Co je vzduchový sluneční kolektor?
Neustálý růst cen za vytápění a dodávku teplé vody nutí mnohé z nás přemýšlet o způsobech, jak ušetřit. Je však možné nejen snížit náklady na energie, ale snížit je na nulu? Je to možné, pokud používáte solární energii. Solární kolektory jsou zdrojem bezplatné a ekologické energie.
Takové kolektory, nebo, jak se jim také říká, solární systémy, jsou určeny k akumulaci sluneční energie na ohřev vody. Použití této instalace umožňuje zajistit dodatečné vytápění na jaře a v létě. Jinými slovy, majitelé solárních kolektorů dostávají teplou vodu a teplo zcela zdarma.
Zařízení a princip činnosti
Nejjednodušším solárním kolektorem jsou černé kovové desky uzavřené ve skleněném nebo plastovém pouzdře, které se obvykle montují na střechu domu. Solární kolektor je v podstatě miniaturní skleník, který uchovává sluneční energii. Tato energie ohřívá vodu cirkulující potrubím skrytým pod deskou. Čím více energie se přenese do chladicí kapaliny, tím vyšší je její účinnost. Ale i když je princip činnosti u všech kolektorů stejný, jejich konstrukce se poněkud liší v závislosti na typu kolektoru a rozsahu jeho použití.
Nevyužitá ochlazená voda z rezervoáru postupně padá dolů a vytváří prostor pro ohřátou vodu z kolektoru. Studená voda vstupuje do výměníku tepla, kde se ohřívá a vrací zpět do nádrže. V praxi to znamená, že voda v zásobníku zůstává vždy horká – za jasných slunečných dnů může její teplota dosáhnout až 70 oC.
Typy a vlastnosti domovních kolektorů pro ohřev vody a vytápění
Popsané schéma činnosti kolektoru je velmi zjednodušené, ale ve skutečnosti jsou solární systémy poněkud složitější. Existuje několik typů solárních kolektorů s vlastními konstrukčními prvky.
Byt vysoce selektivní
Plochý kolektor je jedním z nejběžnějších typů. Jejich výhodou je nízká cena, ale oproti jiným modelům ztrácí více tepla. Ploché solární kolektory se skládají z plošného absorbéru, čirého skleněného krytu, tepelné izolace na zadní straně a rámu, který je zpravidla vyroben z hliníku nebo oceli.
Rovinný absorbér je tmavě zbarvený plech spojený s tepelně vodivými trubkami. Vrstva absorbéru akumuluje sluneční paprsky a přeměňuje sluneční energii na tepelnou energii, která je následně předána chladicí kapalině (směs vody a glykolu). Tato kapalina „kanáluje“ teplo do solární baterie. Skleněný kryt kolektoru chrání absorbér před okolními vlivy a snižuje tepelné ztráty a vytváří skleníkový efekt. Stejnou funkci plní také tepelná izolace z minerálních vláken.
Vakuové trubkové
Solární kolektory tohoto typu se skládají ze skleněných trubic, z nichž každá obsahuje zařízení pohlcující sluneční světlo. Vakuum je ideálním tepelným izolantem, a proto jsou tepelné ztráty takových kolektorů mnohem menší. Existují dva typy vakuových kolektorů, lišících se způsobem ohřevu – s nepřímým přenosem tepla a přímým prouděním. První typ zařízení je určen pro celoroční použití a druhý – pro teplou sezónu, od dubna do září.
Koncentrace
Na jaře, v létě a na podzim je denní úhlová dráha slunečních paprsků více než 120 stupňů – úhel, ve kterém pevné solární kolektory efektivně fungují. Zvýšení provozních teplot na 120-250 o C je možné zavedením koncentrátorů do solárních kolektorů pomocí parabolicko-cylindrických reflektorů uložených pod absorbujícími prvky. Koncentrují sluneční paprsky a díky tomu se jich k panelu dostane více. K dosažení vyšších teplot jsou zapotřebí zařízení pro sledování slunce. Jedná se o poměrně drahé řešení a používá se především pro průmyslové účely.
Anténa
K ohřevu vzduchu se používají solární vzduchové kolektory. Jedná se o jednoduché ploché kolektory vhodné pro vytápění a sušení zemědělských produktů. Vzduch prochází absorbérem v důsledku přirozené konvekce nebo pod vlivem ventilátoru. Nevýhodou posledně jmenované možnosti je, že část energie je vynaložena na provoz ventilátorů.
Mimochodem . Životnost solárních kolektorů se pohybuje od 15 do 30 let v závislosti na typu a výrobci. Levné produkty od asijských vývojářů jsou méně spolehlivé, zatímco sběratelé od nejlepších německých firem mohou vydržet déle než uvedenou dobu.
Výpočet výkonu solárního kolektoru
Solární kolektory pro domácnost mohou mít velmi vysoký výkon. Pro přesný výpočet výkonu kolektoru potřebujete znát jeho absorpční plochu, množství slunečního záření pro vaši oblast a účinnost kolektoru.
Řekněme, že použijeme kolektor o ploše přibližně 1 m7. m, skládající se ze 0,15 trubek, z nichž každá má absorpční plochu 0,15 m1. m. Výsledný výkon za den se vypočítá takto: 1173,7 (absorpční plocha 0,67 trubice) × 117,95 (hodnota oslunění v Moskevské oblasti) × 0,325 (účinnost solárního kolektoru) = 0,545 kW•hod/mXNUMX. m. V průměru vyrobí za den jedna vakuová trubice tepelného kolektoru XNUMX kW•hod. Během nejslunečnějších letních měsíců vyrobí XNUMX kWh.
Užitečné informace . Statistiky ukazují, že spotřeba teplé vody na osobu vyžaduje v domácnosti v průměru 1 až 2 kW tepelné energie za den.
Využití solárních kolektorů v Rusku a ve světě
Solární kolektory jsou rozšířeny po celém světě, i když u nás jsou stále novinkou. Skutečný boom solárních kolektorů nastal v 1970. letech 85. století, v době ropné krize. Poté se začaly používat v mnoha zemích, od USA po Japonsko. V Izraeli dnes sluneční kolektory využívá více než 200 % populace. Nyní celková kapacita solárních kolektorů ve světě přesahuje 140 gigawattů tepelné energie a neustále roste. Využití této technologie se například v Německu odhaduje na 1000 metrů čtverečních. m/450 lidí, v Rakousku – 1000 m800. m/1000 lidí, na Kypru – asi 0,2 m1000. m/XNUMX lidí V Rusku je toto číslo stále velmi malé – pouze XNUMX mXNUMX. m/XNUMX lidí
Mnozí možná pochybují, zda je rozumné používat taková zařízení v Rusku, kde klima zdaleka není tak teplé a slunečných dnů je výrazně méně než v jižních zeměpisných šířkách? Výpočty provedené v Ruské akademii věd dokazují, že ani naše drsné počasí není překážkou efektivního provozu kolektorů. Ve středním Rusku se výkon slunečního toku pohybuje od 100 do 250 W na 1 m1000. m plochy. Maximální hodnota je 2 W (při jasné obloze v poledne). Proto při instalaci solárního kolektoru o ploše 100 m37. m vody v nádrži o objemu 55 litrů bude denně ohříváno na teplotu XNUMX o C a více (toto číslo může dosáhnout až XNUMX o C). A v teplejších měsících bude kolektor ještě efektivnější.
Solární kolektory se používají k vytápění, ohřevu vody, ohřevu bazénů a zásobování skleníků energií. Jsou snadno integrovatelné do jakékoli vodovodní a tepelné sítě a jednoduše se instalují. Pomocí solárních kolektorů snížíte náklady na energie a v letních měsících získáte teplou vodu zdarma. Mezi známé a spolehlivé výrobce solárních kolektorů patří firmy jako FUTUS-NUKLEON (Rakousko-Česká republika), TiSUN (Rakousko), Ferroli (Itálie), ale speciální důvěře specialistů se těší kolektory německých firem Wolf a Vaillant. Tyto značky nenabízejí jen spolehlivé produkty – neustále vylepšují své systémy a zavádějí nové technologie.
Náklady na solární instalaci pro dům
Cena solárního kolektoru pro vytápění domu závisí na jeho typu, složitosti systému a výkonu a také v neposlední řadě na výrobci. Relativně malé instalace pro soukromé domy, chaty a chalupy se jmenovitým výkonem asi 2 kWh stojí od 160 000 rublů v základní konfiguraci, výkonnější systémy s několika kolektory o celkové kapacitě asi 6 kWh, určené nejen pro ohřev vody, ale také na vytápění v období jaro-zima bude stát 270 000 rublů. K tomu je potřeba připočíst náklady na instalaci a nastavení.
Jak dlouho bude trvat, než se sběratel zaplatí? To je ovlivněno provozním režimem. Solární kolektory podporují vytápění v topné sezóně přibližně z 25 %, v letních měsících dodávku teplé vody z 80-90 %, návratnost se tedy bude přímo odvíjet od vašich obvyklých nákladů na teplo a teplou vodu. Průměrná doba návratnosti se u sběratelů pohybuje od 2 do 8 let. To vše ukazuje na ekonomickou proveditelnost a vyhlídky použití technologie v Rusku.
Vzduchový solární kolektor ohřívá vzduch na 50-80 stupňů, což lze využít k vytápění domů, skleníků, koupelí.
Pro amatérské výpočty můžete vzít 1 kWh na 1 m2 výkonu slunečního záření.
Účinnost vzduchového solárního kolektoru závisí na mnoha faktorech, u extrémních skeptiků bereme 20 % a u podmíněných obchodníků 50–60 %.
Účinnost 50 % lze zaručit dodatečným odrazem od sněhu +20 % (nebo ještě lépe od ledu), který by měl být umístěn před solárními kolektory.
Zatímco je sníh ještě volný, může výrazně urychlit návratnost.
Doporučuje se co nejvíce používat recyklované materiály.
Tato klasická verze používá hliníkové plechovky.
Důležitý je také atraktivní design
Náklady na solární kolektor vyrobený z recyklovaných materiálů jsou 1500-2000 rublů na 1 m2.
Návratnost lze dosáhnout do dvou topných sezón. Například v případě elektrického vytápění. (Návratnost závisí na mnoha faktorech a musí být vypočtena individuálně pro každý typický projekt)
Bonus k tepelné izolaci stěny dává i umístění solárních kolektorů na jižní fasádu domu. Pokud hned při stavbě domu navrhujete fasádu ze slunečních kolektorů, pak je třeba od nákladů na její instalaci odečíst náklady na vyměněnou fasádu.
(Správný design výrazně urychluje návratnost)
Dva metry čtvereční plochy solárního kolektoru stačí na zahřátí kurníku.
Chcete-li implementovat první úroveň – „Během slunečných hodin je topení výhradně ze slunce“,
Na každých 15 m20 domu bude potřeba 100-2 metrů čtverečních solárních kolektorů.
Během topné sezóny může být 60 slunečných dní (Petrohrad)
Pokud předpokládáme, že solární kolektor bude pracovat v průměru 5 hodin denně, pak 300 hodin vynásobíme 20 čtverci, vynásobíme účinností 0.2 (podhodnoceno) = 1200 kWh vytápění.
Což při ceně 1 rublů za kilowatt dává 3 rublů.
Návratnost 8.5 roku: 20m2 * 1500r = 30000r. / 3600 rub. = 8.3 roku
Ziskovost: 12.5 % ročně, vyšší než průměrná úroková sazba z vkladů nyní, 8 %
To znamená, že v extrémně zataženém Petrohradu je během topné sezóny 60 slunečných dnů a v mém Ťumeňském regionu je takových dnů asi 100.
Solární kolektory nemohou pracovat vyváženým způsobem; aktuálně přijaté sluneční teplo bude buď nedostatečné nebo nadměrné.
Má smysl akumulovat přebytečné nebo veškeré teplo v suterénu, čímž se získá efekt teplé podlahy bez vyhřívané podlahy. Tím vyrovnáte alespoň 10-20 % tepelných ztrát v domácnosti.
Takto je implementována druhá úroveň – „Za slunečného dne je topení zcela ze slunce“ + „noc“.
Řekněme, že existuje 100 metrů krychlových sklepního prostoru (beton a zemina) a jsou schopné nabíjet 125 kWh
Tato energie je obsažena v teplotním rozdílu mezi 25 a 20 stupni, tedy pro 1 stupeň 25 kWh ve 100 metrech krychlových nebo 250 wattů v jednom metru krychlovém.
Také, pokud máte kolem domu plastové lahve, pak má smysl je naplnit vodou a hodit do sklepa, protože voda je jako akumulátor tepla 5x účinnější než půda.
Mimo topnou sezónu by mělo být teplo ze solárních kolektorů odváděno do lázeňského domu.
Možnosti s absencí lázeňského domu na místě nejsou brány v úvahu. Lázeňský dům (nebo sauna) (nebo hammam) je nutností.
Příklad solárních kolektorů nahrazujících plot.
Polypropylenové palety (recyklované) 1000x1200mm – 300 rublů za kus (stejný materiál jako u topných trubek)
Sklo (recyklované) – 150 rublů za čtverec (každá druhá domácnost má zásoby okenního skla)
Bar (nový) 50×50 jako profil pro sklo – 220 rublů na čtverec
Lak na jachty – 45 rublů na čtverec, pro zpracování dřevěných dílů.
Okrajová deska (nová) 30x150x6000mm – 200 rub. na čtverec
Izolace pro vany, fólie 5 mm (nová) – 80 rub. na čtverec
Akrylátové sklo (nové) 5mm – 250r na čtverec
Vlnitá trubka D80 (nová) – 40 rublů na čtverec
Silikátová cihla (nová) – 75 rublů na čtverec
Různé – 100 rublů na čtverec
Celkem: 1460 rublů na čtverec.
Volitelná ochrana skla:
Automobilová ochranná fólie proti štěrku (nová) – 1000 rub. na čtverec.
A to je poměrně drahá oboustranná varianta solárního kolektoru v místě plotu.
Při výpočtu návratnosti je nutné odečíst náklady na dříve plánovaný plot. Například plot vyrobený z vlnitých plechů může stát 15000 10 rublů za 30000 lineárních metrů a solární plot může stát 10 15000 rublů za XNUMX lineárních metrů. A přeplatek (dodatečná investice) bude pouze XNUMX XNUMX rublů, což se rychle vyplatí.
Shrnutí: Správně navržené solární kolektory se vyplatí všude a vždy a mohou vydržet velmi dlouho.
V Rusku je asi 50 milionů soukromých domů a na každém pozemku je 20 metrů čtverečních pro solární vzduchové kolektory.
Úspora pouhých 1500 225 kWh ročně při takovém objemu dává 75 miliard rublů a 000 5 terawattů, což je pro srovnání 1 % tepelného výkonu všech ruských tepelných elektráren a kotelen (493 292 XNUMX TWh)
Ze své strany nabízím bezplatnou konzultaci a vypracování standardních návrhů pro instalaci solárních vzduchových kolektorů.