أنظمة التدفئة الشمسية: تحليل تقنيات التدفئة المعتمدة على أنظمة الطاقة الشمسية
أصبحت مسألة إيجاد مصادر بديلة للحرارة أكثر إلحاحًا. ومما يسهل ذلك ارتفاع أسعار الغاز والفحم والنفط.الاتجاه الواعد للغاية هو أنظمة التدفئة الشمسية التي يمكنها تسخين الغرفة بشكل فعال لسنوات عديدة.
هل تفكر في تركيب نظام شمسي ولكن لديك شكوك وتساؤلات؟ سنساعدك في معرفة متى يكون من المناسب استخدام الطاقة الشمسية للتدفئة، وسنصف لك الخيارات الممكنة لتنظيم التدفئة. بالإضافة إلى ذلك، سنقدم تعليمات لتصنيع أنظمة الطاقة الشمسية محلية الصنع - المجمعات المسطحة والأنبوبية.
محتوى المقال:
الطاقة الشمسية هي مصدر بديل للحرارة
فكرة استخدام الطاقة الشمسية للتدفئة ليست جديدة. علاوة على ذلك، فقد أثبت الأمريكيون والصينيون والإسبان والإسرائيليون واليابانيون جدوى استخدامه.
السوق مليء بعروض المنشآت المختلفة لتحويل الطاقة الشمسية واستخدامها مرة أخرى لتلبية الاحتياجات الاقتصادية.
وتعتمد تكلفة الأنظمة على نوعها ومساحتها والمواد المستخدمة في تصنيعها. من سنة إلى أخرى هناك اتجاه تنازلي ثابت في أسعار جميع أنواع تركيبات الطاقة الشمسية - أنظمة الطاقة الشمسية.
وهذا يجعلها في متناول عدد أكبر من السكان. ولكن ليس الجميع على استعداد لإجراء مثل هذا الشراء حتى الآن.
ولكن، إذا كنت ترغب في ذلك، يمكنك بناء نظام فعال للتدفئة الشمسية بيديك، وإنفاق أموال أقل بكثير.
أصبح نظام التدفئة التقليدي الذي أدى وظائفه على أكمل وجه لسنوات عديدة أكثر تكلفة. والسبب في ذلك هو الارتفاع العالمي في أسعار موارد الطاقة في جميع أنحاء العالم. تتمثل الرغبة الطبيعية للمالك في توفير التدفئة، الأمر الذي يستهلك حصة كبيرة من ميزانية الأسرة.
لذلك، يمكن لنظام التدفئة الشمسية أن يحل محل الوقود الصلب المعتاد أو الغاز أو أي شيء آخر. كل هذا يتوقف على نوع وحجم الغرفة التي سيتم استخدامها فيها.
لن يكون الخيار المناسب لمخزن الحبوب مناسبًا لمبنى سكني، والنظام الذي يلبي احتياجات المنزل الصيفي لا يمكنه التعامل مع تدفئة قصر مكون من طابقين.
قد يكون استبدال التدفئة التقليدية بالكامل بالطاقة الشمسية أمرًا صعبًا في بعض الأحيان. يخشى المالك من أن النظام قد لا يتعامل أو لا توجد مساحة كافية فعليًا لتثبيت العدد المطلوب من اللوحات.
لذلك، غالبا ما يستخدمون نظام التدفئة المشترك دون التخلي تماما عن معدات الغاز المثبتة (الكهربائية أو غيرها). يمكن أن يصل مستوى استبدال التدفئة التقليدية بالطاقة الشمسية إلى 90%.
كما أن العدد السنوي للأيام المشمسة للمنطقة التي يقع فيها المنزل مهم. علاوة على ذلك، فإن متوسط \u200b\u200bدرجة الحرارة اليومية ليس مهمًا جدًا. تمتص العديد من المنشآت الضوء بشكل فعال في أيام الشتاء الباردة (تستخدم مجمعات الطاقة الشمسية مانع التجمد كمبرد).
أين سيكون تركيب الطاقة الشمسية أكثر فعالية؟
عندما يتعلق الأمر باستبدال التدفئة بنظام شمسي، عليك أن تأخذ في الاعتبار عددًا من العوامل التي تؤثر على كفاءته.
أولاً، عليك أن تختار الحق نوع النظام الشمسي. وفي هذا الأمر يجب أن تأخذ بعين الاعتبار مساحة الغرفة والغرض منها. غالبًا ما يكون هذا منزلًا خاصًا تعيش فيه عائلة مكونة من 4-5 أشخاص.
ثانيًا، احسب احتياجاتك الحرارية بعناية بناءً على الحد الأقصى للاستهلاك خلال موسم البرد. قارن هذه الأرقام بكمية الطاقة المولدة لكل متر مربع. م تركيب الطاقة الشمسية. كل ما تبقى هو حساب مساحة الهيكل الشمسي الذي يمكنه التعامل مع تدفئة غرفة معينة.
ستصبح القيمة الناتجة هي العامل الرئيسي في تحديد موقع النظام. عادة، يفضل أصحاب المنازل استخدام سقف أو جدار المنزل. نادرا ما تستخدم المنطقة المجاورة أو سقف المرآب. في بعض الأحيان يتم بناء منصات خاصة لتركيب التثبيت.
من المهم ألا يمنع أي شيء الاختراق الحر لأشعة الشمس على السطح الممتص للضوء. تحتاج إلى اختيار جدار جنوبي أو جنوبي شرقي أو جنوبي غربي أو جزء من السقف.
بعد تحديد مكان وضع الألواح الشمسية، من الضروري إجراء التحضير الأولي للمنزل:
- حرر مساحة. قطع المزروعات الزائدة إذا كانت في الطريق.
- تعزيز السقف. وهنا يجب ألا ننسى وزن الهيكل المقترح.
- عزل إضافي للمبنى. بعد كل شيء، ليس من المنطقي تسخين الشارع.
ثالث، عليك أن تقرر ما إذا كنت تريد شراء أو بناء نظام تدفئة بنفسك. كل هذا يتوقف على القدرات المالية والرغبة في قضاء بعض الوقت في تصنيع الهيكل.
بعد اختيار الخيار الثاني، تحتاج إلى فهم مبدأ تشغيل النظام المطلوب من أجل تجميع كل شيء بشكل صحيح.
الخيارات الممكنة لترتيب التدفئة الشمسية
تعتمد خيارات إنشاء نظام التدفئة الشمسية بشكل كامل على رغبات صاحب المنزل:
- تطبيق منتجات المصنع. شراء المجمعات الجاهزة مع التثبيت الذاتي والتركيب.
- بناء مشروع تجريبي. هناك حاجة للتحقق من تأثير استخدام النظام لمزيد من الحسابات الدقيقة.
- الأداء المستقل لدورة كاملة من العمل. الحساب والتصميم والبناء من الصفر للنظام الشمسي وتركيبه.
الخيار 1. وهذا يعني اختيار الموقع المناسب لتركيبات الطاقة الشمسية، لأن كفاءة استخدامها ستعتمد على ذلك. سيتطلب التثبيت أيضًا مهارات خاصة.
ليست هناك حاجة لحساب عدد اللوحات - سيكون كافيًا للتعبير عن جميع رغباتك لمورد المعدات.ستحتاج أيضًا إلى الإجابة على أسئلة توضيحية من المديرين - كل شيء، واختيار العدد الأمثل من اللوحات (المجمعات) سيحدث دون أي صعوبات.
الخيار رقم 2 - بناء مشروع تجريبي. سيكون الحل الأمثل للناس المتشككين. بعد كل شيء، من الصعب اتخاذ القرار النهائي لاستبدال نظام التدفئة على الفور. إن بناء مجمع للطاقة الشمسية (الهواء أو الماء) بحجم صغير واختباره "أثناء العمل" سيكون تجربة مفيدة.
وبعد تقييم تكاليف الإنتاج الحقيقية، ومقارنتها بالقيمة السوقية لأنظمة مماثلة وحساب التوفير الناتج عن الاستخدام في المزرعة، سيكون من السهل اتخاذ قرار مسؤول.
الخيار رقم 3 - اختيار السادة الحقيقيين.
لتدفئة المنشأة بالكامل، سيتطلب الأمر قدرًا هائلاً من العمل:
- حساب المساحة المطلوبة للنظام الشمسي.
- تحديد موقع التثبيت المستقبلي وتعزيزه.
- عزل إضافي للمنزل.
- شراء جميع العناصر لبناء النظام.
- يبني البطاريات الشمسية.
- تثبيت النظام المبني، مع التركيز على المتطلبات الأساسية - زاوية الميل بالنسبة لسقوط ضوء الشمس.
لا يمكن وصف إجراء دورة كاملة من العمل على تثبيت النظام بالمهمة السهلة، ولكن العملية مثيرة للغاية. بالإضافة إلى ذلك، فهو يسمح لك بتوفير مبلغ كبير جدًا.
أنواع المنشآت لتحويل الطاقة الشمسية
اعتمادًا على مبدأ التشغيل، هناك نوعان من الأجهزة التي تمتص ضوء الشمس:
- البطاريات المعتمدة على المحولات الكهروضوئية. تمثيل أنظمة عناصر أشباه الموصلات المتسلسلة أو المتوازية. أنها توفر التيار لتشغيل السخانات المنزلية.
- تجميع الطاقة الشمسية. ألواح بها نظام أنابيب مملوء بسائل التبريد: الهواء أو خليط مضاد التجمد أو الماء. أنها توفر المبرد الذي يتم تسخينه بواسطة الشمس إلى دائرة التدفئة.
دعونا نفكر في كل خيار على حدة.
الألواح الشمسية
تعمل البطارية الشمسية على تحويل الضوء الممتص إلى كهرباء. وهو يتألف من خلايا ضوئية (في أغلب الأحيان من السيليكون)، قادرة على استخلاص التيار الكهربائي المباشر من الإشعاع الشمسي على الفور.
يمكن استخدام هذا التثبيت لضمان عمل معدات التدفئة الكهربائية. ويجب أن يكون متصلاً بنظام إمداد الطاقة بالمنزل.
وتتراوح كفاءة تحويل الإشعاع الشمسي بهذا التركيب من 5% إلى 20% حسب نوع جهاز معالجة الإشعاع الشمسي. القدرة 1 م2 البطارية الشمسية – 120 واط.
ويبقى حساب عدد الأمتار المربعة من المساحة التي ستكون مطلوبة لتلبية احتياجات أسرة معينة، استنادا إلى حجم المنزل، والاحتياجات الحرارية الفردية ومستوى عزل الهياكل.
للتدفئة، تعتبر الألواح الشمسية أكثر فعالية في المناطق الجنوبية. عيبها الرئيسي هو انخفاض الكفاءة عند الغسق والطقس الغائم، والنقص التام في الأداء في الليل.
لصنع بطارية شمسية بيديك، ستحتاج أولاً إلى تجميع الإطار، ولحام الخلايا الشمسية، ثم وضع كل شيء بعناية واستخدام مادة مانعة للتسرب.
لتصنيع الإطار، يتم استخدام الشرائح الخشبية وزوايا الألومنيوم.كل هذا يتوقف على حجم الهيكل الذي يتم تجميعه وموقع تركيبه. الخلايا الشمسية - رقائق السيليكون - هي الجزء الأكثر استهلاكًا في الهيكل. فهي أحادية البلورية ومتعددة البلورات. الأولى هي أكثر تكلفة إلى حد ما، ولكن أدائها أعلى بنسبة 5٪.
صنعها بنفسك أمر مستحيل. من الأفضل شراء المحولات الكهروضوئية ذات الموصلات الملحومة بالفعل.
يجب وضعها على قاعدة من الألواح الليفية، ثم تثبيتها في الإطار، وإخراج الأسلاك من العناصر الخارجية وملء جميع الثقوب بمادة مانعة للتسرب. اترك الهيكل يجف جيدًا وقم بتغطيته بغطاء زجاجي أو بلاستيكي شفاف.
تم توضيح مخططات التثبيت وطرق توصيل الألواح الشمسية في هذا المقال.
تجميع الطاقة الشمسية
يمتلك المجمعون طريقة مختلفة تمامًا لتحويل الضوء الممتص. يعتمد عملهم على مرور المبرد عبر الأنابيب.
اعتمادا على التصميم، يمكن التمييز بين ثلاثة أنواع رئيسية من المجمعات، غالبا ما تستخدم لبناء نظام التدفئة الشمسية:
- مستوي. المشتت الحراري - يتكون جهاز الامتصاص من صفائح معدنية ذات سطح خارجي أسود. عند تسخينه، فإنه ينقل الطاقة إلى مبرد نظام التدفئة.
- مكنسة. جامع نظام نوع الفراغ مصنوع وفقًا لتصميم الترمس، والذي بفضله يتم الحفاظ على الحرارة الواردة من الشمس تقريبًا مرتين أيضًا.
- محاور. الجهاز مزود بجزء مرآة مقعرة ذات مساحة سطحية كبيرة تعمل على تركيز ضوء الشمس على مساحة صغيرة ممتصة.
تم تجهيز المنشآت الشمسية الأكثر شيوعًا في الحياة اليومية بنظام أنبوبي مصنوع على شكل عناصر متصلة متوازية أو ملف. تمتلئ الأنابيب إما بالماء التقني أو بخليط من الماء مع سائل أو هواء غير متجمد.
يمكن استخدام تركيب الهواء كمصدر إضافي للتدفئة. فهي غير قادرة على تزويد المنزل بالدفء بشكل كامل، بغض النظر عن المنطقة التي يقع فيها. السمة الرئيسية لهذا النوع من النظام الشمسي هو الهواء، الذي يعمل كمبرد.
تستخدم الأنظمة الأنبوبية بنشاط كبير للتدفئة على مدار السنة. يتم تسخين خليط مانع التجمد أو مانع التجمد بواسطة أشعة الشمس، ثم يمرر عبر أنابيب التبادل الحراري الداخلية، ثم يرسل إلى خزان التخزين.
يتم تحفيز حركة السائل بواسطة مضخة، والتي بفضلها ينتقل من الخزان إلى نظام التدفئة. يقوم المبرد الساخن بإزاحة الجزء المبرد من السائل، والذي يجب أن يعود إلى المجمع ويسخن.
يعتمد مبدأ تشغيل النظام الشمسي المسطح على اختراق ضوء الشمس إلى اللوحة التي يوجد بها جهاز امتصاص الحرارة. يسخن وينبعث الحرارة، والتي يتم نقلها إلى السائل المنتشر من خلال الأنابيب المعدنية (في أغلب الأحيان النحاس).
ما الذي يمكنك بناءه بنفسك؟
يمكنك بناء نظام للتدفئة الشمسية باستخدام جهاز تجميع الهواء بيديك. من الأفضل وضعه على الجدار الجنوبي للمبنى.
كلما زادت مساحة الغرفة الساخنة، كلما زادت المساحة التي سيشغلها المجمع - ربما جدار المنزل بأكمله. كما يمكن بناء هذا النظام الشمسي في العلية.
يقوم المجمع الشمسي الذي يقوم بتسخين كتلة الهواء بأداء وظائف التسخين الخاصة به بسبب تدفقات الهواء التي تمر داخل النظام.يدور سائل التبريد عبر الدائرة، ثم يبرد، ويدخل إلى النظام مرة أخرى. يمكن تنفيذ حركة تدفقات الهواء بشكل طبيعي أو باستخدام مروحة.
أما بالنسبة للمواد اللازمة لصنع مشعب الهواء، فيمكنك استخدام الأدوات المختلفة المتاحة. لا توجد قاعدة واحدة.
يقوم الحرفيون المنزليون بتحسين هذا النوع من النظام الشمسي الذي يتم تجميعه في المنزل. يسعى بعض الأشخاص للحصول على خيار أرخص، والتضحية بالكفاءة، بينما يفعل البعض الآخر العكس.
دعونا نلقي نظرة على الطرق الرئيسية.
مميزات تركيب النظام الشمسي الأنبوبي
يمكن استخدام نظام التدفئة الشمسية الأنبوبي في مناطق مختلفة. لا يعتمد على درجة الحرارة الخارجية. الشيء الرئيسي هو أن التثبيت يتلقى أكبر قدر ممكن من ضوء الشمس.
مضاد التجمد المستخدم كمبرد لا يتجمد عند درجات حرارة منخفضة. في أيام الشتاء الصافية، تتجاوز كمية ضوء الشمس كمية الضوء الواردة في الصيف.
يتكون المجمع الشمسي الأنبوبي من نظام من الأنابيب المفرغة الشفافة المتصلة ببعضها البعض. أنها تحتوي على مادة ذات نقطة غليان منخفضة. عندما يغلي، يتبخر، وينقل حرارته إلى الطرف النحاسي ويتدفق إلى الأسفل، حيث يتكرر كل شيء مرة أخرى.
تمتص الأنابيب المفرغة ما يصل إلى 90% من الإشعاع الشمسي (المرئي والأشعة تحت الحمراء). يتم توفير الطاقة الشمسية، المحولة إلى حرارة، إلى المبرد. ينقل هذه الطاقة بشكل أكبر عبر النظام - إلى مبادل حراري موجود في خزان تخزين خاص.
تحدث حركة المبرد والماء عبر أنظمة التدفئة بسبب المضخات. من المهم أن يتمتع الخزان بعزل حراري جيد. كقاعدة عامة، هناك نوعان من المبادلات الحرارية: أحدهما متصل بالسخان الإضافي، والثاني متصل بالمجمعات.
في المنازل التي تحتوي على هذا النوع من تركيبات الطاقة الشمسية، من المفيد أيضًا توصيل نظام الأرضيات الساخنة. هذا يسمح بتدفئة المبنى بشكل أكثر كفاءة.
أما بالنسبة لتركيب المجمعات الأنبوبية فيمكنك تركيبها بنفسك. الشيء الوحيد الذي يجب أن تأخذه بعين الاعتبار هو زاوية ميل العمل - يجب أن تكون 20 درجة على الأقل.
لن يكون من الممكن إنشاء تركيب فراغ بيديك - فمن المستحيل صنع أنابيب مفرغة في المنزل. ويتم ذلك عن طريق مصانع متخصصة في إنتاج أنظمة الطاقة الشمسية الفراغية.
تركيب الطاقة الشمسية المسطحة
في كثير من الأحيان يتم استخدام مجمع الطاقة الشمسية المسطح للتدفئة.
لبنائه ستحتاج:
- اطار معدني؛
- أسفل دائم.
- طبقة العزل الحراري
- طبقة سوداء ماصة للإشعاع الشمسي (الممتص)؛
- غطاء شفاف - البلاستيك والزجاج.
- أنابيب للسوائل (النحاس والألومنيوم).
يجب أن يكون الهيكل مجهزًا بأنابيب مدخل ومخرج ومضخة لتدوير السوائل بكفاءة.
يمكن تركيب المجمع المسطح بأي زاوية، والشرط الأساسي هو تنظيفه من الثلج والغبار. إنه جيد بشكل خاص للمناخات الدافئة.
خلال موسم البرد، لوحظ انخفاض الأداء وفقدان الحرارة العالية.مما يدعو إلى التشكيك في استخدام هذا النظام الشمسي وحده للتدفئة الكاملة. سيكون من الأمثل استخدام تركيب شمسي مسطح مع تسخين الغاز أو الكهرباء أو الوقود الصلب.
ندعوك لقراءة مقالات حول أنظمة التدفئة الشمسية محلية الصنع:
- كيفية صنع جهاز تجميع الطاقة الشمسية للتدفئة بيديك - دليل خطوة بخطوة
- كيفية صنع بطارية شمسية بيديك: طرق تجميع وتركيب الألواح الشمسية
مرة أخرى عن النفعية
من المفيد استخدام الطاقة الشمسية للتدفئة بدلاً من مصادر الطاقة التقليدية. اعتمادًا على نوع النظام الشمسي المختار، يمكن أن يصل التوفير في استهلاك الحرارة المدفوع إلى 100%.
خيار الاستبدال الكامل لنظام التدفئة هو استخدام المجمعات ذات الأنابيب المفرغة. هذا مشروع مكلف إلى حد ما في المرحلة الأولية. في المستقبل، يمكن أن تضمن الاستقلال الكامل للطاقة، وتدفع تكاليفها خلال 6-8 سنوات.
يصل عمر خدمة تركيبات الطاقة الشمسية إلى 25 عامًا. إنها تتطلب القليل من الصيانة - التنظيف الدوري للأسطح من الثلج والغبار والحطام. أما بالنسبة للإصلاحات، يمكنك القيام بذلك بنفسك. العيب الكبير هو أن مجمعات الألواح المسطحة والألواح الشمسية "تخاف" من الأعاصير.
هذه التدفئة آمنة لسكان المنزل والبيئة. إنه مجاني تمامًا ولا يعتمد على أسعار الصرف أو أسعار الطاقة.
استنتاجات وفيديو مفيد حول هذا الموضوع
سيوضح الفيديو عملية بناء بطارية شمسية بيديك:
مساعدة بصرية لبناء نظام تسخين الهواء:
تقنية صنع تركيب شمسي مسطح بيديك:
لقد أثبتت محطات الطاقة الشمسية أو أنظمة التدفئة الشمسية نفسها في جميع أنحاء العالم. إنها تتيح لك الحصول على الحرارة مجانًا، مما يقلل من تكلفة دفع فواتير الخدمات العامة للتدفئة بنسبة 30٪.
من الممكن استبدال موارد الطاقة بالكامل بالطاقة الشمسية في نظام التدفئة الخاص بك. ميزة أخرى مهمة هي أنه يمكنك تجميع تركيب الطاقة الشمسية بنفسك.
هل لديك مهارات عملية في تجميع أو تشغيل أنظمة التدفئة الشمسية؟ شارك معرفتك المتراكمة، واطرح أسئلة حول الموضوع وشارك في المناقشات. نموذج التعليق موجود أدناه.
لقد رأيت الكثير من الألواح الشمسية في الخارج. هذا هو الادخار الجيد. أنا أعيش في المنطقة الجنوبية. لدينا العديد من الأيام المشمسة، ولكن لا يزال استخدام الألواح الشمسية غير منتشر على نطاق واسع. وأريد أن أحاول تثبيته في منزل ريفي. أنا أبحث عن معلومات حول هذا الأمر. كل شيء ليس بسيطا، بطبيعة الحال. على الأرجح سأشتري واحدة جاهزة وأقوم بتثبيتها بنفسي. ما زلت أفكر في ذلك.
بالنسبة للمناطق التي يوجد فيها عدد كبير من الأيام المشمسة الساطعة سنويا، فإن تركيب الألواح الشمسية أمر له ما يبرره اقتصاديا، خاصة بالنظر إلى الارتفاع الحالي في أسعار موارد الطاقة وزيادة المخاوف بشأن البيئة. كما أصبحت الألواح الشمسية نفسها أرخص تدريجيًا وتتحسن، لذلك أعتقد أنه سيتم تقديمها في المستقبل في كل مكان في بلدنا.
عندما كنت طفلاً، صنعنا الألواح الشمسية بأيدينا، لا أتذكر ما منها: إما المقاومات الضوئية، أو الثنائيات الضوئية. انها عملت. لا أعرف مدى فائدة كل هذا اقتصاديًا بالنسبة لروسيا. إن موظفينا (أعمل في الشبكات الكهربائية) الذين يمكنهم صنع بطارية شمسية بأيديهم يتصرفون بشكل أكثر كفاءة من وجهة نظر الطاقة.إنهم ببساطة يتعلمون كيفية إيقاف عدادات الكهرباء والتفاوض مع وحدات التحكم. ويحصلون على طاقة مجانية بدون أي بطاريات. هذا حقيقي.