Způsoby vytápění soukromého domu ze slunce

Princip fungování domácí solární elektrárny

Solární elektrárna je systém skládající se z panelu, střídače, baterie a regulátoru. Solární panel přeměňuje zářivou energii na elektřinu (jak je popsáno výše). Stejnosměrný proud vstupuje do regulátoru, který jej rozvádí ke spotřebičům (např. počítači nebo osvětlení). Střídač mění stejnosměrný proud na střídavý a napájí většinu elektrických spotřebičů v domácnosti. V baterii je uložena energie, kterou lze využít v noci.

Popis videa

Přehledný příklad výpočtů, které ukazují, kolik panelů je potřeba k zajištění energie mimo síť, najdete v tomto videu:

Jak se solární energie využívá k výrobě tepla

Solární termické systémy se používají k ohřevu vody a vytápění domů. Dokážou zajistit teplo (pokud si to majitel zvolí) i po skončení topné sezóny a bezplatně dodávají teplou vodu do domu. Nejjednodušším zařízením je kovový panel, který se instaluje na střechu domu. Uchovávají energii a ohřívají vodu, která cirkuluje potrubím ukrytým pod nimi. Na tomto principu je založeno fungování všech solárních tepelných soustav, i když se od sebe konstrukčně mohou lišit.

Solární kolektory se skládají z:

• skladovací nádrž;
• čerpací stanice;
• ovladač;
• potrubí;
• kování.

Rozlišují se ploché a vakuové rozdělovače. V prvním případě je dno pokryto tepelně izolačním materiálem a kapalina cirkuluje skleněnými trubkami. Vakuové kolektory jsou vysoce účinné, protože tepelné ztráty jsou minimální. Tento typ kolektoru zajišťuje nejen vytápění solárními panely rodinného domu - je vhodný pro použití v systémech zásobování teplou vodou a ohřevu bazénů.

Jak funguje solární kolektor

Oblíbení výrobci solárních panelů

Nejčastěji se na pultech objevují výrobky společností Yingli Green Energy a Suntech Power Co. Oblíbené jsou také panely HiminSolar (Čína). Jejich solární panely vyrábějí elektřinu i za deštivého počasí.

Solární panely vyrábějí i domácí výrobci. Tyto společnosti se tím zabývají:

• LLC Hevel v Novočeboksarsku;
• "Telecom-STV v Zelenogradu;
• "Sun Shines (Autonomous Illumination Systems LLC) v Moskvě;
• OJSC Ryazan Metal-Ceramic Devices Plant;
• CJSC Thermotron-Zavod a další.

Pokud jde o náklady, vždy můžete najít vhodnou možnost. Například v Moskvě se náklady na solární panely pro dům pohybují od 21 000 do 2 000 000 rublů. Náklady závisí na konfiguraci a kapacitě zařízení.

Solární panely nejsou vždy ploché - existuje řada modelů, které soustřeďují světlo do jednoho bodu.

Fáze instalace baterie

1. Pro instalaci panelů vyberte nejvíce osvětlené místo - nejčastěji střechy a stěny budov. Aby zařízení fungovalo optimálně, montují se panely pod určitým úhlem k horizontu. Vezměte také v úvahu úroveň zatemnění oblasti: okolní objekty, které mohou vytvářet stín (budovy, stromy atd.).
2. Panely se instalují pomocí speciálních upevňovacích systémů.
3. Moduly se pak připojí k baterii, řídicí jednotce a střídači a celý systém se nastaví.

Pro instalaci systému je vždy vypracován osobní projekt, který zohledňuje všechny zvláštnosti situace: způsob instalace solárních panelů na střechu domu, cenu a časový rámec. V závislosti na typu a rozsahu prací jsou všechny projekty kalkulovány individuálně. Zákazník práci převezme a obdrží záruku.

Instalace solárních panelů musí být provedena odborníky a v souladu s bezpečnostními opatřeními.

Podtrženo, sečteno - vyhlídky na rozvoj solární technologie

Zatímco na Zemi brání efektivnímu fungování solárních panelů vzduch, který do jisté míry rozptyluje sluneční záření, ve vesmíru tento problém neexistuje. Vědci pracují na projektech obřích satelitů se solárními panely na oběžné dráze, které budou pracovat 24 hodin denně. Energie z nich bude přenášena do pozemních přijímačů. To je však záležitost budoucnosti a u stávajících baterií se úsilí zaměřuje na zlepšení energetické účinnosti a zmenšení velikosti zařízení.

3 hlavní typy

Větší jednotky jsou schopny napájet celý dům a v případě potřeby jej i plně vytápět. To však platí pouze pro malé soukromé chaty, vícepodlažní budovy jimi vytápět nelze.

Co se týče výbavy, může se lišit v závislosti na modelu. Základní sada zpravidla obsahuje:

• vakuový solární kolektor;
• Speciální řídicí jednotka, která sleduje účinnost;
• čerpadlo, kterým prochází teplonosná kapalina;
• objem nádrže na teplou vodu 500-1000 litrů;
• elektrické topné těleso nebo tepelné čerpadlo.

Před instalací kolektorů je nutné vypočítat, jaký výkon budou potřebovat, aby plně pokryly všechny potřeby. Výpočet by měl zohlednit plochu rodinného domu, počet osob žijících v domě a spotřebu energie. Například malá tříčlenná rodina potřebuje měsíčně v průměru 200 až 500 W/m².

Pokud se v bytě plánuje ohřev vody, zvýší se náklady na energii. Kombinovaný systém vytápění může být účinnější. Majitelé domů tak budou pojištěni a v případě nouze nezůstanou bez vytápění.

Vytápění vlastníma rukama v soukromém domě: nejlepší volba

Ve schématu parního vytápění obytného jedno- nebo dvoupodlažního domu je topný kotel, radiátory a uzavřený okruh potrubí, ve kterém cirkuluje kapalina ohřátá na určitou teplotu (nemrznoucí směs, voda). Nejjednodušší gravitační systém založený na fyzikálních zákonech je vhodný pro jednopodlažní budovu.

Topné médium v něm cirkuluje gravitačně díky hydraulickému tlaku, který vzniká kombinací:

• trubky různých průměrů;
• zařazení uzavřené (expanzní nádoby) nebo otevřené expanzní nádoby;
• rozdíl tlaku mezi zpětným (vratným) a přímým (přívodním) potrubím.

Výhody gravitačního systému	nevýhody
Pro provoz systému není nutná elektrická síť.	Obtížná samostatná instalace, protože je třeba přesně přizpůsobit úhly sklonu trubek.
Nižší náklady na materiál	Vizuálně zkontrolujte hladinu kapaliny v expanzní nádobě a v případě potřeby ji doplňte.
Opravitelné	Efektivní v domech do velikosti 150 m²

U velkých domů jakékoli velikosti (1-2 podlaží) zvolte systém vytápění s nuceným oběhem:

• čerpadlo;
• Všechny typy expanzních nádob instalovaných v blízkosti kotle na tuhá paliva (membránový typ) nebo v horní části topného okruhu (otevřený).

Oblíbená schémata vytápění	Funkce
Jedna trubka	Otopná tělesa jsou zapojena do série, rychlost teplonosné látky je nastavována čerpadlem, pro regulaci intenzity vytápění konvektorů jsou instalovány uzavírací a regulační armatury: termostatické ventily, odvzdušňovací ventily, radiátorové regulátory, vyvažovací ventily (ventily).
Dvoutrubkový	Teplonosná kapalina je přiváděna a odváděna do radiátoru samostatnými trubkami. Radiátory jsou zapojeny paralelně. Tím je zajištěna stejná intenzita ohřevu
"Spider" (gravitace)	Kotel je instalován ve sklepě a expanzní nádoba na půdě. Rozdíl v hladinách nepřesahuje 10 metrů. Ohřátá voda stoupá stoupacím potrubím do zásobníku a odtud se svislým potrubím dostává do radiátorů. Radiátor sálá do vodorovného vedení a vrací se do kotle.
"Leningradka".	Hlavní potrubí vede podél podlahy po obvodu domu, horká kapalina (nemrznoucí směs, voda) protéká sériově přes každý radiátor zapojený do okruhu.
Zářivé	Horká voda se do radiátorů rozvádí přes rozdělovač.

Systém vytápění kolektorů

Nejvyšší účinnosti a výkonu lze dosáhnout instalací kolektorů - venkovních jednotek, v nichž se voda ohřívá slunečním zářením namísto solárních modulů. Takový systém je logičtější a přirozenější, protože nevyžaduje ohřev teplonosné látky jinými zařízeními.

Podívejme se na konstrukci a princip činnosti zařízení dvou hlavních typů: plochých a trubkových.

Plochá verze pro vlastní výrobu

Konstrukce plochých panelů je tak jednoduchá, že zkušení řemeslníci - odborníci sestavují provizorní analogy vlastníma rukama, přičemž některé díly si kupují ve specializovaném obchodě nebo je konstruují z improvizovaného materiálu.

Uvnitř ocelového nebo hliníkového izolovaného boxu je deska, která absorbuje sluneční teplo. Nejčastěji je potažen vrstvou černého chromu. Absorbér tepla je shora chráněn vzduchotěsným průhledným krytem.

Voda se ohřívá v hadovitě uspořádaných trubkách připojených k desce. Voda nebo nemrznoucí směs vstupuje do boxu vstupní přípojkou, ohřívá se v trubkách a pohybuje se k výstupu - k výstupní přípojce.

Světelná propustnost krytu je dána použitím průhledného materiálu - odolného tvrzeného skla nebo plastu (např. polykarbonátu). Skleněný nebo plastový povrch je matný, aby se zabránilo odrazu slunečních paprsků (+).

Existují dva typy připojení, jednotrubkové a dvoutrubkové; ve výběru není zásadní rozdíl. Je však velký rozdíl v tom, zda je teplonosné médium do kolektorů přiváděno gravitačně, nebo pomocí čerpadla. První varianta je neúčinná kvůli nízkému průtoku vody; principem ohřevu připomíná letní sprchovou nádrž.

Druhá varianta funguje tak, že se připojí oběhové čerpadlo, které dodává teplonosné médium nuceně. Zdrojem energie pro čerpací zařízení může být solární systém.

Teplota chladicí kapaliny při ohřevu solárním kolektorem dosahuje 45-60 ºC, maximální výkon je 35-40 ºC. Pro zvýšení účinnosti topného systému se vedle radiátorů používá podlahové vytápění (+).

Trubkové rozdělovače - řešení pro severní oblasti

Obecný princip fungování se podobá principu plochých kolektorů, ale s jedním rozdílem - teplosměnné trubice s chladivem jsou umístěny ve skleněných baňkách. Samotné trubice mohou být pérové, které jsou z jedné strany utěsněné a mají vzhled podobný péru, nebo koaxiální (vakuové), které jsou do sebe zasunuty a utěsněny z obou stran.

Výměníky tepla se také dodávají v různých verzích:

• Heat-pipe, systém pro přeměnu sluneční energie na tepelnou;
• konvenční trubice pro přenos tepla typu U.

Druhý typ výměníku tepla je uznáván jako účinnější, ale není dostatečně oblíbený kvůli nákladům na opravu: pokud dojde k poruše jedné trubky, musí se vyměnit celá část.

Heat-pipe není součástí celého segmentu, takže jej lze vyměnit během 2-3 minut. Poškozené koaxiální prvky se opravují jednoduchým vyjmutím zástrčky a výměnou poškozeného kanálu.

Schéma vysvětlující cyklický proces ohřevu uvnitř vakuových trubic: studená kapalina se vlivem slunečního tepla ohřívá a odpařuje, čímž uvolňuje místo další dávce studeného teplonosného média (+).

Po analýze technických vlastností různých typů kolektorů a shrnutí zkušeností s jejich používáním jsme se rozhodli, že ploché kolektory jsou vhodnější pro jižní oblasti a trubkové kolektory pro severní oblasti. Systémy s tepelnými trubkami se osvědčily zejména v drsných klimatických podmínkách. Mají topný výkon i v zamračených dnech a v noci, "živí" se minimálním množstvím slunečního světla.

Příklad typického připojení solárního termického systému ke kotli: Čerpací stanice zajišťuje cirkulaci vody, regulátor reguluje proces ohřevu.

Zvyšování účinnosti solárních modulů

Účinnost solárních tepelných soustav lze zvýšit některou z následujících metod:

1. Změna uspořádání modulů. Někdy stačí moduly správně umístit vzhledem ke směru slunečních paprsků, aby se zvýšila účinnost. Obvykle je třeba všechny moduly orientovat na jih. Pokud je v oblasti dlouhý den, lze využít i plochy orientované na východ a západ - i tam je dostatek světla, které lze přeměnit na energii.
2. Změna úhlu sklonu. V dokumentaci k modulům je vždy uveden doporučený úhel sklonu, při kterém je účinnost systému maximální. V praxi se tato hodnota může výrazně lišit v závislosti na zeměpisné poloze a dalších individuálních vlastnostech.
3. Výběr místa instalace. Nejčastěji se solární moduly instalují na střechu budovy - to je nejjednodušší, cenově nejdostupnější a nejzřetelnější možnost, ale není nejúčinnější. Nejlepší je předem si připravit otočný podstavec a namontovat na něj panely tak, aby jednotky při svém pohybu sledovaly sluneční paprsky.

Poslednímu bodu je třeba věnovat zvláštní pozornost. Střešní moduly samozřejmě nejsou zbytečné - slunečním paprskům v tomto případě nic nebrání, takže se snadno dostanou k zařízení a přemění se na požadovaný druh energie.

Problémem je, že umístění modulů kolmo ke slunečním paprskům má maximální účinnost po krátkou dobu.

Rotační zařízení, která sledují aktuální směr paprsků, mohou tyto problémy odstranit. Existují však i některé nevýhody, zejména extrémně vysoké náklady na rotační systémy. Kromě toho v některých případech nemá nákup takového zařízení žádný vliv na účinnost systému - například pokud nebyly řádně zohledněny klimatické podmínky. Náklady v tomto případě budou zcela zbytečné.

Podle hrubého výpočtu je zapotřebí minimálně osm otočných prvků, aby se zaplatily. Samozřejmě můžete použít i menší počet modulů (asi 3-4), ale jejich nákup se vyplatí pouze v případě, že je připojíte přímo k vodnímu čerpadlu, v ostatních případech bude zvýšení účinnosti zanedbatelné.

Výpočet energetické účinnosti solárních panelů

Při výpočtu potřebné plochy solárních panelů byste měli mít na paměti, že jeden metr čtvereční takového zařízení dodá do sítě přibližně 120 wattů. Nyní se projděte po svém domě a odhadněte příkon stávajících elektrických spotřebičů a zařízení. Je také rozumné odhadnout, kolik elektřiny lze ušetřit výměnou některých zařízení za energeticky úsporná. Poté můžete začít vypočítávat počet a plochu potřebných solárních panelů s ohledem na slunečné období ve vaší oblasti.

Vytápění vašeho soukromého domu pomocí solární energie

Kromě výroby elektřiny ze slunce může naše sluneční záření také vytápět váš domov. Samozřejmě můžete jít jednodušší cestou a připojit svůj elektrický topný systém k solárním panelům. To však bude pravděpodobně poněkud neefektivní, zejména vzhledem k nízkému počtu slunečných dnů v roce v našich zeměpisných šířkách.

Lepší variantou by bylo zkombinovat systém výroby elektřiny ze solárních panelů s autonomním systémem vytápění založeným na solárním teple pro ohřev kapaliny, která pak vstupuje do radiátorů vašeho domu.

Jak funguje solární ohřev

Klíčem k takovému autonomnímu solárnímu systému budou topné kolektory. Jedná se o specializovaná zařízení, která s minimálními ztrátami přenášejí sluneční zářivou energii do teplonosného média, kterým může být voda nebo speciální nemrznoucí směs.

schéma solárního ohřevu

Důležitou výhodou takového high-tech přístupu je, že takový systém bude efektivně fungovat i v těch nejnáročnějších klimatických podmínkách, jeho výkonnostní koeficient se nesnižuje ani při nízkých venkovních teplotách pod bodem mrazu.

Tyto systémy, označované také jako solární kolektory, se osvědčily například v severních oblastech Číny, kde je velmi drsné klima. V těchto regionech jsou dokonce instalovány na bytových domech.

Po ohřevu v kolektoru se teplonosná látka obvykle dostává do zásobníku, který je vybaven vynikající tepelnou izolací. Teplota kapaliny v této nádrži se udržuje poměrně dlouhou dobu. Pokud je teplonosným médiem běžná voda z vodovodu, lze ji kromě ohřevu použít i pro domácí účely, například k mytí nádobí nebo praní.

Normy a požadavky na samostatné vytápění

Před návrhem topné konstrukce je nutné nahlédnout do SNiP 2.04.05-91, který stanovuje základní požadavky na potrubí, topná zařízení a uzavírací armatury.

Obecnými pravidly jsou zajištění příjemného mikroklimatu v domě pro obyvatele a správné vybavení topného systému vypracováním a schválením projektu v předstihu.

Řada požadavků je formulována jako doporučení v SNiP 31-02, který upravuje pravidla pro výstavbu rodinných domů a jejich vybavení inženýrskými sítěmi.

Pro teplotu jsou vytvořena samostatná ustanovení:

• Parametry chladicí kapaliny v potrubí nesmí překročit +90ºC;
• Optimální hodnoty se pohybují v rozmezí +60-80 °C;
• Teplota vnějšího povrchu ohřívačů, které jsou v přímém dosahu, nesmí překročit 70 ºC.

Potrubí pro topné systémy se doporučuje vyrábět z mosazných, měděných nebo ocelových trubek. V soukromém sektoru se používají převážně plastové a kovoplastové trubky schválené pro použití ve stavebnictví.

Potrubí pro teplovodní topné okruhy se obvykle pokládají otevřeným způsobem. Skrytá pokládka je povolena v případě podlahového vytápění.

Způsob pokládky topných trubek může být:

• Otevřeno. Předpokládá se pokládka na stavební konstrukce s upevněním pomocí sponek a svorek. Povoleno v případě kovových trubkových obvodů. Použití polymerních protějšků je povoleno, pokud je vyloučeno poškození tepelnými nebo mechanickými vlivy.
• Skryté. Předpokládá se pokládka potrubí v šachtách nebo kanálech vybraných ve stavebních konstrukcích, v lištách nebo za ochrannými dekoračními zástěnami. Průrazy opěrnou zdí jsou povoleny v budovách navržených na minimálně 20 let provozu a s minimální životností 40 let.

Prioritou je otevřené vedení trasy, protože návrh trasy potrubí musí umožňovat snadný přístup k jakémukoli prvku systému za účelem opravy nebo výměny.

Trubky se zakrývají jen výjimečně, pokud je to technologicky, hygienicky nebo konstrukčně nutné, např. při instalaci podlahového vytápění v betonové mazanině.

V systémech s přirozeným prouděním by měl být dodržen sklon 0,002 až 0,003. Potrubí v čerpacích soustavách, kde teplonosné médium proudí rychlostí nejméně 0,25 m/s, nemusí mít sklon.

V případě odkrytých síťových instalací musí být úseky procházející nevytápěnými místnostmi opatřeny tepelnou izolací, která odpovídá klimatickým údajům dané oblasti stavby.

Potrubí pro samostatné topné systémy s přirozenou cirkulací musí být instalováno ve směru proudění tak, aby ohřátá voda proudila gravitačně do radiátorů a po ochlazení proudila zpětným potrubím do kotle. Sítě čerpacího systému se budují bez spádu, protože není to nutné.

Je stanoveno použití různých typů expanzních nádob:

• otevřený, používaný jak pro čerpané, tak pro přirozeně tlačené systémy, by měl být instalován nad hlavní stoupačkou;
• na vratném potrubí před kotlem by mělo být instalováno uzavřené membránové zařízení, které se používá výhradně v nucených systémech.

Expanzní nádoby jsou navrženy tak, aby kompenzovaly tepelnou roztažnost kapaliny při jejím zahřívání. Jsou potřebné k vypouštění přebytečného množství do kanalizace nebo na ulici, jako je tomu u nejjednodušších otevřených verzí. Uzavřené cisterny jsou praktičtější, protože nevyžadují zásah člověka při regulaci tlaku v systému, ale jsou dražší.

V nejvyšším bodě systému je instalována otevřená expanzní nádoba. Kromě toho, že poskytuje rezervu pro expanzi kapaliny, má za úkol také odvzdušňovat. Před kotlem jsou instalovány uzavřené cisterny, k odvzdušnění se používají odvzdušňovací otvory a odlučovače.

Při výběru uzavíracích ventilů se dává přednost kulovým ventilům; při výběru čerpacího systému se upřednostňuje zařízení s výtlakem do 30 kPa a výkonem do 3,0 m3/h.

Odrůdy pro otevření rozpočtu je třeba pravidelně doplňovat z důvodu standardního odpařování kapaliny. Pro jejich instalaci je nutné výrazně zpevnit podlahu podkroví a izolovat podkroví.

Radiátory a konvektory se doporučují instalovat pod okna na snadno udržovatelná místa. Ručníkové radiátory připojené k topným trubkám mohou plnit roli topných těles v koupelnách nebo na WC.

Akumulace tepla v horké hornině, betonu, oblázcích atd.

Voda má jednu z nejvyšších tepelných kapacit - 4,2 J/cm3*K, zatímco beton má pouze třetinovou hodnotu. Na druhou stranu lze beton zahřát na mnohem vyšší teplotu - například na 1200 °C pomocí elektrického ohřevu - a má tak mnohem vyšší celkovou kapacitu. Podle níže uvedeného příkladu může izolovaná krychle o průměru asi 2,8 m poskytnout dostatek akumulovaného tepla pro jeden dům, aby pokryla 50 % potřeby tepla na vytápění. V zásadě by se dalo využít k ukládání přebytečné větrné nebo fotovoltaické tepelné energie díky schopnosti elektrického vytápění dosahovat vysokých teplot.

Na okresní úrovni vzbudil mezinárodní pozornost projekt Wiggenhausen-Süd v německém městě Friedrichshafen. Jedná se o betonovou akumulační nádrž o objemu 12 000 m3 (420 000 m3) napojenou na solární termické kolektory o ploše 4 300 m2 (46 000 m2), která dokáže pokrýt polovinu potřeby teplé vody a vytápění 570 domácností.

Společnost Siemens staví poblíž Hamburku zásobník tepla o kapacitě 36 MWh, který se skládá z čediče zahřátého na teplotu 600 °C a vyrábí 1,5 MW energie. Podobný systém je plánován v dánském městě Soryo, kde 41-58 % kapacity zásobníku tepla o kapacitě 18 MWh bude určeno pro dálkové vytápění a 30-41 % pro výrobu elektřiny.

ft), což pokryje polovinu potřeby teplé vody a tepla v 570 domácnostech. Společnost Siemens staví poblíž Hamburku zásobník tepla o kapacitě 36 MWh, který se skládá z čediče zahřátého na teplotu 600 °C a vyrábí 1,5 MW energie. Podobný systém se plánuje v dánském městě Soryo, kde bude 41-58 % kapacity zásobníku tepla o kapacitě 18 MWh určeno pro dálkové vytápění a 30-41 % pro elektřinu.

Základní informace o improvizovaných solárních kolektorech

Profesionální jednotky mají účinnost asi 80-85 %, ale je třeba vzít v úvahu, že jsou poměrně drahé a téměř každý si může dovolit koupit materiál pro sestavení domácího kolektoru.

V tomto ohledu vše závisí na konstrukčních vlastnostech, které se určují a vypočítávají individuálně.

Montáž jednotky nevyžaduje složité a obtížně ovladatelné nástroje a drahé materiály.

Solární kolektor

Nástroje pro vlastní montáž solárního kolektoru

1. Elektrická vrtačka.
2. Elektrická vrtačka.
3. Kladivo.
4. Pila na železo.

Existuje několik variant této konstrukce. Liší se od sebe účinností a konečnými náklady. Za všech okolností bude podomácku vyrobená jednotka řádově levnější než tovární model s podobnými vlastnostmi.

Jednou z nejlepších možností je vakuový solární kolektor. Jedná se o finančně nejpříznivější a nejjednodušší variantu.