Sluneční soustava: popis a fotografie

Solární systém pro ohřev vody, co to je, vlastníma rukama a pro vytápění domu

V moderním světě, kdy se zásoby tradičních zdrojů energie (plyn, ropa, uhlí) zmenšují vysokým tempem a jejich využívání vede ke vzniku skleníkového efektu na planetě, narůstá počet lidí a států obecně. obracejí svou pozornost na alternativní druhy energie.

Jedním typem alternativní energie je solární energie. K přeměně sluneční energie na její další druhy, které člověk využívá v běžném životě, se používají solární systémy různých typů.

Co je to

Solární systém je komplex technických zařízení, pomocí kterých se energie slunce ve formě slunečního záření přeměňuje na tepelnou nebo elektrickou energii využívanou člověkem pro své potřeby.

Složení solárního systému zahrnuje následující komponenty:

• Přijímací zařízení (solární baterie, solární kolektor atd.) – je prvkem solárního systému, ve kterém se sluneční energie přeměňuje na jiné druhy energie;
• Zařízení, která zajišťují režim provozu systému – invertor, regulátor, baterie (při příjmu elektrické energie) a výměník tepla, potrubní systém, technická zařízení, která cirkulují chladicí kapalinu (čerpadla) – při příjmu tepelné energie.

Podle účelu, způsobu provozu a technického zařízení se solární systémy dělí na několik typů, a to:

1. Podle typu přijaté energie:

• Elektrické – v důsledku provozu souboru zařízení se na výstupu vyrábí elektrická energie.
• Tepelné – přeměnou v zařízeních, která jsou součástí této skupiny solárních systémů, se získává tepelná energie.

1. Po domluvě (u tepelných solárních zařízení):

• Pro vytápění;
• Pro dodávku teplé vody;
• Kombinovaný typ (pro vytápění a zásobování teplou vodou).
• Podle typu nosiče tepla (pro tepelné solární systémy):
• Použití kapalného nosiče tepla (voda, nemrznoucí směs atd.);
• S využitím vzduchu.

1. Podle režimu provozu:

• Trvalé působení;
• Periodické působení (sezónní nebo cyklický charakter práce).

1. Podle typu použití:

• Jako hlavní zdroj přijímané energie;
• Jako záložní zdroj, který zajišťuje pokrytí části potřebného výkonu (při příjmu elektrické energie) a částečné krytí – při vytápění nebo odběru teplé vody, tepelným typem solárních systémů.

1. Podle technického vybavení a zařízení:

• Parametry napětí na výstupu solárního zařízení – při přeměně sluneční energie na elektrickou energii;
• Počet okruhů zajišťujících příjem a přeměnu sluneční energie na tepelnou energii je jedno-, dvou- a víceokruhový.

Princip

Principy fungování solárních systémů se liší v závislosti na typu přijímané energie a lze je formulovat následovně:

1. U solárních elektráren – práce vychází z fyzikálních vlastností polovodičových materiálů, ve kterých vlivem slunečního záření vzniká rozdíl potenciálů mezi různými vrstvami fotočlánku. Fotočlánek je vyroben na bázi křemíku, který je založen na vytvoření „pn“ přechodu mezi jeho vrstvami, vyznačujícího se „pn“ vodivostí polovodičů.
2. Sluneční paprsky při příjmu tepelné energie ohřívají chladivo, které cirkuluje ve slunečním kolektoru, s následným předáváním vzniklého tepla do systému vytápění nebo zásobování teplou vodou.

Výhody a nevýhody

Použití solárních instalací, stejně jako v jiných věcech a jakémkoli technickém zařízení, má své výhody a nevýhody, které lze formulovat následovně:

1. Výhody použití solárních systémů jako zdroje energie:

• Slunce je zdrojem volné energie, jejíž množství je nepoměrně větší, než je potřeba člověka v aktuální době.
• Jedná se o obnovitelný zdroj, jehož proces reprodukce není závislý na procesech jeho spotřeby a zpracování.
• Ekologická bezpečnost procesu získávání a přeměny energie.
• Možnost vytvoření autonomních napájecích systémů bez ohledu na typ energie přijaté v procesu přeměny.
• Provádění prací v automatickém režimu, bez neustálé kontroly uživatele instalací tohoto typu.

1. Nevýhody solárních zařízení:

• Závislost na počasí, roční době a geografické poloze.
• Nízká účinnost – pro solární systémy využívající solární panely (elektrické systémy) a velké celkové rozměry, pro získání vysokého výkonu, jak při výrobě tepelné, tak elektrické energie.

Solární systémy pro vytápění a zásobování teplou vodou bytového domu

Jak již bylo zmíněno výše, jedním ze směrů využití solárních systémů je přeměna sluneční energie na tepelnou energii používanou k vytápění obytných budov, jiných budov a staveb, jakož i k zásobování těchto spotřebitelů teplou vodou.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

V závislosti na topné oblasti a účelu se může konfigurace takových systémů lišit. Níže jsou uvedeny některé možnosti pro zařízení takových solárních systémů.

Solární systém pro vytápění domu o ploše 100 m2

Aby bylo možné vybrat zařízení pro kompletaci solárního systému, určit jeho množství, způsob a místo instalace, je třeba vyřešit několik organizačních problémů, jsou to:

• Zjistěte, jaká je sluneční aktivita v místě navrhované instalace zařízení.
• Určete potřebu domu, deklarovanou plochu, v tepelné energii.
• Rozhodněte, v jaké kapacitě bude instalace působit v topném systému domu (autonomní systém nebo jako doplněk k jiným topným systémům).

Hned je třeba poznamenat, že vytvoření zcela autonomního topného systému na bázi solární instalace je z technické stránky poměrně komplikovaný úkol. Je to dáno cyklickým charakterem provozu solárního systému, kdy se v noci zastaví proces získávání energie z externího zdroje (slunce), což vyžaduje instalaci dalších zásobníků tepelné energie a dalších energeticky úsporných zařízení.

Složení solárního systému pro vytápění domu zahrnuje:

• Solární kolektor – existují různé typy zařízení, které se liší designem a geometrickými rozměry.
• Čerpací stanice vybavená regulátorem – reguluje provoz systému v automatickém režimu.
• Kotel – akumulační nádrž, zásobník tepla.
• Expanzní nádrž – zajišťuje provoz topného systému v normálním režimu bez ohledu na teplotu chladicí kapaliny cirkulující v topném systému.
• Automatizační zařízení (snímače tlaku a teploty).
• Potrubí teplé a studené vody (chladicí kapaliny) s uzavíracími prvky.

Schématicky vypadá domácí topný systém založený na solární elektrárně takto:

Použití solárních kolektorů zpravidla umožňuje snížit náklady na využívání jiných zdrojů tepla na jaře a na podzim, kdy je již slunce aktivní a potřeba vytápění domu stále zůstává.

Pro dům o celkové ploše až 100,0 m 2 je však možné vytvořit zcela autonomní topný systém, ale k tomu je třeba zvolit správné zařízení v souladu s výpočtem, který by měl být proveden před zahájení práce.

Pro výpočet solárního systému, který slouží k vytápění domu, potřebujete vědět:

1. Celková plocha domu (počet podlaží) s přihlédnutím k výšce prostor a jejich parametrům (vybavení – obytné místnosti, technické a jiné prostory).
2. Počet slunečných dnů za rok (sluneční aktivita) podle meteorologických služeb nebo uvedených v odborné literatuře.
3. Parametry nosiče tepla použitého v topném systému (teplota, viskozita, tepelná vodivost).

Náklady na sadu zařízení závisí na kapacitě a typu kolektoru a také na společnosti, která je vyrábí. Rozsah cen je poměrně velký a pohybuje se od několika desítek tisíc rublů (25000,00 80000,00 – 110000,00 180000,00) až po stovky tisíc (XNUMX XNUMX – XNUMX XNUMX).

Náklady na instalaci nabízené organizacemi specializujícími se na takovou práci se také liší, v průměru taková práce stojí od 50000,00 100000,00 do XNUMX XNUMX rublů, v závislosti na typu kolektoru a jeho kapacitě.

Využití solárních systémů k vytvoření autonomních systémů zásobování teplem je možné v jižních oblastech, ale od r Protože se jedná o poměrně nákladný podnik, v praxi se taková zařízení v této kapacitě používají jen zřídka.

Sezónnost používání topných systémů také určuje výkon takových instalací. Jestliže v zimě, kdy je sluneční aktivita nižší než v létě, je potřeba vytápění domu maximální a kapacita kolektorů nestačí zajistit teplo pro veškerou stávající potřebu, pak v létě je tomu naopak. Je nutné využít přebytečné teplo generované kolektory, což umožňuje zhotovit dvou a víceokruhové systémy, které umožňují využití vzniklého tepla v systémech zásobování teplou vodou, ohřevu vody v bazénech, zalévání rostlin a vytápění ve sklenících.

Solární systém pro vytápění domu o ploše 200 m2

U obytných budov s plochou 200 m 2 a více lze solární systémy použít pouze jako doplňkové k jiným topným systémům pracujícím na tradičních zdrojích energie.

Konfigurace těchto systémů je podobná té, která je diskutována výše, rozdíl spočívá v tom, že v takovém systému je zásobník tepelné energie napojen na jiný zdroj tepla.

Takovým zdrojem, jako na schématu níže, může být topný kotel využívající různé druhy paliva (uhlí, plyn, kapalné palivo) pro individuální použití, nebo centralizovaný topný systém napojený na vnitřní okruh vytápěného domu.

Využití solárních zařízení jako doplňkového zdroje tepelné energie umožňuje v jarním a podzimním období v průměru snížit zatížení hlavních energetických zdrojů používaných k vytápění domu o 30–40 % z celkového množství tepla. spotřebováno.

Solární systém ohřevu vody

Při použití solárních kolektorů v teplovodních systémech a sítích ohřevu bazénové vody je konfigurace sítě podobná jako u topných sítí, pouze s tím rozdílem, že se může jednat o zcela samostatný systém nebo součást celkového systému vytápění domu.

Jak solární systém funguje, závisí na počtu instalovaných okruhů při jeho vývoji. Výše uvedené schéma ukazuje variantu systému zásobování teplou vodou v obecném topném systému domu o ploše 200 m 2 nebo více, kdy je solární systém doplňkovým zdrojem tepla.

DIY solární systém

Pokud máte dovednosti pracovat s různými ručními nástroji, základní znalosti o fyzikálních vlastnostech různých látek a také o dostupnosti volného času, můžete si vyrobit sluneční soustavu vlastníma rukama.

Možností, jak takovou instalaci vytvořit a postavit, může být několik, jedná se o sestavení konvektoru z továrních komponentů nebo o jeho zhotovení zcela z improvizovaných prostředků nebo o vytvoření jednoduchých instalací, které pracují na vlastnostech kapalin a atmosférického vzduchu.

Mezi ně patří návrhy diskutované níže.

Termosifonový solární systém

Termosyfonové solární zařízení je nejjednodušší systém, který pracuje na vlastnostech kapaliny (vzduchu) cirkulovat v systému bez instalace speciálního zařízení (čerpadla), což je způsobeno jejich přirozenou konvekcí. Tento systém lze použít v teplovodních systémech a systémech ohřevu bazénové vody.

Hustota teplé a studené vody se liší, což určuje její pohyb v uzavřeném prostoru – teplá voda stoupá, studená klesá dolů. Schéma činnosti termosifonového systému je znázorněno na následujícím schématu:

Pro vlastní výrobu takového systému budete potřebovat:

• Dvě nádrže (sudy), z nichž jedna slouží jako zásobník studené vody a je umístěna mírně nad konvektorem a druhá nádrž, která slouží jako rozdělovač ohřáté vody.
• Systém potrubí zajišťující spojení všech konstrukčních prvků do jednoho celku.
• Konvektor, který je sestaven z improvizovaných prostředků.

Pro výrobu konvektoru můžete použít plastové lahve, ze kterých je baterie sestavena. Takových baterií může být několik a jsou vzájemně zapojeny do série (jako na obrázku výše).

Sesbírané baterie z lahví lze umístit do samostatného pouzdra, ve kterém je umístěn ohřívač pro větší absorpci slunečního tepla, i když to jde i bez něj.

Spojení lahví musí být vzduchotěsné, aby se zabránilo proudění vody v místech jejich spojení.

Kromě plastových lahví můžete použít hadici na vodu položenou hadem v namontovaném pouzdře nebo jiné improvizované materiály, které se mohou zahřívat vlivem slunečního záření a které lze hermeticky vzájemně propojit.

Těleso konvektoru je vyrobeno z dostupných materiálů (dřevo, plast, kov nebo jiný profil), načež se sestavená konstrukce umístí na nejvíce osvětlenou plochu a všechny její prvky se spojí do jednoho celku.

Studená voda se nalévá do akumulační nádrže a po určité době může být ohřátá voda analyzována z nádrže rozdělovače.

Vzduchová solární soustava

Jedním z jednoduchých návrhů, které si můžete vyrobit i sami, je vzduchový solární systém. Tato instalace může být použita pro částečné vytápění v jižních oblastech země, kde se vzduch výrazně ohřívá a potřeba vytápění domu je malá.

Princip činnosti vzduchového kolektoru je podobný principu činnosti termosifonového systému, který byl popsán výše. Charakteristickým rysem je pouze chladicí kapalina, která se odráží v kolektorovém zařízení.

Chcete-li si vyrobit vlastní sběrač vzduchu, můžete použít improvizované materiály, jsou to: vodovodní potrubí nebo plechové dózy, profilovaný plech nebo jiný materiál s profilovou částí.

Schéma činnosti vzduchového kolektoru je znázorněno na obrázku:

Z dostupných materiálů je stejně jako v případě termosifonového systému vyrobeno pouzdro kolektoru. Pomocí kovového profilu, plechovek nebo pomocí vodovodního potrubí jsou vytvořena žebra, která rozdělují proud vzduchu na samostatné složky.

Uvnitř skříně je umístěna izolace a z vnější strany je skříň uzavřena sklem, které slouží jako tepelný izolátor vnitřního vzduchu od vnějšího prostředí.

Při použití kovového profilu nebo jiného provedení, jako na výše uvedeném schématu, mohou být žebra, která oddělují proudy vzduchu, kombinována s panelem, který je solárním přijímačem tepla. Při použití plechovek a vodovodních trubek tuto funkci vykonávají samy.

Na koncích skříně jsou upravena místa pro vzájemné připevnění kolektorů (pokud je jich více) a pro jejich uchycení na vzduchové kanály, které zajišťují přívod studeného vzduchu a odvod teplého vzduchu.

Kde koupit

Solární systémy obecně a jejich základní prvky jsou specifickým produktem, pro jehož nákup je nejlepší kontaktovat organizaci, která se specializuje na prodej zboží v této energetice.

Nejlepší možností je v tomto případě vyhledat prodejce výrobce solárního systému a uzavřít smlouvu o dodávce.

Pokud to není možné a chcete-li snížit náklady na nákup zařízení, můžete se obrátit na internet, kde je poměrně velké množství nabídek na prodej solárních zařízení, a to jak celých sestav, tak jejich jednotlivých prvků .

Použití na Krymu

Krym je region naší země ležící v zóně aktivního slunečního záření, takže využití solárních systémů zde byla vždy věnována zvláštní pozornost.

V průmyslovém měřítku se krymská solární energetika vyvinula jako energetický systém, který poskytuje průmyslovým podnikům a spotřebitelům v domácnostech elektrickou energii. Na poloostrově bylo spuštěno a úspěšně funguje 13 solárních elektráren s celkovým instalovaným výkonem více než 280,0 MW.

Široké využití má také výroba tepelné energie pomocí solárních systémů, a to jak v jednotlivých průmyslových podnicích, tak v soukromém sektoru, kde se využívají pro vytápění a ohřev vody.

Solární systémy pro domácnost – vyplatí se to?

Získat zdarma energii ze slunce na ohřev vody je lákavé. Ale vybavení pro takovou akci, totiž solární systémy v sadě, vyžaduje poměrně dost investic. Hlavní otázkou pro uživatele je, zda se solární systém se solárním kolektorem vyplatí při použití v soukromém domě? Zvažte, jaké jsou návrhy, jaké aplikační zkušenosti jsou k dispozici .

Základní princip práce

Srdcem domácího solárního systému je solární kolektor. Funguje to extrémně jednoduše – řada trubic s chladicí kapalinou (vodou) se zahřívá slunečními paprsky. Ohřátá voda vstupuje do teplosměnného zařízení v domě (nepřímotopný kotel, hydroakumulační nádrž) a tam ohřívá teplonosné médium topného systému nebo vodu, kterou používáme jako teplou.

V důsledku toho se topení a (nebo) voda ohřívá zdarma. Každý ví, že vytápění a ohřev vody je hlavní položkou výdajů domácnosti, energie je drahá. A v Evropě je slunce někdy úplně zahřáté sluncem, aniž by se spálil ani kilogram našeho zemního plynu.

Co získáme a který solární kolektor je lepší?

Odrůdy solárních kolektorů

Zjednodušený popis konstrukcí solárních kolektorů je následující.

Plochá deska.
Kovová deska potažená niklem (absorbentem) s připájenými měděnými trubičkami. Nebo dvě drážkované desky naskládané dohromady. To vše je uzavřeno v tepelně izolovaném plášti s nárazuvzdornými samočistícími okny s dvojitým zasklením.

Z popisu je jasné, že všechna tato provedení nemohou být levná. Proto otázka návratnosti.

V létě se solární systém vždy hodí

Existuje další typ solárního systému – letní byt otevřený. Stejný deskový solární kolektor, ale deska s levnými plastovými trubicemi, bez tepelné izolace a skla.
Účinně může fungovat pouze při vysokých venkovních teplotách v létě.

Takto zjednodušený solární systém dokáže ohřívat vodu v sudu s cirkulací samospádem, pokud je sud o 0,5 metru a více výše než kolektor. Nebo ohřívat vodu v bazénu, nebo pro potřeby domu, ale s nuceným oběhem.

Plastový kolektor navíc topí 10x účinněji než jen sud s letní sprchou. Takže můžete získat teplý bazén, podmíněně zdarma. A nejjednodušší systém se v porovnání s náklady na palivo vyplatí, pokud se topení provádí pálením čehokoli.

Kolik energie dává slunce

Z výše uvedeného je zřejmé, že nejúčinnější solární systém bude fungovat v létě, kdy je slunce vysoko a je více slunečního světla.

Na obrázcích je energie slunečního světla charakterizována pro 52. rovnoběžku a na jihu jako:
Za červen – asi 600 wattů energie na metr čtvereční. vyhřívaný prostor za jednu hodinu.

V zimě je to téměř desetkrát méně.
Za prosinec – 80 W / mXNUMX. za hodinu.

Mimo sezónu něco mezi – říjen, duben – 300 – 350 W / mXNUMX.

Ale to, jak je uvedeno, platí pro jižní zeměpisné šířky. Na sever od Slunce je méně a méně a přijaté energie je mnohem méně.

Co to znamená z praktického hlediska – čím lze topit?

Vyplatí se solární kolektor?

Je třeba poznamenat, že deskové kolektory začínají pracovat, když je solární energie vyšší než 80 W / mXNUMX. Tito. v zimních měsících ty ploché prakticky nefungují.

Trubkové začínají pracovat od 20 W / m2. Proto mohou v zimě dům trochu zahřát.

Jednoduché výpočty ukazují, že i v jižním klimatu (52 rovnoběžek), pokud se k vytápění použije solární systém, se solární kolektor nevyplatí. Vytápění je totiž potřeba nejvíce v zimě a méně mimo sezónu, kdy je slunce nejméně. Přijatá energie na metr čtvereční je velmi malá, její náklady nekompenzují cenu zařízení ani po desetiletí, při současných cenách energií.

Pokud ale použijete kolektor pro zásobování teplou vodou, což je potřeba jak mimo sezónu, tak částečně i v létě, tak se to může vyplatit. Tito. U nás by se měl klást hlavní důraz na zařazení solárního systému do schématu zásobování teplou vodou, aby se maximalizovalo využití solární energie. Vytápění lze připojit průchozí, když je již teplá voda připravena.

Vyberte plochý nebo trubicový kolektor

• Flat je v létě účinnější, má větší účinnost při různých teplotách chladicí kapaliny, dokáže ji zahřát na vysoké teploty.
• Tubular je efektivnější při nízkých solárních energiích, může pracovat po celý rok.

Byt je také levnější. A možnosti bez tepelné izolace, na léto – penny.

Pro naše podmínky se pro přípravu teplé vody ukazuje jako efektivnější plochý kolektor, který se pravděpodobně vyplatí, pokud se dříve na teplou vodu vynakládalo hodně paliva.

Ale trubkový, pro milovníky experimentů, se může také vyplatit, protože v „mazaném“ schématu může topit i v zimě.

Jaká je plocha kolektoru, jak se používá

Můžete věnovat pozornost grafům účinnosti solárních kolektorů v závislosti na teplotě chladicí kapaliny. Zejména u plochého je rozdíl znatelný – vydá více energie, když je chladicí kapalina studená.

Proto má pro schéma TUV přednost solární systém. Nejprve ohřeje vodu, poté jsou již zapnuty obvyklé způsoby ohřevu.

Z grafů je patrné, že příliš velká kolektorová plocha škodí – vlivem přehřívání chladicí kapaliny klesá účinnost, drahý systém velké plochy se nevyplatí.

Pro oblast kolektorů solárního systému, které by byly optimální z hlediska návratnosti, jsou při zohlednění křivek účinnosti následující doporučení:

• Pro dodávku teplé vody na osobu – 1,2 m5, pro rodinu – XNUMX mXNUMX.
• Pro vytápění – až 0,4 m2 na 1 m2 plochy domu. V souladu s tím – až 40 m2 pro dům 100 m2.

Z čeho se skládá sluneční soustava?

Samotný solární kolektor musí být umístěn v určitých úhlech k horizontu – rovina světelného přijímače je kolmá na tok slunečního světla, stejně jako ve směru na jih, případně s malými odchylkami do 10 stupňů nebo autorotací sledující slunce.

Střecha musí být navržena na takové zatížení s ohledem na vítr a sníh.

Nejjednodušší schéma je s gravitační cirkulací. Kolektor může být i na střeše za předpokladu, že nádrž je o 0,5 m vyšší než ona pro samotížnou cirkulaci a potrubí je v tepelné izolaci velkého průměru.

Sluneční soustava může také zahrnovat:

• Tepelný akumulátor – Nepřímotopný kotel nebo vyrovnávací zásobník, se samostatnou spirálou pro připojení solárního kolektoru. Zařízení však musí být vybaveno hlavním topením.
• Oběhové čerpadlo.
• Přetlakový ventil – voda může vřít.
• Potrubí v tepelně izolačním plášti, který odolává zvýšeným teplotám (minerální vlna).
• Schéma spínání “TUV – ohřev”, topení se zapíná při dosažení maximální teploty TUV.
• Automatický odvzdušňovací ventil v nejvyšším bodě.
• Expanzní nádrž 1/10 objemu chladicí kapaliny – uzavřený systém.

Za jakou cenu koupit

Solární instalace lze zakoupit jako sadu zařízení se schématem zapojení a doporučeními. Vyznačují se určitou kapacitou solárního kolektoru, tzn. jeho oblast.

Takže například průměrný tepelně izolovaný deskový kolektor s výkonem asi 2,0 kW / h (maximální sluneční světlo) bude stát od 150 000 rublů. Ale jestli je to rentabilní, jestli se to vyplatí – to si musíte spočítat sami podle energie spotřebované na dodávku teplé vody. K této ceně je ale potřeba připočíst další montáž a údržbu .

Také při plánování nákladů na domácí solární systém stačí vzít v úvahu fakt, že v Rakousku, které není nejteplejší evropskou zemí, připadá na 1000 obyvatel 450 metrů čtverečních. heliosystém. V Rusku je toto číslo stále 0,2 metrů čtverečních. m. – 2250 krát méně. Možná je čas tento ukazatel změnit.