Solárne vykurovacie systémy: rozbor technológií zriadenia vykurovania na báze solárnych systémov

Otázka hľadania alternatívnych zdrojov tepla je stále aktuálnejšia. Prispievajú k tomu rastúce ceny plynu, uhlia, ropy. Veľmi perspektívnym smerom sú solárne vykurovacie systémy, ktoré dokážu efekt ívne vykurovať priestory mnoho rokov.

Rozmýšľate nad usporiadaním heliosystému, máte však pochybnosti a otázky? Pomôžeme vám zistiť, kedy je vhodné využiť energiu slnka na vykurovanie, a popíšeme možné varianty organizácie vykurovania. Okrem toho ponúkneme návody na výrobu domácich heliosystémov – plochého a rúrkového kolektora.

Energia slnka – alternatívny zdroj tepla

Myšlienka využivania slnečnej energie na vykurovanie nie je nová. Naviac, jej účelnosť dokázali Američania, Číňania, Španieli, Izraelčania a Japonci.

Trh je plný ponúk rôznych zariadení na transformáciu slnečnej energie a jej ďalšie využivanie pre domáce potreby.

Heliosystémy sa aktívne využívajú ako hlavný zdroj tepla v mnohých krajinách sveta. V našich zemepisných šírkach sa zatiaľ používa ako doplnok k vykurovaciemu systému.

Cena systémov závisí od ich typu, plochy, materiálu použit ého pri výrobe. Z roka na rok je badateľný trvalý trend poklesu cien všetkých typov solárnych zariadení – heliosystémov.

To ich robí dostupnejšími pre široké vrstvy obyvateľstva. Zatiaľ však nie každý záujemca je pripravený uskutočniť takýto nákup.

Avšak pri želaní je možné vybudovať efektívny solárny vykurovací systém svojpomocne, a to s podstatne nižšími nákladmi.

Bežný vykurovací systém, ktorý po mnoho rokov vynikajúco plnil svoje funkcie, je stále drahší. Príčinou je celosvetový nárast cien energetických zdrojov. Prirodzenou túžbou majiteľa je ušetriť na vykurovaní, ktoré pohlcuje značnú časť rodinného rozpočtu.

Takže solárny vykurovací systém môže plnohodnotne nahradiť bežný tuhopalivový, plynový alebo akýkoľvek iný. Všetko závisí od typu a veľkosti miestnosti, v ktorej sa bude používať.

Variant vhodný pre sýpku nebude vhodný pre obytný dom a systém, ktorý uspokojuje potreby chaty, si v žiadnom prípade neporadí s vykurovaním dvojposchodového kaštieľa.

Úplná náhrada tradičného vykurovania solárnym je niekedy problematická. Majiteľ sa obáva, že systém nemusí stačiť alebo fyzicky nie je miesta na montáž potrebného počtu panelov.

Preto sa často používa kombinovaný vykurovací systém bez úplného opustenia inštalovaného plynového (elektrického alebo iného) zariadenia. Úroveň nahradenia bežného vykurovania solárnym môže dosahovať 90 %.

Tiež dôležitý význam má ročný počet slnečných dní v lokalite, v ktorej sa dom nachádza. Navyše priemerná denná teplota nie je až taká podstatná. Mnohé zariadenia účinne absorbujú svetlo v zimných mrazivých dňoch (solárne kolektory, ktoré ako nosič tepla používajú nemrznúcu zmes).

Okrem vykurovania dokáže solárne zariadenie zabezpečiť domu teplú vodu a elektrickú energiu

Kde bude helioinštalácia najefekt ívnejšia

Pri otázke nahradenia vykurovania solárnym zariadením je potrebné zohľadniť množstvo faktorov ovplyvňujúcich jeho účinnosť.

Po prvé, je potrebné správne vybrať typ solárneho systému. Pri tejto otázke treba zohľadniť plochu miestnosti a jej určenie. Najčastejšie ide o súkromný dom, v ktorom žije rodina 4–5 osôb.

Po druhé, dôkladne vypočítať potreby tepla na základe maximálnej spotreby v chladnom období roka. Porovnať tieto čísla s množstvom vyrobenej energie 1 m² solárneho zariadenia. Zostáva vypočítať plochu solárnej konštrukcie, ktorá je schopná zvládnuť vykurovanie konkrétnej miestnosti.

Získaná hodnota sa stane hlavným faktorom pri určovaní miesta umiestnenia systému. Zvyčajne majitelia domácností uprednostňujú použitie strechy alebo steny domu. Zriedka používajú priľahlý pozemok alebo strechu garáže. Niekedy stavajú špeciálne stojany na montáž zariadenia.

Stavba špeciálnych stojanov na montáž solárnych systémov umožnuje ich maximalne pohodlné umiestnenie na priľahlom pozemku.

Je dôležité, aby nič nebránilo voľnému prenikaniu slnečných lúčov na povrch absorbujúci svetlo. Treba vybrať južnú, juhovychodnú alebo juhozápadnú stenu alebo časť strechy.

Po rozhodnutí, kde budú umiestnené solárne panely, je potrebné vykonať predbežnú prípravu obydlia:

• Uvoľniť priestor. Vyrúbať nadbytočné porasty, ak prekážajú.
• Posilniť strechu. Tu treba nezabudnúť na to, akú hmotnosť bude mať predpokladaná konštrukcia.
• Dodatočne zatepliť budovu. Veď je nezmyselné vykurovať ulicu.

Po tretie, je potrebné vyriešiť otázku: kúpiť alebo postaviť vykurovaí systém samostatne. Všetko závisí od finančných možností a ochoty strávit čas výrobou konštrukcie.

Ak si vyberiete druhú možnosť, musíte pochopiť princip fungovania potrebného systému, aby ste všetko správne zostavili.

Možné varianty usporiadania solárneho vykurovania

Varianty výstavby systému solárneho vykurovania úplne závisia od želaní vlastníka domácnosti:

• Použitie továrenských výrobkov. Nákup hotových kolektorov s vlastnou inštaláciou a montážou.
• Realizácia pilotného projektu. Je potrebný na overenie úinku používania systému na ďalšie presné výpočty.
• Samostatné vykonanie celého cyklu prác. Výpočet, projektovanie, stavba solárneho systému „od nuly“, jeho inštalácia.

Variant č. 1. Zahŕňa výber správneho miesta umiestnenia solárnych zariadení, pretože od toho bude závisieť efektívnosť ich používania. Na montáž budú potrebné aj špeciálne zručnosti.

Počet panelov nebude potrebné vypočítať – stačí vysloviť všetky svoje želania dodávateľskej firme zariadenia. Tiež bude potrebné odpovedať na upresňujúce otázky manažerov – všetko, výber optImálneho počtu panelov (kolektorov) prebehne bez akýchkoľvek komplikácií.

Na montáž solárneho zariadenia vlastnými rukami na streche je potrebné zabezpečiť podporu aspoň jedného pomočníka. Jeden človek takúto prácu nezvládne.

Variant č.2 – vybudovanie pilotného projektu. Bude optimálnym riešením pre váhajúcich ľudí. Veď konečné rozhodnutie o výmene vykurovacieho systému je ťažké okamžite prijať. Vybudovať slnečný kolektor (vzduchový alebo vodný) malej veľkosti a vyskúšať ho «v akcii» sa stane užitočnou skúsenosťou.

Po zhodnotení skutočných nákladov na výrobu, porovnaní ich s trhovou cenou podobných systémov a vypočítaní úspor z používania v domácnosti, bude jednoduché prijať zodpovedné rozhodnutie.

Variant č.3 – výber skutočných majstrov.

Pre plnohodnotné vykurovanie objektu bude potrebné vykonať obrovskú prácu:

• Vypočítať potrebnú plochu heliosystému.
• Určiť miesto budúcej montáže, spevniť ho.
• Dodatočne zatepliť obydlie.
• Zakúpiť všetky prvky na vybudovanie systému.
• Vybudovať slnečnú batériu.
• Inštalovať vybudovaný systém, orientujúc sa na základné požiadavky – uhol sklonu voči dopadu slnečných lúčov.

Vykonanie celého cyklu prác na zriadení systému nemožno nazvať ľahkou záležitosťou, ale proces je veľmi pútavý. Navyše umožňuje ušetriť pomerne slušnú sumu.

Pri výbere typu vykurovania využívajúceho slnečnú energiu je potrebné rozhodnúť, či sa bude používať aj na ohrev vody a výrobu elektriny (kliknite pre zväčšenie)

Typy zariadení na premenu slnečnej energie

V závislosti od princípu práce rozlišujeme dva typy zariadení pohlcujúcich slnečné svetlo:

• Batérie na fotovoltaických meničoch. Predstavujú systémy sériovo alebo paralelne zapojených polovodičových prvkov. Dodávajú prúd na napájanie domácich ohrievačov.
• Slnečné kolektory. Panely so systémom rúrok naplnených teplonosnou kvapalinou: vzduchom, nemrznúcou zmesou alebo vodou. Dodávajú slnkom ohriatu teplonosnú kvapalinu do vykurovacieho okruhu.

Pozrime sa na každý variant samostatne.

Solárne panely

Slnečná batéria premieňa pohltené svetlo na elektrickú energiu. Pozostáva z fotovoltických článkov (najčastejšie kremíkových), ktoré sú schopné zo slnečného žiarenia okamžite extrahovať jednosmerný elektrický prúd.

Takéto zariadenie možno použiť na zabezpečenie prevádzkyschopnosti elektrického vykurovacieho zariadenia. Je potrebné ho pripojiť k systému elektrického napájania obydlia.

Účinnosť premeny slnečného žiarenia týmto zariadením je od 5 % do 20 % v závislosti od typu zariadenia spracúvajúceho slnečné žiarenie. Výkon 1 m² solárneho panelu je 120 W.

Zostáva vypočítať, koľko štvorcových metrov plochy bude potrebných na pokrytie potrieb konkrétnej domácnosti, vzhľadom na veľkosť obydlia, individuálne potreby tepla a úroveň izolácie konštrukcií.

Solárne panely je najvhodnejšie umiestniť na strechu domu, pričom zvoľte jej južný svah.

Na vykurovanie je najefektívnejšie používať solárne panely v južných regiónoch. Ich hlavnou nevýhodou je zníženie účinnosti za súmraku a v zamračenom počasí, úplná absencia funkčnosti v noci.

Na výrobu solárneho panelu vlastnými rukami budete potrebovať najprv zostaviť rám, prispájkovať solárne články, potom všetko opatrne uložiť a použiť tmel.

Na výrobu rámu sa používajú drevené lišty, hliníkové uholníky. Všetko závisí od veľkosti montovanej konštrukcie a miesta jej inštalácie. Solárne články – kremíkové doštičky – sú najnákladnejšou časťou konštrukcie. Sú monokryštalické a polykryštalické. Prvé sú o niečo drahšie, ale ich výkon je o 5 % vyšší.

Vyrobiť ich samostatne nie je možné. Fotovoltaické meniče je lepšie zakúpiť s už prispájkovanými vodičmi.

Je potrebné ich umiestniť na základ z drevovláknitej dosky, potom upevniť v ráme, vyviesť vodiče z prvkov von a všetky otvory zalepiť tmelom. Nechať konštrukciu dobre vyschnúť a prikryť vrchnákom zo skla alebo priehľadného plastu.

Schémy montáže a spôsoby pripojenia solárnych batérií sú popísané v tomto článku.

Solárne kolektory

Kolektory majú zásadne odlišný spôsob premeny absorbovaného svetla. Základom ich činnosti je teplonosné médium prechádzajúce potrubím.

V závislosti od konštrukcie možno rozlíšiť tri základné typy kolektorov, ktoré sa najčastejšie používajú na stavbu solárneho vykurovacieho systému:

• Ploché. Tepelný prijímač – absorbér je vyrobený z plechu s načerneným vonkajším povrchom. Pri zahriatí odovzdáva energiu teplonosnému médiu vykurovacieho systému.
• Vákuové. Kolektorový systém vákuového typu je konštruovaný na princípe termosiek, vďaka čomu sa získané teplo od slnka udržiava takmer dvakrát lepšie.
• Koncentrátory. Zariadenie je vybavené konkávnym zrkadlovým prvkom s veľkou plochou povrchu, ktorý sústreďuje slnečné svetlo na malú plochu absorbéra.

Najrozšírenejšie domáce solárne zariadenia sú vybavené systémom rúrok usporiadaných ako paralelne zapojené prvky alebo hadovitý tvar. Rúrky sú naplnené buď technickou vodou, alebo zmesou vody s nemrznúcou kvapalinou alebo vzduchom.

Po vizualizácii hlavných častí solárneho zariadenia je ľahšie rozhodnúť, kde najlepšie umiestniť jednotlivé komponenty (+)

Vzduchová inštalácia môže byť použitá ako doplnkový zdroj vykurovania. Nie je schopná úplne zabezpečiť dom tepelne bez ohľadu na oblasť, v ktorej sa nachádza. Hlavnou črtou tohto typu solárneho systému je vzduch, ktorý slúži ako teplonosné médium.

Rúrkové systémy sa pomerne aktívne používajú na vykurovanie po celý rok. Nemrznúca zmes sa ohrieva slnečnými lúčmi, potom prechádza vnútornými teplovýmennými rúrkami a potom smeruje do zásobníka.

Pohyb kvapaliny stimuluje čerpadlo, vďaka ktorému sa presúva z nádrže do vykurovacieho systému. Ohriate teplonosné médium vytláča ochladenú časť kvapaliny, ktorá sa musí opäť vrátiť do kolektora a ohriať sa.

Princíp činnosti plochého slnečného systému je založený na prenikaní slnečného svetla do panela, kde sa nachádza tepelný absorbér. Ten sa zahrieva a vyžaruje teplo, ktoré sa prenáša na kvapalinu cirkulujúcu v kovových rúrkach (najčastejšie medených).

Čo môžete postaviť svojpomocne?

Solárny vykurovací systém využívajúci vzduchový kolektor je možné postaviť svojpomocne. Najlepšie je umiestniť ho na južnú stenu budovy.

Čím väčšia je plocha vykurovanej miestnosti, tým väčšiu plochu bude zaberať kolektor – možno celú stenu domu. Túto heliosústavu je možné postaviť aj na povale.

Pri inštalácii vzduchového vykurovacieho systému na povale je potrebné zabezpečiť, aby uniesol hmotnosť zariadenia (+)

Slnečný kolektor ohrievajúci vzduchovú masu – plní svoje vykurovacie funkcie vďaka prúdeniu vzduchu, ktoré prechádza vnútri systému. Teplonosné médium cirkuluje v okruhu, ochladzuje sa a opäť vstupuje do systému. Pohyb vzduchových prúdov môže prebiehať prirodzene alebo pomocou ventilátora.

Pokiaľ ide o materiály na výrobu vzduchového kolektora, možno použiť rôzne dostupné prostriedky. Neexistuje žiadne jednotné pravidlo.

Domáci majstri zdokonaľujú tento typ heliosústavy, ktorá sa montuje doma. Niekto sa snaží získať lacnejšiu variantu, pričom obetuje účinnosť, niekto naopak.

Po oboznámení sa so základnými prvkami vzduchového kolektora je ľahšie rozhodnúť o mieste jeho inštalácie – strecha alebo stena (+)

Pozrime sa na základné spôsoby.

Špecifiká inštalácie rúrkovej heliosystémy

Heliosústava rúrkového typu na vykurovanie môže byť použitá v rôznych regiónoch. Nie je závislá od vonkajšej teploty. Hlavné je, aby na zariadenie dopadalo maximálne množstvo slnečných lúčov.

Nemrznúca kvapalina používaná ako teplonosné médium nezamŕza pri nízkych teplotách. Počas jasných zimných dní množstvo slnečného svetla prevyšuje množstvo svetla, ktoré prichádza v lete.

Rúrkový slnečný kolektor pozostáva zo systému priehľadných vákuových trubíc, ktoré sú navzájom spojené. Obsahujú látku s nízkym bodom varu. Pri vare sa vyparuje, odovzdáva svoje teplo medenému hrotu a steká dole, kde sa všetko opakuje.

Vákuové trubice vyrobené z ohňovzdorného skla sú vnútri naplnené látkou schopnou vrieť pri nízkej teplote (+)

Vákuové trubice absorbujú až 90 % všetkého slnečného žiarenia (viditeľného a infračerveného). Slnečná energia premenená na tepelnú sa dostáva k teplonosnému médiu. To odovzdáva túto energiu ďalej v systéme – do tepelného výmenníka, ktorý sa nachádza v špeciálnom akumulačnom zásobníku.

Pohyb teplonosného média a vody vo vykurovacom systéme zabezpečujú čerpadlá. Dôležité je, aby mal zásobník dobrú tepelnú izoláciu. Tepelné výmenníky sú spravidla dva: jeden je pripojený k prídavnému ohrievaču, druhý ku kolektorom.

V domoch s týmto typom solárnych zariadení je výhodné dodatočne pripojiť systém podlahového vykurovania. To umožňuje efektívnejšie vykurovať budovu.

Čo sa týka montáže rúrkových kolektorov, je možné ich nainštalovať svojpomocne. Jediné, čo treba zohľadniť, je pracovný uhol sklonu – musí byť aspoň 20°.

Rúrkový slnečný kolektor sa umiestňuje na strechu, pričom sa volí najslnečnejší smer. Je dôležité, aby v blízkosti neboli výškové budovy, ktoré by bránili voľnému prenikaniu slnečného svetla

Postaviť vákuové zariadenie svojpomocne nie je možné – vyrobiť vákuové trubice v domácich podmienkach sa nedá. Toto vykonávajú továrne, ktoré sa špecializujú na výrobu vákuových solárnych systémov.

Plochá solárna inštalácia

Často sa na vykurovanie používa plochý solárny kolektor.

Na jeho zostrojenie budú potrebné:

• kovový rám;
• pevné dno;
• vrstva tepelnej izolácie;
• vrstva čierneho absorbéra slnečného žiarenia (absorbér);
• priehľadný kryt – plast, sklo;
• trubice pre kvapalinu (meď, hliník).

Konštrukciu je potrebné vybaviť vstupným a výstupným hrdlom a čerpadlom na efektívnu cirkuláciu kvapaliny.

Ploché solárne zariadenie je možné zostaviť svojpomocne. Na to sa často používajú improvizované prostriedky, pričom sa vyberajú lacnejšie materiály ako alternatíva (+)

Plochý kolektor je možné inštalovať pod akýmkoľvek uhlom, povinnou podmienkou je čistenie od snehu a prachu. Je obzvlášť vhodný pre teplé podnebie.

V chladnom období sa pozoruje nízka výkonnosť a vysoké straty tepla. To spochybňuje používanie iba tohto jedného solárneho systému na plnohodnotné vykurovanie. Optimálne bude používať ploché solárne zariadenie spolu s plynovým, elektrickým alebo tuhým palivovým vykurovaním.

Odporúčame oboznámiť sa s článkami o domácej montáži solárnych vykurovacích systémov:

1. Ako vyrobiť slnečný kolektor na kúrenie vlastnými rukami – podrobný návod
2. Ako si svojpomocne vyrobiť solárny panel: spôsoby montáže a inštalácie solárneho panelu

Ešte raz o účelnosti

Používať na vykurovanie namiesto bežných energetických zdrojov energiu slnka je výhodné. V závislosti od zvoleného typu solárneho systému môže úspora na spotrebe plateného tepla dosahovať až 100%.

Variant úplnej výmeny vykurovacieho systému – použitie kolektorov s vákuovými trubicami. Ide o pomerne nákladný projekt v počiatočnej fáze. V budúcnosti môže zaručiť úplnú energetickú nezávislosť, pričom sa splatí za 6 – 8 rokov.

Vynaliezavosť domácich majstrov nepozná hranice – ako labyrint na cirkuláciu kvapaliny vo vnútri kolektora možno použiť bežnú hadicu.

Životnosť heliosústav je až 25 rokov. Vyžadujú minimálnu údržbu – pravidelné čistenie povrchov od snehu, prachu, odpadu. Čo sa týka opráv, tie si môžete vykonať svojpomocne. Podstatná nevýhoda – ploché kolektory a solárne batérie sa „obávajú“ hurikánov.

Takéto vykurovanie je bezpečné pre obyvateľov domu a životné prostredie. Je úplne bezplatné a nezávisí od kurzu mien, cien energií.

Závery a užitočné video k téme

Video ukáže proces vlastnoručnej výroby solárnej batérie:

Názorná pomôcka na stavbu vzduchového vykurovacieho systému:

Technológia výroby plochej solárnej inštalácie vlastnými rukami:

Heliosústavy alebo solárne vykurovacie systémy sa dobre osvedčili na celom svete. Umožňujú získavať teplo zadarmo, čím znižujú výdavky na platby za vykurovanie až o 30%.

Je možná úplná náhrada energetických zdrojov slnečnou energiou vo vlastnom vykurovacom systéme. Ďalšou podstatnou výhodou je, že heliosústavu si môžete zostaviť svojpomocne.

Máte praktické zručnosti v montáži alebo prevádzke solárnych vykurovacích systémov? Podeľte sa o nadobudnuté vedomosti, kladajte otázky k téme a zapájajte sa do diskusií. Formulár pre komentáre sa nachádza nižšie.