أقواس 

التدفئة الشمسية للمنزل. التسخين الشمسي: ما مدى فعاليته؟ اختيار نظام التسخين الشمسي المناسب

ولد من قبل Chaos ، حاكم الكون Ra ، الحارس المضيء للسماء السماوي Surya ، سماء هيليوس الذي يدور حول العربة ، Yarilo ، المحموم في عواطفه - كل شعوب العالم القديمة كانت تبجل الشمس ، مدركة أن الحرارة والنور المنبعث منه هما المبدأ الأساسي للحياة. تحاول الحضارة الحديثة إيجاد طرق لاستخدام الطاقة النظيفة واللانهائية لضوء النهار للمليون سنة القادمة ، والتخلص من الحاجة إلى حرق الهيدروكربونات. التسخين بالطاقة الشمسية- إحدى مراحل هذا الطريق نحو الازدهار الشامل.

أنواع التسخين الشمسي

يمكن تقسيم الطرق المستخدمة اليوم لاستخدام الطاقة الشمسية لتدفئة المنزل (وليس فقط) إلى سلبية ونشطة. توفر التدفئة السلبية للمنزل بواسطة الشمس تدفئة مباشرة المساحات الداخليةبسبب الأشعة تحت الحمراء. يعتمد النشاط على تلقي الطاقة الحرارية أو الكهربائية في منشآت خاصة ، غالبًا ما تكون خارج المبنى ، وتحويلها اللاحق وتوزيعها لاحتياجات التدفئة. التدفئة الشمسية الأكثر فعالية للمنزل ، حيث كلاهما سلبي و الأساليب النشطة.

دع الشمس تدخل المنزل - طرق التدفئة السلبية

نوافذ - إلى الجنوب

يبدو أنه يجب على الجميع أن يفهم أنه من خلال وضع الجزء الرئيسي من النوافذ على الجانب المشمس من المنزل ، فإننا لن نسمح بدخول الضوء فحسب ، بل أيضًا بالتدفئة إلى المبنى. ومع ذلك ، أثناء القيادة عبر قرانا الريفية ، يمكنك أن ترى أن نصف المطورين لا يلتزمون بالمبدأ العقلاني "المنزل في الجزء الشمالي من الموقع ، والنوافذ في الجنوب". لكن عبثا.

نوافذ ضخمة من الزجاج الملون في تصميم موفر للطاقة في إيجل ريدج ريزيدنس (الولايات المتحدة الأمريكية) مفتوحة على الجانبين الجنوبي والغربي ، مما يسمح بدخول أقصى درجات الحرارة والضوء إلى المنزل. من الشمال ، يحد المبنى جدار فارغ معزول جيدًا.

في فصل الشتاء ، تخترق الشمس المنخفضة الغرف إلى عمقها الكامل ، وفي الصيف ، عندما تتألق في أوجها ، يحمي حاجب يبرز أكثر من مترين من الواجهة الزجاجية من الحرارة الزائدة

جدار ترومبي

في الأربعينيات من القرن الماضي ، ابتكر المهندس الأمريكي ترومب "الموقد الشمسي". يوجد على الجانب الجنوبي من المنزل جدار ضخم مصنوع من مادة كثيفة الحرارة (خرسانية ، حجر ، طوب صلب) ، مطلية باللون الأسود. يوجد ثقوب في الجزء السفلي والعلوي من هذا المجمع الحراري. خارج مسافة قصيرة من الحائط - نافذة الزجاج الملون. تسخن الشمس الخرسانة هواء دافئيميل إلى الارتفاع ، ويذهب إلى الغرفة ، ويدخل البارد الفضاء بين الحجر والزجاج من أسفل. يتم تشكيل دوران مستقر للهواء الدافئ في الغرفة. بفضل اختراع الطلاءات الانتقائية للزجاج والحجر (الخرسانة) ، أصبحت فعالية جدار Trombe في الإصدار الحديث أعلى بشكل ملحوظ.

مبدأ عمل جدار الترومبي. مكافأة رائعة: يمكن استخدامها ليس فقط في فصل الشتاء للتدفئة غير المباشرة للمنزل (في الشكل على اليمين) ، ولكن أيضًا في الصيف للتهوية (يسار)

التطور المنطقي لجدار ترومبي. إنه صندوق مسطح مجوف (لوحة) ، يوضع بشكل غير مباشر من أجل محاصرة إشعاع أفضل. السور العلوي للوحة شفاف للإشعاع تحت الأحمر ، ويفصله قسم على طوله. باللون الأسود ، يسخن القسم ، يرتفع الهواء الدافئ ويدخل الغرفة. يخترق الهواء غير الساخن من الغرفة إلى الجزء السفلي البارد من المجمع.

مجمع الهواء الشمسي السلبي هو أبسط جهاز. إن التسخين الشمسي الذي يعمل بنفسك هو في نطاق سلطة أي فلاح اقتصادي

الدفيئة الشمسية - الخضار الطازجة كمكافأة

دفيئة شمسية ملحقة بالمنزل. للسماح بدخول المزيد من أشعة الشمس إلى المنزل ، تحتاج إلى زيادة مساحة النوافذ. من الصعب صنع زجاج الجدار الجنوبي بأكمله في مناخ بارد ، سيكون فقدان الحرارة مرتفعًا جدًا. يفصل جزء من المبنى بجدران زجاجية وسقف عن المبنى الرئيسي للمنزل ، نحصل على دفيئة شمسية. يكاد لا يتداخل مع تغلغل الأشعة تحت الحمراء في نوافذ المنزل ، بالإضافة إلى أنه سوف يسخن الحائط الخارجيداخل الدفيئة. في يوم شتاء مشمس مشرق ، يمكن أن يسخن الهواء في الدفيئة الشمسية إلى درجة حرارة أعلى بكثير من المنزل.

في يوم مشمس ، يمكن أن ترتفع درجة حرارة الدفيئة الشمسية ، وهي مشكلة في فصل الصيف. من الضروري تنظيم التهوية أو تظليل النوافذ ذات الزجاج الملون.

لتعظيم استخدام الحرارة التي يتلقاها الدفيئة ، من الممكن تنظيم تبادل الهواء مع أماكن المعيشة.

يتم فصل الدفيئة للمنزل الشمسي في وينشستر (الولايات المتحدة الأمريكية) عن الجزء الرئيسي من المنزل بواسطة جدار ضخم لتخزين الحرارة مع فتح فتحات التهوية. مثل هذا الحل هو مزيج من الدفيئة الشمسية وجدار ترومبي. تساعد عبوات المياه المثبتة في الدفيئة على الحفاظ على الدفء لفترة أطول

تبادل الهواء الطبيعي بين البيت الزجاجي والمنزل ضعيف نوعًا ما ، ومن أجل استخدام الطاقة إلى أقصى حد ، يتم إجبار حركة الهواء.

يتم تنظيم تبادل الهواء بين الجزء الرئيسي من هذا المنزل في Hamptden (الولايات المتحدة الأمريكية) والدفيئة المرفقة من خلال مساحة تحت الأرض ، ويدخل الهواء الدافئ إلى المبنى من الأسفل ، ويدخل الهواء البارد إلى الدفيئة من الأعلى. يتم توفير دوران تدفق الهواء بواسطة مروحة ، وتقوم الأوتوماتيكية بتشغيلها وإيقافها في الوقت المناسب. في الممارسة العملية ، هذا هو بالفعل التدفئة الشمسية لمنزل خاص من النوع النشط

مكافأة إضافية تمنحها الدفيئة الشمسية لأصحابها: تقريبًا على مدار السنةيمكنك زراعة الخضار فيه أو ترك ثمار الحمضيات لفصل الشتاء. صحيح أن هذا سيتطلب حل مشاكل التهوية والرطوبة والسخونة الزائدة أثناء النهار والصقيع الليلي.

التسخين النشط - يتم جمع ضوء الشمس بواسطة مجمعات الفراغ

مجمع الهواء الشمسي

مجمع الهواء الشمسي ، المزود بنظام نقل وتوزيع قسري للطاقة ، قادر على توفير قدر أكبر من الحرارة مقارنة بالمتغير السلبي. يتم ضبط معدل دوران الهواء تلقائيًا حسب درجة الحرارة في المنزل ودرجة تسخين المجمع. يمكن للهواء المسخن في المجمعات أن يدخل إلى نظام التهوية أو المبنى مباشرة. إذا كانت درجة حرارته مرتفعة بدرجة كافية ، فيمكن استخدامه أيضًا لتسخين سائل نقل الحرارة. يتم تخزين الطاقة الزائدة أثناء النهار بين عشية وضحاها في مراكم الحرارة.

تسخين الهواء بالطاقة الشمسية على أساس مجمع الطاقة الشمسية. من اللوحة المجوفة (1) عبر القنوات الهوائية (6) ، تدفع المروحة الهواء إلى الداخل غرفة المرافق، حيث تقوم الأتمتة ، حسب الحالة ، بتوزيعها على وحدة تحضير الهواء (3) أو مجمع الحرارة الهائل (2). في نفس الوقت ، يمكن أيضًا تسخين ملف الماء الساخن (5). خلال النهار ، عندما تحتاج الغرف إلى تدفئة ، يعمل النظام في الوضع B ، ويتم إرسال الهواء الدافئ من المجمع إلى الغرف. عندما يتم الوصول إلى درجة الحرارة المطلوبة في المنزل ، يتم إعادة توجيه تدفق الهواء إلى مجمع الحرارة ، الوضع أ. في الليل ، عندما لا يوفر المجمع الحرارة ، يغلق المخمد القناة المؤدية إليه ، ويتم الدوران بين الحرارة المجمع والمباني.

المجمع الشمسي الفراغي

الجهاز الأكثر تطوراً للتدفئة الشمسية اليوم.

مخطط الرسم البيانيفراغ مجمع الطاقة الشمسية. يدور ماص السائل عبر الأنابيب على شكل حرف U ، عند تسخينه ، يتبخر ويرتفع إلى المجمع. هذا الأخير متصل بدائرة نظام التدفئة ، وبدوره ، يدور سائل التبريد من خلاله. يعطي الممتص طاقة لسائل التبريد ، يبرد ، يتكثف ، ينخفض. تتكرر الدورة

التسخين بالطاقة الشمسية منزل ريفيالتي تعتمد على المجمعات الفراغية أكثر كفاءة من الأنظمة الشمسية الأخرى ، ومع ذلك ، بالإضافة إلى توليد الحرارة غير المتكافئ التقليدي للأنظمة الشمسية ، فإن لها ثلاثة عيوب أكثر أهمية: في الصقيع الشديد ، ينخفض ​​نقل الحرارة بشكل حاد ، وتكون التركيبات هشة ومكلفة.

يجب تركيب مجمعات الطاقة الشمسية الفراغية بطريقة تحميها من المخربين. هذا ينطبق بشكل خاص على بلدنا ، الحصول على حصاة في أنبوب زجاجي هو شيء لطيف.

لا يتم توصيل الألواح الفراغية مباشرة بنظام التدفئة. كحد أدنى ، هناك حاجة لخزانات عازلة لتهدئة توليد الحرارة غير المتكافئ.

المخطط "الصحيح" لتوصيل جهاز تجميع الطاقة الشمسية الفراغي بنظام التدفئة. لا يتم نقل الحرارة مباشرة ، ولكن من خلال مبادل حراري ، يتم تخزين الحرارة الزائدة خلال النهار في مجمع حراري (خزان عازلة) ليلاً. يرجى ملاحظة أن الرسم البياني يوضح غلاية تسخين "عادية" ، والنظام الشمسي يكملها فقط

لا يمكن استخدام الألواح الشمسية الكهربائية إلا بشكل غير مباشر للتدفئة. من غير المعقول إنفاق الكهرباء على تدفئة المساحات مباشرة ، ويمكن استخدامها بشكل أكثر عقلانية. على سبيل المثال ، أرسل مراوح وأتمتة أنظمة الطاقة الشمسية النشطة للعمل.

لماذا محطات الطاقة الشمسية غير مرئية على أسطح منازلنا

الإنترنت مليء بالمواد الترويجية بالصور الجميلة التي تحكي عن الفوائد غير العادية لأنظمة الطاقة الشمسية. ينشر الحرفيون مقاطع فيديو على موقع يوتيوب حول موضوع "التسخين من الشمس بأيديهم" حول خبرتهم الفنية ، التي تم جمعها على ركبهم من مواد مرتجلة. تمتلئ شبكة الإنترنت بمقالات هذيان يعاد نشرها حول الفوائد الخارقة للتسخين الشمسي. ومع ذلك ، كم عدد المنازل التي ظهرت خلفها مجمعات الطاقة الشمسية السنوات الاخيرةقرب بيتك؟ لا أحد؟ ما هي اسباب التسخين طاقة شمسيةلا تجد الاعتراف في منطقتنا؟

  • لسوء الحظ ، لا تأتي الطاقة الشمسية للتدفئة المنزلية متى وأينما تكون مطلوبة. يكون الجو باردًا بالقرب من القطبين شتاءً ومساءً. ويسقط الحد الأقصى للإشعاع الشمسي على المناطق الاستوائية ، في الصيف وأثناء النهار. تساعد مراكم الحرارة على الأقل في التخفيف من التقلبات الموسمية يوميًا ، ولكن ليس التقلبات الموسمية.

خريطة شدة توزيع ضوء الشمس فوق أراضي روسيا. في الجزء الغربي من البلاد ، حيث يعيش نصيب الأسد من السكان ، هناك القليل من الشمس. وفي شرق سيبيريا ، حيث تكون نسبة الإشعاع أعلى بشكل ملحوظ ، يكون الجو باردًا ، مما يجعل من الصعب استخدام الأنظمة النشطة. بالمناسبة ، الألواح الشمسية التي تولد الكهرباء ليست حساسة للغاية صقيع شديد. تم بالفعل بناء محطات طاقة شمسية قوية جدًا وتعمل بنجاح في ياقوتيا الباردة ولكن المشمسة.

  • التسخين السلبي بالطاقة الشمسية غير فعال وغير قادر على تدفئة المنزل بشكل خطير في ظروف الشتاء الروسي. "ويندوز - إلى الجنوب" - حقا طريقة مفيدةالتصميم ، غير مكلف ، ولكنه يساعد في تحسين تكاليف التدفئة. ولكن بمجرد أن تحظى بشعبية كبيرة نسبيًا في الولايات المتحدة ، فإن الدفيئات الشمسية وجدران ترومبي ومشتقاتها تلاشت تدريجياً حتى في وطنهم.
  • تعد أنظمة التدفئة الشمسية النشطة لمنزل خاص باهظة الثمن ، وسيتعين دفع الكثير من المال مقابل المعدات. العملية ، على عكس بعض التصريحات ، ليست مجانية بأي حال من الأحوال: يتم استهلاك الكهرباء ، صيانة المعدات مطلوبة. بالأسعار الحالية ، مقارنة ليس فقط بالغاز الطبيعي الرخيص ، ولكن حتى مع الكريات باهظة الثمن إلى حد ما ، وقود الديزل ، فإن تركيب جهاز تجميع الطاقة الشمسية الفراغي في الغالبية العظمى من أراضي الاتحاد الروسي لن يؤتي ثماره على الإطلاق ، فترة الاسترداد يتجاوز عمر المعدات. فقط في بعض المناطق الجنوبية من البلاد ، قد لا تكون أنظمة التدفئة الشمسية لمنزل خاص غير مربحة في ظل ظروف معينة.

المحطة العلمية في جزيرة أولخون (روسيا). استخدام مشعبات تفريغ (على اليمين على السطح) للطبخ ماء ساخنوالألواح الشمسية (على اليسار) لتوليد الكهرباء أمر منطقي ، لأنه لا توجد اتصالات مركزية في جزيرة بايكال الصخرية. ومع ذلك ، بالنسبة للتدفئة الكاملة في مناخ بورياتيا ، فإن أنظمة الطاقة الشمسية ليست كافية ، حيث تقوم المواقد "العادية" بتسخين المنزل ، حيث يتم استيراد الوقود من "البر الرئيسي" ، لأنه من المستحيل مضايقة الغابة المحلية للحصول على حطب

كيف هي الأمور في أوروبا؟

لماذا ، عند السفر عبر أوروبا الغربية ، نرى (وإن لم يكن كثيرًا) مجمعات الطاقة الشمسية على أسطح المنازل؟ هناك عدة أسباب لذلك: التكلفة العالية للوقود التقليدي ، والمناخ المعتدل ، والأيام المشمسة. ليس من قبيل المصادفة أن التسخين الشمسي غير شائع في بريطانيا الملبدة بالغيوم كما هو الحال هنا. والأهم من ذلك ، في تلك البلدان التي يكون فيها نظام التدفئة بالطاقة الشمسية حقيقة عملية ، هناك برامج دعم ، حيث تدفع الدولة ما يصل إلى نصف تكلفة المعدات. من ناحية القلب ، فإن مجمعات الطاقة الشمسية قليلة الاستخدام للتدفئة ، فهي تستخدم بشكل أساسي لإعداد الماء الساخن ، وفي الطقس المشمس في الصيف ، من الممكن حقًا تلبية احتياجات إمدادات الماء الساخن بشكل كامل. بالمناسبة ، غالبًا على أسطح المنازل يمكنك رؤية الألواح الشمسية التي تولد الكهرباء. يعتبر إنتاج الكهرباء أكثر ربحية ، ولا يمثل التوليد غير المتكافئ مشكلة ، لأنه في أي وقت من اليوم تشتري شبكات الطاقة المركزية الكهرباء المستلمة في منزل خاص. علاوة على ذلك ، يتم الدفع بمعدل متزايد. مرة أخرى ، المعدات لا تتطلب أي صيانة أو إصلاح تقريبًا. اليوم يمكننا أن نقول بأمان أنه على المستوى العالمي ، فإن الطاقة الشمسية ، على الرغم من أنها ليست بعد منافسًا للطاقة التقليدية ، لها مستقبل عظيم. أما بالنسبة لآفاق التسخين الشمسي ، فالوضع غير واضح. لقد استنفدت الأنظمة الحالية إمكاناتها بالفعل ، ولم تظهر مناهج جديدة في الأفق بعد ، كما أن تكلفة الوقود التقليدي آخذة في الانخفاض ، مما يقلل من جاذبية أنظمة التدفئة الشمسية.

"أسقف مشمسة" بافاريا. جميع الألواح التي نراها في الصورة كهربائية ، والألمان العقلانيون لا يعتبرون التسخين الشمسي مربحًا بشكل خاص ، حتى لو كانت الدولة تتحمل نصف تكلفة تركيب أنظمة الطاقة الشمسية

بالنسبة لأولئك القراء المهتمين بشدة بموضوع استخدام الطاقة الشمسية لدعم الحياة في المنزل ، نوصي بأن يدركوا بشكل نقدي المواد الترويجية والاتصال بالممارسين المحترفين ، ويفضل أن يكون لديهم خبرة في تركيب وتشغيل منشآت الطاقة الشمسية.

فيديو: تسخين الهواء بالطاقة الشمسية افعل ذلك بنفسك

هل من الممكن أن تزود منزلك بالطاقة الحرارية الشمسية؟ سنناقش اليوم إمكانية استخدام أنظمة الطاقة الشمسية كمصدر رئيسي للتدفئة ، وننظر في مسألة الجدوى الاقتصادية وكفاءة مجمعات الطاقة الشمسية.

المكونات الرئيسية لنظام التدفئة

مصدر تسخين النظام الشمسي هو مجمعات الطاقة الشمسية ، والغرض منها هو نقل الطاقة الأكثر كفاءة من طيف الأشعة تحت الحمراء للإشعاع الشمسي إلى حامل الحرارة. النطاق الحراري لأشعة الشمس هو 40-45٪ من إجمالي التدفق الإشعاعي ، في أرقام محددة يتراوح بين 200-500 واط / م 2 ، اعتمادًا على خط العرض والوقت من السنة واليوم.

من حيث المبدأ ، تكفي المجمعات وحدها لبناء أبسط نظام شمسي. من خلال قنواتهم ، يمكن تعميم المياه العادية المستخدمة للاحتياجات المنزلية وتدفئة المساكن. ومع ذلك ، فإن هذا النهج ليس فعالًا بدرجة كافية لعدد من الأسباب ، أولها عدم تجديد فقدان الطاقة ليوم كامل. لذلك ، فإن أحد أهم عناصر نظام التسخين الشمسي هو تراكم الحرارة - وعاء به ماء.

مخطط تدفئة المنزل باستخدام مجمعات الطاقة الشمسية: 1 - إمدادات المياه الباردة ؛ 2 - مبادل حراري 3 - تراكم الحرارة 4 - مستشعر درجة الحرارة ؛ 5 - دائرة المبرد ؛ 6 - محطة ضخ؛ 7 - تحكم 8 - خزان التمدد 9 - الماء الساخن 10 - صمام ثلاثي 11- المجمع الشمسي

أيضا وجود قيود جهاز تقنيجامع الطاقة الشمسية. تحتوي قنواتها على مساحة تدفق صغيرة نوعًا ما ، مما يؤدي إلى وجود خطر الانسداد بالشوائب الميكانيكية. هناك أيضًا احتمال كبير لتجميد المبرد ليلاً ، بينما الحد الأعلى لنطاق درجة حرارة التشغيل هو 200-300 درجة مئوية. تم تصميم المجمعات للدوران السريع والمستمر لسائل التبريد ، الذي يدخل عند درجة حرارة منخفضة ، ويتم تسخينه بسرعة بواسطة ضوء الشمس وينبعث الحرارة بنفس السرعة إلى البطارية.

أنابيب تجميع الطاقة الشمسية على شكل حرف U.

لهذه الأسباب ، للتدفئة المباشرة في أنابيب الحرارة ، من المعتاد استخدام البروبيلين غليكول مع مجموعة من الإضافات الخاصة. لذلك ، فإن العنصر الثالث الإلزامي لنظام التسخين الشمسي هو المبرد الخاص ودائرة التبادل ، والتي غالبًا ما يتم تضمينها هيكليًا في مجمع الحرارة ، أو قد تكون جزءًا من المجمع نفسه.

أصناف واختلافات الجامعين

إذا لم تدخل في التفاصيل الفنية للجهاز ، فإن الاختلاف الرئيسي بين المجمعات المسطحة والفراغ يكمن في ملاءمة استخدامها في المناطق المناخية المختلفة. من الأفضل استخدام المجمعات المسطحة في خطوط العرض الجنوبية مع درجات الحرارة السائدة فوق الصفر ، والفراغ - أقرب إلى الشمال.

تصميم مجمع الطاقة الشمسية المسطح: 1 - مخرج المبرد ؛ 2 - إطار جامع ؛ 3 - زجاج منظم مقاوم للبَرَد ؛ 4 - ماص 5 - أنابيب نحاسية 6 - العزل الحراري 7 - مدخل المبرد

تعود فائدة استخدام أنواع معينة من مجمعات الطاقة الشمسية إلى عدد من الميزات:

  • عدم قدرة المجمعات الفراغية على إزالة الثلج بشكل مستقل ؛
  • الفقد العالي للحرارة لمجمعات الطاقة الشمسية المسطحة ، التي تنمو مع اختلاف درجات الحرارة ؛
  • مقاومة منخفضة للمجمعات المسطحة لأحمال الرياح ؛
  • التكلفة العالية للمشروع على مجمعات الطاقة الشمسية الفراغية ؛
  • نطاق درجة حرارة منخفضة تطبيق فعالجامعي مسطح.

تصميم مجمع الفراغ مع نقل الحرارة غير المباشر: 1 - مدخل المبرد المبرد ؛ 2 - مبادل حراري (جامع) ؛ 3 - سدادة مختومة 4 - أنبوب مفرغ ؛ 5 - صفيحة ألمنيوم (ممتص) ؛ 6 - أنبوب الحرارة 7 - سائل العمل 8 - خرج المبرد المسخن ؛ 9 - مبيت بالوعة الحرارة ؛ 10 - مكثف أنبوب الحرارة ؛ 11- العزل

تكمن إحدى أهم الاختلافات في عملية التثبيت. تتطلب مجمعات الألواح المسطحة تسليمها إلى السطح في شكل مُجمَّع ، بينما يمكن تجميع المجمعات الفراغية في الموقع. أيضًا ، لا تمتلك مجمعات الألواح المسطحة عادةً دائرة تخزين الحرارة والتبادل الخاصة بها.

مشاكل الطاقة الشمسية

لا تخلو أنظمة التدفئة الشمسية من عيوب أهمها عدم ثبات مصدر الطاقة. في الليل ، لا يسخن النظام ، وفي الطقس الملبد بالغيوم لفترة طويلة ، يكون توقع سماء صافية لتدفئة المنزل أقل من متوسط ​​المتعة. إذا كانت البطارية ، ذات الحجم الكبير بدرجة كافية ، قادرة على الحفاظ على الكمية المطلوبة من الحرارة على الأقل حتى الصباح ، فلا يمكن توقع عمر البطارية لعدة أيام في ظروف الإضاءة المنخفضة إلا مع التوسع الكبير في المزرعة الشمسية. هذا ، بدوره ، يسبب المشكلة المعاكسة: عند الوصول إلى أقصى وضع للطاقة (على سبيل المثال ، في يوم ربيعي صافٍ) ، سيتطلب مثل هذا النظام الشمسي إزالة حرارة أكثر كثافة أو إغلاقًا مؤقتًا للعديد من الماصات مع تظليلها.

من المهم أن نفهم أن الأنظمة الشمسية في واقع المناخ الروسي لا يمكن استخدامها كمصدر وحيد أو رئيسي للتدفئة. ومع ذلك ، يمكنهم تقليل استهلاك الطاقة بشكل كبير خلال فترة التسخين. تعمل المجمعات الهجينة بشكل فعال بشكل خاص ، حيث يتم دمج السخانات مع الخلايا الكهروضوئية. إذا أدت الغيوم إلى تأخير معظم إشعاع الأشعة تحت الحمراء ، فإن خسائر الجزء الكهروضوئي من الطيف ليست كبيرة.

عيب آخر لمجمعات الطاقة الشمسية يكمن في الحاجة إلى الدوران القسري للمبرد في نظام المجمع - المجمع. بعض المجمعات الفراغية مجهزة بخزان مصمم للدوران الطبيعي وموجود فوق جهاز الامتصاص. عادة ما تستخدم مثل هذه التركيبات في أنظمة إمداد الماء الساخن مع تناول الماء البارد تحت الضغط. ولكن لا تزال هناك طرق لإنشاء عمل مشترك لمجمعات الطاقة الشمسية مع نظام التدفئة.

الاندماج في نظام التدفئة

هناك طريقتان للجمع بين مجمعات الطاقة الشمسية ونظام تسخين سائل معقد بشكل تعسفي. يمكن أن يكون المصدر الرئيسي للطاقة إما الغاز أو الكهرباء - لا يوجد فرق كبير.

الخيار الأول هو تسخين البطارية اليومية الشائعة. يتم توصيل المركب بالغلاية بشكل مشترك ومتسلسل ؛ إذا لم تكن درجة الحرارة عالية بما فيه الكفاية ، يتم تشغيل الأخير وتسخين السائل. يمكن لنظام مصمم بشكل صحيح من هذا النوع أن يعمل بشكل فعال حتى بدون دوران قسري.

1 - دائرة التسخين ؛ 2 - سائل التسخين 3 - مستشعر درجة الحرارة ؛ 4 - محطة الضخ. 5 - تحكم 6 - مضخة 7 - خزان التمدد 8 - المياه الصحية. تسع - ماء بارد؛ 10 - إمداد الماء الساخن ؛ 11 - مجمع الطاقة الشمسية. 12- تسخين المرجل

النوع الثاني من التوليفات يتضمن استخدام مركم حراري بدائرتين. من خلال واحد ، تتم إزالة الحرارة من المجمع ، ومن خلال الثاني ، يتم تسخين المبرد في النظام ، ويعمل الماء من المجمع كمصدر للماء الساخن. نظرًا لأن الدوائر معزولة عن بعضها البعض ، يمكن استخدام السوائل الأكثر دفئًا أو مانع التجمد في نظام التسخين ودورة التبادل الحراري من المجمع الشمسي. العيب الرئيسي هو تقلب النظام ، لأنه في كلتا الدائرتين يكون الدوران قسريًا.

1 - إمداد الماء البارد ؛ 2 - مستشعر درجة الحرارة ؛ 3 - مبادل حراري للمجمع الشمسي ؛ 4 - مبادل حراري للغلاية ؛ 5 - دائرة مبرد المجمع ؛ 6 - محطة الضخ ؛ 7 - تحكم 8 - خزان التمدد 9 - مضخة الدورة الدموية ؛ 10 - مخرج الماء الساخن ؛ 11 - غلاية التدفئة 12- المجمع الشمسي

خطوات حساب الطاقة والتركيب

إن الانتقال إلى الطاقة الشمسية لا يقبل التسرع والنهج السطحي. في كثير من الأحيان ، لا يمكن التوصل إلى استنتاجات حول جدوى تركيب نظام شمسي إلا بعد عدة سنوات من الملاحظات والحسابات.

لسوء الحظ ، فإن الاعتماد على الخرائط الشمسية لا يفعل ذلك معنى خاص، لأن الظروف الجوية المحلية يمكن أن تشوه المتوسط ​​بشكل كبير. لذلك ، فإن أول شيء يجب فعله هو إعداد تقرير بشكل مستقل عن شدة الإشعاع الشمسي في موقع تركيب المجمعات. تُستخدم مقاييس بيرانومتر للقياسات ؛ في غضون 5 آلاف روبل ، يمكنك شراء جهاز ميزانية بمجموعة كافية من الوظائف.

يجب إجراء القياسات في أوقات مختلفة من اليوم بمعدل أسبوع تقريبًا على مدار العام. في سياق القياسات ، من الضروري مراعاة زاوية الميل واتجاه المجمعات. تمت مقارنة البيانات التي تم الحصول عليها أخيرًا مع إحصائيات مركز الأرصاد الجوية المائية على نسبة الأيام الملبدة بالغيوم في السنة.

من أجل ضمان الكفاءة العالية لمحطة الطاقة الشمسية ، ينبغي النظر في السيناريو الأكثر سلبية ، أي أطول فترة مع أدنى ضوء يجب أن تؤخذ كنقطة انطلاق. من الناحية المثالية ، يمكنك إجراء تعديل لاحتمال حدوث ظروف مناخية أسوأ باستخدام إحصاءات الأرصاد الجوية لآخر 15-20 سنة. ستساعد البيانات التي تم الحصول عليها عن الطاقة الشمسية الواردة في تحديد المساحة الإجمالية المطلوبة لحقل الامتصاص وتحديد عدد المجمعات التي يجب شراؤها.

كما ذكرنا ، نادرًا ما يتم استخدام المجمعات كمصدر رئيسي للتدفئة ، وعادة ما يلعبون دورًا مساعدًا. ولكن يمكن حساب حصة المشاركة ، ويشار إليها كنسبة مئوية من إجمالي الطاقة لنظام الطاقة في المنزل أو فقدان الحرارة. بعد تلقي العدد المطلوب من الكيلوات ، يتم ضربه بالكفاءة الضوئية للامتصاص ، تتم إضافة العديد من المعاملات - تصحيحات للتوجيه ، والميل ، نظام درجة الحرارةوكذلك هامش أمان.

بناءً على القيمة "الصافية" للطاقة المولدة ، يتم تحديد ما يلي:

  • العدد المطلوب من مجمعات نموذج معين ، وفي المتوسط ​​، مجمّع شمسي احتياطي واحد لكل 10-15 قيد التشغيل ؛
  • نظام الأنابيب بالسعة الموصى بها من الشركة الصانعة ومقاومة الحرارة ؛
  • مجموعة التداول ، أغلق الصبابات، أجهزة مساعدة أخرى ؛
  • حجم وموقع خزان البطارية. في الأنظمة التي تحتوي على سعة تخزين يومية أو قوة استخراج حرارة تزيد عن 20 كيلو وات ، من المنطقي بناء خزانات خرسانية معزولة بحجم 15-20 متر مكعب.

للتركيب والصيانة بشكل مستقل ، من الضروري إعداد مشروع نظام ، وتخصيص مساحة للأجهزة المساعدة وإصلاح مجمع الطاقة الشمسية على المنحدر الجنوبي (لنصف الكرة الشمالي) من السطح ، مع مراعاة توصيات مورد المعدات فيما يتعلق أحمال الرياح. لا تنس أنه من خلال شراء مجموعة كاملة من المعدات من موزع واحد ، ستحصل على فرصة للتجميع مجانًا ، إن لم يكن تصميمًا لنظام تدفئة بالطاقة الشمسية ، ثم على الأقل قائمة بالمعدات والمكونات المتوافقة جيدًا.

هل المضخة الحرارية ضرورية؟

من أهم عيوب أنظمة التدفئة الشمسية ارتفاع التكلفة. في حين أن تقنية مجمعات الألواح المسطحة راسخة ، تظل أجهزة امتصاص الفراغ باهظة الثمن ، وفي ظل ظروف جوية معينة ، فهي الوحيدة التي يمكن تشغيلها بنجاح. ولكن هناك بديل آخر - جامعي الهواء.

في ضوء المزيد جهاز بسيطتكلفتها أقل ، بالإضافة إلى إمكانية عمر البطارية. تزداد كفاءة مجمعات الهواء بتركيب مروحة منفاخ تعمل بالداخل لوحة شمسية. بسبب التسارع ، ولكن المتناسب مع التسخين ، وتبريد القنوات ، يتم تقليل خسائر الحرارة المرتدة من خلال المجمع. يمكن تحقيق الحد من الطاقة من خلال التحكم في سرعة المروحة أو ببساطة عن طريق منع التدفق - لا يخاف مجمعات الهواء من الصدمات الحرارية ، كما أنه من السهل أيضًا إعداد إعادة تدوير طبيعية.

عدم وجود أنظمة الهواء في درجة حرارة صغيرة من المبرد. السعة الحرارية للهواء أقل ، بالإضافة إلى أن الممتص يتم تسخينه دائمًا تقريبًا بدون تركيز. لتكون قادرًا على الاندماج في نظام التدفئة(وهو أمر ضروري في أغلب الأحيان بسبب استحالة وضع مجرى تهوية في غرفة ساخنة) هناك حاجة فعلاً لمضخة حرارية أو نظام منفصل.

لكن الهواء مضخات حراريةيمكن استخدامها أيضًا لزيادة كفاءة تكييف الهواء. معهم ، يمكن رفع معدل التداول إلى قيم غير مقبولة في الأسرة أنظمة التهوية، مما يعطي زيادة في الإنتاج بمقدار 2-3 أضعاف بسبب اختلاف درجات الحرارة المرتفعة. خلال الليل ، سيكون للمجمع أيضًا حصة صغيرة من المخرجات على نطاق درجة حرارة التشغيل.

يمكن تجفيف الهواء المستخدم كحامل حراري أو استبداله بثاني أكسيد الكربون أو غاز آخر كثيف الحرارة. ومع ذلك ، ليس من المنطقي استخدام المضخات الحرارية ذات الدائرة الأولية للمياه: فهي مصممة في البداية للعمل مع اختلاف درجات الحرارة المرتفعة ، وبالتالي فإن زيادة الطاقة لا تكفي لتبرير تكلفة التركيب.

تكلفة تركيب التدفئة الشمسية

من أجل الاستمتاع باستخدام الطاقة النظيفة بشكل عام ، عليك أن تدفع الكثير جدًا ، على الأقل لهذا اليوم. لكي نكون منصفين ، هناك أيضًا أخبار إيجابية: على مدار السنوات الخمس الماضية ، انخفضت تكلفة تصنيع مجمعات الألواح المسطحة بمقدار 2-2.5 مرة ، ويمكن توقع ذلك قريبًا من الأجهزة التي تحتوي على ماصات تفريغ.

يتم تحديد تكلفة مجمعات اللوح المسطح والفراغ من خلال حجم الإنتاج - قيمة الإشعاع الشمسي في ظروف الإضاءة المثالية ، أي كثافة الطاقة. في المتوسط ​​لـ 1 كيلوواط من مجمعات الطاقة الشمسية نوع مسطحسيتعين عليك دفع حوالي 350-500 دولار ، وللتثبيت الكامل ببطارية خارجية - حوالي 800-1000 دولار. تتقلب تكلفة المجمعات الشمسية الفراغية في نطاق أعلى - من 600 دولار إلى 1000-1200 دولار لكل مجمع ، اعتمادًا على جودة الصنعة ومواد الأنبوب وعزل المبادل الحراري وميزات أخرى.

بالنسبة للمجمعات السعوية ، يكون معيار القياس باللتر من الماء المسخن إلى أعلى درجة حرارة ممكنة. يمكنك حساب كمية الكهرباء المولدة بواسطة أي منهما المساحة الكليةالممتص ، أو بالتعبير عنه من حيث السعة الحرارية النوعية للماء. اعتمادًا على مدى تعقيد النظام ، تختلف التكلفة بشكل كبير ، حيث يصل سعر أحد الأمثلة من قطاع السوق الوسطى إلى 1500 دولار لكل 300 لتر (لـ4-5 سكان) مع اختلاف في درجة الحرارة يبلغ حوالي 50 درجة مئوية ، وهو ما يعادل إلى 2.5 كيلو واط من قوة محددة.

في معظم مناطق روسيا ، يتم إنفاق مبالغ ضخمة على تدفئة المباني السكنية. هذا يجبر أصحاب المنازل على البحث عن فرص إضافية في هذا المجال. طاقة الإشعاع الشمسي صديقة للبيئة وخالية من الحرارة. التقديم التقنيات الحديثة، يمكنك استخدام الطاقة الشمسية لتدفئة المساحات في مناطق وسط وجنوب روسيا.

إمكانيات التقنيات الحديثة

يتلقى سطح الأرض كمية مختلفة من الطاقة الشمسية ، كل هذا يتوقف على موقع المنطقة بالنسبة إلى خط الاستواء والموسم. على سبيل المثال ، في القطب الشمالي ، تكون الشمس أقل بكثير مما هي عليه في الجزء الاستوائي. بالإضافة إلى ذلك ، يكون الإشعاع الشمسي أكثر كثافة في الصيف منه في فترة الشتاء. عند حساب متوسط ​​القيم ، قرر الخبراء ذلك في ساعة واحدة متر مربعيتلقى سطح الأرض حوالي 160 واط من الطاقة الشمسية. الأنظمة الحديثة عالية الإنتاجية ، مما يجعل من الممكن استخدام طاقة الإشعاع الشمسي في أي مكان تقريبًا.

لاستقبال أقصى قدر من الكفاءةعند استخدام الطاقة الشمسية ، يتم استخدام طريقتين:

  • التسخين المباشر للمجمعات الحرارية. تعمل أشعة الشمس المباشرة على تسخين المجمعات الحرارية ، والتي بدورها تنقل الحرارة إلى السائل في دائرة التسخين ونظام إمداد الماء الساخن. يمكن أن تكون المجمعات الحرارية من النوع المفتوح والمغلق ، ويمكن أن يكون لها شكل مسطح أو كروي. طاقة حراريةيمكن استخدام المجمعات لتسخين وسيط العمل في نظام إمداد المياه والمبرد في نظام التدفئة.
  • استخدام الألواح الشمسية. في هذه الحالة ، يتم تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء ، والتي يتم نقلها لاحقًا إلى المستهلك من خلال نظام خاص.


يتقدم تطوير حلول تجميع الطاقة الشمسية وتراكمها واستخدامها بسرعة كبيرة. ومع ذلك ، هناك العديد من الإيجابيات والسلبيات في هذا المجال.

مزايا وعيوب استخدام البطاريات والمجمعات الشمسية

الميزة الرئيسية في استخدام أنظمة التدفئة الشمسية هي التوافر العام. في المرتبة الثانية هو عدم وجود انبعاثات. تعتبر الطاقة الشمسية أكثر أشكال الطاقة طبيعية وصديقة للبيئة.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن تشغيل الألواح الشمسية والمجمعات هادئ ، كما أن الموقع على سطح المبنى يوفر مساحة قابلة للاستخدام.


الإزعاج الرئيسي في استخدام الطاقة الشمسية للمنزل ، يواجهه المستهلكون من الإضاءة المتقطعة. على سبيل المثال ، في الليل لا توجد إمكانية لجمع الطاقة ، وفي وقت الشتاءعند الحاجة عدد كبير منساعات النهار دافئة قصيرة.

بالإضافة إلى ذلك ، من الضروري مراقبة نظافة الألواح باستمرار حتى لا تقلل من الكفاءة. وتجدر الإشارة أيضًا إلى أن إهلاك المعدات والعمل مضخة الدورة الدمويةتتطلب إلكترونيات التحكم والتحكم تكاليف ثابتة.

مجمعات الطاقة الشمسية من النوع المفتوح

تم تصميم مجمعات الطاقة الشمسية المفتوحة على شكل نظام من الأنابيب ، غير محمي من التأثيرات الخارجية. داخل هذا النظام ، يدور المبرد ، والذي يتم تسخينه مباشرة من أشعة الشمس. يتم تثبيت الأنابيب على اللوحة الحاملة على شكل ثعبان أو مع تكديس متوازي للصفوف والخروج إلى الأنبوب الفرعي. يمكن ملء الأنابيب بالماء أو الغاز أو الهواء أو مضاد التجمد.

التصميم البسيط ونقص العزل يجعل أسعار المجمعات المفتوحة ميسورة التكلفة لجميع المستهلكين تقريبًا. بالإضافة إلى ذلك ، يتمتع الحرفيون المنزليون بفرصة صنع التدفئة الشمسية لمنزل خاص بأيديهم.


لا يسمح نقص العزل في أنابيب النظام بتخزين الطاقة الشمسية المستلمة ، وبالتالي ، فإن هذه الأنظمة لها كفاءة منخفضة للغاية. استخدامها الرئيسي هو لتسخين المياه في حمامات السباحة والاستحمام في وقت الصيف. في أغلب الأحيان ، يتم استخدام المجمعات من النوع المفتوح من قبل سكان المناطق الدافئة والمشمسة ، حيث لا توجد اختلافات كبيرة في درجة حرارة الهواء والماء الساخن. لوحظ أعلى كفاءة للعمل في الطقس المشمس في غياب الرياح.

مجمعات الطاقة الشمسية من النوع الأنبوبي

لتجميع مجمّع شمسي أنبوبي ، يتم استخدام أنابيب منفصلة مملوءة بالماء أو الغاز أو البخار. هذا التصميم هو أحد أنواع الأنظمة الشمسية المفتوحة ، ولكن مع سائل تبريد أكثر ، وأكثر حماية منه التأثير السلبي عوامل خارجية. ويشمل ذلك التركيبات الفراغية ، المرتبة وفقًا لمبدأ الترمس.

في المجمع الشمسي الأنبوبي ، يتم ترتيب الأنابيب بالتوازي مع التوصيلات الفردية للنظام العام. يتيح لك هذا استبدال الأنبوب الفاشل بعنصر جديد دون المساس بتشغيل الهيكل بأكمله. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تجميع النظام مباشرة على سطح المبنى ، مما يبسط عملية التثبيت بشكل كبير.

الميزة الرئيسية للمجمع الشمسي الأنبوبي هي الشكل الأسطواني للعناصر الرئيسية. وبفضل ذلك يتم تجميع الطاقة الشمسية طوال ساعات النهار ، ولا يتطلب ذلك تركيب أجهزة إضافية تراقب حركة الشمس.


اعتمادًا على ميزات التصميم ، يتم تقسيم المجمعات الشمسية إلى نوعين: ريش ومحوري.

الأنابيب من النوع المحوري لها بعض التشابه مع الترمس التقليدي. يتكون تصميمها من قوارير يضخ الهواء بينهما. السطح داخل الدورق الأول مغطى بمادة انتقائية للغاية قادرة على امتصاص الطاقة الشمسية إلى أقصى حد. هذه الطبقة هي التي تعمل كنوع من الموصل للطاقة الحرارية للمبادل الحراري الداخلي ، والذي يتكون من ألواح الألمنيوم. ومع ذلك ، تتميز هذه المرحلة بعدد كبير من فقد الحرارة غير المرغوب فيه.

الأنابيب من نوع الريش مصنوعة من الزجاج ولها شكل أسطواني من الداخل اسطوانة زجاجيةيقع جهاز امتصاص الريش. يزيد عدم وجود هواء داخل الأنبوب بشكل كبير من خصائص العزل الحراري. لا يتم تقليل كمية الحرارة المنقولة من جهاز الامتصاص عمليًا ، وبالتالي فإن كفاءة هذه المجمعات أعلى بكثير.

يتم نقل الحرارة بواسطة نظام التدفق المباشر وعن طريق أنبوب حراري.

الأنبوب الحراري عبارة عن وعاء مغلق يُسكب بداخله سائل مبخر ، وغالبًا ما يكون ماء تحت ضغط منخفض. يسخن السائل من الجدران الداخلية للحاوية أو ماص الريش ، ويغلي السائل وتتصاعد أبخرته. بعد نقل الطاقة الحرارية إلى المبرد في نظام التدفئة أو إمداد الماء الساخن ، يتكثف البخار في سائل يتدفق عبر الجدران.


نظام التدفق المباشر عبارة عن أنبوب على شكل حرف U مع سائل تبريد يدور في الداخل.

يوجد سائل تبريد بارد في نصف الأنبوب ، ويتم تفريغ سائل ساخن من خلال الجزء الثاني. عندما ترتفع درجة الحرارة ، يتمدد المبرد ويدخل إلى خزان التخزين لضمان الدوران الطبيعي.

الشرط الرئيسي لموقع الأنبوب الحراري ونظام التدفق المباشر هو إنشاء زاوية ميل معينة لا تقل عن 20 درجة.

تتميز أنظمة التدفق المباشر بأكبر قدر من الكفاءة ، حيث يتم تسخين المبرد فيها مباشرة.

مزايا وعيوب أنظمة التدفئة

مثل أي نظام ، فإن مجمعات الطاقة الشمسية الأنبوبية لها مزاياها وعيوبها. تشمل مزايا النظام ما يلي:

  • فقدان طفيف للحرارة.
  • إمكانية الاستخدام في درجات حرارة منخفضة نوعا ما ، تصل إلى -30 درجة.
  • كفاءة عالية طوال ساعات النهار.
  • أداء عالي في المناطق ذات المناخ البارد والمعتدل.
  • انخفاض انحراف القذيفه بفعل الهواء ، والذي يفسره حقيقة أن الأنظمة الأنبوبية تمر عبر نفسها الكمية الرئيسية من الكتل الهوائية.
  • القدرة على تسخين المبرد إلى درجة حرارة عالية.
  • عمر خدمة طويل.


من بين أوجه القصور في النظام ، يجذب ما يلي اهتمامًا خاصًا:

  • النظام غير قادر على إزالة الجليد والجليد والصقيع بمفرده.
  • ارتفاع مستوى السعر.

بالنسبة للتكلفة العالية ، تجدر الإشارة هنا إلى أن المجمعات الأنبوبية تؤتي ثمارها في وقت قصير إلى حد ما.

مجمعات الطاقة الشمسية المسطحة المغلقة

تصميم المجمع المسطح عبارة عن إطار من الألومنيوم بطبقة امتصاص خاصة وطلاء شفاف. ويشمل أيضًا الأنابيب والعزل.

الطبقة الماصة عبارة عن لوح نحاسي أسود مع موصلية حرارية ممتازة ، وهي مثالية لبناء أنظمة الطاقة الشمسية. يمتص الممتص طاقة الإشعاع الشمسي وينقلها إلى المبرد الذي يدور عبر خط الأنابيب المجاور.

الجزء الخارجي من اللوحة محمي بطبقة شفافة ، والتي يتم استخدام الزجاج المقسى لتصنيعها ضرر ميكانيكي. هذا يسمح لك بإنشاء حماية موثوقة ضد البَرَد. عرض النطاق الترددي لهذا الزجاج هو 0.4-1.8 ميكرون ، وهو ما يكفي لأقصى قدر من الإشعاع الشمسي. يحتوي الجانب الداخلي من اللوحة على طبقة عزل حراري جيدة.


تتمتع الألواح المسطحة المغلقة بعدد من المزايا التي لا يمكن إنكارها:

  • بناء بسيط.
  • كفاءة عالية عند استخدامها في المناطق الدافئة.
  • وجود جهاز لتغيير زاوية اللوحة ، مما يسمح لك باختيار الموقع الأمثل للهيكل.
  • التنظيف الذاتي للصقيع والثلج.
  • التكلفة المقبولة.
  • عمر خدمة طويل ، منتجات عالية الجودة يمكن أن تستمر حتى نصف قرن.

إذا تم تضمين استخدام النظام في تصميم المبنى ، في هذه الحالة ، يمكنك الحصول على فائدة كبيرة.

من بين أوجه القصور ، يتم الانتباه إلى ما يلي:

  • فقدان حرارة عالية.
  • كتلة كبيرة من الهيكل.
  • ارتفاع انحراف القذيفه بفعل الهواء من الألواح المائلة.
  • أداء منخفض مع تغيرات درجة الحرارة حتى 40 درجة.


مجال استخدام الألواح المسطحة المغلقة للتدفئة المنزلية باستخدام الألواح الشمسية واسع جدًا:

  • في الصيف ، تلبي الأنظمة تمامًا احتياجات الماء الساخن.
  • بين مواسم التدفئة ، يمكنهم استبدال أجهزة تسخين الغاز والسخانات الكهربائية.

الخصائص المقارنة لبعض أنواع المجمعات الشمسية

السمة الرئيسية لأي مجمع شمسي هو أدائه. اعتمادًا على ميزات التصميم وفرق درجة الحرارة ، يتم تحديد كفاءة النظام. يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن تكلفة مجمعات الألواح المسطحة أقل بكثير من تكلفة الأنظمة الأنبوبية.

عند اختيار مجمع الطاقة الشمسية ، يجب أن تدرس بعناية المعلمات التي تعتمد عليها كفاءة تسخين المياه بالطاقة الشمسية وقوة الهيكل.


تمتلك مجمعات الطاقة الشمسية عددًا من الخصائص المهمة إلى حد ما:

  • يمكن تحديد نسبة الطاقة الإجمالية والممتصة للإشعاع الشمسي من معامل الامتزاز.
  • يتم تحديد نسبة كمية الحرارة المنقولة والطاقة الممتصة بواسطة معامل الانبعاث.
  • نسبة المساحة الكلية ومنطقة الفتحة.
  • نجاعة.

يجب فهم منطقة الفتحة على أنها منطقة عمل المجمع. تتميز أنظمة النوع المسطح بالقيم القصوى لهذا المؤشر. تتوافق منطقة الفتحة مع مساحة الطبقة الماصة.

طرق الاتصال بنظام التدفئة

أحد عيوب المجمعات الشمسية هو استحالة الإمداد المستمر بالطاقة. لذلك ، عند الاتصال ، من المهم اختيار نظام قادر على العمل في وضع محدود.


في مناطق وسط روسيا ، تُستخدم مجمعات الطاقة الشمسية كمصدر إضافي للحرارة ، لأنها لا تضمن التدفق المستمر للطاقة. ربط مجمعات الطاقة الشمسية والبطاريات بنظام تدفئة وإمداد بالماء الساخن له بعض الاختلافات التي يجب مراعاتها.

توصيل مجمعات الحرارة

يتم تحديد مخطط الاتصال حسب الغرض المباشر للتصميم ، وغالبًا ما يتم استخدام خيارين:

  • لتسخين المياه في الصيف.
  • لتسخين المبرد في الشتاء في أنظمة التدفئة والماء الساخن.

يتميز الخيار الأول ببساطته ، حيث يعتمد تشغيله على الحركة الطبيعية لسائل التبريد. لذلك ، يمكن استخدام مثل هذا المخطط لاستخدام الطاقة الشمسية لمنزل خاص بدون مضخة دوران. مبدأ التشغيل على النحو التالي: عند تسخينه بأشعة الشمس ، يتمدد الماء الموجود في المجمع ويدخل إلى خزان التخزين. يُمتص سائل بارد ليحل محل الماء الخارج.

ومع ذلك ، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أنه من أجل زيادة كفاءة النظام مع الدوران الطبيعي ، من الضروري إنشاء زاوية ميل معينة. بالإضافة إلى ذلك ، من المهم وضعه خزانعلى مستوى أعلى من المجمع الشمسي.


للحفاظ على درجة حرارة عالية لسائل التبريد ، يتطلب خزان التخزين عزلًا حراريًا إضافيًا.

أقصى عمل فعاليتطلب المجمع الشمسي استخدام مخطط اتصال أكثر تعقيدًا.

يُسكب سائل تبريد غير متجمد في النظام ويتم إدخال مضخة دوران. للتحكم في تشغيله ، يتم تثبيت وحدة تحكم وأجهزة استشعار لدرجة الحرارة. يُظهر المستشعر الأول درجة حرارة الماء في خزان التخزين ، ويتم تثبيت المستشعر الثاني على الأنبوب الذي يزود المبرد الساخن من المجمع الشمسي. يعمل هذا المخطط لـ المبدأ التالي: عندما يتم تسخين الماء في الخزان فوق المعلمات المحددة ، يتم إيقاف تشغيل مضخة الدوران ، وتتوقف حركة المبرد. عندما تنخفض درجة الحرارة إلى قيم التحكم ، تقوم وحدة التحكم بتشغيل غلاية التدفئة.

كيف تتصل الألواح الشمسية

لا يمكن استخدام مخطط توصيل المجمّع الشمسي ، الذي تتراكم فيه طاقة الإشعاع الشمسي ، لتوصيل الألواح الشمسية. في هذه الحالة ، سيتعين عليك أيضًا تثبيت حزمة بطارية باهظة الثمن. لذلك ، يجب استخدام خيار آخر.


يتم نقل الطاقة من الألواح الشمسية إلى وحدة التحكم في الشحن ، والتي تم تصميمها لتزويد البطاريات بالطاقة باستمرار وتثبيت الجهد. عندما يتم توفير الكهرباء للعاكس العاصمةيتم تحويل التيار المتردد أحادي الطور 220 فولت.

إيصال نظرة عالميةالطاقة لتدفئة المنزل من الشمس تجعل الألواح الشمسية أكثر ربحية ، لكن لا تنسَ انخفاض كفاءة هذا النظام. وتجدر الإشارة أيضًا إلى أن المجمّع الشمسي لا يمكنه تخزين الطاقة كما تفعل الألواح الشمسية.

حساب القوة

لاستخدام مجمعات الطاقة الشمسية بشكل مربح ، من المهم مراعاة التوصيات التالية من الشركات المصنعة:

  • يجب أن يوفر النظام الماء الساخن بنسبة 70٪ فقط.
  • لا يمكن دخول أكثر من 30٪ من الطاقة إلى نظام التدفئة من مجمعات الطاقة الشمسية.

فقط في هذه الحالة يمكن تحقيق وفورات في تكاليف التدفئة وإمدادات المياه الساخنة بنسبة 40٪ تقريبًا.

عند حساب سعة المجمع لتدفئة منزل بالطاقة الشمسية ، ينبغي للمرء أيضًا أن يأخذ في الاعتبار موقع النظام وزاوية ميل الألواح ومتوسط ​​درجة الحرارة السنوية في المنطقة.


إن طاقة الشمس ، التي تمنحنا الضوء والكهرباء والحرارة ، تكتسب بسرعة المزيد والمزيد من الحدود. لا أحد يفاجئ بعد الآن أجهزة مختلفةوالأجهزة التي تعمل بالطاقة الشمسية ، ومحطات توليد الطاقة بالهيليوم المنزلية ، ومصابيح مختلفة ، وأكاليل الشوارع ، وإشارات المرور التي تعمل بأشعة الشمس.

وبالطبع ، كان الاتجاه المنطقي لاستخدام الطاقة الشمسية هو استخدامها للتدفئة وتسخين المياه ليس فقط في منزل خاص واحد ، ولكن أيضًا في المنازل الكبيرة ، في المباني العامة.

بالطبع ، الأنظمة الشمسية غير قادرة على توفير التشغيل على مدار الساعة لتسخين المياه. لكنهم قادرون على استبدال مصادر الطاقة الأحفورية التقليدية - النفط والغاز والفحم - خلال ساعات النهار. نظرًا لأن التسخين الشمسي لا يتطلب استهلاك المواد الخام ، فلا يوجد الانبعاثات الضارةفي الغلاف الجوي ، لا تلوث بيئي.

لذلك ، فإن استخدام الطاقة الشمسية لتدفئة المباني السكنية وإمدادات المياه الساخنة ستصبح ذات أهمية متزايدة كل عام على خلفية الارتفاع المتوقع في أسعار النفط والغاز والفحم.

نظام التسخين الشمسي

في أبسط الحالات النظام الشمسييتكون التسخين من واحد أو أكثر من مجمعات الطاقة الشمسية المتصلة في دائرة مغلقة بتركيبات التدفئة - البطاريات أو الأنابيب الموضوعة في الأرضية. في هذه الحالة ، يجب أن تكون البطاريات أو الأنابيب الأرضية فوق المجمعات.

ثم الماء المسخن في المجمعات ، وفقًا لقوانين الحمل الحراري ، سيرتفع إلى أقسام التسخين ، وينزل الماء البارد إلى المجمعات. يتم تسخين البطاريات أو الأنابيب المخبأة في الأرضية وبالتالي يتم تسخين الغرفة بدون أي أجهزة إضافية.

أبسط مخطط للتدفئة الشمسية

لكن هذا هو الأكثر دائرة بسيطةموضحا مبدأ بناء النظام. في الواقع ، تتضمن التدفئة الشمسية في المنزل تركيب المزيد نظام معقد. قبل شراء سخانات المياه بالطاقة الشمسية أو صنعها بنفسك ، تحتاج إلى تحديد المنطقة التي تريد تسخينها ، ونظام التدفئة المنزلية الأكثر ملاءمة لهذه الأغراض.

في الوقت نفسه ، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أنه لن يتمكن أي من أنظمة الهليوم من توفير التشغيل على مدار الساعة. لتدفئة المبنى ليلاً ، سيكون من الضروري استخدام الوسائل التقليدية للتدفئة ، والعمل على إحدى ناقلات الطاقة الأحفورية.


مخطط نموذجي للتدفئة الشمسية وإمدادات المياه الساخنة

ل منزل صغيريمكن استخدام النظام بغرفة أو غرفتين تسخين الهواءمن مجمعات الطاقة الشمسية. في مثل هذه التركيبات ، يتم استخدام الهواء كحامل حراري ، والذي يتم تسخينه في نظام التجميع ، ويدخل إلى الغرفة الساخنة عبر مجاري الهواء. يدخل الهواء المبرد من هذه الغرفة إلى المجمع.


مخطط تسخين الهواء بالطاقة الشمسية

بالنسبة لأنظمة التسخين الشمسي ذات ناقل الحرارة السائل ، فهي من حيث المبدأ مبنية بنفس الطريقة. يكمن الاختلاف في نوع المجمعات المستخدمة لتسخين المبرد.

تتكون المجموعة القياسية من مشعبات ، وخزان تخزين به مبادلان حراريان (أحدهما متصل بالمشعب ، والآخر بسخان إضافي). يجب تزويد خزان التخزين بعزل حراري جيد. تحافظ مجموعة الضخ على دوران المبرد والماء في نظام التدفئة.

نظام تسخين مجمع مسطح

تصميم المجمع المسطح بسيط للغاية بحيث يمكن صنعه يدويًا بحرية. هذا الجهاز عبارة عن صندوق ، يوجد بداخله جهاز امتصاص ، وأنابيب مع ناقل حراري ، وعزل حراري. لتصنيعها لا يتطلب أي مواد خاصة. جميع المكونات ميسورة التكلفة. هذه هي الألواح ، اللوح الليفي ، كتل خشبية، حديد التسقيف ، البوليسترين ، الأنابيب النحاسية ، الزجاج المقسى ، مواد الختم ، الطلاء الأسود المقاوم للحرارة.

حسنًا ، ضعها معًا جهاز محلي الصنعقادرة على تسخين المبرد في وضع الركود حتى 150 درجة مئوية. كقاعدة عامة ، يتم سكب الماء في النظام مع إضافة مضاد التجمد بحيث لا يتجمد هذا المحلول في الليل في الشتاء عندما لا يعمل المجمع الشمسي.


المجمع الصناعي المسطح

يتم تركيب بطاريات المجمّع أو المجمع بطريقة توفر أقصى قدر من الإضاءة بواسطة الشمس. كقاعدة عامة ، هذا هو الجانب الجنوبي من سقف المنزل. يتم توفير الناقل الحراري المتداول في دائرة الجهاز بواسطة مضخة إلى المبادل الحراري الموجود في الجزء السفلي من خزان التخزين. يدور المبرد باستمرار في هذا النظام ، حيث يقوم بتسخين الماء في الغلاية حتى 50 درجة مئوية - 60 درجة مئوية ، وهو ما يكفي لتدفئة أماكن المعيشة.


مجمعات الطاقة الشمسية المسطحة على سطح فندق ومنزل خاص

لضمان استمرار إمداد المباني السكنية بالحرارة ليلاً ، تم تركيب نظام تسخين مياه احتياطي يعمل على مصادر الطاقة التقليدية - الغاز والكهرباء والفحم والخشب. يدخل المبرد المتداول في نظام النسخ الاحتياطي في المبادل الحراري الموجود فوق النظام الرئيسي.

هذا يضمن تسخين المياه في الغلاية ودورة تسخين مستمرة. إذا كان نظام التسخين الاحتياطي ، الذي يعمل على الفحم والخشب ، لا يمكن تشغيله إلا يدويًا ، ثم الغاز و نظام كهربائييمكن تشغيله تلقائيًا ، تحت سيطرة وحدة تحكم خاصة.

نظام تدفئة مع فراغ مشعب

يختلف هذا النظام عن النظام السابق فقط في تصميم المجمع. في هذا الجهاز ، يتم استخدام الأنابيب المفرغة لتسخين المبرد. في جوهرها ، هذه الأنابيب المفرغة عبارة عن ديوار معدل.

أنبوب زجاجي مزدوج يتم فيه تفريغ الهواء من الفراغ الخلالي. هذا يضمن عزل حراري موثوق للأنبوب الداخلي. الأنبوب الداخلي يحتوي على ممتص و أنابيب النحاس، الطرف العلوي الذي يكون قطره أكبر بقليل من الأنبوب نفسه ، وهو مغلق. يتم ملء الأنبوب أولاً بسائل منخفض الغليان.

تحت تأثير الإشعاع الشمسي ، يسخن الأنبوب ، ويبدأ السائل الموجود فيه في الغليان ، ويصعد البخار إلى الحافة. هناك يتخلى عن حرارته ، ويعود إلى الحالة السائلة ويتدفق وفقًا لقوانين الحمل الحراري. تستمر هذه العملية باستمرار ، مع تسخين الطرف إلى 250 درجة مئوية - 280 درجة مئوية. يتم تركيب خمسة عشر إلى عشرين من هذه الأنابيب في هيكل واحد - مجمع. يتم إدخال الأطراف في الأنبوب الذي يدور المبرد من خلاله. يتم تسخين المبرد الحراري حتى 60 درجة مئوية - 80 درجة مئوية ويتم إدخاله في المبادل الحراري للغلاية.


رسم تخطيطي لأنبوب مفرغ

يتم تثبيت مجمع الفراغ نفسه بشكل غير مباشر لضمان التداول الحر للسوائل فيه أنابيب نحاسية. باستثناء المجمّع ، لا يختلف نظام التسخين هذا عن نظام تجميع الألواح المسطحة.


مجمعات الفراغ على سطح المنزل

نظام تدفئة مع مرآة حوض مكافئ

مثل هذا الجهاز هو التصميم الأكثر ضخامة وصعوبة في التشغيل. هذه مرآة طويلة (عدة أمتار) ، منحنية في قطع مكافئ. يمكنك صنع مثل هذه المرآة بنفسك عن طريق ثني ، على سبيل المثال ، ورقة من الخشب الرقائقي ولصقها من الداخل بورق الألمنيوم.

هذه المرآة الأسطوانية المكافئة مثبتة على إطار ثابت. يتم تثبيت أنبوب طويل عند بؤرة المرآة ، يتم من خلاله تدوير سائل التبريد. إذا تم تحديد تركيز المرآة بشكل صحيح وتم تثبيت الأنبوب في هذا التركيز ، يمكن أن تصل درجة الحرارة على طول خط التسخين للأنبوب إلى 250 درجة مئوية - 300 درجة مئوية. لكن هذا يخضع للتركيب الصحيح وتوجيه المرآة للشمس.


مجمع مرآة أسطواني مكافئ

الشرط الأخير مهم للغاية ، لأنه إذا لم يتم توجيه المرآة بشكل صحيح ، فستفقد طاقة التسخين وتنخفض درجة الحرارة على الأنبوب بشكل كبير. لمنع حدوث ذلك ، يجب أن يكون التثبيت مع مرآة حوض مكافئ مزودًا بجهاز تتبع مع مشغل.

سوف يتتبع جهاز التتبع موقع الشمس ويوجه المرآة في المستويين الرأسي والأفقي وفقًا لذلك. هذا يعقد بشكل كبير ، وبالتالي يزيد من تكلفة التصميم.

إذا تم أيضًا تثبيت مجموعة من الألواح الشمسية لتزويد المنزل بالكهرباء ، بالإضافة إلى المجمعات الشمسية ، ونتيجة لذلك ، يمكنك الحصول على مصدر طاقة مستقل تمامًا للمنزل ، والذي لا يعتمد على شبكات الإمداد بالطاقة العامة .


مجمعات الفراغ وخلايا الهيليوم الكهروضوئية

ستزود الشمس المنزل بالكهرباء والتدفئة ، وفي الليل ، تعمل الكهرباء المتراكمة خلال ساعات النهار على تسخين المياه في نظام التدفئة الاحتياطية. ستقوم وحدة التحكم بمراقبة تشغيل وإيقاف الأجهزة الضرورية في الوقت المناسب ، وتنظيم درجة الحرارة داخل المبنى. وهو ليس بمستقبل بعيد. هذا يعمل بالفعل.

يمكن أن يؤدي استخدام الطاقة "الخضراء" التي توفرها العناصر الطبيعية إلى تقليل تكاليف المرافق بشكل كبير. على سبيل المثال ، من خلال ترتيب التدفئة الشمسية لمنزل خاص ، ستوفر حاملًا حرًا فعليًا مشعات درجة حرارة منخفضةوأنظمة التدفئة تحت الأرضية. موافق ، هذا هو الحفظ بالفعل.

سوف تتعلم كل شيء عن "التقنيات الخضراء" من مقالتنا. من خلال مساعدتنا ، يمكنك بسهولة فهم أنواع التركيبات الشمسية وكيفية بنائها وخصائص التشغيل. بالتأكيد سوف تكون مهتمًا بأحد الخيارات الشائعة التي تعمل بشكل مكثف في العالم ، ولكنها لا تحظى بشعبية كبيرة معنا بعد.

في المراجعة المقدمة إلى انتباهك ، تم تفكيك ميزات تصميم الأنظمة ، ووصف مخططات الاتصال بالتفصيل. يتم إعطاء مثال على حساب دائرة التسخين الشمسي لتقييم واقع بنائها. يتم إرفاق مجموعات الصور ومقاطع الفيديو لمساعدة الأساتذة المستقلين.

في المتوسط ​​، يستقبل 1 م 2 من سطح الأرض 161 واط من الطاقة الشمسية في الساعة. بالطبع ، عند خط الاستواء ، سيكون هذا الرقم أعلى بعدة مرات مما هو عليه في القطب الشمالي. بالإضافة إلى ذلك ، تعتمد كثافة الإشعاع الشمسي على الوقت من السنة.

في منطقة موسكو ، تختلف شدة الإشعاع الشمسي في ديسمبر ويناير عن مايو ويوليو بأكثر من خمس مرات. لكن الأنظمة الحديثةفعالة للغاية بحيث يمكنها العمل في أي مكان على وجه الأرض تقريبًا.