Počáteční teplota vody vstupující do domu z vodovodu je 10°C a využití této vody pro potřeby (mytí, sprchování, vytápění, úklid atd.) vyžaduje její ohřev. Samozřejmě, abyste ho zahřáli alespoň na 40 stupňů, budete muset vynaložit energii – plyn, palivové dříví, elektřinu, jedním slovem zaplatit za vytápění. V zimě dokáže solární kolektor ohřát vodu na 40 až 70 °C a v létě až na 100 °C.
Zkusme přijít na to, jak efektivní bude využití solárního ohřevu.
Za slunečného dne dostane každý čtvereční metr plochy, která je instalována kolmo na sluneční paprsky, během jedné hodiny 700 až 1350 wattů solární tepelné energie. V závislosti na atmosférických podmínkách. Pro příklad si vezměme průměrnou hodnotu, tzn. 1000 W/m2.
K ohřátí 1 kg (l) vody o 1 stupeň je potřeba přibližně 1,16 W. Nyní si představte solární kolektor, jehož plocha je 1 m2. Absorpce tepla na straně obrácené ke slunci je téměř 100%. Z toho vyplývá, že náš kolektor o ploše 1 m2 bude schopen ohřát vodu o jeden stupeň:
1000 W / 1,16 W = 862,07 kg vody.
Aby to bylo pohodlnější, předpokládáme, že K = 862 kg x OS x m2 x hodina. Tento poměr ukazuje, kolik vody o kolik stupňů lze ohřát za 1 hodinu v solárním kolektoru o ploše 1 m2.
Součástí je například solární kolektor, který se skládá z 15 vakuových trubic o ploše 3 m2. Nejoptimálnější objem termosky pro kapalinu tohoto kolektoru je 150 litrů. Doba ohřevu tohoto množství vody na 45 °C v chladném období je:
(150 l x (45°С – 10°С)) / (3 m2 x 862 kg*оС*m2*hod.) = 5250 /2586=2,03 hod..
Solární instalace dokáže za 150 hodiny ohřát 45 litrů vody na teplotu až 2°C. Pokud vezmeme v úvahu tepelné ztráty kolektoru a skutečnost, že atmosféra není vždy čistá a průhledná a solární kolektor není dokonale čistý, pak se doba ohřevu v zimě zvyšuje na 4 hodiny.
Proveďme výpočty pro ohřev daného objemu vody elektřinou.
t = (m ∙ c ∙ Δϑ) / (P ∙ η)
kde, t — doba ohřevu v hodinách = 1 hodina. c = 1,163 (Watt/hodina) / (kg ∙ K), m – množství vody 150 kg, P – výkon ve W, η — účinnost = 0,98, Δϑ – teplotní rozdíl v K (ϑ2 – ϑ1) = 35 °C ϑ1 – teplota studené vody 10 °C ϑ2 – teplota teplé vody 45 °C
P = (m ∙ s ∙ Δϑ) / (t ∙ η)=(150∙ 1,163 ∙ 35) / (1 ∙ 0,98)=6230W.=6,23 kW/h.
Za ohřev 150 litrů vody elektřinou s přihlédnutím k tepelným ztrátám tedy zaplatíte od 7 do 8 kWh. x 2,3 rublů = od 16 do 20 rublů a pro 300 litrů – od 32 do 40 rublů. Shrneme: v zimě jeden solární kolektor, jehož plocha je 3 m2, ušetří vaše náklady od 20 do 40 rublů za den.
Spočítejme spotřebu teplé vody pro tříčlennou rodinu. Pokud den začíná 10minutovou sprchou pro každého člena rodiny, pak je spotřeba teplé vody 8 litrů za minutu. Sprcha tedy zabere: 3 osoby. x 10 min. x 8 l/min = 240 litrů teplé vody. Následuje snídaně, po které potřebujete asi 15 minut na umytí nádobí se spotřebou teplé vody 3 l/min. Takže na umytí nádobí budete potřebovat: 15 minut. x 3 l/min = 45 litrů teplé vody. Pokud předpokládáme, že večer bude spotřeba vody přibližně stejná, a ještě k tomu připočteme úklid, praní a další potřeby, tak přidáme dalších 100 litrů. V důsledku toho bude spotřeba teplé vody ráno nebo večer: 240+45+100=385 litrů. Výpočty ukazují, že průměrně jeden člen rodiny potřebuje 100-150 litrů teplé vody denně. Pak, abyste mohli zajistit své rodině teplou vodu v chladném období, budete potřebovat dva kolektory a 300litrový zásobník. Pokud plánujete využívat solární teplo v maximální míře a využívat jej k ohřevu topného systému, pak se doporučuje pořídit si šest kolektorů a akumulační nádrž na 500 litrů vody. Solární instalace je velmi efektivní a můžete také ušetřit značné množství peněz. Výše uvedený výpočet je zjednodušený výpočet, který vychází ze zimního období a s příchodem jara a léta se výrazně zvýší sluneční aktivita, tudíž se zvýší i účinnost takového zařízení. V létě jsou lidé aktivnější a používají více teplé vody: sprchování, koupání v bazénu, mytí nádobí, praní prádla atd. V létě teplota vody stoupá z 60 na 95 °C a pak vyvstává nová otázka – kam dát přebytečnou vodu, ale nezapomeňte, že nebudete platit peníze za její ohřev. Výsledek: v teplém slunečném období se účinnost využití solárního zařízení zdvojnásobí a šestikolektorová solární instalace o rozloze 18 m90 ušetří v chladném období 200 až 180 rublů za den a od 400 až 90 rublů za den v letním dni. Pokud je počet chladných a teplých dnů v roce přibližně stejný, lze provést výpočet, ve kterém bude úspora od (200 +2) : 145 = 840, do (1920 +2) : 290 = 365, nyní vynásobte 52925 dny a obdržíme částku od 105000 XNUMX do XNUMX XNUMX rublů ročně.
Úplnou návratnost všech nákladů na nákup solárního zařízení lze očekávat za jeden až dva roky. Při nákupu kolektorového solárního systému platíte pouze jednou. Jeho životnost je od 15 do 25 let, přestože pracuje neustále.
Neustálý růst cen za vytápění a dodávku teplé vody nutí mnohé z nás přemýšlet o způsobech, jak ušetřit. Je však možné nejen snížit náklady na energie, ale snížit je na nulu? Je to možné, pokud používáte solární energii. Solární kolektory jsou zdrojem bezplatné a ekologické energie.
Takové kolektory, nebo, jak se jim také říká, solární systémy, jsou určeny k akumulaci sluneční energie na ohřev vody. Použití této instalace umožňuje zajistit dodatečné vytápění na jaře a v létě. Jinými slovy, majitelé solárních kolektorů dostávají teplou vodu a teplo zcela zdarma.
Zařízení a princip činnosti
Nejjednodušším solárním kolektorem jsou černé kovové desky uzavřené ve skleněném nebo plastovém pouzdře, které se obvykle montují na střechu domu. Solární kolektor je v podstatě miniaturní skleník, který uchovává sluneční energii. Tato energie ohřívá vodu cirkulující potrubím skrytým pod deskou. Čím více energie se přenese do chladicí kapaliny, tím vyšší je její účinnost. Ale i když je princip činnosti u všech kolektorů stejný, jejich konstrukce se poněkud liší v závislosti na typu kolektoru a rozsahu jeho použití.
Nevyužitá ochlazená voda z rezervoáru postupně padá dolů a vytváří prostor pro ohřátou vodu z kolektoru. Studená voda vstupuje do výměníku tepla, kde se ohřívá a vrací zpět do nádrže. V praxi to znamená, že voda v zásobníku zůstává vždy horká – za jasných slunečných dnů může její teplota dosáhnout až 70 oC.
Typy a vlastnosti domovních kolektorů pro ohřev vody a vytápění
Popsané schéma činnosti kolektoru je velmi zjednodušené, ale ve skutečnosti jsou solární systémy poněkud složitější. Existuje několik typů solárních kolektorů s vlastními konstrukčními prvky.
Byt vysoce selektivní
Plochý kolektor je jedním z nejběžnějších typů. Jejich výhodou je nízká cena, ale oproti jiným modelům ztrácí více tepla. Ploché solární kolektory se skládají z plošného absorbéru, čirého skleněného krytu, tepelné izolace na zadní straně a rámu, který je zpravidla vyroben z hliníku nebo oceli.
Rovinný absorbér je tmavě zbarvený plech spojený s tepelně vodivými trubkami. Vrstva absorbéru akumuluje sluneční paprsky a přeměňuje sluneční energii na tepelnou energii, která je následně předána chladicí kapalině (směs vody a glykolu). Tato kapalina „kanáluje“ teplo do solární baterie. Skleněný kryt kolektoru chrání absorbér před okolními vlivy a snižuje tepelné ztráty a vytváří skleníkový efekt. Stejnou funkci plní také tepelná izolace z minerálních vláken.
Vakuové trubkové
Solární kolektory tohoto typu se skládají ze skleněných trubic, z nichž každá obsahuje zařízení pohlcující sluneční světlo. Vakuum je ideálním tepelným izolantem, a proto jsou tepelné ztráty takových kolektorů mnohem menší. Existují dva typy vakuových kolektorů, lišících se způsobem ohřevu – s nepřímým přenosem tepla a přímým prouděním. První typ zařízení je určen pro celoroční použití a druhý – pro teplou sezónu, od dubna do září.
Koncentrace
Na jaře, v létě a na podzim je denní úhlová dráha slunečních paprsků více než 120 stupňů – úhel, ve kterém pevné solární kolektory efektivně fungují. Zvýšení provozních teplot na 120-250 o C je možné zavedením koncentrátorů do solárních kolektorů pomocí parabolicko-cylindrických reflektorů uložených pod absorbujícími prvky. Koncentrují sluneční paprsky a díky tomu se jich k panelu dostane více. K dosažení vyšších teplot jsou zapotřebí zařízení pro sledování slunce. Jedná se o poměrně drahé řešení a používá se především pro průmyslové účely.
Anténa
K ohřevu vzduchu se používají solární vzduchové kolektory. Jedná se o jednoduché ploché kolektory vhodné pro vytápění a sušení zemědělských produktů. Vzduch prochází absorbérem v důsledku přirozené konvekce nebo pod vlivem ventilátoru. Nevýhodou posledně jmenované možnosti je, že část energie je vynaložena na provoz ventilátorů.
Mimochodem . Životnost solárních kolektorů se pohybuje od 15 do 30 let v závislosti na typu a výrobci. Levné produkty od asijských vývojářů jsou méně spolehlivé, zatímco sběratelé od nejlepších německých firem mohou vydržet déle než uvedenou dobu.
Výpočet výkonu solárního kolektoru
Solární kolektory pro domácnost mohou mít velmi vysoký výkon. Pro přesný výpočet výkonu kolektoru potřebujete znát jeho absorpční plochu, množství slunečního záření pro vaši oblast a účinnost kolektoru.
Řekněme, že použijeme kolektor o ploše přibližně 1 m7. m, skládající se ze 0,15 trubek, z nichž každá má absorpční plochu 0,15 m1. m. Výsledný výkon za den se vypočítá takto: 1173,7 (absorpční plocha 0,67 trubice) × 117,95 (hodnota oslunění v Moskevské oblasti) × 0,325 (účinnost solárního kolektoru) = 0,545 kW•hod/mXNUMX. m. V průměru vyrobí za den jedna vakuová trubice tepelného kolektoru XNUMX kW•hod. Během nejslunečnějších letních měsíců vyrobí XNUMX kWh.
Užitečné informace . Statistiky ukazují, že spotřeba teplé vody na osobu vyžaduje v domácnosti v průměru 1 až 2 kW tepelné energie za den.
Využití solárních kolektorů v Rusku a ve světě
Solární kolektory jsou rozšířeny po celém světě, i když u nás jsou stále novinkou. Skutečný boom solárních kolektorů nastal v 1970. letech 85. století, v době ropné krize. Poté se začaly používat v mnoha zemích, od USA po Japonsko. V Izraeli dnes sluneční kolektory využívá více než 200 % populace. Nyní celková kapacita solárních kolektorů ve světě přesahuje 140 gigawattů tepelné energie a neustále roste. Využití této technologie se například v Německu odhaduje na 1000 metrů čtverečních. m/450 lidí, v Rakousku – 1000 m800. m/1000 lidí, na Kypru – asi 0,2 m1000. m/XNUMX lidí V Rusku je toto číslo stále velmi malé – pouze XNUMX mXNUMX. m/XNUMX lidí
Mnozí možná pochybují, zda je rozumné používat taková zařízení v Rusku, kde klima zdaleka není tak teplé a slunečných dnů je výrazně méně než v jižních zeměpisných šířkách? Výpočty provedené v Ruské akademii věd dokazují, že ani naše drsné počasí není překážkou efektivního provozu kolektorů. Ve středním Rusku se výkon slunečního toku pohybuje od 100 do 250 W na 1 m1000. m plochy. Maximální hodnota je 2 W (při jasné obloze v poledne). Proto při instalaci solárního kolektoru o ploše 100 m37. m vody v nádrži o objemu 55 litrů bude denně ohříváno na teplotu XNUMX o C a více (toto číslo může dosáhnout až XNUMX o C). A v teplejších měsících bude kolektor ještě efektivnější.
Solární kolektory se používají k vytápění, ohřevu vody, ohřevu bazénů a zásobování skleníků energií. Jsou snadno integrovatelné do jakékoli vodovodní a tepelné sítě a jednoduše se instalují. Pomocí solárních kolektorů snížíte náklady na energie a v letních měsících získáte teplou vodu zdarma. Mezi známé a spolehlivé výrobce solárních kolektorů patří firmy jako FUTUS-NUKLEON (Rakousko-Česká republika), TiSUN (Rakousko), Ferroli (Itálie), ale speciální důvěře specialistů se těší kolektory německých firem Wolf a Vaillant. Tyto značky nenabízejí jen spolehlivé produkty – neustále vylepšují své systémy a zavádějí nové technologie.
Náklady na solární instalaci pro dům
Cena solárního kolektoru pro vytápění domu závisí na jeho typu, složitosti systému a výkonu a také v neposlední řadě na výrobci. Relativně malé instalace pro soukromé domy, chaty a chalupy se jmenovitým výkonem asi 2 kWh stojí od 160 000 rublů v základní konfiguraci, výkonnější systémy s několika kolektory o celkové kapacitě asi 6 kWh, určené nejen pro ohřev vody, ale také na vytápění v období jaro-zima bude stát 270 000 rublů. K tomu je potřeba připočíst náklady na instalaci a nastavení.
Jak dlouho bude trvat, než se sběratel zaplatí? To je ovlivněno provozním režimem. Solární kolektory podporují vytápění v topné sezóně přibližně z 25 %, v letních měsících dodávku teplé vody z 80-90 %, návratnost se tedy bude přímo odvíjet od vašich obvyklých nákladů na teplo a teplou vodu. Průměrná doba návratnosti se u sběratelů pohybuje od 2 do 8 let. To vše ukazuje na ekonomickou proveditelnost a vyhlídky použití technologie v Rusku.
