Napenergiás fűtési rendszerek: a heliorendszerekre épülő fűtés kiépítésének technológiáinak áttekintése

Az alternatív hőforrások keresésének kérdése egyre aktuálisabbá válik. Ezt a növekvő gáz-, szén- és olajárak is elősegítik. Kiemelkedően ígéretes irányzat a napkollektoros fűtési rendszerek, amelyek képesek hatékonyan fűteni a helyiséget sok éven át.

Gondolkodik napelemes rendszer kialakításán, de vannak kétségei és kérdései? Segítünk Önnek megérteni, mikor célszerű napenergiát használni a fűtésre, és leírjuk a fűtés kialakításának lehetséges változatait. Emellett útmutatót adunk a házi készítésű napkollektor rendszerek - sík- és csőkollektor - elkészítéséhez.

A napenergia – alternatív hőforrás

A napenergia fűtésre való felhasználásának gondolata nem új. Sőt, alkalmazásának célszerűségét az amerikaiak, kínaiak, spanyolok, izraeliek és japánok is bizonyították.

A piac bővelkedik a napenergia átalakítására és további háztartási célú felhasználására szolgáló különféle berendezések kínálatában.

A napkollektoros rendszereket a világ számos országában már aktívan használják fő hőforrásként. A mi fölrajzi szélességünkön egyelőre kiegészítésként alkalmazzák a fűtési rendszer mellett.

A rendszerek ára függ a típusuktól, a felületüktől és a gyártásukhoz használt anyagtól. Évről évre tartós árcsökkenési tendencia figyelhető meg a napkollektoros berendezések – a napkollektor rendszerek – minden típusánál.

Ez a szélesebb lakossági rétegek számára is elérhetőbbé teszi őket. Csakhogy egyelőre nem minden érdeklődő áll készen egy ilyen vásárlásra.

Viszont, ha van kedv, saját kezűleg is meg lehet építeni egy hatékony napkollektoros fűtési rendszert, lényegesen kevesebb pénzből.

A megszokott fűtési rendszer, amely évek óta kiválóan ellátja feladatát, egyre drágábbá válik. Ennek oka az energiaforrások globális drágulása világszerte. A tulajdonos természetes vágya, hogy spóroljon a fűtésen, amely a családi költségvetés jelentős részét felemészti.

Így a napenergiás fűtési rendszer teljes értékűen helyettesítheti a megszokott szilárd tüzelésű, gáz- vagy bármilyen más rendszert. Minden attól függ, milyen típusú és méretű helyiségben fogják használni.

A gabonatárolóhoz megfelelő változat nem lesz alkalmas egy lakóházhoz, és a nyaraló igényeit kielégítő rendszer egyáltalán nem boldogul egy kétszintes villa fűtésével.

A hagyományos fűtés teljes kiváltása napenergiával néha problematikus. A tulajdonos attól tart, hogy a rendszer nem birkózik meg a feladattal, vagy fizikailag nincs elegendő hely a szükséges számú panel felszereléséhez.

Ezért gyakran kombinált fűtési rendszert használnak, anélkül hogy teljesen lemondanának a meglévő gáz- (elektromos vagy egyéb) berendezésről. A megszokott fűtés napenergiával való helyettesítésének mértéke elérheti a 90%-ot.

Szintén fontos jelentősége van a terület éves napsütéses napjainak számának, ahol a lakóépület található. Ráadásul az átlagos napi hőmérséklet nem annyira fontos. Számos berendezés hatékonyan nyeli el a fényt a téli fagyos napokon (a napkollektorok, amelyek fagyállót használnak hőhordozóként).

A fűtés mellett a napenergia-berendezés képes meleg vízzel és árammal is ellátni a lakóépületet.

Hol a leghatékonyabb a napkollektoros berendezés

A fűtés napenergia-berendezésre való cseréjekor számos, a hatékonyságát befolyásoló tényezőt kell figyelembe venni.

Először is, helyesen kell kiválasztani a napenergia-rendszer típusát. Ebben a kérdésben figyelembe kell venni a helyiség területét és rendeltetését. Leggyakrabban ez egy családiház, amelyben egy 4-5 fős család él.

Másodszor, gondosan ki kell számítani a hőigényt a hideg évszak maximális fogyasztása alapján. Össze kell vetni ezeket a számokat a napenergia-berendezés 1 négyzetmétere által termelt energiával. Marad a napenergia-szerkezet azon területének kiszámítása, amely képes megbirkózni az adott helyiség fűtésével.

A kapott érték lesz a fő tényező a rendszer elhelyezésének meghatározásában. A háztartások tulajdonosai általában a ház tetejét vagy falát használják. Ritkán használják a ház körüli területet vagy a garázs tetejét. Néha speciális állványokat építenek a berendezés rögzítéséhez.

A napelemes rendszerek rögzítéséhez szükséges speciáis állványok építése lehetővé teszi, hogy azokat a lehető legkényelmesebben helyezzék el a ház körüli területen.

Fontos, hogy semmi se akadályozza a napsugarak szabad bejtását a fényelnyelő felületre. A déli, délkeleti vagy délnyugati falat vagy tetőrészt kell választani.

A napelemek elhelyezésének eldöntése után el kell végezni a lakás előzetes előkészítését:

• Szabadítsa fel a teret. Vágja ki a felesleges növényzetet, ha az akadályozza.
• Erősítse meg a tetőt. Itt nem szabad elfelejteni, hogy mekkora súlya lesz a tervezett szerkezetnek.
• Szigetelje tovább az épületet. Hiszen értelmetlen az utcát fűteni.

Harmadszor, meg kell oldani a kérdést: vásáoljon vagy saját maga építse meg a fűtési rendszert. Minden a pénzügyi leheőőségektől és attól függ, mennyi időt hajlandó a szerkezet elkészítésére fordítani.

A második leheőséget választva meg kell értenie a szükséges rendszer működési elvét, hgoy mindent helyeessen ösze lehessen szerelni.

A napkollektoros fűtés kialakításának lehetséges változatai

A napelemes fűtési rendszer építésének leheőségei teljes mértékben a háztulajdonos kívánságaitól függenek:

• Gyári termékek használata. Kész kollektorok vásárlása saját telepítéssel és szereléssel.
• Pilot projekt építése. Arra szolgál, hogy tesztelje a rendszer használatának hatását a pontos számítások további elvégzéséhez.
• A teljes munkafolyamat önálló elvégzése. A napelemes rendszer számítása, tervezése, „nulláról” történő építése, telepítése.

1. leheőség. A napelemes berendezések megfelelő helyének kiválasztását jelenti, mivel ettől függ a használatuk hatékonysága. A telepítéshez speciális készségekre is szükség lesz.

A panelek számát nem kell kiszámítani – elég lesz közölnie minden kívánságát a berendezés beszállító cégével. Még válaszolnia kell a menedzserek pontosító kérdéseire – és kész, a panelek (kollektorok) optimális számának kiválasztása minden nehézség nélkül megtörténik.

A napelemes berendezés saját kezű tetőre szereléséhez legalább egy segítő támogatására van szükség. Egyedül nem lehet megbirkózni ezzel a munkával.

2. változat – egy pilotprojekt létrehozása. Ez lesz az optimális megoldás a kétkedők számára. Hiszen a fűtési rendszer cseréjéről szóló végső döntést nehéz azonnal meghozni. Építsen egy kis méretű napkollektort (levegős vagy vizes), és tesztelje „működés közben” – hasznos tapasztalat lesz.

Miután felmérte a gyártás valós költségeit, összehasonlította azokat a hasonló rendszerek piaci árával, és kiszámította a háztartásban való használatból származó megtakarítást, a felelősségteljes döntés meghozatala egyszerű lesz.

3. változat – az igazi mesterek választása.

Az objektum teljes értékű fűtéséhez óriási munkát kell elvégeznie:

• Számítsa ki a napenergia-rendszer szükséges területét.
• Határozza meg a jövőbeli szerelés helyét, és erősítse meg azt.
• Szigetelje tovább a lakóteret.
• Szerezze be a rendszer felépítéséhez szükséges összes elemet.
• Építse meg a napelemet.
• Telepítse az épített rendszert, figyelembe véve a fő követelményeket – a dőlésszöget a napsugarak beesési szögéhez képest.

A rendszer kiépítésének teljes munkafolyamata nem nevezhető könnyű feladatnak, de a folyamat rendkívül lebilincselő. Ráadásul lehetővé teszi, hogy jelentős összeget takarítson meg.

Amikor kiválasztja a napenergiát használó fűtés típusát, el kell döntenie, hogy azt használni fogják-e kiegészítőleg vízmelegítésre és villamosenergia-termelésre (kattintson a nagyításhoz)

A napenergia átalakítására szolgáló berendezések típusai

A működési elvtől függően kétféle, napfényt elnyelő eszközt különböztetünk meg:

• Napelemek fotovoltaikus átalakítókkal. Ezek olyan rendszerek, amelyek sorosan vagy párhuzamosan kapcsolt félvezető elemekből állnak. Áramot szolgáltatnak a háztartási fűtőberendezések táplálásához.
• Napkollektorok. Csőrendszerrel ellátott panelek, amelyeket hőhordozó anyaggal töltenek meg: levegővel, fagyálló keverékkel vagy vízzel. A nap által felmelegített hőhordozót szállítják a fűtési körbe.

Vizsgálja meg minden egyes változatot külön.

Napellemek

A napelem a elnyelt fényt villamos energiává alakítja. Fotovillamos elemekből (legtöbbször szilícium alapúakból) áll, amelyek a nap sugárzásából azonnal egyenáramot tudnak kivonni.

Egy ilyen berendezés felhasználható a villamos fűtőberendezések működőképességének biztosítására. A lakás villamosenergia-ellátó rendszeréhez kell csatlakoztatni.

Ennek a berendezének a napsugárzás átalakítási hatékonysága 5% és 20% között van, a napsugárzást feldolgozó eszköz tıpusától függően. 1 m² napelem teljesítménye 120 W.

Már csak ki kell számolni, hány négyzetméterre lesz szükség egy adott háztartás szükségleteinek kielégítéséhez, a lakás méretétől, az egyéni hőigénytől és a szerkezetek szigetelési szintjétől függően.

A napelemeket a legkényelmesebb a ház tetjén elhelyezni, ehhez a déli lejtőt választva.

Fűtésre a napelemeket leginkább a déli régiókban hatékony használni. Fő hátrányuk a hatékonyság csökkenése alkonyatkor és felhős időben, valamint az éjszakai teljes működésképtelenség.

Ahhoz, hogy saját kezűleg készítsen napelemet, először össze kell állítania a keretet, forrasztania kell a napelemeket, majd mindent gondosan el kell helyeznie és tömitőanyagot kell használnia.

A keret gyártásához fa léceket és alumínium szögprofilokat használnak. Minden az összeszerelendő szerkezet méretétől és telepítési helyétől függ. A napelemek – szilícium lapkák – a szerkezet legköltségesebb részei. Lehetnek monokristályosak és polikristályosak. Az előbbiek valamivel drágábbak, de a hatékonyságuk 5%-kal magasabb.

Ezeket saját kezűleg elkészíteni lehetetlen. A fotovoltaikus átalakítókat jobb már forrasztott vezetékekkel beszerezni.

Ezeket farostlemez alapra kell helyezni, majd a keretbe rögzíteni, az elemek vezetékeit kivezetni, és az összes nyílást tömítőanyaggal kiönteni. Hagyja a szerkezetet alaposan megszáradni, majd fedje le üveg vagy átlátszó műanyag fedéllel.

A napelemek szerelési rajzait és bekötési módjait ebben a cikkben ismertetjük.

Napkollektorok

A kollektorok elvileg eltérő módon alakítják át az elnyelt fényt. Működésük alapja a csövekben áramló hőhordozó közeg.

A kialakítástól függően a napfűtési rendszer építésénél leggyakrabban használt kollektorok három fő típusát különböztethetjük meg:

• Lapos kollektorok. A hőelnyelő – az abszorber – lemezfémből készül, feketére festett külső felülettel. Felmelegedve a fűtési rendszer hőhordozójának adja át az energiát.
• Vákuumos kollektorok. A vákuumtípusú kollektorrendszer termoszelvény elvén készül, ami miatt majdnem kétszer jobban megőrzi a naptól kapott hőt.
• Koncentrátoros kollektorok. A berendezés egy nagy felületű, homorú tükrös elemmel van felszerelve, amely a napfényt az abszorber kis területére fókuszálja.

A háztartásokban leggyakoribb napenergia-berendezések olyan csőrendszerrel rendelkeznek, amely párhuzamosan kapcsolt elemekből vagy tekercsből áll. A csöveket vagy műszaki vízzel, vagy víz és fagyálló folyadék, illetve levegő keverékével töltik meg.

A napenergia-berendezés fő részeinek vizualizálása után könnyebb eldönteni, hol érdemes elhelyezni az egyes alkatrészeket (+)

A levegős berendezés kiegészítő fűtési forrásként használható. Nem képes teljes mértékben biztosítani a hőellátást a lakóépület számára, függetlenül annak elhelyezkedésétől. E napenergia-rendszer fő jellemzője, hogy a hőhordozó szerepét a levegő tölti be.

A csöves rendszereket meglehetősen aktívan használják egész éves fűtésre. A fagyálló vagy fagyálló elegy a napfény hatására felmelegszik, majd áthalad a belső hőcserélő csöveken, és egy tartályba kerül.

A folyadék mozgását egy szivattyú serkenti, amelynek kőszőnhetően a tartályból a fűtési rendszerbe jut. A felmelegedett hőhordozó kiszorítja magából a lehűlt folyadékrészt, amelynek vissza kell térnie a kollektorba, hogy újra felmelegedjen.

A lapos napenergia-rendszer működési elve azon alapul, hogy a napfény behatol a panel belsejébe, ahol a hőelnyelő található. Az felmelegszik és hőt sugároz, amely átadődik a fémcsövekben (legtöbbször rézcsövekben) cirkuláló folyadéknak.

Mit lehet saját erőből megépíteni?

Levegős típusú kollektorral működő napenergia-rendszert saját kezűleg is meg lehét építeni. A legjobb az épület déli falán elhelyezni.

Minél nagyobb a fűtött helyiség területe, annál nagyobb helyet foglal el a kollektor – lehet, hogy a ház teljes falát. Ezt a napkollektoros rendszert a padláson is ki lehet alakítani.

Ha a padláson szeretne levegős fűtési rendszert telepíteni, gondoskodnia kell arról, hogy az elbírja a berendezés súlyát is (+)

A levegőtömeget melegítő napkollektor – a rendszeren belül áthaladó légáramlatok segítségével végzi a fűtési feladatát. A hőhordozó a körben kering, lehűlve újra bejut a rendszerbe. A légáramlás történhet természetesen vagy ventilátor segítségével.

Ami a levegős kollektor anyagait illeti, itt különböző kéznél lévő eszközöket lehet felhasználni. Nincs egységes szabály.

Az otthoni barkácsolók tökéletesítik ezt a házilag összeállított napkollektor-típust. Valaki olcsóbb változatra törekszik, feláldozva ezzel a hatékonyságot, más pedig éppen ellenkezőleg.

Miután megismerkedett a levegős kollektor fő elemeivel, könnyebb döntést hozni a telepítés helyéről – tető vagy fal (+)

Nézzük meg a főbb módszereket.

A csöves napkollektor rendszer telepítésének sajátosságai

A csöves típusú napkollektoros fűtési rendszer különböző régiókban használható. Nem függ a külső hőmérséklettől. A lényeg, hogy a berendezésre minél több napsugár jusson.

A hőhordozóként használt fagyálló alacsony hőmérsékleten sem fagy meg. Tiszta téli napokon a napfény mennyisége meghaladja a nyáron érkező fény mennyiségét.

A csöves napkollektor egymáshoz kapcsolódó átlátszó vákuumcsövek rendszeréből áll. Ezekben egy alacsony forráspontú anyag található. Felforralva elpárolog, átadja hőjét a réz végződésnek, majd lecsöpög, ahol minden kezdődik újra.

A hőálló üvegből készült vákuumcsövek belsejében olyan anyag található, amely alacsony hőmérsékleten is felforrhat (+)

A vákuumcsövek a nap sugárzásának akár 90%-át is elnyelik (látható és infravörös tartományban). A hőenergiává alakított napenergia a hőhordozóhoz jut. A hőhordozó továbbítja ezt az energiát a rendszeren keresztül – a speciális tárolótartályban lévő hőcserélőbe.

A hőhordozó és a víz mozgása a fűtési rendszerben szivattyúk segítségével történik. Fontos, hogy a tartály jó hőszigeteléssel rendelkezzen. A hőcserélők általában kettő: az egyik egy kiegészítő fűtőberendezéshez, a másik a kollektorokhoz csatlakozik.

Az ilyen típusú napenergiás berendezéssel rendelkező házakban érdemes kiegészítésként padlófűtési rendszert is csatlakoztatni. Ez lehetővé teszi az épület hatékonyabb fűtését.

A csöves kollektorok beszerelését illetően Ön is elvégezheti azt saját kezűleg. Csupán a munkadőlésszöget kell figyelembe venni – ennek legalább 20°-nak kell lennie.

A csöves napkollektort a tetőn helyezik el, a legnaposabb irányt választva. Fontos, hogy ne legyenek a közelben magas épületek, amelyek akadályozzák a napfény szabad bejutását.

Vákuumos berendezést saját kezűleg nem lehet összeépíteni – vákuumcsöveket otthoni körülmények között lehetetlen készíteni. Ezt a vákuumos napenergia-rendszerek gyártására szakosodott gyárak végzik.

Sík napkollektoros berendezés

Gyakran használnak sík napkollektort a fűtéshez.

Az elkészítéséhez szüksége lesz:

• fém keret;
• erős aljzat;
• hőszigetelő réteg;
• fekete színű napsugárzás-nyelő réteg (abszorber);
• átlátszó fedél – műanyag, üveg;
• csövek a folyadék számára (réz, alumínium).

A szerkezetet fel kell szerelni bemeneti és kimeneti csonkokkal, valamint egy szivattyúval a folyadék hatékony keringtetéséhez.

A sík napenergia-berendezést saját kezűleg is össze lehet szerelni. Ehhez gyakran használnak kéznél lévő eszközöket, olcsóbb anyagokat választva analógként (+).

A sík kollektort bármilyen szögben fel lehet szerelni, kötelező feltétel a hótól és portól való tisztítás. Különösen jó a meleg éghajlathoz.

A hideg évszakban alacsony a hatékonyság és nagy a hőveszteség. Ez kétségessé teszi, hogy csak ezt a napenergia-rendszert használják a teljes fűtéshez. Optimális lenne a sík napenergia-berendezést gáz-, elektromos vagy szilárd tüzelésű fűtéssel együtt használni.

Javasoljuk, hogy ismerkedjen meg a házi készítésű napfűtési rendszerek összeszereléséről szóló cikkekkel:

1. Hogyan készítsünk napkollektort fűtéshez saját kezűleg – lépésről lépésre útmutató
2. Hogyan készítsen saját kezűleg napelemet: a napelem összeszerelésének és szerelésének módjai

Még egyszer a célszerűségről

A napenergia fűtésre való felhasználása a megszokott energiaforrások helyett előnyös. A választott napenergia-rendszer típusától függően a fizetős hőfogyasztáson elért megtakarítás akár 100%-os is lehet.

A fűtési rendszer teljes cseréjének egyik lehetősége a vákuumcsöves kollektorok használata. Ez egy meglehetősen költséges projekt a kezdeti szakaszban. Később garantálhatja a teljes energetikai függetlenséget, és 6-8 év alatt megtérül.

A házi mesterek találékonysága határtalan – a kollektoron belüli folyadékcirculáció labirintusaként egy hagyományos tömlő is bevethető.

A napenergia-rendszerek élettartama akár 25 év is lehet. Karbantartásuk minimális – a felületek időnkénti megtisztítása a hótól, portól és szeméttől. Ami a javítást illeti, azt saját magunk is elvégezhetjük. Jelentős hátrány, hogy a sík kollektorok és a napelemek félnek a hurrikánoktól.

Az ilyen fűtés biztonságos a ház lakói és a környezet számára. Teljesen ingyenes, és nem függ az árfolyamtól vagy az energiahordozók áraitól.

Következtetések és hasznos vidéó a témából

A videó bemutatja a napelem saját kezű elkészítésének folyamatát:

Szemléltető segédlet a levegős fűtési rendszer elkészítéséhez:

A sík napkollektor saját kezű elkészítésének technológiája:

A napenergia-rendszerek vagy a szoláris fűtési rendszerek világszerte beváltak. Lehetővé teszik, hogy ingyen jussunk hőhöz, miközben a fűtési közműköltségeket akár 30%-kal is csökkenthetjük.

Lehetőség van arra is, hogy teljesen kiváltsuk az energiahordozókat napenergiával a fűtési rendszerünkben. Egy másik jelentős előny, hogy a napenergia-rendszert saját kezűleg is összeállíthatjuk.

Rendelkezik gyakorlati tapasztalattal a szoláris fűtési rendszerek összeszerelésében vagy üzemeltetésében? Ossza meg szerzett ismereteit, tegyen fel kérdéseket a témával kapcsolatban, és vegyen részt a beszélgetésekben. A hozzászólási űrlap alább található.