Această cantitate de energie - din păcate - nu acoperă suficient cererea de căldură a unei case foarte eficiente din punct de vedere energetic și până acum nu suntem capabili să acumulăm o rezervă de energie adecvată pentru iarnă într-un mod viabil din punct de vedere economic vara.
Cu toate acestea, putem folosi cu succes energia soarelui pentru a încălzi apa, deși aici nu ne vom descurca fără un acumulator de căldură. Nu este întotdeauna predispus să strălucească atunci când vrem doar o baie.
Problema excesului de apă fierbinte
Se pare că, la urma urmei, capul nu ne rănește capul, vrem cât mai multă apă fierbinte pentru „gratuit” și nu ne gândim la faptul că excesul său ne poate cauza probleme.
Între timp, optimizarea unei instalații solare nu este din păcate o sarcină simplă. În primul rând, deoarece lunile cu cel mai mare soare, adică de la sfârșitul lunii iunie până la începutul lunii septembrie, au sărbători. Apoi, numărul locuitorilor casei noastre model scade de la patru la doi și poate chiar la zero.
Din cauza lipsei de consum de apă caldă, abundența luminii solare se transformă într-un dezavantaj și necesită protejarea instalației împotriva supraîncălzirii. Desigur, această problemă poate fi rezolvată, deși, din păcate, uneori la un cost considerabil.
Poate fi un sistem în care glicolul este împins din sistemul colector de vapori de lichid supraîncălzit sau utilizarea colectoarelor de vid cu conducte de căldură sau, în cele din urmă, cea mai ieftină investiție - utilizarea automatizării care varsă excesul de apă fierbinte în canalizare.
Această din urmă metodă este, din păcate, cea mai costisitoare din punct de vedere al funcționării, deoarece atât apa curată, cât și evacuarea apelor uzate costă din ce în ce mai mult. Ignorăm aspectul etic al unei astfel de soluții - turnarea apei calde potabile în sistemul de canalizare.
O soluție la problema excesului de căldură produsă de instalația solară vara, adesea propusă de instalatori, este încălzirea apei din piscină (dacă, desigur, o avem doar, ceea ce nu este obișnuit în acest moment).
La prima vedere, aceasta este o soluție bună, dar de ce încălziți apa într-o piscină în care nu face baie nimeni.
După cum puteți vedea din considerațiile de mai sus, alegerea corectă a colecționarilor nu este o chestiune ușoară și, prin urmare, merită să-i acordați o atenție.
Colectoare optime
Dacă am utiliza datele climatice privind radiația solară, de exemplu în Masovia, s-ar dovedi că cea mai mare energie solară din timpul anului cade pe un plan înclinat spre sud, la un unghi de 30 °. Cu toate acestea, alegerea unei astfel de înclinații de colecție ar fi o greșeală. Într-o astfel de poziție, acestea oferă cea mai mare căldură în lunile de vacanță, când avem cel mai puțin nevoie de ea.
Înclinarea colectorului la un unghi de 60 ° este mult mai avantajoasă. Oferă cea mai mare energie toamna, iarna și primăvara. Dacă zona colectoarelor înclinată la un unghi de 60 ° ar fi selectată pentru a acoperi 100% din cererea de căldură pentru încălzirea apei în aprilie, am acoperi în medie 85% din această cerere în martie și septembrie, 57% în februarie și octombrie și în cele mai reci și întunecate luni ale anului. - până la 27%.
Desigur, problema rămâne, ce să facem cu lipsa consumului de apă caldă în vacanță, dar este mai mică decât cu unghiurile de înclinare mai mici ale colectorului.
Colectorul cu o înclinație de 60 ° acoperă până la 70% din cererea anuală de apă caldă. Obținerea unui astfel de rezultat este posibilă cu condiția să se utilizeze colectoare de vid cu conducte de căldură. Cu toate acestea, astfel de colectoare sunt mult mai scumpe decât colectoarele plate.
Cu toate acestea, dacă luăm în considerare faptul că în întreaga instalație solară costul colectorului este de doar 30% din cheltuielile totale, chiar și prețul său dublu crește costurile de instalare cu doar 25%. Luând în considerare creșterea cu 25-30% a eficienței sistemului în perioada octombrie-martie (în medie 15% pe an) și durata de viață de 20 de ani a colectorului, costurile capitale ale încălzirii apei calde vor fi similare cu cele ale colectoarelor cu plăci plate.
În același timp, acești colectoare rezolvă probleme cu supraîncălzirea apei. Cu toate acestea, atunci când alegeți colectoarele de vid, trebuie să se țină seama de riscul ridicat al calității lor scăzute. Fără garanții fiabile, utilizarea lor ne poate expune la pierderi.
Colectoare pentru încălzirea casei
Colectoarele solare, după modificarea corespunzătoare a instalației, pot susține și încălzirea clădirii. Cu toate acestea, utilizarea colectoarelor solare pentru un astfel de scop nu este încă viabilă din punct de vedere economic, dar mulți oameni tratează această soluție ca un fel de securitate pentru viitor. Dându-și seama că energia va fi mai scumpă, ei speră că utilizarea colectoarelor solare îi va reduce consumul.
Cu toate acestea, până în prezent în partea noastră a Europei nu se pune problema instalărilor eficiente și raționale din punct de vedere economic cu colectoare solare care ar încălzi casa pe tot parcursul sezonului de încălzire. Principala barieră este că atunci când este cel mai frig afară și avem cea mai mare nevoie de încălzire, cantitatea de energie solară pe care o putem folosi este foarte mică.
Adesea se întâmplă ca instalația să nu funcționeze deloc timp de 2-3 luni pe an, indiferent de tipul de colectoare utilizate. Soluția la această problemă ar fi stocarea energiei produse vara și toamna pentru a o utiliza în timpul sezonului de încălzire. Acest lucru ar necesita utilizarea unor imense rezervoare tampon umplute cu apă, a căror capacitate ar fi puțin mai mică decât întreaga casă. Prin urmare, este o soluție costisitoare, caracterizată prin eficiență scăzută și incapacitatea de a „construi” rezervorul în interiorul casei.
De ani de zile se lucrează pentru a produce rezervoare acceptabile dimensional umplute cu un alt material decât apa, a cărei capacitate de căldură ar fi comparabilă cu cea a unui rezervor imens de apă. Deocamdată, nu se pune problema folosirii colectoarelor solare pentru prepararea apei calde sau pentru încălzirea casei, ci doar pentru susținerea acestor procese.
Proiectarea unei instalații solare
Pentru a sprijini prepararea apei calde, instalația este selectată în așa fel încât să acopere aproximativ 50-60% din necesarul anual de energie în acest scop. Cu o instalație mixtă care susține prepararea apei calde și încălzirea locuinței, aceasta ar reprezenta aproximativ 20-25% din necesitățile anuale. Uneori există instalații în care investitorul își propune să mărească în continuare acoperirea necesităților anuale de energie de către colectoarele solare. Cu toate acestea, creșterea numărului de colectoare determină doar o ușoară creștere a cantității de energie obținută în sezonul de încălzire și, în același timp, un exces mare de energie vara. Acest lucru este benefic numai în instalațiile în care excesul de vară este utilizat pentru încălzirea piscinei.
Construcția colectoarelor pentru susținerea încălzirii apei calde
Colectoarele solare utilizează efectul de seră și proprietățile sticlei. Corpurile cu temperaturi ridicate (inclusiv Soarele) radiază căldură folosind unde scurte. Și pentru că sticla transmite foarte bine radiații cu unde scurte (sticlă în colectoare de înaltă calitate - 91-96%) și foarte puțin - radiații cu unde lungi, energia termică de la soare ajunge cu ușurință în interiorul colectorului, provocând încălzirea foii absorbante. Absorbantul transferă căldura în soluția apoasă de glicol. Modul în care colectorul primește căldură depinde de tipul său. Există două grupuri de colectoare pe piață - plat și tuburi de vid.
Colectoare plate - Sunt realizate din tablă acoperită cu un material care absoarbe bine radiația solară, de care sunt atașate țevi umplute cu o soluție de glicol de apă. Foaia absorbantă este plasată într-o cutie din aluminiu sau plastic. În partea de jos, între carcasă și absorbant, există un strat de izolație termică, de obicei vată minerală. În partea de sus, colectorul este acoperit cu o sticlă de protecție.
Avantajele colectorului cu plăci plate sunt prețul mai mic, instalarea ușoară și eficiența ridicată vara (acest lucru se datorează faptului că colectorul cu plăci plate are un strat de panou care oprește doar o parte din radiația solară).
Dezavantajul este eficiența mai mică în timpul iernii, când temperatura exterioară este scăzută și pierderile de căldură din colector sunt de mare importanță (carcasa mare din aluminiu și sticlă transferă efectiv căldura în mediu).
Colectoarele plate sunt, în general, mai puțin eficiente pe parcursul anului decât cele cu tuburi. Cu toate acestea, acest lucru este valabil pentru compararea a doi colectoare cu aceeași suprafață. Deoarece colectoarele plate disponibile pe piață au de obicei cel puțin dublul suprafeței unui colector tipic de țevi, iar prețul unui astfel de set este mai mic, achiziționarea unui colector plat este de obicei mai profitabilă decât un colector de țevi. Merită luată în considerare utilizarea colectoarelor de țevi atunci când este puțin spațiu pe acoperiș.
Colectoare de tuburi de vid - în prezent există două tipuri de colectoare pe piață: cu flux direct și cu o conductă de căldură.
- Cu flux direct. Un astfel de colector este format din mai multe sau o duzină de tuburi cu diametru mic (8-10 mm), modelate în litera U. Fiecare „tub U” este plasat într-o secțiune de aluminiu, pe care este strecurat un tub de sticlă format din două straturi strâns legate există un vid. Există o oglindă sub țevi.
Avantajul acestui tip de colectoare este pierderea redusă de căldură în timpul iernii și funcționarea eficientă, de asemenea, cu orientarea nefavorabilă a acoperișului. Dezavantaje - preț ridicat, eficiență mai mică vara și sensibilitate la lipsa pe termen lung a recepției de căldură.
- Țeavă de căldură. În acest tip de colectoare, în interiorul tuburilor de sticlă există un singur tub cu un lichid care fierbe la temperatură scăzută în interior. Radiația solară încălzește lichidul, care se evaporă din partea de jos a conductei și se condensează în partea superioară - redând căldura factorului care circulă în instalație.
Avantajele și dezavantajele colectoarelor de țevi de căldură sunt aceleași cu cele cu flux direct. În plus, pot fi asamblate în etape: mai întâi cadrele și apoi instalarea conductelor colectoare. De asemenea, au protecție parțială a glicolului împotriva temperaturilor prea ridicate. Un dezavantaj suplimentar este calitatea scăzută a unor colecționari de pe piață.
Avantajele utilizării colectoarelor
Presupunem că modelul casei noastre este locuit de 4 persoane care folosesc zilnic 35 l de apă caldă la 55 ° C. Aceasta înseamnă consumul zilnic de apă de 140 l, pentru care vom selecta colectoare și capacitatea rezervorului.
Presupunând 1,5 m2 de absorbant pentru fiecare 50 de litri de apă consumați pe zi, acest lucru ne oferă 140: 50 × 1,5 = 4,2 m2. Am adoptat doi colectoare plate cu o suprafață de 2,33 m2 fiecare. Pentru a obține eficiența adecvată a instalației, am ales un rezervor cu o capacitate de aproximativ 300 l (de două ori mai mare decât consumul zilnic de apă).
Putem considera selecția corectă, deoarece pe baza simulării am verificat că va acoperi aproximativ 52,1% din necesarul anual de energie pentru încălzirea apei.
- Costuri de investiții. Majoritatea producătorilor oferă seturi de bază cu colectoare solare, destinate caselor unifamiliale, ca pachete complete. Costul pachetului este de aproximativ: 8.000-12.000 (diferențele semnificative de preț rezultă dintr-o mare varietate de tipuri și calitatea componentelor).
Având în vedere utilizarea colectoarelor solare ca o extensie a unei instalații convenționale cu un cazan de condensare, trebuie să deducem din costul pachetului costul unui rezervor standard de 150 l, care ar fi utilizat într-o instalație cu un cazan de condensare. În funcție de producător și tehnologie, ar trebui să scădem aproximativ 2000-2500, apoi costul unui pachet cu colectoare solare este de 6000-10000 plus forță de muncă (1500-2000). În total, va fi de la 7.500 la 12.000.
Teoretic, s-ar putea spune că utilizarea colectoarelor solare economisește aproximativ 52% din energia necesară pentru încălzirea apei, adică în casa noastră model - aproximativ 143 m3 de gaz. Atunci când este înmulțit cu prețul gazului (2,3 / m3), am putea determina economiile anuale de gaze. Cu toate acestea, aceasta este o metodă foarte predispusă la erori.
Pe baza rezultatelor din părțile anterioare ale ciclului, putem face calcule mai precise analizând costul total al încălzirii casei și pregătind apa caldă pentru variantele individuale ale casei. O comparație a costurilor de funcționare a cazanului în condensare în sine și a cazanului care cooperează cu colectoare este prezentată în tabel.
Utilizarea colectoarelor solare este cu siguranță benefică. Cu politica actuală a prețurilor și tarifelor, totuși, nu este întotdeauna o soluție profitabilă.
Costul apei calde din colectoare
Presupunând consumul de apă caldă pe cap de locuitor la 35 l / zi, în casa noastră avem nevoie de aproximativ 2665 kWh de energie pentru a o încălzi anual. Presupunând că folosim sursa cea mai scumpă, adică electricitate (0,52 la 1 kWh), aceasta este:
2665 kWh / an × 0,52 (PLN / kWh) = 1386 (PLN / an).
Din această sumă, putem economisi 52% în instalațiile cu colectoare plate, adică 1386 × 0,52 = 721.
Scăzând din această sumă costul energiei electrice pentru acționarea pompelor de circulație a sistemului solar (aproximativ 50 / an) și costurile anuale de întreținere a instalației de 80 / an, avem 591 de economii anuale. De fapt, aceste beneficii vor fi și mai mici, deoarece pierderea de căldură din rezervor în sine, în funcție de calitatea izolației, este de la 30 la 60 kWh pe lună, ceea ce va crește costurile încălzirii apei în lunile de iarnă (vara avem oricum un surplus de energie solară gratuită).
Costul unei instalații solare este în medie de 10.000, inclusiv o subvenție netă de 20% din Fondul Național pentru Protecția Mediului (subvenția brută este de 45% din cheltuieli, pe care plătim impozitul pe venit și costurile bancare). Această sumă, depusă într-un depozit bancar de 5,5%, ne oferă 546 dobânzi, ceea ce este aproape același cu economiile, fără risc tehnic (costuri posibile de eșec).
Obținem un rezultat în mod similar nefavorabil atunci când analizăm timpul de recuperare de 10.000: 546 / an = 18,3 ani. Puteți vedea că costurile se plătesc într-o perioadă apropiată de durata de viață a instalației.
De asemenea, costul de 1 kWh de căldură din colector este comparabil cu costul energiei electrice: (10.000 + 20 ani × (50 / an + 80 / an)) :: (20 ani x 2.500 kWh / an × 0,52 / kWh) = 0,48 / kWh.
Dacă luăm în considerare riscul de eșec în perioada de funcționare de 20 de ani, acest cost va fi probabil și mai mare.
Economisirea apei Există
și alte modalități de a reduce consumul de energie pentru încălzirea apei. Este vorba de reducerea consumului de apă prin investiții în fitinguri de economisire a energiei. Aici, o investiție de 2.000 (pentru racorduri lavoare fără atingere, duș cu economie de apă și aeratoare de înaltă eficiență) permite reducerea consumului de apă caldă cu cel puțin 60%. Astfel, economisim anual la energie: 2655 kWh × 0,6 × 0,52 / kWh = 828, dar și la costurile de evacuare a apei și a apelor uzate (aprox. 700). Acest lucru oferă un timp de rambursare senzațional de 2000: 1528 = 1,3 ani.
Apropo, observăm și aici interferența statului, împiedicând răspândirea soluțiilor care raționalizează consumul de energie. Regulamentul privind certificarea energetică a clădirilor a fost scris în așa fel încât instalarea armăturilor de economisire a apei, contrar faptelor, nu îmbunătățește indicatorii energetici.
Toate acestea duc la concluzia că până acum decizia de a instala colectoare solare în casă se datorează mai mult activităților de marketing decât motivelor economice.
Costul instalării solare și subvenții
Costurile ridicate ale colectoarelor solare pe piața poloneză sunt generate în mare măsură de politica de sprijinire a acestor investiții de către Fondul Național. Primele sisteme care susțin finanțarea instalațiilor solare pentru destinatarii colectivi au dus la o creștere radicală a prețurilor colectoarelor.
Rezultă direct din metoda de finanțare a investiției. Fondul Național finanțează un anumit procent din cheltuieli. Rezultatul este că, dacă dorim să obținem cea mai mare subvenție, trebuie să creștem costurile. O încercare ineficientă de limitare a acestui efect este introducerea de către Fondul Național pentru Protecția Mediului a limitei de cost a instalației la nivelul de 2500 / m2 al colectorului. Acest lucru a condus la stabilirea prețurilor la nivelul atins în Europa de colectoarele hibride PV-T care produc electricitate și căldură. Teoretic, este posibilă o politică alternativă pentru a sprijini instalarea colectoarelor solare. Ar fi suficient să stabiliți un nivel constant de suport, de exemplu la nivelul de 1000 / m2 de colector, desigur cu cerințe de calitate și eficiență ridicate.
Apoi, optimizarea subvenției, din punctul de vedere al clientului, ar consta în găsirea celei mai ieftine oferte care îndeplinește cerințele de calitate, adică minimizarea contribuției proprii.
Începând de astăzi, în afară de sistemul de asistență NFOŚ, puteți găsi pe piață o instalație decentă pentru o familie de 4 pentru 6.000 (4m2), cu o subvenție de 4.000, care este mai mică decât astăzi, costul pentru investitor ar fi de doar 2.000. Astfel, prețul de 1kWh căldura pentru încălzirea apei ar scădea la 0,18 / kWh și toate acoperișurile ar fi acoperite cu colectoare solare. Poate că teama de un astfel de scenariu este motivul pentru care politica de subvenționare este diferită. Acest lucru ar duce la o reducere semnificativă a cererii de căldură.
Ar trebui să vă fie frică de supraîncălzirea colectorilor?
Mulți oameni se tem să lase instalația nesupravegheată vara, când membrii gospodăriei pleacă în vacanță. În practică, o instalare realizată corespunzător nu reprezintă o amenințare pentru utilizator și cu atât mai puțin pentru clădire. Este echipat cu o supapă de siguranță, din care problema unei eventuale scurgeri de glicol poate fi rezolvată prin înlocuirea unui recipient suplimentar. În plus, există un vas de expansiune în instalație, care compensează fluctuațiile de presiune legate de încălzirea și răcirea ciclică a instalației. Într-o instalație realizată și întreținută corespunzător, vasul de expansiune împiedică practic deschiderea supapei de siguranță.
Un pericol mai mare în instalație este riscul de distrugere a mediului de încălzire, adică o soluție de apă de propilen glicol, în cazul lipsei pe termen lung a recepției de căldură în instalație și a temperaturii rămase peste 140-150oC. Aproape toți colectorii de plăci plate pot atinge această temperatură. Colectoarele tubulare sunt capabile să atingă chiar și 220-270oC. În astfel de condiții, mediul este stratificat și apar depozitele greu de îndepărtat din instalație. Uneori se întâmplă ca instalația cu colectoare solare umplute în faza de construcție a unei case să nu poată fi pusă în funcțiune după câteva luni de neutilizare. Nămolul generat în instalație merge la filtre,separator de aer sau pompă de circulație și blochează eficient debitul. Din acest motiv, este important să acoperiți colectoarele în etapa de instalare și să nu le umpleți până când nu sunt utilizate. Regulile de instalare a colectorului trebuie consultate întotdeauna cu producătorul.
În timpul funcționării instalației, sunt utilizate diferite metode pentru a proteja mediul împotriva supraîncălzirii. De exemplu, unele controlere au funcția de răcire pe timp de noapte a instalației. O altă soluție este utilizarea de supape termostatice care, după ce depășesc un anumit nivel de temperatură, descarcă o parte din apa fierbinte din rezervor în sistemul de canalizare, alimentându-l cu apă rece. Ambele metode nu sunt ideale datorită consumului suplimentar inutil de energie și apă. Din acest motiv, au fost căutate alte metode de asigurare a factorului.
La colectoarele tubulare se poate folosi un rezervor de mare capacitate (peste 80 l pe 1 m2 de absorbant al colectorului), care atinge o temperatură ridicată numai după câteva zile de încălzire intensă. O altă metodă este utilizarea colectoarelor de țevi de căldură, în care, în absența recepției de căldură în instalație, saramura se evaporă, ceea ce nu transferă căldura în soluția de glicol de apă.
În colectoarele de plăci plate, o protecție eficientă a mediului se dovedește a fi utilizarea unui absorbant meandru.
Sistemele de scurgere sau sistemele cu retur gravitațional al mediului, în care colectoarele rămân goale în timpul lipsei de recepție a căldurii, sunt, de asemenea, o soluție bună.
