, σε περίπτωση βλάβης, η φτερωτή φιάλη θα πρέπει να αντικατασταθεί πλήρως

Το κανάλι «Σωλήνας θερμότητας» είναι η πιο κοινή επιλογή για μεταφορά θερμότητας σε ηλιακούς συλλέκτες.

Ο μηχανισμός δράσης βασίζεται στην τοποθέτηση ενός υγρού που εξατμίζεται εύκολα σε σφραγισμένους μεταλλικούς σωλήνες.

Η δημοτικότητα του "Σωλήνας θερμότητας" οφείλεται στο προσιτό κόστος, την ευκολία συντήρησης και τη συντηρησιμότητα του. Λόγω της πολυπλοκότητας της διαδικασίας ανταλλαγής θερμότητας, το μέγιστο επίπεδο απόδοσης είναι 65%

Κανάλι άμεσης ροής – από τη γυάλινη φιάλη περνούν παράλληλοι μεταλλικοί σωλήνες που συνδέονται σε τόξο σχήματος U

Το ψυκτικό που ρέει μέσω του καναλιού θερμαίνεται και παρέχεται στο σώμα του συλλέκτη.

Επιλογές σχεδίασης ηλιακού συλλέκτη κενού: 1 – τροποποίηση με κεντρικό σωλήνα θέρμανσης «Σωλήνας θερμότητας», 2 – ηλιακή εγκατάσταση με κυκλοφορία ψυκτικού υγρού άμεσης ροής

Οι ομοαξονικοί σωλήνες και οι φτερωτοί σωλήνες μπορούν να συνδυαστούν με κανάλια θερμότητας με διαφορετικούς τρόπους.

Επιλογή 1. Μια ομοαξονική φιάλη με "σωλήνα θερμότητας" είναι η πιο δημοφιλής λύση. Στον συλλέκτη, λαμβάνει χώρα επαναλαμβανόμενη μεταφορά θερμότητας από τα τοιχώματα του γυάλινου σωλήνα στην εσωτερική φιάλη και μετά στο ψυκτικό. Ο βαθμός οπτικής απόδοσης φτάνει το 65%.

Διάγραμμα σχεδίασης ομοαξονικού σωλήνα «Σωλήνας θερμότητας»: 1 – γυάλινο κέλυφος, 2 – επιλεκτική επίστρωση, 3 – μεταλλικά πτερύγια, 4 – κενό, 5 – θερμική φιάλη με ουσία που βράζει εύκολα, 6 – εσωτερικός γυάλινος σωλήνας

Επιλογή 2. Μια ομοαξονική φιάλη με άμεση κυκλοφορία είναι γνωστή ως πολλαπλή σχήματος U. Χάρη στο σχεδιασμό, η απώλεια θερμότητας μειώνεται - η θερμική ενέργεια από το αλουμίνιο μεταφέρεται σε σωλήνες με ψυκτικό που κυκλοφορεί.

Μαζί με την υψηλή απόδοση (έως 75%), το μοντέλο έχει μειονεκτήματα:

• πολυπλοκότητα εγκατάστασης - οι φιάλες είναι ενσωματωμένες στο σώμα της πολλαπλής δύο σωλήνων (mainold) και έχουν εγκατασταθεί εξ ολοκλήρου.
• αποκλείεται η αντικατάσταση μεμονωμένων σωλήνων.

Επιπλέον, η μονάδα σχήματος U είναι απαιτητική σε ψυκτικό υγρό και είναι πιο ακριβή από τα μοντέλα "Σωλήνας θερμότητας".

Δομή ηλιακού συλλέκτη σχήματος U: 1 – γυάλινος «κύλινδρος», 2 – απορροφητική επίστρωση, 3 – «θήκη» αλουμινίου, 4 – φιάλη με ψυκτικό, 5 – κενό, 6 – εσωτερικός γυάλινος σωλήνας

Επιλογή 3. Φτερωτός σωλήνας με την αρχή λειτουργίας «Σωλήνας θερμότητας». Χαρακτηριστικά του συλλέκτη:

• υψηλά οπτικά χαρακτηριστικά - απόδοση περίπου 77%.
• ο επίπεδος απορροφητής μεταφέρει απευθείας θερμική ενέργεια στον σωλήνα ψυκτικού.
• Λόγω της χρήσης ενός στρώματος γυαλιού, η ανάκλαση της ηλιακής ακτινοβολίας μειώνεται.

Είναι δυνατή η αντικατάσταση ενός κατεστραμμένου στοιχείου χωρίς την αποστράγγιση του ψυκτικού από το ηλιακό σύστημα.

Επιλογή 4. Ένας λαμπτήρας με πούπουλα άμεσης ροής είναι το πιο αποτελεσματικό εργαλείο για τη χρήση της ηλιακής ενέργειας ως εναλλακτικής πηγής ενέργειας για τη θέρμανση του νερού ή τη θέρμανση ενός σπιτιού. Ο συλλέκτης υψηλής απόδοσης λειτουργεί με απόδοση 80%. Το μειονέκτημα του συστήματος είναι η δυσκολία επισκευής.

Σχεδιαστικά διαγράμματα για φτερωτούς ηλιακούς συλλέκτες: 1 – ηλιακό σύστημα με κανάλι «Σωλήνας θερμότητας», 2 – περίβλημα ηλιακού συλλέκτη δύο σωλήνων με άμεση ροή ψυκτικού

Ανεξάρτητα από το σχεδιασμό, οι σωληνοειδείς συλλέκτες έχουν τα ακόλουθα πλεονεκτήματα:

• απόδοση σε χαμηλές θερμοκρασίες.
• χαμηλές απώλειες θερμότητας?
• διάρκεια λειτουργίας κατά τη διάρκεια της ημέρας ·
• την ικανότητα θέρμανσης του ψυκτικού σε υψηλές θερμοκρασίες.
• Χαμηλό άνεμο?
• ευκολία εγκατάστασης.

Το κύριο μειονέκτημα των μοντέλων κενού είναι η αδυναμία αυτοκαθαρισμού από το χιόνι. Το στρώμα κενού δεν αφήνει τη θερμότητα να περάσει, έτσι το στρώμα του χιονιού δεν λιώνει και εμποδίζει την πρόσβαση του ήλιου στο πεδίο συλλέκτη. Πρόσθετα μειονεκτήματα: υψηλή τιμή και ανάγκη διατήρησης γωνίας κλίσης εργασίας των φιαλών τουλάχιστον 20°.

Οι ηλιακές συσκευές συλλέκτη που θερμαίνουν το ψυκτικό του αέρα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παρασκευή ζεστού νερού εάν είναι εξοπλισμένες με δεξαμενή αποθήκευσης:

Διαβάστε περισσότερα για την αρχή λειτουργίας ενός ηλιακού συλλέκτη κενού με σωλήνες Περαιτέρω.

Vodyanoy – η καλύτερη επιλογή για τα νότια γεωγραφικά πλάτη

Ένας επίπεδος (πάνελ) ηλιακός συλλέκτης είναι μια ορθογώνια πλάκα αλουμινίου που καλύπτεται από πάνω με ένα πλαστικό ή γυάλινο καπάκι. Μέσα στο κουτί υπάρχει πεδίο απορρόφησης, μεταλλικό πηνίο και στρώμα θερμομόνωσης. Η περιοχή του συλλέκτη είναι γεμάτη με έναν αγωγό ροής μέσω του οποίου κινείται το ψυκτικό.

Τα βασικά στοιχεία ενός επίπεδου ηλιακού συλλέκτη: περίβλημα, απορροφητής, προστατευτική επίστρωση, θερμομονωτική στρώση και συνδετήρες. Κατά τη συναρμολόγηση, χρησιμοποιείται παγωμένο γυαλί με διαπερατότητα φασματικού εύρους 0,4-1,8 microns

Η απορρόφηση θερμότητας της εξαιρετικά επιλεκτικής απορροφητικής επίστρωσης φτάνει το 90%. Ένας ρέοντας μεταλλικός αγωγός τοποθετείται μεταξύ του «απορροφητή» και της θερμομόνωσης. Χρησιμοποιούνται δύο σχέδια τοποθέτησης σωλήνων: "άρπα" και "μαίανδρος".

Η διαδικασία συναρμολόγησης ηλιακών συλλεκτών που θερμαίνουν το ψυκτικό υγρό περιλαμβάνει μια σειρά από παραδοσιακά στάδια:

Εάν το κύκλωμα θέρμανσης συμπληρώνεται με μια γραμμή που παρέχει νερό υγιεινής στην παροχή ζεστού νερού, είναι λογικό να συνδέσετε έναν συσσωρευτή θερμότητας στον ηλιακό συλλέκτη. Η απλούστερη επιλογή θα ήταν μια δεξαμενή κατάλληλου δοχείου με θερμομόνωση που μπορεί να διατηρήσει τη θερμοκρασία του θερμαινόμενου νερού. Πρέπει να το εγκαταστήσετε στην υπερυψωμένη διάβαση:

Ένας σωληνωτός συλλέκτης με υγρό ψυκτικό λειτουργεί ως φαινόμενο «θερμοκηπίου» - οι ακτίνες του ήλιου διεισδύουν μέσα από το γυαλί και θερμαίνουν τον αγωγό. Χάρη στη στεγανότητα και τη θερμομόνωση, η θερμότητα διατηρείται στο εσωτερικό του πάνελ.

Η αντοχή της ηλιακής μονάδας καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από το υλικό του προστατευτικού καλύμματος:

• συνηθισμένο γυαλί – η φθηνότερη και πιο εύθραυστη επίστρωση.
• στραγγιστό γυαλί – υψηλός βαθμός διασποράς φωτός και αυξημένη αντοχή.
• αντιανακλαστικό γυαλί – χαρακτηρίζεται από μέγιστη ικανότητα απορρόφησης (95%) λόγω της παρουσίας στρώματος που εξαλείφει την αντανάκλαση των ακτίνων του ήλιου.
• αυτοκαθαριζόμενο (πολικό) γυαλί με διοξείδιο του τιτανίου – οι οργανικοί ρύποι καίγονται στον ήλιο και τα υπόλοιπα υπολείμματα ξεπλένονται από τη βροχή.

Το πολυανθρακικό γυαλί είναι το πιο ανθεκτικό στην κρούση. Το υλικό τοποθετείται σε ακριβά μοντέλα.

Αντανάκλαση του ηλιακού φωτός και ικανότητα απορρόφησης: 1 – αντιανακλαστική επίστρωση, 2 – σκληρυμένο γυαλί ανθεκτικό στην κρούση. Το βέλτιστο πάχος του προστατευτικού εξωτερικού κελύφους είναι 4 mm

Λειτουργικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά ηλιακών εγκαταστάσεων πάνελ:

• Τα συστήματα αναγκαστικής κυκλοφορίας έχουν λειτουργία απόψυξης που σας επιτρέπει να απαλλαγείτε γρήγορα από την κάλυψη του χιονιού στο ηλιοπεδίο.
• Το πρισματικό γυαλί συλλαμβάνει ένα ευρύ φάσμα ακτίνων σε διαφορετικές γωνίες - το καλοκαίρι, η απόδοση εγκατάστασης φτάνει το 78-80%.
• ο συλλέκτης δεν φοβάται την υπερθέρμανση - εάν υπάρχει περίσσεια θερμικής ενέργειας, είναι δυνατή η αναγκαστική ψύξη του ψυκτικού.
• αυξημένη αντοχή στην κρούση σε σύγκριση με τα σωληνωτά αντίστοιχα.
• Δυνατότητα εγκατάστασης σε οποιαδήποτε γωνία.
• προσιτή τιμολογιακή πολιτική.

Τα συστήματα δεν είναι χωρίς ελλείψεις. Σε περιόδους ανεπάρκειας ηλιακής ακτινοβολίας, καθώς αυξάνεται η διαφορά θερμοκρασίας, η απόδοση ενός επίπεδου ηλιακού συλλέκτη πέφτει σημαντικά λόγω της ανεπαρκούς θερμομόνωσης. Επομένως, η μονάδα πάνελ δικαιολογείται το καλοκαίρι ή σε περιοχές με ζεστό κλίμα.

Ηλιακά συστήματα: χαρακτηριστικά σχεδιασμού και λειτουργίας

Η ποικιλία των ηλιακών συστημάτων μπορεί να ταξινομηθεί σύμφωνα με τις ακόλουθες παραμέτρους: μέθοδος χρήσης ηλιακής ακτινοβολίας, μέθοδος κυκλοφορίας ψυκτικού, αριθμός κυκλωμάτων και εποχικότητα λειτουργίας.

Ενεργητικό και παθητικό σύμπλεγμα

Οποιοδήποτε σύστημα μετατροπής ηλιακής ενέργειας έχει ηλιακό δέκτη. Με βάση τη μέθοδο χρήσης της λαμβανόμενης θερμότητας, διακρίνονται δύο τύποι ηλιακών συμπλεγμάτων: παθητικά και ενεργά.

Ο πρώτος τύπος είναι ένα ηλιακό σύστημα θέρμανσης, όπου τα δομικά στοιχεία του κτιρίου λειτουργούν ως το θερμοαπορροφητικό στοιχείο της ηλιακής ακτινοβολίας. Η οροφή, ο τοίχος του συλλέκτη ή τα παράθυρα λειτουργούν ως ηλιακή επιφάνεια λήψης.

Σχέδιο παθητικού ηλιακού συστήματος χαμηλής θερμοκρασίας με τοίχο συλλέκτη: 1 - ακτίνες του ήλιου, 2 - ημιδιαφανές οθόνη, 3 - φράγμα αέρα, 4 - θερμαινόμενος αέρας, 5 - ροές αέρα εξαγωγής, 6 - θερμική ακτινοβολία από τον τοίχο, 7 - θερμοαπορροφητική επιφάνεια του τοίχου του συλλέκτη, 8 – διακοσμητικές περσίδες

Στις ευρωπαϊκές χώρες, οι παθητικές τεχνολογίες χρησιμοποιούνται στην κατασκευή ενεργειακά αποδοτικών κτιρίων. Οι επιφάνειες ηλιακής λήψης είναι διακοσμημένες ως ψευδοπαράθυρα. Πίσω από το γυάλινο κάλυμμα υπάρχει ένας μαυρισμένος τοίχος από τούβλα με ανοιχτά ανοίγματα.

Τα στοιχεία της κατασκευής - τοίχοι και οροφές, μονωμένα με πολυστυρένιο από έξω - λειτουργούν ως συσσωρευτές θερμότητας.

Τα ενεργά συστήματα συνεπάγονται τη χρήση ανεξάρτητων συσκευών που δεν σχετίζονται με τη δομή.

Αυτή η κατηγορία περιλαμβάνει τα προαναφερθέντα συγκροτήματα με σωληνωτούς, επίπεδους συλλέκτες - οι ηλιακές θερμικές εγκαταστάσεις βρίσκονται συνήθως στην οροφή του κτιρίου

Θερμοσίφωνο και συστήματα κυκλοφορίας

Ο ηλιακός θερμικός εξοπλισμός με φυσική κίνηση του ψυκτικού κατά μήκος του κυκλώματος συλλέκτη-συσσωρευτή-συλλέκτη πραγματοποιείται λόγω μεταφοράς - το ζεστό υγρό με χαμηλή πυκνότητα ανεβαίνει προς τα πάνω, το ψυχρό υγρό ρέει προς τα κάτω.

Στα συστήματα thermosiphon, η δεξαμενή αποθήκευσης βρίσκεται πάνω από τον συλλέκτη, εξασφαλίζοντας την αυθόρμητη κυκλοφορία του ψυκτικού.

Το σχήμα λειτουργίας είναι τυπικό για εποχιακά συστήματα μονού κυκλώματος. Το συγκρότημα thermosiphon δεν συνιστάται για χρήση για συλλέκτες με επιφάνεια μεγαλύτερη από 12 τ.μ.

Ένα ηλιακό σύστημα χωρίς πίεση έχει ένα ευρύ φάσμα μειονεκτημάτων:

• σε συννεφιασμένες μέρες, η απόδοση του συμπλέγματος πέφτει - απαιτείται μεγάλη διαφορά θερμοκρασίας για να κινηθεί το ψυκτικό.
• απώλειες θερμότητας λόγω της αργής κίνησης του υγρού.
• ο κίνδυνος υπερθέρμανσης της δεξαμενής λόγω του ανεξέλεγκτου της διαδικασίας θέρμανσης·
• αστάθεια του συλλέκτη.
• δυσκολία στην τοποθέτηση της δεξαμενής αποθήκευσης - όταν εγκαθίσταται στην οροφή, η απώλεια θερμότητας αυξάνεται, οι διαδικασίες διάβρωσης επιταχύνονται και υπάρχει κίνδυνος παγώματος των σωλήνων.

Τα πλεονεκτήματα του συστήματος «βαρύτητας»: απλότητα σχεδιασμού και προσιτή τιμή.

Το κόστος κεφαλαίου για την εγκατάσταση ενός ηλιακού συστήματος κυκλοφορίας (αναγκαστικής) είναι σημαντικά υψηλότερο από την εγκατάσταση ενός συγκροτήματος ελεύθερης ροής. Μια αντλία «κόβει» στο κύκλωμα, εξασφαλίζοντας την κίνηση του ψυκτικού. Η λειτουργία του αντλιοστασίου ελέγχεται από ελεγκτή.

Η πρόσθετη θερμική ισχύς που παράγεται στο σύμπλεγμα εξαναγκασμένου αέρα υπερβαίνει την ισχύ που καταναλώνει ο εξοπλισμός άντλησης. Η απόδοση του συστήματος θα αυξηθεί κατά ένα τρίτο

Αυτή η μέθοδος κυκλοφορίας χρησιμοποιείται σε ηλιακές θερμικές εγκαταστάσεις διπλού κυκλώματος όλο το χρόνο.

Πλεονεκτήματα ενός πλήρως λειτουργικού συγκροτήματος:

• απεριόριστη επιλογή θέσης δεξαμενής αποθήκευσης.
• απόδοση εκτός εποχής.
• επιλογή βέλτιστου τρόπου θέρμανσης.
• ασφάλεια – μπλοκάρισμα λειτουργίας σε περίπτωση υπερθέρμανσης.

Το μειονέκτημα του συστήματος είναι η εξάρτησή του από την ηλεκτρική ενέργεια.

Τεχνική λύση κυκλωμάτων: μονού και διπλού κυκλώματος

Σε εγκαταστάσεις μονού κυκλώματος κυκλοφορεί υγρό, το οποίο στη συνέχεια τροφοδοτείται στα σημεία εισαγωγής νερού. Το χειμώνα, το νερό από το σύστημα πρέπει να αποστραγγίζεται για να αποφευχθεί το πάγωμα και το ράγισμα των σωλήνων.

Χαρακτηριστικά ηλιακών θερμικών συμπλεγμάτων μονού κυκλώματος:

• Συνιστάται να "γεμίσετε" το σύστημα με καθαρό, μαλακό νερό - η εναπόθεση αλάτων στα τοιχώματα των σωλήνων οδηγεί σε απόφραξη των καναλιών και βλάβη του συλλέκτη.
• διάβρωση λόγω περίσσειας αέρα στο νερό.
• περιορισμένη διάρκεια ζωής - εντός τεσσάρων έως πέντε ετών.
• υψηλή απόδοση το καλοκαίρι.

Σε ηλιακά συγκροτήματα διπλού κυκλώματος κυκλοφορεί ειδικό ψυκτικό υγρό (αντιπαγώδες υγρό με αντιαφριστικά και αντιδιαβρωτικά πρόσθετα), το οποίο μεταφέρει θερμότητα στο νερό μέσω εναλλάκτη θερμότητας.

Σχέδια σχεδιασμού ηλιακού συστήματος μονοκυκλώματος (1) και διπλού κυκλώματος (2). Η δεύτερη επιλογή χαρακτηρίζεται από αυξημένη αξιοπιστία, ικανότητα εργασίας το χειμώνα και μεγάλη διάρκεια ζωής (20-50 χρόνια)

Οι αποχρώσεις της λειτουργίας μιας μονάδας διπλού κυκλώματος: μια ελαφρά μείωση της απόδοσης (3-5% λιγότερο από ό, τι σε ένα σύστημα μονού κυκλώματος), η ανάγκη για πλήρη αντικατάσταση του ψυκτικού υγρού κάθε 7 χρόνια.

Προϋποθέσεις για εργασία και βελτίωση της αποδοτικότητας

Είναι προτιμότερο να αναθέσετε τον υπολογισμό και την εγκατάσταση ενός ηλιακού συστήματος σε επαγγελματίες. Η συμμόρφωση με την τεχνική εγκατάστασης θα εξασφαλίσει τη λειτουργικότητα και την επίτευξη της δηλωμένης απόδοσης. Για να βελτιωθεί η απόδοση και η διάρκεια ζωής, είναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη ορισμένες αποχρώσεις.

Θερμοστατική βαλβίδα. Σε παραδοσιακά συστήματα θέρμανσης θερμοστατικό στοιχείο εγκαθίσταται σπάνια, καθώς η γεννήτρια θερμότητας είναι υπεύθυνη για τη ρύθμιση της θερμοκρασίας. Ωστόσο, κατά την εγκατάσταση ενός ηλιακού συστήματος, δεν πρέπει να ξεχνάμε τη βαλβίδα ασφαλείας.

Η θέρμανση της δεξαμενής στη μέγιστη επιτρεπόμενη θερμοκρασία αυξάνει την απόδοση του συλλέκτη και σας επιτρέπει να χρησιμοποιείτε ηλιακή θερμότητα ακόμη και σε συννεφιασμένο καιρό

Η βέλτιστη τοποθέτηση της βαλβίδας είναι 60 cm από τη θερμάστρα. Όταν τοποθετηθεί κοντά, ο «θερμοστάτης» θερμαίνεται και εμποδίζει την παροχή ζεστού νερού.

Τοποθέτηση της δεξαμενής αποθήκευσης. Η δεξαμενή αποθήκευσης ζεστού νερού χρήσης πρέπει να εγκατασταθεί σε προσβάσιμη τοποθεσία. Όταν τοποθετείται σε ένα συμπαγές δωμάτιο, δίνεται ιδιαίτερη προσοχή στο ύψος των οροφών.

Ο ελάχιστος ελεύθερος χώρος πάνω από τη δεξαμενή είναι 60 εκ. Αυτό το κενό είναι απαραίτητο για τη συντήρηση της μπαταρίας και την αντικατάσταση της ανόδου μαγνησίου

Εγκατάσταση δοχείο διαστολής. Το στοιχείο αντισταθμίζει τη θερμική διαστολή σε περιόδους στασιμότητας. Η εγκατάσταση της δεξαμενής πάνω από τον εξοπλισμό άντλησης θα προκαλέσει υπερθέρμανση της μεμβράνης και πρόωρη φθορά της.

Η βέλτιστη θέση για το δοχείο διαστολής είναι κάτω από την ομάδα αντλιών. Η επίδραση της θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια αυτής της εγκατάστασης μειώνεται σημαντικά και η μεμβράνη διατηρεί την ελαστικότητά της περισσότερο.

Σύνδεση ηλιακού κυκλώματος. Κατά τη σύνδεση σωλήνων, συνιστάται η οργάνωση ενός βρόχου. Ο θερμικός βρόχος μειώνει την απώλεια θερμότητας εμποδίζοντας την απελευθέρωση θερμαινόμενου υγρού.

Μια τεχνικά σωστή επιλογή για την υλοποίηση ενός «βρόχου» ενός ηλιακού κυκλώματος. Η παράβλεψη αυτής της απαίτησης προκαλεί πτώση της θερμοκρασίας στη δεξαμενή αποθήκευσης κατά 1-2°C κατά τη διάρκεια της νύχτας

Βαλβίδα ελέγχου. Αποτρέπει την «ανατροπή» της κυκλοφορίας του ψυκτικού. Με έλλειψη ηλιακής δραστηριότητας βαλβίδα ελέγχου αποτρέπει τη διάχυση της θερμότητας που συσσωρεύεται κατά τη διάρκεια της ημέρας.

Δημοφιλή μοντέλα ηλιακών πλαισίων

Τα ηλιακά συστήματα από εγχώριες και ξένες εταιρείες έχουν ζήτηση. Τα προϊόντα από κατασκευαστές έχουν κερδίσει καλή φήμη: NPO Mashinostroeniya (Ρωσία), Gelion (Ρωσία), Ariston (Ιταλία), Alten (Ουκρανία), Viessman (Γερμανία), Amcor (Ισραήλ) κ.λπ.

Ηλιακό σύστημα "Falcon". Επίπεδος ηλιακός συλλέκτης εξοπλισμένος με πολυστρωματική οπτική επίστρωση με ψεκασμό μαγνητρόν. Η ελάχιστη ικανότητα εκπομπών και το υψηλό επίπεδο απορρόφησης παρέχουν απόδοση έως και 80%.

Χαρακτηριστικά απόδοσης:

• θερμοκρασία λειτουργίας - έως -21 °C.
• αντίστροφη ακτινοβολία θερμότητας - 3-5%;
• επάνω στρώμα – σκληρυμένο γυαλί (4 mm).

Συλλέκτης SVK-A (Alten). Ηλιακή εγκατάσταση κενού με επιφάνεια απορρόφησης 0,8-2,41 τ.μ. (ανάλογα με το μοντέλο). Το ψυκτικό υγρό είναι προπυλενογλυκόλη, η θερμομόνωση ενός χάλκινου εναλλάκτη θερμότητας 75 mm ελαχιστοποιεί την απώλεια θερμότητας.

Επιπλέον επιλογές:

• σώμα – ανοδιωμένο αλουμίνιο.
• διάμετρος εναλλάκτη θερμότητας – 38 mm;
• μόνωση – ορυκτοβάμβακας με αντι-υγροσκοπική επεξεργασία.
• επίστρωση – βοριοπυριτικό γυαλί 3,3 mm;
• Αποδοτικότητα – 98%.

Το Vitosol 100-F είναι ένας επίπεδος ηλιακός συλλέκτης για οριζόντια ή κάθετη εγκατάσταση. Χάλκινος απορροφητής με σωληνοειδές πηνίο σε σχήμα άρπας και επίστρωση ηλιο-τιτανίου. Μετάδοση φωτός – 81%.

Κατά προσέγγιση τιμές για ηλιακά συστήματα: επίπεδοι ηλιακοί συλλέκτες – από 400 USD/τ.μ., σωληνοειδείς ηλιακοί συλλέκτες – 350 USD/10 φιάλες κενού. Ολοκληρωμένο σετ συστήματος κυκλοφορίας – από 2500 USD

Συμπεράσματα και χρήσιμο βίντεο για το θέμα

Η αρχή λειτουργίας των ηλιακών συλλεκτών και οι τύποι τους:

Αξιολόγηση της απόδοσης ενός επίπεδου συλλέκτη σε θερμοκρασίες κάτω από το μηδέν:

Τεχνολογία εγκατάστασης πάνελ ηλιακού συλλέκτη χρησιμοποιώντας το παράδειγμα του μοντέλου Buderus:

Η ηλιακή ενέργεια είναι μια ανανεώσιμη πηγή θερμότητας. Λαμβάνοντας υπόψη τις αυξανόμενες τιμές των παραδοσιακών ενεργειακών πόρων, η εφαρμογή ηλιακών συστημάτων δικαιολογεί τις επενδύσεις κεφαλαίου και αποδίδει τα επόμενα πέντε χρόνια εάν ακολουθηθούν οι τεχνικές εγκατάστασης.

Εάν έχετε πολύτιμες πληροφορίες που θα θέλατε να μοιραστείτε με τους επισκέπτες του ιστότοπού μας, αφήστε τα σχόλιά σας στο πλαίσιο κάτω από το άρθρο. Εκεί μπορείτε να κάνετε ερωτήσεις σχετικά με το θέμα του άρθρου ή να μοιραστείτε την εμπειρία σας από τη χρήση ηλιακών συλλεκτών.