Това количество енергия - за съжаление - не покрива в достатъчна степен потребността от топлина дори на много енергийно ефективна къща и досега не сме в състояние да натрупаме достатъчен енергиен резерв за зимата по икономически ефективен начин през лятото.
Въпреки това можем успешно да използваме слънчевата енергия за нагряване на вода, въпреки че тук няма да се справим без топлинен акумулатор. Не винаги е склонен да блести, когато просто искаме баня.
Проблемът с излишната гореща вода
Очевидно главата не ни боли главата в края на краищата, ние искаме колкото се може повече гореща вода „безплатно“ и не мислим за факта, че нейният излишък може да ни създаде неприятности.
Междувременно оптимизирането на слънчева инсталация за съжаление не е проста задача. Първо, защото в месеците, когато имаме най-много слънце, т.е. от края на юни до началото на септември, ваканциите падат. Тогава броят на обитателите на нашата моделна къща спада от четири на два, а може би дори до нула.
Поради липсата на консумация на топла вода, изобилието от слънчева светлина се превръща в недостатък и изисква инсталацията да бъде защитена от прегряване. Този проблем разбира се може да бъде решен, макар за съжаление понякога на значителни разходи.
Това може да бъде система, при която гликолът се изтласква от колекторната система от пари от прегрята течност, или използването на вакуумни колектори с топлинни тръби, или накрая най-евтината инвестиция - използването на автоматизация, която излива излишната топла вода в канализационната система.
Последният метод за съжаление е най-скъпият за експлоатация, тъй като изхвърлянето на чиста вода и канализация струва все повече и повече. Пренебрегваме етичния аспект на такова решение - наливането на топла питейна вода в канализационната система.
Решението на проблема с излишната топлина, произведена от слънчевата инсталация през лятото, често предложено от монтажниците, е нагряването на водата в басейна (ако, разбира се, имаме само нея, което все още не е често срещано).
На пръв поглед това е добро решение, но защо да затопляте водата в басейн, където никой не се къпе.
Както можете да видите от горните съображения, правилният подбор на колектори не е лесен въпрос и затова си струва да му обърнете малко внимание.
Оптимални колектори
Ако използваме климатичните данни за инсолацията, например в Мазовия, ще се окаже, че най-много слънчева енергия през годината пада върху равнина, наклонена на юг под ъгъл 30 °. Изборът на такъв наклон на колектора обаче би бил грешка. В това положение те дават най-много топлина през ваканционните месеци, когато най-малко ни е необходима.
Наклонът на колектора под ъгъл от 60 ° е много по-изгоден. Дава най-много енергия през есента, зимата и пролетта. Ако площта на колекторите, наклонена под ъгъл от 60 °, беше избрана да покрие 100% от потребността от топлина за отопление на водата през април, щяхме да покрием средно 85% от това търсене през март и септември, 57% през февруари и октомври и през трите най-студени и най-тъмните месеца на годината. - до 27%.
Разбира се, проблемът остава, какво да правим с празничната липса на консумация на топла вода, но тя е по-малка, отколкото с по-малки ъгли на наклон на колектора.
Колекторът с наклон 60 ° покрива цели 70% от годишното търсене на топла вода. Постигането на такъв резултат е възможно при условие, че се използват вакуумни колектори с топлинни тръби. Такива колектори обаче са много по-скъпи от плоските колектори.
Ако обаче вземем предвид, че в цялата слънчева инсталация цената на колектора е само 30% от общите разходи, тогава дори двойната му цена увеличава разходите за монтаж само с 25%. Като се вземе предвид увеличението на ефективността на системата с 25-30% в периода от октомври до март (средно 15% годишно) и 20-годишният живот на колектора, капиталовите разходи за отопление на топла вода ще бъдат подобни на тези на плоските колектори.
В същото време тези колектори решават проблеми с прегряване на водата. При избора на вакуумни колектори обаче трябва да се вземе предвид високият риск от ниското им качество. Без надеждни гаранции тяхното използване може да ни изложи на загуби.
Колектори за отопление на къщата
Слънчевите колектори след подходяща модификация на инсталацията също могат да поддържат отоплението на сградата. Използването на слънчеви колектори за такава цел обаче все още не е икономически разумно, но много хора третират това решение като вид сигурност за бъдещето. Осъзнавайки, че енергията ще бъде по-скъпа, те се надяват, че използването на слънчеви колектори ще намали нейното потребление.
Засега обаче в нашата част на Европа не става въпрос за ефективни и икономически рационални инсталации със слънчеви колектори, които да отопляват къщата през целия отоплителен сезон. Основната бариера е, че когато навън е най-студено и най-много се нуждаем от отопление, количеството слънчева енергия, което можем да използваме, е много малко.
Често се случва инсталацията да не работи изобщо 2-3 месеца в годината, независимо от вида на използваните колектори. Решение на този проблем би било да се съхранява енергията, произведена през лятото и есента, за да се използва по време на отоплителния сезон. Това би изисквало използването на огромни буферни резервоари, пълни с вода, чийто капацитет би бил малко по-малък от цялата къща. Следователно това е скъпо решение, характеризиращо се с ниска ефективност и невъзможност за "изграждане" на резервоара вътре в къщата.
От години се работи за производство на приемливи по размер резервоари, пълни с материал, различен от вода, чийто топлинен капацитет би бил съпоставим с този на огромен резервоар за вода. Засега не става въпрос за използване на слънчеви колектори за приготвяне на топла вода или отопление на къщата, а само за подпомагане на тези процеси.
Проектиране на слънчева инсталация
За подпомагане подготовката на топла вода инсталацията е избрана по такъв начин, че да покрива около 50-60% от годишните енергийни нужди за тази цел. При смесена инсталация, поддържаща подготовката на топла вода и отоплението на дома, това би било около 20-25% от годишните нужди. Понякога има инсталации, при които инвеститорът има за цел допълнително да увеличи покритието на годишните енергийни нужди от слънчеви колектори. Увеличаването на броя на колекторите обаче причинява само леко увеличение на количеството енергия, получено през отоплителния сезон, и в същото време голям излишък на енергия през лятото. Това е полезно само в инсталации, където лятото се използва излишна топлина за отопление на басейна.
Изграждане на колектори за подпомагане на отоплението с топла вода
Слънчевите колектори използват парниковия ефект и свойствата на стъклото. Телата с висока температура (включително Слънцето) излъчват топлина, използвайки къси вълни. И тъй като стъклото предава много добре късо вълнова радиация (стъкло в висококачествени колектори - 91-96%), и много малко - дълговълнова радиация, топлинната енергия от слънцето лесно достига до вътрешността на колектора, което кара абсорбиращия лист да се нагрява. Абсорберът предава топлина към водния гликолов разтвор. Начинът, по който колекторът получава топлина, зависи от неговия тип. На пазара има две групи колектори - плоски и вакуум-тръбни.
Плоски колектори - те са изработени от ламарина, покрита с материал, който абсорбира добре слънчевата радиация, към която са прикрепени тръби, пълни с воден гликолов разтвор. Абсорбиращият лист се поставя в кутия от алуминий или пластмаса. В долната част, между корпуса и абсорбера, има слой топлоизолация, обикновено минерална вата. В горната част колекторът е покрит със защитно стъкло.
Предимствата на плоския колектор са по-ниска цена, лесен монтаж и висока ефективност през лятото (това е така, защото плоският колектор има един панелен слой, който задържа само част от слънчевата радиация).
Недостатъкът е по-ниската ефективност през зимата, когато външната температура е ниска и топлинните загуби от колектора са от голямо значение (голям алуминиев и стъклен корпус ефективно пренася топлината в околната среда).
Плоските колектори обикновено са по-малко ефективни през годината от тръбните колектори. Това обаче се отнася за сравняване на два колектора с еднаква повърхност. Тъй като плоските колектори, които се предлагат на пазара, обикновено имат поне два пъти по-голяма площ от типичния тръбен колектор и цената на такъв комплект е по-ниска, покупката на плосък колектор обикновено е по-изгодна от тръбния колектор. Струва си да се обмисли използването на тръбни колектори, когато на покрива има малко място.
Вакуумни тръбни колектори - в момента на пазара има два вида тези колектори: с директен поток и с топлопровод.
- С директен поток. Такъв колектор се състои от няколко или десетина тръби с малък диаметър (8-10 мм), оформени в буквата U. Всяка "U-тръба" е поставена в алуминиева секция, върху която се плъзга стъклена тръба, направена от два плътно свързани слоя, между има вакуум. Под тръбите има огледало.
Предимството на този тип колектори е ниската топлинна загуба през зимата и ефективната експлоатация също при неблагоприятна ориентация на покрива. Недостатъци - висока цена, по-ниска ефективност през лятото и чувствителност към дългосрочна липса на прием на топлина.
- Топлопровод. В колектори от този тип вътре в стъклените тръби има една тръба с течност, вряща при ниска температура вътре. Слънчевата радиация загрява течността, която се изпарява от дъното на тръбата и кондензира в горната част - връщайки топлината обратно на циркулиращия в инсталацията фактор.
Предимствата и недостатъците на топлопроводните колектори са същите като тези с директен поток. Освен това те могат да се сглобяват на етапи: първо рамките, а след това и монтажа на колекторните тръби. Те също имат частична гликолова защита срещу твърде висока температура. Допълнителен недостатък е ниското качество на някои колектори на пазара.
Предимства от използването на колектори
Предполагаме, че нашата моделна къща се обитава от 4 души, които използват 35 литра гореща вода дневно при 55 ° C. Това означава дневна консумация на вода от 140 л, за която ще подберем колектори и капацитет на резервоара.
Ако приемем 1,5 м2 абсорбатор за всеки 50 литра консумирана вода на ден, това ни дава 140: 50 × 1,5 = 4,2 м2. Приехме два плоски колектора с площ от 2,33 м2 всеки. За да постигнем подходящата ефективност на инсталацията, избрахме резервоар с вместимост около 300 л (два пъти по-голям от дневния разход на вода).
Можем да считаме избора за правилен, тъй като въз основа на симулацията сме проверили, че той ще покрие около 52,1% от годишните нужди от енергия за отопление на вода.
- Инвестиционни разходи. Повечето производители предлагат основни комплекти със слънчеви колектори, предназначени за еднофамилни къщи, като пълни пакети. Цената на пакета е приблизително: 8 000-12 000 (значителни разлики в цената са резултат от голямо разнообразие от видове и качество на компонентите).
Като се има предвид използването на слънчеви колектори като продължение на конвенционална инсталация с кондензационен котел, трябва да извадим от цената на пакета цената на стандартен резервоар от 150 l, който би се използвал в инсталация с кондензен котел. В зависимост от производителя и технологията трябва да извадим около 2000-2500, тогава цената на пакет със слънчеви колектори е 6000-10000 плюс труд (1500-2000). Общо ще бъде от 7500 до 12000.
Теоретично би могло да се каже, че използването на слънчеви колектори спестява около 52% от енергията, необходима за нагряване на водата, т.е.в нашата къща-модел - около 143 м3 газ. Когато се умножи по цената на газа (2,3 / m3), можем да определим годишните икономии на газ. Този метод обаче е много податлив на грешки.
Въз основа на резултатите от предишните части на цикъла, можем да направим по-точни изчисления, като анализираме общите разходи за отопление на къщата и приготвяме топла вода за отделни варианти на къщата. В таблицата е представено сравнение на експлоатационните разходи на самия кондензен котел и котела, който си сътрудничи с колектори.
Използването на слънчеви колектори със сигурност е от полза. При сегашните цени и тарифна политика обаче не винаги това е печелившо решение.
Разходи за топла вода от колектори
Ако приемем, че консумацията на топла вода на глава от населението е 35 л / ден, в нашата къща се нуждаем от приблизително 2665 кВтч енергия, за да я отопляваме годишно. Ако приемем, че използваме най-скъпия източник, т.е. електроенергия (0,52 на 1 kWh), той е:
2665 kWh / година × 0,52 (PLN / kWh) = 1386 (PLN / година).
От тази сума можем да спестим 52% в инсталации с плоски колектори, т.е. 1386 × 0,52 = 721.
Като извадим от тази сума разходите за електроенергия за задвижване на циркулационните помпи на слънчевата система (около 50 / годишно) и годишните разходи за поддръжка на инсталацията от 80 / годишно, имаме 591 годишни икономии. Всъщност тези ползи ще бъдат още по-малки, тъй като топлинните загуби на самия резервоар, в зависимост от качеството на изолацията, са от 30 до 60 kWh на месец, което ще увеличи разходите за отопление на водата през зимните месеци (през лятото така или иначе имаме излишък от безплатна слънчева енергия)
Цената на слънчева инсталация е средно 10 000, включително 20% нетна субсидия от Националния фонд за опазване на околната среда (брутната субсидия е 45% от разходите, върху които плащаме данък върху доходите и банкови разходи). Тази сума, внесена в банков депозит от 5,5%, ни дава 546 лихви, което е почти същото като спестяванията, без технически риск (възможни разходи за неизправност).
Получаваме подобен неблагоприятен резултат, когато анализираме времето на изплащане от 10 000: 546 / година = 18,3 години. Можете да видите, че разходите се изплащат в период, близък до живота на инсталацията.
Също така разходите за 1 kWh топлина от колектора са сравними с разходите за електричество: (10 000 + 20 години × (50 / година + 80 / година)) :: (20 години x 2 500 kWh / година × 0,52 / kWh) = 0,48 / kWh.
Ако вземем предвид риска от повреда в 20-годишния период на експлоатация, тези разходи вероятно ще бъдат дори по-високи.
Спестяване на вода Има
и други начини за намаляване на консумацията на енергия за отопление на вода. Това е намаляване на консумацията на вода чрез инвестиране в енергоспестяващи фитинги. Тук инвестиция от 2000 (за безконтактни фитинги за умивалник, пестящ вода душ и високоефективни аератори) позволява да се намали консумацията на топла вода с поне 60%. По този начин пестим годишно от енергия: 2655 kWh × 0,6 × 0,52 / kWh = 828, но също така и от разходите за заустване на вода и канализация (приблизително 700). Това дава сензационно време за изплащане от 2000: 1528 = 1,3 години.
Между другото, тук наблюдаваме държавна намеса, предотвратяваща разпространението на решения, рационализиращи потреблението на енергия. Наредбата за енергийното сертифициране на сградите е написана по такъв начин, че инсталирането на водоспестяващи фитинги, противно на фактите, не подобрява енергийните показатели.
Всичко това води до извода, че досега решението за инсталиране на слънчеви колектори в къщата се дължи на маркетингови дейности, а не на икономически причини.
Разходи за слънчева инсталация и субсидии
Високите разходи за слънчеви колектори на полския пазар са до голяма степен породени от политиката за подкрепа на тези инвестиции от Националния фонд. Първите системи, подпомагащи финансирането на слънчеви инсталации за колективни получатели, предизвикаха радикално увеличение на цените на колекторите.
Това се получава директно от метода за финансиране на инвестицията. Националният фонд финансира определен процент от разходите. Резултатът е, че ако искаме да получим най-голямата субсидия, трябва да увеличим разходите. Неефективен опит за намаляване на този ефект е въвеждането от Националния фонд за опазване на околната среда на граничните разходи за монтаж на ниво 2500 / m2 на колектора. Това доведе до определяне на цените на ниво, постигнато в Европа от PV-T хибридни колектори, които произвеждат електричество и топлина. Теоретично е възможна алтернативна политика в подкрепа на инсталирането на слънчеви колектори. Би било достатъчно да се зададе постоянно ниво на поддръжка, например на ниво 1000 / m2 колектор, разбира се с високи изисквания за качество и ефективност.
Тогава оптимизацията на субсидията, от гледна точка на клиента, би се състои в намирането на най-евтината оферта, която отговаря на изискванията за качество, т.е. минимизиране на собствения принос.
Тъй като днес, освен системата за поддръжка на NFOŚ, можете да намерите прилична инсталация на пазара за семейство от 4 души за 6000 (4m2), със субсидия от 4000, което е по-ниско от днешното, цената за инвеститора ще бъде само 2000. По този начин цената от 1kWh от топлина за нагряване водата ще падне до 0,18 / kWh и всички покриви ще бъдат покрити със слънчеви колектори. Може би страхът от подобен сценарий е причината политиката за субсидиране да е различна. Това би довело до значително намаляване на търсенето на топлина.
Трябва ли да се страхувате от прегряване в колектори?
Много хора се страхуват да оставят инсталацията без надзор през лятото, когато членовете на домакинството отидат на почивка. На практика правилно направената инсталация не представлява заплаха за потребителя и още по-малко за сградата. Оборудван е с предпазен клапан, от който проблемът с възможното изтичане на гликол може да бъде решен чрез заместване на допълнителен контейнер. Освен това в системата има разширителен съд, който компенсира колебанията на налягането, свързани с цикличното нагряване и охлаждане на системата. При правилно направена и поддържана инсталация разширителният съд практически предотвратява отварянето на предпазния клапан.
По-голяма заплаха в инсталацията е рискът от повреда на нагревателната среда, т.е. воден разтвор на пропилей гликол, в случай на дългосрочна липса на прием на топлина в инсталацията и температура, останала над 140-150 ° C. Почти всички плоски колектори могат да постигнат тази температура. Тръбните колектори са в състояние да достигнат дори 220-270oC. При такива условия средата е стратифицирана и се появяват отлаганията, които е трудно да се отстранят от системата. Понякога се случва инсталацията със слънчеви колектори, напълнени по време на строителната фаза на къща, да не може да бъде пусната в експлоатация след няколко месеца неизползване. Утайката, генерирана в инсталацията, отива към филтрите,въздушен сепаратор или циркулационна помпа и ефективно блокира потока. Поради тази причина е важно да се покрият колекторите на етапа на инсталиране и да не се пълнят, докато не се използват. Правилата за монтаж на колектора трябва винаги да се консултират с производителя.
По време на работата на инсталацията се използват различни методи за защита на средата от прегряване. Например някои контролери имат функцията за нощно охлаждане на инсталацията. Друго решение е да се използват термостатични клапани, които след надвишаване на определено температурно ниво отвеждат част от топлата вода от резервоара в канализационната система, захранвайки я със студена вода. И двата метода не са идеални поради ненужна допълнителна консумация на енергия и вода. Поради тази причина бяха търсени други методи за осигуряване на фактора.
С тръбни колектори може да се използва резервоар с голям капацитет (над 80 l на 1 m2 абсорбатор на колектора), който достига висока температура само след няколко дни интензивно нагряване. Друг метод е използването на колектори за топлинни тръби, при които при липса на приемане на топлина в инсталацията саламурата се изпарява, което не предава топлина към водния гликолов разтвор.
При плоските колекторни плочи ефективната защита на средата се оказва използването на криволичещ абсорбер.
Системите за дренаж или системи с гравитационно връщане на средата, при които колекторите остават празни по време на липсата на топлинно приемане, също са благоприятно решение.
