Zonneverwarming van een woonhuis: opties en ontwerpdiagrammen

Het gebruik van “groene” energie, geleverd door natuurlijke elementen, kan de energiekosten aanzienlijk verlagen.Door bijvoorbeeld zonneverwarming voor een privéwoning te regelen, voorziet u lagetemperatuurradiatoren en vloerverwarmingssystemen van vrijwel gratis koelvloeistof. Mee eens, dit bespaart al geld.

U leert alles over “groene technologieën” uit ons voorgestelde artikel. Met onze hulp kunt u eenvoudig de soorten zonne-installaties, de constructiemethoden en de specifieke kenmerken van de werking begrijpen. U zult waarschijnlijk geïnteresseerd zijn in een van de populaire opties die actief in de wereld werken, maar waar hier nog niet veel vraag naar is.

In de review die onder uw aandacht wordt gebracht, worden de ontwerpkenmerken van de systemen geanalyseerd en worden de aansluitschema's in detail beschreven. Er wordt een voorbeeld gegeven van de berekening van een zonneverwarmingscircuit om de realiteit van de constructie ervan te beoordelen. Om onafhankelijke vakmensen te helpen zijn fotocollecties en video's opgenomen.

"Groene" warmtetechnologieën

Gemiddeld 1 meter² Het aardoppervlak ontvangt 161 watt zonne-energie per uur. Natuurlijk zal dit cijfer op de evenaar vele malen hoger zijn dan in het Noordpoolgebied. Bovendien is de dichtheid van de zonnestraling afhankelijk van de tijd van het jaar.

In de regio Moskou verschilt de intensiteit van de zonnestraling in december-januari meer dan vijf keer van mei-juli. Moderne systemen zijn echter zo efficiënt dat ze vrijwel overal ter wereld kunnen werken.

Moderne zonne-energiesystemen kunnen effectief functioneren bij bewolkt en koud weer tot -30°C

Taak van gebruik energie van zonnestraling met maximale efficiëntie wordt op twee manieren opgelost: directe verwarming in thermische collectoren en fotovoltaïsche zonne-energiebatterijen. Zonnepanelen zetten de energie van de zonnestralen eerst om in elektriciteit en geven deze vervolgens via een speciaal systeem door aan consumenten, bijvoorbeeld een elektrische boiler.

Thermische collectoren verwarmen, wanneer ze worden verwarmd door zonnestralen, het koelmiddel van verwarmings- en warmwatervoorzieningssystemen.

Thermische collectoren zijn er in verschillende typen, waaronder open en gesloten systemen, platte en bolvormige ontwerpen, halfbolvormige concentratorcollectoren en vele andere opties. De thermische energie die wordt verkregen uit zonnecollectoren wordt gebruikt om warm water of verwarmingsvloeistof te verwarmen.

De industrie produceert een breed scala aan collectorsystemen voor opname in een onafhankelijk verwarmingsnetwerk. De eenvoudigste optie voor een zomerresidentie is echter eenvoudig met uw eigen handen te doen:

Hoewel er duidelijke vooruitgang is geboekt bij het ontwikkelen van oplossingen voor het oogsten, opslaan en gebruiken van zonne-energie, zijn er voor- en nadelen.

Efficiënt gebruik van zonne-energie

Het meest voor de hand liggende voordeel van het gebruik van zonne-energie is de universele beschikbaarheid ervan. Zelfs bij het meest sombere en bewolkte weer kan zonne-energie worden opgevangen en gebruikt.

Het tweede voordeel is nul-uitstoot. Sterker nog, het is de meest milieuvriendelijke en natuurlijke vorm van energie. Zonnepanelen en de collectoren produceren geen geluid. In de meeste gevallen worden ze op de daken van gebouwen geïnstalleerd, zonder de bruikbare oppervlakte van een buitenwijk in beslag te nemen.

De efficiëntie van zonneverwarming op onze breedtegraden is vrij laag, wat wordt verklaard door het onvoldoende aantal zonnige dagen voor een normale werking van het systeem (+)

De nadelen van het gebruik van zonne-energie zijn de variabiliteit van de verlichting. 'S Nachts valt er niets te verzamelen, de situatie wordt verergerd door het feit dat de piek van het stookseizoen plaatsvindt tijdens de kortste uren met daglicht van het jaar. Het is noodzakelijk om de optische reinheid van de panelen te controleren; lichte vervuiling vermindert de efficiëntie sterk.

Bovendien kan niet worden gezegd dat het exploiteren van een zonne-energiesysteem volledig gratis is; er zijn constante kosten voor afschrijving van apparatuur, bediening van de circulatiepomp en besturingselektronica.

Een belangrijk nadeel van verwarming op basis van het gebruik van zonnecollectoren is het gebrek aan vermogen om thermische energie te accumuleren. Alleen het expansievat (+) is in het circuit opgenomen

Zonnecollectoren openen

Een open zonnecollector is een systeem van buizen, onbeschermd tegen invloeden van buitenaf, waardoorheen direct door de zon verwarmde koelvloeistof circuleert.

Water, gas, lucht en antivries worden gebruikt als koelmiddelen. De buizen worden ofwel in de vorm van een spiraal aan het draagpaneel bevestigd, ofwel in parallelle rijen aangesloten op de uitlaatpijp.

Open zonnecollectoren zijn niet opgewassen tegen de verwarming van een particuliere woning. Door het ontbreken van isolatie koelt de koelvloeistof snel af. Ze worden in de zomer vooral gebruikt om water in douches of zwembaden te verwarmen.

Open collectoren zijn doorgaans niet geïsoleerd. Het ontwerp is heel eenvoudig, daarom heeft het lage kosten en wordt het vaak onafhankelijk gemaakt.

Vanwege het gebrek aan isolatie slaan ze de energie die ze van de zon ontvangen praktisch niet op en worden ze gekenmerkt door een laag rendement. Ze worden vooral in de zomer gebruikt om water in zwembaden of zomerse douches te verwarmen.

Geïnstalleerd in zonnige en warme streken, met kleine temperatuurverschillen van de omgevingslucht en het verwarmde water. Ze werken alleen goed bij zonnig, windstil weer.

De eenvoudigste zonnecollector met een koellichaam gemaakt van een spoel van polymeerbuizen zal zorgen voor de toevoer van verwarmd water naar de datsja voor irrigatie en huishoudelijke behoeften

Buisvormige verzamelvariëteiten

Buisvormige zonnecollectoren worden samengesteld uit individuele buizen waar water, gas of stoom doorheen stroomt. Dit is een van de soorten open zonnesystemen. De koelvloeistof is echter al veel beter beschermd tegen negativiteit van buitenaf. Vooral in vacuüminstallaties, ontworpen volgens het principe van thermosflessen.

Elke buis wordt afzonderlijk, parallel aan elkaar, op het systeem aangesloten. Als er één buis kapot gaat, is deze eenvoudig te vervangen door een nieuwe. De gehele constructie kan direct op het dak van het gebouw worden gemonteerd, wat de installatie aanzienlijk vereenvoudigt.

De buiscollector heeft een modulaire opbouw. Het belangrijkste element is een vacuümbuis; het aantal buizen varieert van 18 tot 30, waardoor u nauwkeurig het vermogen van het systeem kunt selecteren

Een belangrijk voordeel van buisvormige zonnecollectoren is de cilindrische vorm van de hoofdelementen, waardoor zonnestraling de hele dag wordt opgevangen zonder het gebruik van dure systemen om de beweging van het armatuur te volgen.

Een speciale meerlaagse coating creëert een soort optische val voor zonlicht. Het diagram toont gedeeltelijk de buitenwand van de thermosfles die stralen reflecteert op de wanden van de binnenfles (+)

Op basis van het ontwerp van de buizen worden veer- en coaxiale zonnecollectoren onderscheiden.

De coaxiale buis is een Diaur-vat of een bekende thermoskan. Gemaakt van twee kolven waartussen lucht wordt geëvacueerd. Op het binnenoppervlak van de binnenlamp is een zeer selectieve coating aangebracht, die zonne-energie effectief absorbeert.

Bij een cilindrische buis vallen de zonnestralen altijd loodrecht op het oppervlak

Thermische energie van de interne selectieve laag wordt overgebracht naar een warmtepijp of interne warmtewisselaar gemaakt van aluminium platen. In dit stadium treedt ongewenst warmteverlies op.

De verenbuis is een glazen cilinder waarin een verenabsorber is geplaatst.

Het systeem dankt zijn naam aan de verenabsorber, die zich strak om een ​​thermisch kanaal van warmtegeleidend metaal wikkelt.

Voor een goede thermische isolatie is de lucht uit de buis geëvacueerd. Warmteoverdracht vanuit de absorber vindt plaats zonder verlies, waardoor het rendement van verenbuizen hoger is.

Volgens de methode van warmteoverdracht zijn er twee systemen: directe stroom en met een warmtepijp. Thermische buis is een afgesloten container met een gemakkelijk verdampende vloeistof.

Omdat de gemakkelijk verdampende vloeistof op natuurlijke wijze naar de bodem van de verwarmingsbuis stroomt, is de minimale hellingshoek 20° C

In de verwarmingsbuis bevindt zich een gemakkelijk verdampende vloeistof die warmte ontvangt van de binnenwand van de fles of van de verenabsorber. Onder invloed van de temperatuur kookt de vloeistof en stijgt op in de vorm van stoom. Nadat de warmte is overgedragen aan het verwarmings- of warmwatertoevoerkoelmiddel, condenseert de stoom tot vloeistof en stroomt naar beneden.

Water wordt vaak gebruikt als een gemakkelijk verdampende vloeistof bij lage druk. Een doorstroomsysteem maakt gebruik van een U-vormige buis waardoor water of verwarmingsvloeistof circuleert.

De ene helft van de U-vormige buis is bedoeld voor koude koelvloeistof, de tweede verwijdert de verwarmde. Bij verhitting zet het koelmiddel uit en komt het in de opslagtank terecht, waardoor een natuurlijke circulatie ontstaat. Net als bij warmtebuissystemen moet de minimale hellingshoek minimaal 20⁰ zijn.

Bij een directe stroomaansluiting kan de druk in het systeem niet hoog zijn, omdat er een technisch vacuüm in de kolf heerst

Directe stroomsystemen zijn efficiënter omdat ze de koelvloeistof onmiddellijk verwarmen. Als het de bedoeling is dat zonnecollectorsystemen het hele jaar door worden gebruikt, wordt er speciaal antivries in gepompt.

Het gebruik van buisvormige zonnecollectoren heeft een aantal voor- en nadelen. Het ontwerp van een buisvormige zonnecollector bestaat uit identieke elementen die relatief eenvoudig te vervangen zijn.

Voordelen:

• laag warmteverlies;
• vermogen om te werken bij temperaturen tot -30⁰С;
• efficiënte prestaties overdag;
• goede prestaties in gebieden met gematigde en koude klimaten;
• lage windkracht, gerechtvaardigd door het vermogen van buissystemen om luchtmassa's door zichzelf te laten gaan;
• mogelijkheid om koelvloeistof op hoge temperatuur te produceren.

Structureel heeft de buisvormige structuur een beperkt openingsoppervlak.

Het heeft de volgende nadelen:

• niet in staat tot zelfreiniging van sneeuw, ijs, vorst;
• hoge prijs.

Ondanks de aanvankelijk hoge kosten betalen buiscollectoren zichzelf sneller terug. Ze hebben een lange levensduur.

Buiscollectoren zijn open zonnesystemen en daarom niet geschikt voor gebruik het hele jaar door in verwarmingssystemen (+)

Plat gesloten systemen

Een vlakke plaatcollector bestaat uit een aluminium frame, een speciale absorberende laag - een absorber, een transparante coating, een pijpleiding en isolatie.

Gezwart plaatkoper wordt gebruikt als absorber, dat een ideale thermische geleidbaarheid heeft voor het creëren van zonnesystemen.Wanneer zonne-energie wordt geabsorbeerd door een absorber, wordt de ontvangen zonne-energie overgebracht naar een koelmiddel dat door een buizensysteem naast de absorber circuleert.

Aan de buitenzijde wordt het gesloten paneel beschermd door een transparante coating. Het is gemaakt van schokbestendig gehard glas met een transmissieband van 0,4-1,8 micron. Dit bereik houdt rekening met de maximale zonnestraling. Schokbestendig glas biedt goede bescherming tegen hagel. Aan de achterzijde is het gehele paneel betrouwbaar geïsoleerd.

Vlakke zonnecollectoren kenmerken zich door maximale prestaties en een eenvoudig ontwerp. Hun efficiëntie wordt verhoogd door het gebruik van een absorber. Ze kunnen zowel diffuse als directe zonnestraling opvangen

De lijst met voordelen van gesloten flatpanels omvat:

• eenvoud van ontwerp;
• goede prestaties in regio's met warme klimaten;
• de mogelijkheid om onder elke hoek te installeren met apparaten om de hellingshoek te veranderen;
• het vermogen om zichzelf te reinigen van sneeuw en vorst;
• lage prijs.

Vlakke zonnecollectoren zijn vooral voordelig als het gebruik ervan al in de ontwerpfase wordt gepland. De levensduur van kwaliteitsproducten is 50 jaar.

De nadelen zijn onder meer:

• hoog warmteverlies;
• zwaar gewicht;
• hoge windkracht wanneer de panelen onder een hoek ten opzichte van de horizontaal worden geplaatst;
• prestatiebeperkingen wanneer temperatuurschommelingen groter zijn dan 40°C.

Het toepassingsgebied van gesloten collectoren is veel breder dan dat van open zonnesystemen. In de zomer kunnen ze volledig voldoen aan de behoefte aan warm water. Op koele dagen, wanneer nutsbedrijven ze niet in de verwarmingsperiode opnemen, kunnen ze werken in plaats van gas- en elektrische kachels.

Voor degenen die dat wensen maak een zonnecollector Om met uw eigen handen een verwarmingssysteem in uw datsja te bouwen, raden we u aan vertrouwd te raken met in de praktijk geteste diagrammen en stapsgewijze montage-instructies.

Vergelijking van de kenmerken van zonnecollectoren

De belangrijkste indicator van een zonnecollector is het rendement. De nuttige prestaties van zonnecollectoren van verschillende ontwerpen zijn afhankelijk van het temperatuurverschil. Tegelijkertijd zijn platte collectoren veel goedkoper dan buisvormige collectoren.

Rendementwaarden zijn afhankelijk van de productiekwaliteit van de zonnecollector. Het doel van de grafiek is om de effectiviteit te laten zien van het gebruik van verschillende systemen, afhankelijk van het temperatuurverschil

Bij het kiezen van een zonnecollector moet u letten op een aantal parameters die de efficiëntie en het vermogen van het apparaat weergeven.

Er zijn verschillende belangrijke kenmerken voor zonnecollectoren:

• adsorptiecoëfficiënt - toont de verhouding tussen geabsorbeerde energie en totaal;
• emissiecoëfficiënt - toont de verhouding tussen uitgezonden energie en geabsorbeerde energie;
• totaal en diafragmaoppervlak;
• Efficiëntie

Het diafragmaoppervlak is het werkgebied van de zonnecollector. Een vlakke plaatcollector heeft een maximaal apertuuroppervlak. Het openingsoppervlak is gelijk aan het absorberoppervlak.

Methoden voor aansluiting op het verwarmingssysteem

Omdat apparaten op zonne-energie niet 24 uur per dag voor een stabiele energievoorziening kunnen zorgen, is er een systeem nodig dat bestand is tegen deze tekortkomingen.

Voor Centraal-Rusland kunnen zonne-energie-installaties geen stabiele energiestroom garanderen, daarom worden ze als aanvullend systeem gebruikt. Integratie in een bestaand verwarmings- en warmwatersysteem is voor een zonnecollector en een zonnebatterij anders.

Schema met watercollector

Afhankelijk van het gebruiksdoel van de warmtecollector worden verschillende aansluitsystemen gebruikt. Er kunnen verschillende opties zijn:

1. Zomeroptie voor warmwatervoorziening
2. Winteroptie voor verwarming en warmwatervoorziening

De zomeroptie is de eenvoudigste en kan zelfs zonder worden gedaan circulatiepompgebruikmakend van natuurlijke watercirculatie.

Het water wordt in de zonnecollector verwarmd en komt door thermische uitzetting in de opslagtank of boiler terecht. In dit geval vindt natuurlijke circulatie plaats: koud water wordt uit de tank gezogen in plaats van warm water.

In de winter, bij temperaturen onder het vriespunt, is directe verwarming van water niet mogelijk. Speciaal antivriesmiddel circuleert door een gesloten circuit en zorgt voor warmteoverdracht van de collector naar de warmtewisselaar in de tank

Zoals elk systeem dat op natuurlijke circulatie is gebaseerd, werkt het niet erg efficiënt en vereist het naleving van de nodige hellingen. Bovendien moet de opslagtank hoger zijn dan de zonnecollector. Om het water zo lang mogelijk warm te houden, moet de tank grondig worden geïsoleerd.

Als je echt de meest efficiënte werking van de zonnecollector wilt bereiken, wordt het aansluitschema ingewikkelder.

Om te voorkomen dat de collector 's nachts in een koelradiator verandert, is het noodzakelijk om de watercirculatie met geweld te stoppen

Niet-bevriezende koelvloeistof circuleert door het zonnecollectorsysteem. Geforceerde circulatie wordt verzorgd door een pomp die wordt bestuurd door een controller.

De controller regelt de werking van de circulatiepomp op basis van de meetwaarden van minimaal twee temperatuursensoren. De eerste sensor meet de temperatuur in de opslagtank, de tweede - op de toevoerleiding voor hete koelvloeistof van de zonnecollector.

Zodra de temperatuur in de tank de temperatuur van het koelmiddel overschrijdt, schakelt de controller in de collector de circulatiepomp uit, waardoor de circulatie van koelmiddel door het systeem wordt gestopt. Wanneer de temperatuur in de opslagtank op zijn beurt onder de ingestelde waarde daalt, wordt de verwarmingsketel ingeschakeld.

Een nieuw woord en een effectief alternatief voor zonnecollectoren met koelvloeistof zijn systemen geworden vacuüm buizen, waarvan wij u aanraden vertrouwd te raken met het werkings- en ontwerpprincipe.

Regeling met zonnebatterij

Het zou verleidelijk zijn om iets soortgelijks toe te passen Aansluitschema zonne-energiebatterij aan het elektriciteitsnet, zoals geïmplementeerd in het geval van een zonnecollector, waarbij de gedurende de dag ontvangen energie wordt verzameld. Helaas is het voor het stroomvoorzieningssysteem van een privéwoning erg duur om een ​​batterijpakket met voldoende capaciteit te maken. Het aansluitschema ziet er daarom als volgt uit.

Wanneer het vermogen van de elektrische stroom uit de zonnebatterij afneemt, zorgt de ATS-eenheid (automatisch inschakelen van een reserve) voor de aansluiting van consumenten op het algemene elektriciteitsnet

Vanaf de zonnepanelen wordt de lading geleverd aan de laadregelaar, die verschillende functies vervult: zorgt voor een constante herlading van de accu’s en stabiliseert de spanning. Vervolgens wordt de elektrische stroom geleverd aan de omvormer, waar 12V of 24V gelijkstroom wordt omgezet in eenfasige wisselstroom 220V.

Helaas zijn onze elektrische netwerken niet geschikt om energie te ontvangen; ze kunnen slechts in één richting werken, van bron tot consument. Om deze reden zul je de gewonnen elektriciteit niet kunnen verkopen of in ieder geval de meter in de tegenovergestelde richting laten draaien.

Het gebruik van zonnepanelen is voordelig omdat ze een veelzijdiger soort energie leveren, maar tegelijkertijd qua efficiëntie niet te vergelijken zijn met zonnecollectoren. Deze laatste hebben echter niet de mogelijkheid om energie op te slaan, in tegenstelling tot fotovoltaïsche zonne-energiebatterijen.

U vindt alles over de mogelijkheden voor het organiseren van de verwarming van een privéwoning met behulp van zonnepanelen. In dit artikel.

Voorbeeld van het berekenen van het benodigde vermogen

Bij het berekenen van het benodigde vermogen van een zonnecollector worden er vaak ten onrechte berekeningen gemaakt op basis van de binnenkomende zonne-energie in de koudste maanden van het jaar.

Feit is dat het hele systeem in de resterende maanden van het jaar voortdurend oververhit raakt. In de zomer kan de temperatuur van het koelmiddel aan de uitlaat van de zonnecollector oplopen tot 200°C bij het verwarmen van stoom of gas, 120°C voor antivries en 150°C voor water. Als de koelvloeistof kookt, zal deze gedeeltelijk verdampen. Als gevolg hiervan zal deze moeten worden vervangen.

Fabrikanten adviseren om uit te gaan van de volgende cijfers:

• levering van warmwatervoorziening niet meer dan 70%;
• voorziening van het verwarmingssysteem niet meer dan 30%.

De rest van de benodigde warmte moet worden gegenereerd door standaard verwarmingsapparatuur. Niettemin wordt met dergelijke indicatoren gemiddeld ongeveer 40% per jaar bespaard op verwarming en warmwatervoorziening.

Het vermogen dat door één buis van een vacuümsysteem wordt gegenereerd, is afhankelijk van de geografische locatie. Indicator van de daling van de zonne-energie per 1 m per jaar² van de aarde wordt zonnestraling genoemd.

Als u de lengte en diameter van de buis kent, kunt u de opening berekenen: het effectieve absorptiegebied. Rest ons nog de absorptie- en emissiecoëfficiënten toe te passen om het vermogen van één buis per jaar te berekenen.

Rekenvoorbeeld:

De standaard buislengte is 1800 mm, de effectieve lengte is 1600 mm. Doorsnede 58 mm. Het diafragma is het gearceerde gebied dat door de buis wordt gecreëerd. Het gebied van de schaduwrechthoek zal dus zijn:

S = 1,6 * 0,058 = 0,0928 m²

Het rendement van de middelste buis is 80%, de zonne-instraling voor Moskou is ongeveer 1170 kWh/m² in jaar. Eén buis produceert dus per jaar:

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

Opgemerkt moet worden dat dit een zeer ruwe schatting is. De hoeveelheid opgewekte energie is afhankelijk van de oriëntatie van de installatie, hoek, gemiddelde jaartemperatuur, etc.

Met allerlei alternatieve energiebronnen en manieren om ze te gebruiken, vindt u in het gepresenteerde artikel.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Video #1. Demonstratie van de werking van een zonnecollector in de winter:

Video #2. Vergelijking van verschillende modellen zonnecollectoren:

Gedurende haar hele bestaan ​​verbruikt de mensheid elk jaar meer en meer energie. Er worden al lange tijd pogingen ondernomen om gratis zonnestraling te gebruiken, maar pas sinds kort is het mogelijk geworden om de zon op onze breedtegraden effectief te gebruiken. Er bestaat geen twijfel dat zonne-energiesystemen de toekomst zijn.

Wilt u interessante functies melden bij het organiseren van zonneverwarming voor een landhuis of cottage? Schrijf opmerkingen in het onderstaande blok. Hier kunt u een vraag stellen, een foto achterlaten die het assemblageproces van het systeem demonstreert en nuttige informatie delen.