Is het realistisch om uw huis van thermische zonne-energie te voorzien? Vandaag bespreken we het vooruitzicht van het gebruik van zonnesystemen als de belangrijkste verwarmingsbron, overweeg de kwestie van economische rechtvaardiging en efficiƫntie van zonnecollectoren.
De belangrijkste componenten van het verwarmingssysteem
Zonnecollectoren dienen als de verwarmingsbron van het zonnestelsel, met als doel de meest efficiƫnte overdracht van de energie van het infrarode spectrum van zonnestraling naar het koelmiddel. Het thermische bereik van zonlicht is 40-45% van de totale stralingsflux, in specifieke cijfers is dit 200-500 W / m2 afhankelijk van de breedtegraad, de tijd van het jaar en de dag.
In principe zijn collectoren alleen voldoende om het eenvoudigste zonnestelsel te bouwen. Via hun kanalen kan gewoon water worden gecirculeerd, gebruikt voor huishoudelijke behoeften en huisverwarming. Deze benadering is echter om een āāaantal redenen niet effectief genoeg. De eerste is het niet aanvullen van energieverliezen gedurende een volledige dag. Daarom is een van de belangrijkste elementen van een zonneverwarmingssysteem een āāwarmteaccumulator ā een container met water.
Huisverwarmingsschema met zonnecollectoren: 1 ā koudwatervoorziening; 2 ā warmtewisselaar; 3 ā warmteaccumulator; 4 ā temperatuursensor; 5 ā koelvloeistofcircuit; 6 ā pompstation; 7 ā verwerkingsverantwoordelijke; 8 ā expansievat; 9 ā heet water; 10 ā driewegklep; 11 ā zonnecollector
Het technische apparaat van de zonnecollector is ook een soort beperking. De kanalen hebben een vrij klein stroomgebied, waardoor het risico bestaat op verstopping door mechanische onzuiverheden. Er is ook een grote kans dat de koelvloeistof ās nachts bevriest, terwijl de bovengrens van het bedrijfstemperatuurbereik 200-300 Ā° Š” is. De collectoren zijn ontworpen voor snelle continue circulatie van de koelvloeistof, die met een lage temperatuur binnenkomt, snel wordt opgewarmd door zonlicht en even snel warmte afgeeft aan de accu.
VacuĆ¼m U-vormige zonnecollectorbuizen
Om deze redenen is het gebruikelijk om propyleenglycol met een set speciale additieven te gebruiken voor directe verwarming in warmtepijpen. Het derde verplichte element van het verwarmingssysteem op zonne-energie is dus een speciaal koelmiddel en een uitwisselingscircuit, dat vaak structureel is opgenomen in de warmteaccumulator of deel kan uitmaken van de collector zelf.
Rassen en verschillen van verzamelaars
Zonder in te gaan op de technische details van het apparaat, ligt het belangrijkste verschil tussen platte en vacuĆ¼mcollectoren in de doelmatigheid van hun gebruik in verschillende klimaatzones. Vlakke collectoren kunnen het best worden gebruikt op zuidelijke breedtegraden met temperaturen boven nul, vacuĆ¼mcollectoren dichter bij noordelijke.
Het ontwerp van een platte zonnecollector: 1 ā koelmiddeluitlaat; 2 ā verzamelframe; 3 ā gestructureerd hagelbestendig glas; 4 ā absorber; 5 ā koperen buizen; 6 ā thermische isolatie; 7 ā koelvloeistofinlaat
De haalbaarheid van het gebruik van bepaalde soorten zonnecollectoren is te danken aan een aantal kenmerken:
- het onvermogen van vacuĆ¼mcollectoren om onafhankelijk sneeuw te ruimen;
- hoge warmteverliezen van platte zonnecollectoren, groeiend met het temperatuurverschil;
- lage weerstand van vlakke collectoren tegen windbelastingen;
- hoge kosten van het project op vacuĆ¼mzonnecollectoren;
- lage temperatuurbereik effectief gebruik van vlakke collectoren.
Het ontwerp van het vacuĆ¼mverdeelstuk met indirecte warmteoverdracht: 1 ā inlaat van de gekoelde warmtedrager; 2 ā warmtewisselaar (collector); 3 ā hermetische plug; 4 ā vacuĆ¼mbuis; 5 ā aluminium plaat (absorber); 6 ā warmtepijp; 7 ā werkvloeistof; 8 ā verwarmde koelmiddeluitlaat; 9 ā koellichaam; 10 ā warmtepijpcondensor; 11 ā isolatie
Een van de belangrijkste verschillen zit in het installatieproces. Vlakke collectoren moeten voorgemonteerd op het dak worden afgeleverd, terwijl vacuĆ¼mcollectoren ter plaatse kunnen worden gemonteerd. Ook hebben platte collectoren meestal geen eigen warmteaccumulator en uitwisselingscircuit..
Problemen met zonne-energie
Zonneverwarmingssystemen zijn niet zonder nadelen, waarvan de belangrijkste de wisselvalligheid van de energiebron is. āS Nachts warmt het systeem niet op en bij langdurig bewolkt weer is het verwachten dat een heldere hemel het huis opwarmt een ondermaats plezier. Als de batterij, met een voldoende groot volume, in staat is om de vereiste hoeveelheid warmte ten minste tot de ochtend vast te houden, dan kan een aantal dagen autonoom werken bij onvoldoende verlichting alleen worden verwacht bij een aanzienlijke uitbreiding van het zonnepark. Dit veroorzaakt op zijn beurt het tegenovergestelde probleem: bij het bereiken van de maximale vermogensmodus (bijvoorbeeld op een heldere lentedag) zal een dergelijk zonnestelsel een intensievere warmteafvoer of tijdelijke uitschakeling van meerdere absorbers met hun schaduw vereisen.
Het is belangrijk om te begrijpen dat zonnestelsels in de realiteit van het Russische klimaat niet als enige of belangrijkste verwarmingsbron kunnen worden gebruikt. Ze zijn echter in staat om het energieverbruik tijdens het stookseizoen aanzienlijk te verminderen. Hybride collectoren werken bijzonder effectief, waarbij kachels worden gecombineerd met fotocellen. Als troebelheid de meeste IR-straling vertraagt, is het verlies van het foto-elektrische deel van het spectrum niet zo significant.
Een ander nadeel van zonnecollectoren is de noodzaak van geforceerde circulatie van het koelmiddel in het collector-accumulatorsysteem. Sommige vacuĆ¼mcollectoren zijn uitgerust met een tank voor natuurlijke circulatie en bevinden zich boven de absorber. Dergelijke installaties worden veelal toegepast in warmwatervoorzieningssystemen met waterinlaat onder druk van een koudwatervoorziening. Maar er zijn nog steeds manieren om de gezamenlijke werking van dergelijke zonnecollectoren met een verwarmingssysteem tot stand te brengen..
VacuĆ¼m zonnecollector met tank
Integratie in het verwarmingssysteem
Er zijn twee manieren om zonnecollectoren te combineren met een willekeurig complex vloeistofverwarmingssysteem. De belangrijkste energiebron kan gas of elektriciteit zijn ā er is geen significant verschil.
De eerste optie is om de totale dagelijkse batterij te verwarmen. De accumulator communiceert gezamenlijk en opeenvolgend met de ketel; als de temperatuur niet hoog genoeg is, wordt deze in werking gesteld en verwarmt de vloeistof. Een goed ontworpen systeem van dit type kan effectief werken, zelfs zonder gedwongen circulatie..
1 ā verwarmingscircuit; 2 ā verwarmingsvloeistof; 3 ā temperatuursensor; 4 ā pompstation; 5 ā verwerkingsverantwoordelijke; 6 ā pomp; 7 ā expansievat; 8 ā sanitair water; 9 ā koud water; 10 ā warmwatervoorziening; 11 ā zonnecollector; 12 ā verwarmingsketel
Het tweede type combinatie betreft het gebruik van een warmteaccumulator met twee circuits. Via Ć©Ć©n wordt warmte verwijderd uit de collector, door de tweede ā verwarming van het koelmiddel in het systeem, water uit de accumulator dient als een bron voor warmwatervoorziening. Omdat de circuits van elkaar zijn geĆÆsoleerd, kunnen meer warmte-absorberende vloeistoffen of antivries worden gebruikt in het verwarmingssysteem en de warmtewisselingscyclus van de zonnecollector. Het grootste nadeel is de vluchtigheid van het systeem, omdat in beide circuits de circulatie wordt geforceerd.
1 ā koudwatervoorziening; 2 ā temperatuursensor; 3 ā zonnecollector warmtewisselaar; 4 ā ketelwarmtewisselaar; 5 ā koelvloeistofcircuit van de collector; 6 ā pompstation; 7 ā verwerkingsverantwoordelijke; 8 ā expansievat; 9 ā circulatiepomp; 10 ā warmwateruitlaat; 11 ā verwarmingsketel; 12 ā zonnecollector
Vermogensberekening en installatiestappen
De overgang naar zonne-energie accepteert geen haast en een oppervlakkige aanpak. Conclusies over de wenselijkheid van het installeren van een zonnestelsel kunnen vaak pas worden getrokken na een aantal jaren van waarnemingen en berekeningen..
Helaas heeft het weinig zin om op zonnekaarten te vertrouwen, omdat lokale weersomstandigheden het gemiddelde sterk kunnen verstoren. Daarom is het eerste dat u moet doen zelfstandig een rapport opstellen over de intensiteit van de zonnestraling op de plaats waar de collectoren zijn geĆÆnstalleerd. Pyranometers worden gebruikt voor metingen; binnen 5 duizend roebel kunt u een budgetapparaat kopen met voldoende functies.
Pyranometer
Metingen moeten op verschillende tijdstippen van de dag worden uitgevoerd met een frequentie van ongeveer een week gedurende het hele jaar. Bij het meten moet rekening worden gehouden met de hellingshoek en oriƫntatie van de collectoren. De resulterende gegevens worden uiteindelijk geverifieerd met de statistieken van het hydrometeorologische centrum over het percentage bewolkte dagen per jaar..
Om een āāhoog rendement van de zonne-energiecentrale te garanderen, moet het meest negatieve scenario worden overwogen, dat wil zeggen, de langste periode met de laagste verlichting moet als referentiepunt worden genomen. Idealiter kun je rekening houden met de waarschijnlijkheid van nog slechtere weersomstandigheden met behulp van meteorologische statistieken van de afgelopen 15-20 jaar. De verkregen gegevens over de binnenkomende zonne-energie zullen helpen om de vereiste totale oppervlakte van het absorptieveld vast te stellen en het aantal collectoren te bepalen dat moet worden gekocht.
Zoals gezegd worden collectoren zeer zelden als hoofdverwarmingsbron gebruikt, ze spelen meestal een bijrol. Maar het aandeel van de deelname kan worden berekend, het wordt aangegeven als een percentage van het totale vermogen van het elektriciteitssysteem van het huis of het warmteverlies ervan. Na het vereiste aantal kilowatt te hebben ontvangen, wordt dit vermenigvuldigd met de optische efficiĆ«ntie van de absorbers, verschillende coĆ«fficiĆ«nten worden toegevoegd ā correcties voor oriĆ«ntatie, helling, temperatuuromstandigheden, evenals een veiligheidsmarge.
Afhankelijk van de ānettoā waarde van het opgewekte vermogen, wordt het volgende geselecteerd:
- het vereiste aantal collectoren van een bepaald model en gemiddeld Ć©Ć©n back-up zonnecollector per 10-15 in bedrijf;
- leidingsysteem met de door de fabrikant aanbevolen doorvoer en hittebestendigheid;
- circulatiegroep, afsluiters, andere hulpinrichtingen;
- volume en locatie van de opslagtank. In systemen met een dagelijkse opslag- of warmteafvoercapaciteit van meer dan 20 kW, is het zinvol om geĆÆsoleerde betonnen tanks te bouwen met een inhoud van 15-20 m3.
Voor zelfinstallatie en onderhoud is het noodzakelijk om een āāproject van het systeem op te stellen, een plaats toe te wijzen voor het plaatsen van hulpapparatuur en de zonnecollector op de zuidelijke (voor het noordelijk halfrond) dakhelling te bevestigen, rekening houdend met de aanbevelingen van de leverancier van apparatuur met betrekking tot windbelastingen. Vergeet niet dat u door een volledig assortiment apparatuur van Ć©Ć©n distributeur aan te schaffen, de mogelijkheid krijgt om gratis, zo niet een project van een zonneverwarmingssysteem op te stellen, en vervolgens op zijn minst een lijst met goed compatibele apparatuur en componenten.
Heb ik een warmtepomp nodig?
Een van de belangrijkste nadelen van zonneverwarmingssystemen zijn de hoge kosten. Hoewel de technologie voor de productie van vlakke collectoren goed onder de knie is, blijven vacuĆ¼mabsorbers duur en zullen ze onder bepaalde weersomstandigheden alleen met succes kunnen worden bediend. Maar er is nog een alternatief: luchtcollectoren.
Zonnecollector van het luchttype
Vanwege het eenvoudigere apparaat zijn hun kosten lager, plus de mogelijkheid van autonome werking. De efficiĆ«ntie van de luchtcollectoren wordt verhoogd door de installatie van een ventilator die wordt aangedreven door een geĆÆntegreerd zonnepaneel. Door de versnelde, maar evenredig met verwarming, afkoeling van de kanalen worden retourwarmteverliezen door de collector geminimaliseerd. Vermogensbeperking kan worden bereikt door de ventilatorsnelheid te regelen of door simpelweg de stroom te blokkeren ā de luchtcollectoren zijn niet bang voor thermische schokken, bovendien is het eenvoudig om een āānatuurlijke recirculatie op te zetten.
Gebrek aan luchtsystemen in een kleine mate van verwarming van het koelmiddel. De warmtecapaciteit van de lucht is minder en de absorber wordt bijna altijd zonder focussering verwarmd. Om te kunnen integreren in het verwarmingssysteem (wat meestal nodig is vanwege de onmogelijkheid om een āāventilatiekanaal in een verwarmde ruimte te leggen), is een warmtepomp of een gesplitst systeem echt nodig.
Maar luchtwarmtepompen kunnen ook worden gebruikt om de efficiĆ«ntie van airconditioning te verhogen. Hiermee kan de circulatiesnelheid worden verhoogd tot waarden die niet acceptabel zijn in huishoudelijke ventilatiesystemen, wat een 2-3-voudige toename van de output oplevert vanwege het hoge temperatuurverschil. āS Nachts zal de collector ook een lage productiesnelheid hebben bij het bedrijfstemperatuurbereik.
De lucht die als warmtedrager wordt gebruikt, kan worden ontvochtigd of vervangen door kooldioxide of een ander meer warmtehoudend gas. Het heeft echter geen zin om warmtepompen te gebruiken met een primair watercircuit: ze zijn aanvankelijk ontworpen om te werken met een groot temperatuurverschil en daarom is de toename van het vermogen niet voldoende om de kosten van de installatie te rechtvaardigen.
Kosten zonne-energiesysteem
Het plezier van het gebruik van schone energie heeft een hoge prijs, in ieder geval voor vandaag. Om eerlijk te zijn, er is positief nieuws: in de afgelopen vijf jaar zijn de productiekosten van platte collectoren met 2-2,5 keer gedaald, hetzelfde kan binnenkort worden verwacht van apparaten met vacuĆ¼mabsorbers..
De kosten van platte en vacuĆ¼mcollectoren worden bepaald door het productievolume ā de waarde van zonnestraling onder ideale lichtomstandigheden, dat wil zeggen het specifieke vermogen. Gemiddeld moet u voor 1 kW platte zonnecollectoren ongeveer $ 350-500 betalen, en voor een volledige installatie met een externe batterij ā ongeveer $ 800-1000. De kosten van vacuĆ¼mzonnecollectoren fluctueren in een hoger bereik ā van $ 600 tot $ 1000-1200 per complex, afhankelijk van de kwaliteit van de prestaties, buismateriaal, warmtewisselaarisolatie en andere kenmerken.
Voor capacitieve collectoren geldt de meetstandaard in liters water verwarmd tot de hoogst mogelijke temperatuur. De hoeveelheid opgewekte elektriciteit kan worden berekend door het totale oppervlak van de absorber, of door het uit te drukken in de specifieke warmtecapaciteit van water. Afhankelijk van de complexiteit van het systeem variĆ«ren de kosten sterk, de prijs van een van de voorbeelden uit het middenmarktsegment bereikt $ 1.500 voor 300 liter (voor 4-5 bewoners) met een temperatuurverschil van ongeveer 50 Ā° C, wat overeenkomt met 2,5 kW specifiek vermogen.
Hoe werkt zonneverwarming met collectoren thuis precies? Kan ik dit systeem zelf installeren? En wat is de gemiddelde prijs hiervoor?