Kolektorové solární systémy: jak je používat k organizaci vytápění a zásobování vodou doma?

Solární energie pro vytápění a zásobování teplou vodou – Princip činnosti solárního kolektoru

V současné době výrobci nabízejí solární systémy, které umožňují získat teplou vodu a vytápět dům bez obvyklých nákladů na energii – pouze díky slunečnímu záření.

Jedinou nevýhodou takových systémů je jejich závislost na úrovni slunečního záření a v některých regionech mohou fungovat s plnou účinností pouze v teplém období, kdy je dostatek slunečního záření.

Ale i to je pro majitele venkovského domu výrazná pomoc. Kromě toho jsou již na trhu celosezónní solární systémy, které dokážou alespoň z poloviny vyřešit problém s vytápěním v chladném období – a to za předpokladu, že zima je poměrně tuhá a míra slunečního záření není příliš vysoká. Níže se podíváme na klasifikaci solárních systémů a princip fungování solárního kolektoru.

Princip činnosti solárního systému se solárním kolektorem určeným pro zásobování teplou vodou a vytápěním: 1 – solární kolektor; 2 – hydraulický akumulátor; 3 – kotel; 4 – horká voda

Rozdělení a typy solárních topných systémů

Moderní solární systémy se dělí na jedno- a dvouokruhové.

• V jednookruhovém systému hraje roli chladicí kapaliny voda. Tento systém se používá pouze v teplé sezóně, když nastane chladné počasí, musí se z něj vypustit voda.
• Ve dvouokruhovém systému hraje roli chladicí kapaliny nemrznoucí směs, která vydrží velmi nízké teploty. Takový systém lze provozovat celoročně.

Existují také termosifonové a kruhové solární systémy.

• Termosifon využívá přirozeného proudění kapaliny: teplá kapalina stoupá a studená klesá. V tomto případě musí být akumulační nádrž umístěna nad kolektorem, což není vždy možné. Pokud například mluvíme o vybavení stávajícího domu solárním systémem, musíme vzít v úvahu sílu stropů: ne každý je schopen unést dodatečnou váhu akumulační nádrže. Opět platí, že pokud je kolektor umístěn na sklonech střechy, může být akumulační nádrž instalovaná nad kolektorem příliš originální a architektonická „sofistikovanost“.
• Kruhový systém funguje díky čerpadlu, což je velmi pohodlné: akumulační nádrž lze libovolně umístit.

Princip činnosti a vlastnosti solárního kolektoru

Základem solárního systému je solární instalace. Princip fungování solárního kolektoru je znám již dlouhou dobu. Téměř v každé dači se v horkých letních dnech k ohřevu vody používala kovová nebo plastová nádrž, natřená černě nainstalovaná na střeše sprchového koutu. Voda v něm se vlivem slunečního záření ohřívá a je již horká a dostává se do vodovodního řádu. Podobné solární kolektory se stále používají v mnoha arabských zemích: úroveň slunečního záření v této oblasti umožňuje ohřívání vody tímto způsobem téměř po celý rok. A ve vesnicích můžete často vidět obrovské černé nádrže instalované na střechách domů. Moderní solární kolektor nepotřebuje tak vysokou úroveň slunečního záření. Navíc může fungovat i za zataženého dne, i když samozřejmě ne tak efektivně jako za jasného nebe. A solární instalace s nemrznoucí kapalinou (například jako na obr. 1.2 – s etanolem) mohou fungovat v zimě. Jediné, co je potřeba, je odstranit z nich sníh. Rýže. 1.2. Provedení solárního kolektoru s nemrznoucí kapalinou: 1 – pára etanolu; 2- vakuum (0,1 mbar); 3 – výměník tepla; 4 – kapalný ethanol Strukturu je třeba vyčistit nejen v chladném období. Jakékoli znečištění snižuje účinnost kolektoru, proto je nutné jej pravidelně mýt, aby se odstranil prach a nečistoty, které brání pronikání slunečního světla. Video: provoz solárního kolektoru v zimě Náklady na solární zařízení, které lze provozovat celoročně, jsou poměrně vysoké. Ale i při nedostatečném oslunění (při velkém počtu zamračených dnů a zasněžených zimách) se do pěti let vrátí.
A pokud je úroveň slunečního záření o něco vyšší než v centrální ruské zóně, pak se doba návratnosti zkrátí na dva až tři roky. Garantovaná životnost takového kolektoru je až 30 let, což činí takový systém velmi atraktivním.

Stavba celosezónního solárního kolektoru

Celoroční solární instalace je navržena na principu Dewarovy baňky nebo běžné domácí termosky: uvnitř jedné trubky je druhá a jako tepelná izolace mezi nimi slouží vakuum. Zařízení se skládá z takových potrubí uspořádaných paralelně. Vnitřní trubka má speciální povlak (heliotan), který zadržuje sluneční energii. Trubky jsou vyrobeny ze sitalu (sklokrystalický materiál s nízkým obsahem železa, který výrazně snižuje tepelné ztráty) a oceli. Obsahují měděnou desku s heliothanovým povlakem. Podobný vakuový kolektor s tepelnou trubicí je dražší než jiné modely, ale kolektoru to v tuhých zimách nevadí: zůstává provozuschopný při teplotách až -45 °C. Potřebuje jen trochu slunečního světla, i když rozptýleného. Díky vysoce selektivnímu povlaku vnitřního potrubí se voda v systému může zahřát na +48 °C, když je venku mráz.

Ploché solární kolektory

Často se používají ploché solární kolektory, které spotřebitele lákají na rozumnou cenu a vysokou účinnost (98 %). V nich kovové desky (obvykle měď, protože dobře vede teplo a je odolná vůči korozi) slouží jako absorbér tepla. Povrch desek je opatřen speciální vrstvou, stejně jako vnitřní trubky „termosoidních“ kolektorů. Desky jsou umístěny ve sklokeramických panelech a dno a boční stěny kolektoru jsou chráněny před tepelnými ztrátami různými tepelně izolačními materiály. Ploché kolektory se používají v solárních systémech s přímým prouděním, tedy v těch, kde se teplo ze slunce přenáší přímo do chladicí kapaliny. Jako pracovní kapalina (chladivo) v kolektorech se používá nemrznoucí kapalina nebo voda. Chladivo cirkulující v kolektoru se vlivem slunečního záření ohřívá a předává teplo vodě (nebo jiné pracovní tekutině) ve výměníku tepla. Ve vakuovém kolektoru s tepelnou trubicí je chladicí kapalina kapalina s nízkým bodem varu. Vařením pod vlivem slunečního záření se tato kapalina vypařuje, pára stoupá vzhůru, ohřívá vodu (nebo jinou pracovní tekutinu) ve výměníku tepla a po ochlazení se přeměňuje na kondenzát, který proudí zpět do potrubí

Vzduchový solární kolektor

Schéma vzduchového potrubí: 1 – děrované plechy; 2 – okolní vzduch; 3 – vzdušný prostor; 4 – ventilátor; 5 – ohřátý vzduch. Pro udržení příjemné teploty v domě během chladného období (jaro a podzim) je vhodný vzduchový solární kolektor. Jedná se o velmi jednoduché zařízení určené pro sezónní použití. Může sloužit jako vynikající pomoc při organizaci topného systému, který nezávisí na vnějších zdrojích. Vzduch v systému cirkuluje ventilátorem, který lze připojit k solárnímu panelu pro napájení. Samotný kolektor je krabička, která obsahuje topné těleso – děrované desky lakované černě pro lepší absorpci slunečního záření. Horní část boxu je uzavřena průhledným panelem ze skla nebo plexiskla, pod ním je vrstva tepelně izolačního materiálu, který zabraňuje tepelným ztrátám. Takový systém lze zakoupit relativně levně nebo si jej můžete snadno vyrobit sami. Provoz vzduchového solárního kolektoru se vyznačuje nízkou účinností. Výborně se však hodí jako doplňkový (pomocný) systém vytápění mimo sezónu.