Ηλιακή θέρμανση ιδιωτικής κατοικίας: επιλογές και διαγράμματα διάταξης

Η χρήση της “πράσινης” ενέργειας, που παρέχεται από τα φυσικά στοιχεία, επιτρέπει τη σημαντική μείωση των κοινοχρήστων δαπανών. Για παράδειγμα, εγκαθιστώντας ηλιακή θέρμανση σε μια ιδιωτική κατοικία, θα τροφοδοτείτε ουσιαστικά δωρεάν με θερμαντικό μέσο τα χαμηλής θερμοκρασίας θερμαντικά σώματα και τα συστήματα ενδοδαπέδιας θέρμανσης. Συμφωνήστε, αυτό είναι ήδη εξοικονόμηση.

Όλα για τις “πράσινες τεχνολογίες” θα μάθετε από το άρθρο που σας προτείνουμε. Με τη βοήθειά μας θα κατανοήσετε εύκολα τις ποικιλίες των ηλιακών εγκαταστάσεων, τους τρόπους διαμόρφωσής τους και τις ιδιαιτερότητες λειτουργίας τους. Σίγουρα θα σας ενδιαφέρει μία από τις δημοφιλείς επιλογές, που λειτουργούν εντατικά στον κόσμο, αλλά δεν είναι ακόμη πολύ ζήτηση στη χώρα μας.

Στην ανασκόπηση που σας παρουσιάζουμε αναλύονται τα κατασκευαστικά χαρακτηριστικά των συστημάτων, περιγράφονται λεπτομερώς τα διαγράμματα σύνδεσης. Δίνεται ένα παράδειγμα υπολογισμού του ηλιακού θερμικού κυκλώματος για την αξιολόγηση της πραγματικότητας της κατασκευής του. Για τη βοήθεια των ανεξάρτητων τεχνιτών επισυνάπτονται συλλογές φωτογραφιών και βίντεο.

“Πράσινες” τεχνολογίες παραγωγής θερμότητας

Κατά μέσο όρο, 1 m² επιφάνειας γης δέχεται 161 W ηλιακής ενέργειας ανά ώρα. Φυσικά, στον ισημερινό αυτή η τιμή είναι πολλαπλάσια υψηλότερη απ' ό,τι στην Αρκτική. Επιπλέον, η πυκνότητα της ηλιακής ακτινοβολίας εξαρτάται από την εποχή του έτους.

Στην Περιφέρεια Μόσχας, η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας τον Δεκέμβριο-Ιανουάριο διαφέρει από εκείνη του Μαΐου-Ιουλίου περισσότερο από πέντε φορές. Ωστόσο, τα σύγχρονα συστήματα είναι τόσο αποδοτικά που μπορούν να λειτουργήσουν σχεδόν παντού στη Γη.

Τα σύγχρονα ηλιοσυστήματα μπορούν να λειτουργούν αποτελεσματικά σε συννεφιά και κρύο έως -30 °C

Το πρόβλημα της χρήσης της ηλιακής ακτινοβολίας με μέγιστη απόδοση επιλύεται με δύο τρόπους: άμεση θέρμανση σε θερμικούς συλλέκτες και ηλιακά φωτοβολταϊκά πάνελ. Τα ηλιακά πάνελ αρχικά μετατρέπουν την ενέργεια των ηλιακών ακτίνων σε ηλεκτρισμό, και στη συνέχεια τη μεταδίδουν μέσω ειδικού συστήματος στους καταναλωτές, για παράδειγμα σε ηλεκτρικό λέβητα.

Οι θερμικοί συλλέκτες, θερμαινόμενοι από τις ηλιακές ακτίνες, θερμαίνουν το μέσο μεταφοράς θερμότητας των συστημάτων θέρμανσης και ζεστού νερού χρήσης.

Οι θερμικοί συλλέκτες είναι πολλών τύπων, μεταξύ των οποίων ανοιχτά και κλειστά συστήματα, επίπεδες και σφαιρικές κατασκευές, ημισφαιρικοί συλλέκτες συγκεντρωτές και πολλές άλλες παραλλαγές. Η θερμική ενέργεια που λαμβάνεται από ηλιακούς συλλέκτες χρησιμοποιείται για τη θέρμανση ζεστού νερού ή του μέσου μεταφοράς θερμότητας του συστήματος θέρμανσης.

Η βιομηχανία παράγει σε μεγάλη ποικιλία συστήματα συλλεκτών για ένταξη σε ανεξάρτητο δίκτυο θέρμανσης. Ωστόσο, η απλούστερη επιλογή για ένα εξοχικό είναι εύκολο να γίνει με τα χέρια σας:

Π α ρ ά τ η ν π ρ ο φ α ν ή π ρ ό ο δ ο σ τ η ν α ν ά π τ υ ξ η λ ύ σ ε ω ν γ ι α τ η σ υ λ λ ο γ ή, α π ο θ ή κ ε υ σ η κ α ι χ ρ ή σ η τ η ς η λ ι α κ ή ς ε ν έ ρ γ ε ι α ς, υ π ά ρ χ ο υ ν π λ ε ο ν ε κ τ ή μ α τ α κ α ι μ ε ι ο ν ε κ τ ή μ α τ α.

Αποτελεσματική χρήση της ηλιακής ενέργειας

Τ ο π ι ο π ρ ο φ α ν έ ς π λ ε ο ν έ κ τ η μ α τ η ς χ ρ ή σ η ς τ η ς η λ ι α κ ή ς ε ν έ ρ γ ε ι α ς ε ί ν α ι η π ρ ο σ β α σ ι μ ό τ η τ ά τ η ς. Σ τ η ν π ρ α γ μ α τ ι κ ό τ η τ α, α κ ό μ α κ α ι σ τ ο ν π ι ο σ υ ν ν ε φ ι α σ μ έ ν ο κ α ι ρ ό, η η λ ι α κ ή ε ν έ ρ γ ε ι α μ π ο ρ ε ί ν α σ υ λ λ ε χ θ ε ί κ α ι ν α χ ρ η σ ι μ ο π ο ι η θ ε ί.

Τ ο δ ε ύτ ε ρ ο π λ ε ο ν έ κ τ η μ α – ε ί ν α ι ο ι μ η δ ε ν ι κ έ ς ε κ π ο μ π έ ς. Ο υ σ ι α σ τ ι κ ά, ε ί ν α ι η π ι ο φ ι λ ι κ ή π ρ ο ς τ ο π ε ρ ι β ά λ λ ο ν κ α ι φ υ σ ι κ ή μ ο ρ φ ή ε ν έ ρ γ ε ι α ς. Τ α η λ ι α κ ά π ά ν ε λ κ α ι ο ι σ υ λ λ έ κ τ ε ς δ ε ν π α ρ ά γ ο υ ν θ ό ρ υ β ο . Σ τ ι ς π ε ρ ι σ σ ό τ ε ρ ε ς π ε ρ ι π τ ώ σ ε ι ς ε γ κ α θ ί σ τ ω ν τ α ι σ τ ι ς σ τ έ γ ε ς κ τ ι ρ ί ω ν, χ ω ρ ί ς ν α κ α τ α λ α μ β ά ν ο υ ν χ ρ ή σ ι μ ο χ ώ ρ ο τ ο υ ο ι κ ο π έ δ ο υ τ ο υ ε ξ ο χ ι κ ο ύ.

Η αποδοτικότητα της ηλιακής θέρμανσης στα γεωγραφικά μας πλάτη είναι αρκετά χαμηλή, γεγονός που εξηγείται από τον ανεπαρκή αριθμό ηλιόλουστων ημερών για την τακτική λειτουργία του συστήματος (+)

Τα μειονεκτήματα που σχετίζονται με τη χρήση της ηλιακής ενέργειας συνίστανται στη μη σταθερότητα της ηλιοφάνειας. Κατά τη διάρκεια της νύχτας δεν υπάρχει τίποτα να συλλεχθεί, η κατάσταση επιδεινώνεται από το γεγονός ότι η αιχμή της περιόδου θέρμανσης συμπίπτει με τις πιο σύντομες ημέρες φωτός του έτους. Είναι απαραίτητο να παρακολουθείται η οπτική καθαρότητα τωνπάνελ, καθώς μια μικρή ρύπανση μειώνει δραστικά την απόδοση.

Επιπλέον, δεν μπορεί να ειπωθεί ότι η λειτουργία ενός συστήματος ηλιακής ενέργειας είναί εντέλως δωρεάν, υπάρχουν συνεχή έξοδα γι ατήν απώσβερη του εξοπλισμού, τη λειτουργία της αντλίας κυκλοφρί α ς κα ι των ηλ εκτ ρον ικών ε λέγχου.

Έ να σ η μαν τικό μει ο νέκ τημα τ ης θέ ρ μ αν ση ς π ου βασ ί ζε ται στη χρήση ηλι ακ ών συ λλε κτώ ν εί ναι η έλ λε ιψη δυνατό τητας αποθήκευσης θερμικής ενέργειας. Στο σύστημ α περιλαμβάνετ αι μόν ο έ ν α δ οχ εί ο δ ια σ τολής (+)

Ανοιχτοί ηλιακοί συλλέκτες

Ο ανοιχτός ηλιακός συλλέκτη ς είνα ι έ ν α σύσ τημα σ ωλ ή νων που δε ν προστ ατεύε ται απ ό εξ ωτ ερικές ε πι δράσ εις, μ έσ ω τω ν ο π οίων κυ κλο φορεί το θ ερ μ αινό μ ενο απευθείας απ ό τόν ήλι ο μέ σ ο μ εταφο ράς θερ μό τητας.

Ως μ έ σο μ ετα φ ο ρ άς θ ερ μ ό τητας χ ρ η σι μ ο π ο ιεί τ αι ν ερ ό, α έρ ιο, α έρ ας, α ν τ ι υ ψ κ τ ι κ ό. Οι σ ω λ ή ν ες ε ίτ ε σ τ ε ρ ε ώ ν ο ν τ α ι σ ε φ έ ρ ο ν π ά ν ε λ σ ε σ χ ή μ α σ ε ρ π α ν τ ί ν α ς, ε ίτ ε σ υ ν δ έ ο ν τ α ι σ ε π α ρ ά λ λ η λ ε ς σ ε ι ρ έ ς σ τ ο ν σ ω λ ή ν α ε ξ ό δ ο υ.

Οι ηλιακοί συλλέκτες ανοιχτού τύπου δεν είναι σε θέση να ανταποκριθούν στη θέρμανση μιας ιδιωτικής κατοικίας. Λόγω έλλειψης μόνωσης, το μέσο μεταφοράς θερμότητας ψύχεται γρήγορα. Χρησιμοποιούνται το καλοκαίρι κυρίως για θέρμανση νερού σε ντους ή πισίνες.

Οι ανοιχτοί συλλέκτες συνήθως δεν έχουν καμία μόνωση. Η κατασκευή είναί πολύ απλή, επομένως έχε ί χαμ ηλό κόστος κα ί συχνά κατασκευάζεται μόνως του.

Λόγω έλλε ιψης μόνωσης, ου σ ι α σ τικά δε ν δια τ η ρο ύν τη ν ε νέ ργ ε ια π ο υ λ α μ β ά ν ο υ ν α π ό τ ον ή λ ι ο , έ χ ο υ ν χ α μ η λ ή α π ό δ ο σ η . Χ ρ η σ ι μ ο π ο ι ο ύ ν τ α ι κ υ ρ ί ω ς τ ο κ α λ ο κ α ί ρ ι γ ι α θ έ ρ μ α ν σ η ν ε ρ ο ύ σ ε π ι σ ί ν ε ς ή κ α λ ο κ α ι ρ ι ν ά ν τ ο υ ς .

Εγκαθίστανται σ ε ηλ ιό λουστε ς κα ι ζε σ τές περ ιοχές, με μικρέ ς δ ιακυμάνσε ις θερμοκ ρ ασ ί ας τ ου π ερ ιβ ά λ λ ο ν τ ο ς α έρ α κ α ι τ ο υ θ ερ μ α ιν ό μ ε ν ο υ ν ε ρ ο ύ . Λ ε ι τ ο υ ρ γ ο ύ ν κ α λ ά μ ό ν ο σ ε η λ ι ό λ ο υ σ τ ε ς , α π ά ν ε μ ε ς κ α ι ρ ι κ έ ς σ υ ν θ ή κ ε ς .

Ο α π λ ο ύ σ τ ε ρ ο ς η λ ι α κ ό ς σ υ λ λ έ κ τ η ς μ ε θ ε ρ μ ο δ έ κ τ η α π ό έ ν α ρ ο λ ό π ο λ υ μ ε ρ ώ ν σ ω λ ή ν ω ν θ α π α ρ έ χ ε ι ζ ε σ τ ό ν ε ρ ό σ τ ο ε ξ ο χ ι κ ό γ ι α π ό τ ι σ μ α κ α ι ο ι κ ι α κ έ ς α ν ά γ κ ε ς .

Παραλλαγές σωληνωτών συλλεκτών

Οι σωληνωτοί ηλιακοί συλλέκτες συναρμολογούνται από ξεχωριστούς σωλήνες, στους οποίους κυκλοφορεί νερό, αέριο ή ατμός. Είναι μία από τις ποικιλίες ηλιακών συστημάτων ανοικτού τύπου. Ωστόσο, το θερμαντικό μέσο είναι ήδη πολύ καλύτερα προστατευμένο από εξωτερικές αρνητικές επιδράσεις. Ειδικά σε εγκαταστάσεις κενού, που είναι κατασκευασμένες με βάση την αρχή των θερμός.

Κάθε σωλήνας συνδέεται στο σύστημα ξεχωριστά, παράλληλα ο ένας στον άλλο. Σε περίπτωση βλάβης ενός σωλήνα, μπορεί εύκολα να αντικατασταθεί με έναν καινούργιο. Ολόκληρη η κατασκευή μπορεί να συναρμολογηθεί άμεσα στη στέγη του κτιρίου, πράγμα που διευκολύνει σημαντικά τη συναρμολόγηση.

Ο σωληνωτός συλλέκτης έχει αρθρωτή δομή. Το βασικό στοιχείο είναι ο κενός σωλήνας, ο αριθμός των σωλήνων ποικίλλει από 18 έως 30, πράγμα που επιτρέπει την ακριβή επιλογή της ισχύος του συστήματος.

Ένα σημαντικό πλεονέκτημα των σωληνωτών ηλιακών συλλεκτών είναι η κυλινδρική μορφή των βασικών στοιχείων, χάρη στα οποία η ηλιακή ακτινοβολία συλλέγεται καθ' όλη τη διάρκεια της ημέρας χωρίς τη χρήση ακριβών συστημάτων παρακολούθησης της κίνησης του ήλιου.

Ειδική πολυστρωματική επικάλυψη δημιουργεί ένα είδος οπτικής παγίδας για τις ηλιακές ακτίνες. Στο σχέδιο φαίνεται μερικώς το εξωτερικό τοίχωμα της κενής λυχνίας που αντανακλά τις ακτίνες στα τοιχώματα της εσωτερικής λυχνίας (+).

Ανάλογα με τη δομή των σωλήνων, διακρίνονται πτερωτοί και ομοαξονικοί ηλιακοί συλλέκτες.

Ο ομοαξονικός σωλήνας αποτελεί ένα δοχείο Ντιούαρ ή το γνωστό σε όλους θερμός. Είναι κατασκευασμένος από δύο λυχνίες μεταξύ των οποίων έχει αφαιρεθεί ο αέρας. Στην εσωτερική επιφάνεια της εσωτερικής λυχνίας έχει εφαρμοστεί υψηλής επιλεκτικότητας επικάλυψη που απορροφά αποτελεσματικά την ηλιακή ενέργεια.

Με κυλινδρικό σχήμα του σωλήνα, οι ηλιακές ακτίνες πέφτουν πάντα κάθετα στην επιφάνεια.

Η θερμική ενέργεια από το εσωτερικό επιλεκτικό στρώμα μεταφέρεται σε θερμικό σωλήνα ή σε εσωτερικό εναλλάκτη θερμότητας από πλάκες αλουμινίου. Σε αυτό το στάδιο συμβαίνουν ανεπιθύμητες απώλειες θερμότητας.

Ο πτερωτός σωλήνας αποτελείται από έναν γυάλινο κύλινδρο με έναν πτερωτό απορροφητήρα τοποθετημένο εσωτερικά.

Το σύστημα πήρε το όνομά του από τον πτερωτό απορροφητήρα, ο οποίος περιβάλλει στενά το θερμικό κανάλι από αγώγιμο μέταλλο.

Για καλή θερμομόνωση, ο αέρας έχει αφαιρεθεί από το σωλήνα. Η μεταφορά θερμότητας από τον απορροφητήρα γίνεται χωρίς απώλειες, επομένως η απόδοση των πτερωτών σωλήνων είναι υψηλότερη.

Ως προς τον τρόπο μεταφοράς θερμότητας, υπάρχουν δύο συστήματα: άμεσης ροής και με θερμικό σωλήνα (heat pipe). Ο θερμικός σωλήνας αποτελεί μια σφραγισμένη δεξαμενή με υγρό που εξατμίζεται εύκολα.

Καθώς το υγρό που εξατμίζεται εύκολα ρέει φυσικά στον πυθμένα του θερμοσωλήνα, η ελάχιστη γωνία κλίσης είναι 20°C.

Μέσα στο θερμοσωλήνα υπάρχει ένα υγρό που εξατμίζεται εύκολα, το οποίο λαμβάνει θερμότητα από το εσωτερικό τοίχωμα του δοχείου ή από τον απορροφητή φτερών. Υπό την επίδραση της θερμοκρασίας, το υγρό βράζει και ανυψώνεται ως ατμός. Αφού η θερμότητα μεταφερθεί στο ψυκτικό μέσο θέρμανσης ή ζεστού νερού χρήσης, ο ατμός συμπυκνώνεται σε υγρό και ρέει προς τα κάτω.

Ως υγρό που εξατμίζεται εύκολα, συχνά χρησιμοποιείται νερό σε χαμηλή πίεση. Στο σύστημα απευθείας ροής, χρησιμοποιείται ένας σωλήνας σχήματος U, μέσω του οποίου κυκλοφορεί νερό ή ψυκτικό μέσο του συστήματος θέρμανσης.

Το ένα μισό του σωλήνα σχήματος U προορίζεται για το κρύο ψυκτικό μέσο, το άλλο απομακρύνει το θερμαινόμενο. Κατά τη θέρμανση, το ψυκτικό μέσο διαστέλλεται και εισέρχεται στη δεξαμενή αποθήκευσης, εξασφαλίζοντας φυσική κυκλοφορία. Όπως και στην περίπτωση συστημάτων με θερμοσωλήνα, η ελάχιστη γωνία κλίσης πρέπει να είναι τουλάχιστον 20°.

Στη σύνδεση απευθείας ροής, η πίεση στο σύστημα δεν μπορεί να είναι υψηλή, καθώς μέσα στο δοχείο υπάρχει τεχνικό κενό.

Τα συστήματα απευθείας ροής είναι πιο αποδοτικά, καθώς θερμαίνουν αμέσως το ψυκτικό μέσο. Εάν τα συστήματα ηλιακών συλλεκτών προβλέπεται να χρησιμοποιούνται όλο το χρόνο, τότε σε αυτά αντλείται ειδικό αντιψυκτικό.

Η χρήση σωληνοειδών ηλιακών συλλεκτών έχει μια σειρά από πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Η κατασκευή του σωληνοειδούς ηλιακού συλλέκτη αποτελείται από όμοια στοιχεία, τα οποία είναι σχετικά εύκολο να αντικατασταθούν.

Πλεονεκτήματα:

• χαμηλές απώλειες θερμότητας;
• ικανότητα λειτουργίας σε θερμοκρασία έως -30°C;
• αποδοτική απόδοση καθ' όλη τη διάρκεια της ημέρας;
• καλή απόδοση σε περιοχές με εύκρατο και ψυχρό κλίμα;
• χαμηλή αεροδυναμική αντίσταση, λόγω της ικανότητας των σωληνοειδών συστημάτων να επιτρέπουν τη διέλευση αέρα μέσα από αυτά;
• δυνατότητα παραγωγής υψηλής θερμοκρασίας ψυκτικού μέσου.

Κατασκευαστικά, η σωληνοειδής διάταξη έχει περιορισμένη επιφάνεια ανοίγματος.

Έχει τα ακόλουθα μειονεκτήματα:

• δεν είναι ικανή για αυτοκαθαρισμό από χιόνι, πάγο, παγετό;
• υψηλό κόστος.

Παρά το αρχικά υψηλό κόστος, οι σωληνοειδείς συλλέκτες αποσβένονται γρηγορότερα. Έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής.

Οι σωληνοειδείς συλλέκτες ανήκουν στις ηλιακές εγκαταστάσεις ανοιχτού τύπου, επομένως δεν είναι κατάλληλοι για ετήσια χρήση σε συστήματα θέρμανσης (+)

Επίπεδα κλειστά συστήματα

Ο επίπεδος συλλέκτης αποτελείται από αλουμινένιο πλαίσιο, ειδικό απορροφητικό στρώμα – απορροφητή, διαφανές κάλυμμα, σωλήνωση και μόνωση.

Ως απορροφητής χρησιμοποιείται μαυρισμένο φύλλο χαλκού, το οποίο διακρίνεται για την ιδανική θερμική αγωγιμότητα για τη δημιουργία ηλιακών συστημάτων. Κατά την απορρόφηση της ηλιακής ενέργειας από τον απορροφητή, η ηλιακή ενέργεια που λαμβάνεται μεταφέρεται στον φορέα θερμότητας που κυκλοφορεί στο σύστημα σωλήνων που γειτνιάζει με τον απορροφητή.

Από την εξωτερική πλευρά, το κλειστό πάνελ προστατεύεται από διαφανές κάλυμμα. Είναι κατασκευασμένο από σκληρυμένο γυαλί ανθεκτικό στην κρούση, με ζώνη διέλευσης 0,4-1,8 μm. Σε αυτό το εύρος αντιστοιχεί το μέγιστο της ηλιακής ακτινοβολίας. Το γυαλί ανθεκτικό στην κρούση παρέχει καλή προστασία από το χαλάζι. Στην πίσω πλευρά, ολόκληρο το πάνελ είναι καλά μονωμένο.

Οι επίπεδοι ηλιακοί συλλέκτες διακρίνονται για τη μέγιστη απόδοση και την απλή κατασκευή. Η απόδοσή τους αυξάνεται χάρη στη χρήση απορροφητή. Είναι ικανοί να συλλαμβάνουν διάχυτη και άμεση ηλιακή ακτινοβολία.

Στον κατάλογο πλεονεκτημάτων των κλειστών επίπεδων πάνελ περιλαμβάνονται:

• απλότητα κατασκευής·
• καλή απόδοση σε περιοχές με θερμό κλίμα·
• δυνατότητα εγκατάστασης σε οποιαδήποτε γωνία με τη χρήση διατάξεων για αλλαγή της γωνίας κλίσης·
• ικανότητα αυτοκαθαρισμού από χιόνι και πάγο·
• χαμηλή τιμή.

Οι επίπεδοι ηλιακοί συλλέκτες είναι ιδιαίτερα συμφέροντες εάν η χρήση τους έχει προγραμματιστεί ήδη στο στάδιο του σχεδιασμού. Η διάρκεια ζωής των ποιοτικών προϊόντων είναι 50 χρόνια.

Στα μειονεκτήματα μπορούν να συμπεριληφθούν:

• υψηλές απώλειες θερμότητας·
• μεγάλο βάρος·
• υψηλή ανεμοπίεση όταν τα πάνελ είναι τοποθετημένα υπό γωνία ως προς τον ορίζοντα·
• περιορισμοί στην απόδοση σε διακυμάνσεις θερμοκρασίας άνω των 40 °C.

Το πεδίο εφαρμογής των κλειστών συλλεκτών είναι σημαντικά ευρύτερο από αυτό των ηλιακών εγκαταστάσεων ανοιχτού τύπου. Το καλοκαίρι είναι σε θέση να καλύψουν πλήρως την ανάγκη για ζεστό νερό. Τις δροσερές ημέρες, που δεν περιλαμβάνονται από τους παρόχους στην περίοδο θέρμανσης, μπορούν να λειτουργήσουν αντί για συσκευές θέρμανσης αερίου και ηλεκτρικές.

Σε όσους επιθυμούν να κατασκευάσουν έναν ηλιακό συλλέκτη με τα χέρια τους για τη θέρμανση του εξοχικού τους, προτείνουμε να εξοικειωθούν με δοκιμασμένες στην πράξη σχέδια και βήμα-προς-βήμα οδηγίες συναρμολόγησης.

Σύγκριση χαρακτηριστικών των ηλιακών συλλεκτών

Ο πιο σημαντικός δείκτης ενός ηλιακού συλλέκτη είναι η απόδοση. Η ωφέλιμη παραγωγή διαφορετικών ως προς τη σχεδίαση ηλιακών συλλεκτών εξαρτάται από τη διαφορά θερμοκρασίας. Ταυτόχρονα, οι επίπεδοι συλλέκτες είναι σημαντικά φθηνότεροι από τους σωληνοειδείς.

Οι τιμές της απόδοσης εξαρτώνται από την ποιότητα κατασκευής του ηλιακού συλλέκτη. Ο σκοπός του διαγράμματος είναι να δείξει την αποτελεσματικότητα της χρήσης διαφορετικών συστημάτων ανάλογα με τη διαφορά θερμοκρασίας.

Κατά την επιλογή ενός ηλιακού συλλέκτη, αξίζει να δώσετε προσοχή σε μια σειρά παραμέτρων που δείχνουν την αποδοτικότητα και την ισχύ της συσκευής.

Για τους ηλιακούς συλλέκτες υπάρχουν αρκετά σημαντικά χαρακτηριστικά:

• συντελεστής απορρόφησης – δείχνει τον λόγο της απορροφούμενης ενέργειας προς τη συνολική·
• συντελεστής εκπομπής – δείχνει την αναλογία της μεταφερόμενης ενέργειας προς την απορροφούμενη·
• συνολική και ανοιγματική επιφάνεια·
• βαθμός απόδοσης.

Η ανοιγματική επιφάνεια είναι η ενεργή επιφάνεια του ηλιακού συλλέκτη. Στον επίπεδο συλλέκτη, η ανοιγματική επιφάνεια είναι μέγιστη. Η ανοιγματική επιφάνεια ισούται με την επιφάνεια του απορροφητή.

Τρόποι σύνδεσης στο σύστημα θέρμανσης

Δεδομένου ότι οι συσκευές ηλιακής ενέργειας δεν μπορούν να εξασφαλίσουν σταθερή και 24ωρη παροχή ενέργειας, απαιτείτα ένα σύστημα ανθεκτικό σε αυτά τα μειονεκτήματα.

Για την κεντρική Ρωσία, οι ηλιακές συσκευές δεν μπορούν να εγγυηθούν σταθερή ροή ενέργειας, επομένως χρησιμοποιούντα ως συμπληρωματικό σύστημα. Η ενσωμάτωση στο υπάρχον σύστημα θέρμανσης και ζεστού νερού χρήσης διαφέρει για τον ηλιακό συλλέκτη και το ηλιακό πάνελ.

Διάγραμμα με υδραυλικό συλλέκτη

Ανάλογα με τον σκοπό χρήσης του θερμικού συλλέκτη, εφαρμόζοντα διαφορετικά συστήματα σύνδεσης. Μπορεί να υπάρχουν αρκετές επιλογές:

1. Καλοκαιρινή έκδοση για παροχή ζεστού νερού χρήσης
2. Χειμερινή έκδοση για θέρμανση και παροχή ζεστού νερού χρήσης

Η καλοκαιρινή έκδοση είνα η απλούστερη και μπορεί να λειτουργήσει ακόμη και χωρίς αντλία κυκλοφορίας, χρησιμοποιώντας φυσική κυκλοφορία νερού.

Το νερό θερμαίνεται στον ηλιακό συλλέκτη και λόγω θερμικής διαστολής εισέρχετα στο δοχείο συσσώρευσης ή στο λέβητα. Ταυτόχρονα σημβαίνει φυσική κυκλοφορία: από τη θέση του ζεστού νερού στη δεξαμενή αναρροφάται κρύο νερό.

Το χειμώνα, σε αρνητικές θερμοκρασίες, η άμεση θέρμανση νερού δεν είνα δυνατή. Σε κλειοτό κύκλωμα κυκλοφορεί ειδικό αντιψυκτικό, εξασφαλίζοντας τη μεταφορά θερμότητας από το συλλέκτη στον εναλλάκτη θερμότητας στη δεξαμενή.

Όπως κάθε σύστημα που βασίζεται σε φυσική κυκλοφορία, δεν λειτουργεί πολύ αποδοτικά, απαιτώντας τη τήρηση των αναγκαίων κλίσεων. Επίσης, η δεξαμενή αποθήκευσης πρέπε να είνα υψηλότερη από τον ηλιακό συλλέκτη. Για να παραμένει το νερό ζεστό όσο το δυνατόν περισσότερο, η δεξαμενή πρέπει να μονωθεί σχολαστικά.

Αν θέλετε πράγματι να πετύχετε τη μέγιστη αποδοτική λειτουργία του ηλιακού συλλέκτη, το σχήμα σύνδεσης θα γίνει πιο περίπλοκο.

Για να μη μετατραπεί ο συλλέκτης τη νύχτα σε ψυκτικό σώμα ακτινοβολίας, είνα απαραίτητο να διακόπτεται βία η κύκλοφορία του νερού.

Στο σύστημα του ηλιακού συλλέκτη κυκλοφορεί αντιψυκτικό υγρό μετάφοράς θερμότητας. Την εξαναγκασμένη κύκλοφορία εξασφαλίζει μία αντλία υπό τον έλεγχο του ελεγκτή.

Ο ελεγκτής ελέγχει τη λειτουργία της αντλίας κύκλοφορίας βασιζόμενος σε ενδείξεις τουλάχιστον δύο αισθητήρων θερμοκρασίας. Ο πρώτος αισθητήρας μετρά τη θερμοκρασία στη δεξαμενή αποθήκευσης, ο δεύτερος – στο σωλήνα προσαγωγής θερμού μέσου μεταφοράς θερμότητας του ηλιακού συλλέκτη.

Μόλις η θερμοκρασία στη δεξαμενή υπερβεί τη θερμοκρασία του θερμαντικού υγρού, στον συλλέκτη ο ελεγκτής απενεργοποιεί την αντλία κυκλοφορίας, σταματώντας την κυκλοφορία του θερμαντικού υγρού στο σύστημα. Από την άλλη, όταν η θερμοκρασία στη δεξαμενή αποθήκευσης πέσει κάτω από την καθορισμένη τιμή, ενεργοποιείται ο λέβητας θέρμανσης.

Νέα λέξη και αποτελεσματική εναλλακτική λύση στους ηλιακούς συλλέκτες με θερμαντικό υγρό αποτελούν τα συστήματα με σωλήνες κενού, με την αρχή λειτουργίας και τη δομή των οποίων σας προτείνουμε να εξοικειωθείτε.

Διάγραμμα με ηλιακό πάνελ

Θα ήταν δελεαστικό να εφαρμοστεί ένα παρόμοιο διάγραμμα σύνδεσης ηλιακής μπαταρίας στο ηλεκτρικό δίκτυο, όπως συμβαίνει στην περίπτωση του ηλιακού συλλέκτη, αποθηκεύοντας την ενέργεια που λαμβάνεται κατά τη διάρκεια της ημέρας. Δυστυχώς, για το σύστημα ηλεκτροδότησης μιας ιδιωτικής κατοικίας, η δημιουργία μιας μπαταρίας επαρκούς χωρητικότητας είναι πολύ ακριβή. Γι' αυτό το διάγραμμα σύνδεσης έχει ως εξής.

Όταν μειώνεται η ισχύς του ηλεκτρικού ρεύματος από την ηλιακή μπαταρία, η μονάδα AVR (αυτόματη ενεργοποίηση εφεδρείας) εξασφαλίζει τη σύνδεση των καταναλωτών στο κοινό ηλεκτρικό δίκτυο.

Από τα ηλιακά πάνελ, η φόρτιση φτάνει στον ελεγκτή φόρτισης, ο οποίος εκτελεί διάφορες λειτουργίες: εξασφαλίζει συνεχή επαναφόρτιση των μπαταριών και σταθεροποιεί την τάση. Στη συνέχεια, το ηλεκτρικό ρεύμα φτάνει στον μετατροπέα (inverter), όπου γίνεται η μετατροπή του συνεχούς ρεύματος 12V ή 24V σε εναλλασσόμενο μονοφασικό ρεύμα 220V.

Δυστυχώς, τα ηλεκτρικά μας δίκτυα δεν είναι προσαρμοσμένα για λήψη ενέργειας, μπορούν να λειτουργούν μόνο προς μία κατεύθυνση, από την πηγή προς τον καταναλωτή. Γι' αυτόν τον λόγο, δεν θα μπορείτε να πουλάτε την παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια ή τουλάχιστον να κάνετε τον μετρητή να γυρίζει προς την αντίθετη κατεύθυνση.

Η χρήση ηλιακών μπαταριών είναι επωφελής καθώς παρέχουν μια πιο καθολική μορφή ενέργειας, αλλά δεν μπορούν να συγκριθούν σε απόδοση με τους ηλιακούς συλλέκτες. Ωστόσο, οι τελευταίοι δεν έχουν τη δυνατότητα αποθήκευσης ενέργειας, σε αντίθεση με τις ηλιακές φωτοβολταϊκές μπαταρίες.

Παράδειγμα υπολογισμού της απαιτούμενης ισχύος

Κατά τον υπολογισμό της απαιτούμενης ισχύος ενός ηλιακού συλλέκτη, πολύ συχνά γίνονται λανθασμένοι υπολογισμοί βάσει της εισερχόμενης ηλιακής ενέργειας τους πιο κρύους μήνες του έτους.

Το θέμα είναι ότι τους υπόλοιπους μήνες του έτους, ολόκληςο το ςύςτημα θα υπερθερμαίνεται συνεχώς. Η θερμοκρασία του μέσου μεταφοράς θερμότητας το καλοκαίρι στην έξοδο του ηλιακού συλλέκτη μπορεί να φτάσει τους 200°C για ατμό ή αέριο, 120°C για αντιψυκτικό, 150°C για νερό. Εάν το μέσον μται νεταφοράς θερμότητας βράσει, θα εξατμιστεί εν μέρει. Ως αποτέλεσμα, θα πρέπει να αντκατασταθεί.

Οι κατασκευάστριες εταιρείες συνιστούν να βασίζεστε στα ακόλουθα στοιχεία:

• παροχή ζεστού νερού χρήσης όχι περισσότερο από 70%·
• παροχή συστήματος θέρμανσης όχι περισσότερο από 30%.

Η υπόλοιπη απαιτούμενη θερμότητα πρέπει να παράγεται από τυπικό εξοπλισμό θέρμανσης. Ωστόσο, με αυτές τις τιμές, εξοικονομείται κατά μέσο όρο περίπου 40% ετησίως ςτη θέρμανσης και την παροχή ζεστού νερού χρήσης.

Η ισχύς που παράγεται από έναν ςωλήνα ενός ςυςτήματος κενού εξαρτάται από τη γεωγραφική θέση. Η μέτρηση της ηλιακής ενέργειας που προσπίπτει ετησίως σε 1 m² εδάφους ονομάζεται ηλιοφάνεια.

Γνωρίζοντας το μήκος και τη διάμετρο του σωλήνα, μπορείτε να υπολογίσετε το άνοιγμα – την αποτελεσματική επιφάνεια απορρόφησης. Απομένει να εφαρμοστούν οι συντελεστές απορρόφησης και εκπομπής για τον υπολογισμό της ισχύος ενός σωλήνα ετησίως.

Παράδειγμα υπολογισμού:

Το τυπικό μήκος του σωλήνα είναι 1800 mm, το ενεργό – 1600 mm. Διάμετρος 58 mm. Το άνοιγμα είναι η σκιασμένη περιοχή που δημιουργείται από τον σωλήνα. Έτσι, το εμβαδόν του ορθογωνίου σκιάς θα είναι:

S = 1,6 * 0,058 = 0,0928 m²

Η απόδοση ενός μέσου ςωλήνα είναι 80%, η ηλιοφάνεια γία τη Μόςχα είναι περίπου 1170 kWh/m² ετησίως. Έτςι, ένας ςωλήνας θα παράγει ετησίως:

W = 0,0928 * 1170 * 0,8 = 86,86 kWh

Πρέπει να ςημειωθεί ότι αυτός είναι ένας πολύ προςεγγιςτικός υπΟγιςμός. Η ποσότητα της παραγόμεςης ενέργειας εξαρτάται από τον προςανατΟλιςμό της εγκατάςτασης, τη γωρία, τη μέση ετήσια θερμοκρασία κ.λπ.

Με όλους τους τύπους εναλλακτικών πηγών ενέργειας και τους τρόπους χρήσης τους μπορείτε να εξοικειωθείτε στο παρόν άρθρο.

Συμπεράσματα και χρήσιμο βίντεο για το θέμα

ΒίντΤΕο #1. Επίδειξη λειτουργίας ηλιακού συλλέκτη τον χειμώνα:

Βίντεο #2. Σύγκριση διαφΟρετικών μΟντέλών ηλιάκών ςυλλέκτών:

Σε όλη τη διάρκεια της ύπαρξής της, η ανθρωπότητα καταναλώνει όλο και περισσότη ενέργεια κάθε χρόνο. Οι προσπάθειες για χρήση της δωρεάν ηλιακής ακτινοβολίας έγιναν εδώ και καιρό, αλλά μόνο πρόσφατα έγινε δυνατή η αποτελεσματική χρήση του ήλιου ςτα γεωγραφικά πλάτη μας. Αναμψίβολα, το μέλλον ανήκει ςτα ηλιακά ςυςτήματα.

Θέλετε να αναφέρετε ενδιαφέρουσες λεπτομέρειες σχετικά με την οργάνωςη της ηλιακής θέρμανσης ενός εξοχικού σπιτιού ή εξοχικής κατοικήας; Γράψτε, παρακαλώ, ςχόλια ςτο παρακάτω μπλόκ. Εδώ μπορείτε επίςης να κάνετε μία ερώτηση, να αφήσετε φωτογραφίες με επίδειξη της διαδικασίας συναρμολόγησης του συστήματος, να μοιραςτείτε χρήσιμες πληροφορίες.