Comment fabriquer un capteur solaire pour le chauffage bricolage: un guide étape par étape

La hausse du prix des sources d'énergie traditionnelles encourage les propriétaires de maisons privées à rechercher des options alternatives pour le chauffage des maisons et le chauffage de l'eau. D'accord, la composante financière de la question jouera un rôle important dans le choix d'un système de chauffage.

L'un des moyens les plus prometteurs d'approvisionnement en énergie est la conversion du rayonnement solaire. Pour ce faire, utilisez des systèmes solaires. Comprendre le principe de leur appareil et le mécanisme de fonctionnement, fabriquer un capteur solaire pour chauffer de ses propres mains ne sera pas difficile.

Nous vous expliquerons les caractéristiques de conception des systèmes solaires, proposerons un schéma de montage simple et décrirons les matériaux pouvant être utilisés. Les étapes du travail sont accompagnées de photographies visuelles, le matériel est complété par des clips vidéo sur la création et la mise en service d'un collectionneur artisanal.

Principe de travail et caractéristiques de conception

Systèmes solaires modernes - l'un des types de sources alternatives génération de chaleur. Ils sont utilisés comme équipement de chauffage auxiliaire qui transforme le rayonnement solaire en énergie utile aux propriétaires de maisons.

Ils ne peuvent fournir l'eau chaude et le chauffage entièrement pendant la saison froide que dans les régions du sud. Et puis, s'ils occupent une surface suffisamment grande et sont installés dans des zones ouvertes non ombragées par des arbres.

Malgré le grand nombre de variétés, elles fonctionnent de la même manière. Tout système solaire représente un circuit avec un agencement séquentiel d'appareils qui fournissent de l'énergie thermique et la transmettent au consommateur.

Les principaux éléments de travail sont panneaux solaires sur cellules solaires ou des capteurs solaires. La technologie ensemble générateur solaire sur des plaques photographiques est un peu plus compliqué qu'un collecteur tubulaire.

Dans cet article, nous considérerons la deuxième option - un système solaire à capteur.

Jusqu'à présent, les capteurs solaires servent de fournisseurs d'énergie auxiliaire. Il est dangereux de basculer complètement le chauffage de la maison sur le système solaire en raison de l'impossibilité de prévoir un nombre clair de jours ensoleillés

Les collecteurs sont un système de tubes connectés en série avec la ligne de sortie et d'entrée ou disposés sous la forme d'une bobine. L'eau industrielle, le flux d'air ou un mélange d'eau avec un liquide non gelé circule à travers les tubes.

Les phénomènes physiques stimulent la circulation: évaporation, changements de pression et de densité du passage d'un état d'agrégation à un autre, etc.

Le principe de fonctionnement des capteurs solaires est basé sur la réception et l'accumulation d'énergie solaire communiquée au liquide de refroidissement (+)

La collecte et l'accumulation d'énergie solaire sont effectuées par des absorbeurs. Il s'agit soit d'une plaque métallique solide avec une surface extérieure noircie, soit d'un système de plaques individuelles fixées aux tubes.

Pour la fabrication de la partie supérieure du corps, le couvercle, des matériaux à haute capacité de transmission de la lumière sont utilisés. Il peut s'agir de plexiglas, de matériaux polymères similaires, de types de verre trempé traditionnels.

Afin d'exclure les pertes d'énergie à l'arrière de l'appareil, une isolation thermique est placée dans la boîte

Je dois dire que les matériaux polymériques ne tolèrent pas l'influence des rayons ultraviolets. Tous les types de plastique ont un coefficient de dilatation thermique suffisamment élevé, ce qui conduit souvent à une dépressurisation du boîtier. Par conséquent, l'utilisation de ces matériaux pour la fabrication du corps de collecteur doit être limitée.

L'eau comme caloporteur ne peut être utilisée que dans des systèmes conçus pour fournir de la chaleur supplémentaire pendant la période automne / printemps. S'il est prévu d'utiliser le système solaire toute l'année avant le premier refroidissement, l'eau de process est changée en un mélange avec de l'antigel.

Dans les systèmes solaires à air, l'air est utilisé comme caloporteur. Les canaux pour son mouvement peuvent être faits à partir d'une feuille profilée régulière (+)

Si le capteur solaire est installé pour chauffer un petit bâtiment qui n'a pas de connexion avec le chauffage autonome du chalet ou avec des réseaux centralisés, un système simple à circuit unique avec un appareil de chauffage au début de celui-ci est construit.

La chaîne ne comprend pas les pompes de circulation et les appareils de chauffage. Le schéma est extrêmement simple, mais il ne peut fonctionner que pendant l'été ensoleillé.

Lorsqu'un collecteur est intégré dans une structure technique à deux circuits, tout est beaucoup plus compliqué, mais la plage de jours utilisable est considérablement augmentée. Le collecteur ne traite qu'un seul circuit. La charge prédominante est affectée à l'unité de chauffage principale, qui fonctionne à l'électricité ou à tout type de combustible.

Pour la fabrication d'un capteur solaire, vous pouvez utiliser le schéma prêt à l'emploi, vous pouvez construire votre propre modèle pilote et le tester en pratique (+)

Malgré la dépendance directe des performances des appareils solaires par rapport au nombre de jours ensoleillés, ils sont en demande et la demande d'appareils solaires ne cesse d'augmenter. Ils sont populaires parmi les artisans qui cherchent à diriger tous les types d'énergie naturelle dans un canal utile.

Classification de température

Il existe un assez grand nombre de critères de classification de ces conceptions de systèmes solaires. Cependant, pour les appareils que vous pouvez faire de vos propres mains et utiliser pour l'alimentation en eau chaude et le chauffage, le plus rationnel est la séparation par type de liquide de refroidissement.

Ainsi, les systèmes peuvent être liquides et aériens. Le premier type est plus souvent applicable.

De plus, une classification est souvent utilisée en fonction de la température à laquelle les nœuds de travail du collecteur peuvent s'échauffer:

1. Basse température. Options pouvant chauffer le liquide de refroidissement à 50 ° C. Ils sont utilisés pour chauffer l'eau dans les conteneurs d'irrigation, dans les salles de bain et les douches en été, et pour augmenter le confort lors des soirées fraîches de printemps et d'automne.
2. Température moyenne. Fournir une température du liquide de refroidissement de 80 ° C. Ils peuvent être utilisés pour le chauffage des locaux. Ces options sont les plus appropriées pour organiser des maisons privées.
3. Haute température. La température du liquide de refroidissement dans de telles installations peut atteindre 200-300 ° C. Ils sont utilisés à l'échelle industrielle, sont installés pour chauffer des ateliers de production, des bâtiments commerciaux, etc.

Dans les systèmes solaires à haute température, un processus assez complexe de transfert d'énergie thermique est utilisé. De plus, ils occupent un espace impressionnant, que la plupart de nos amoureux de la vie à la campagne ne peuvent pas se permettre.

Le processus de fabrication prend du temps, la mise en œuvre nécessite un équipement spécialisé. Il est presque impossible de réaliser indépendamment une telle variante du système solaire.

Il est assez difficile de fabriquer des cellules solaires à haute température sur des convertisseurs photovoltaïques à la maison

Collecteur fait main

Fabriquer un appareil solaire de vos propres mains est un processus passionnant qui apporte de nombreux avantages. Grâce à lui, il est possible d'appliquer rationnellement le rayonnement solaire gratuit, pour résoudre plusieurs problèmes économiques importants. Nous analyserons les spécificités de la création d'un collecteur plat qui fournit de l'eau chauffée au système de chauffage.

Matériaux de bricolage

Le matériau le plus simple et le plus abordable pour l'auto-assemblage du corps du capteur solaire est un bloc de bois avec une planche, du contreplaqué, des panneaux OSB ou des options similaires. Alternativement, un profilé en acier ou en aluminium avec des feuilles similaires peut être utilisé. Le boîtier en métal coûtera un peu plus.

Les matériaux doivent être conformes aux exigences des structures extérieures. La durée de vie du capteur solaire varie de 20 à 30 ans.

Ainsi, les matériaux doivent avoir un certain ensemble de caractéristiques opérationnelles qui permettront l'utilisation de la structure tout au long de la période.

L'option la plus économique et la plus simple pour les matériaux pour la fabrication de la caisse est l'utilisation de bois et de panneaux de particules

Si le boîtier est en bois, la durabilité du matériau peut être obtenue par imprégnation avec des émulsions eau-polymère et revêtement avec des peintures et des vernis.

Le principe de base qui doit être suivi lors de la conception et de l'assemblage d'un capteur solaire est la disponibilité des matériaux en termes de prix et de possibilité d'achat. Autrement dit, ils peuvent être trouvés en vente libre, ou fabriqués indépendamment des moyens improvisés disponibles.

Nuances d'isolation thermique

Pour éviter la perte d'énergie thermique, un matériau isolant est monté sur le fond de la boîte. Il peut s'agir de polystyrène ou de laine minérale. L'industrie moderne produit une gamme assez étendue de matériaux d'isolation.

Pour isoler la boîte, vous pouvez utiliser des options d'isolation en feuille. Ainsi, il est possible de fournir à la fois une isolation thermique et une réflexion de la lumière solaire à partir de la surface de la feuille.

Si une plaque rigide en mousse de polystyrène ou en polystyrène expansé est utilisée comme matériau d'isolation, des rainures peuvent être découpées pour poser le serpentin ou le système de tuyaux.Typiquement, l'absorbeur collecteur est posé sur le dessus de l'isolant et solidement fixé au bas du corps d'une manière qui dépend du matériau utilisé dans la fabrication du corps.

L'isolation thermique permet de réduire les pertes de chaleur à travers le fond du boîtier. Il est irrationnel de produire un appareil dans un boîtier métallique sans isolation thermique (+)

Dissipateur thermique à capteur solaire

Il s'agit d'un élément absorbant. Il s'agit d'un système de tuyaux dans lequel le liquide de refroidissement est chauffé, et les pièces sont fabriquées le plus souvent en tôle de cuivre. Les matériaux optimaux pour la fabrication d'un dissipateur thermique sont considérés tuyaux en cuivre.

Les artisans amateurs ont inventé une option moins chère - un échangeur de chaleur tuyaux en polypropylène.

Une solution économique intéressante est un absorbeur de système solaire à partir d'un tuyau flexible en polymère. Des raccords appropriés sont utilisés pour se connecter aux dispositifs d'entrée et de sortie.La sélection de moyens improvisés à partir desquels l'échangeur de chaleur du capteur solaire peut être fait est assez large. Il peut s'agir de l'échangeur de chaleur d'un vieux réfrigérateur, de conduites d'eau en polyéthylène, de radiateurs à panneaux en acier, etc.

Un critère important d'efficacité est la conductivité thermique du matériau dont est constitué l'échangeur de chaleur.

Pour l'autoproduction, le cuivre est la meilleure option. Il a une conductivité thermique de 394 W / m². Pour l'aluminium, ce paramètre varie de 202 à 236 W / m².

Les tuyaux en cuivre sont considérés comme l'option la plus optimale pour la fabrication d'un dissipateur thermique pour les performances thermiques et la durabilité

Cependant, la grande différence de conductivité thermique entre les tuyaux en cuivre et en polypropylène ne signifie pas du tout qu'un échangeur de chaleur avec des tuyaux en cuivre produira des centaines de fois de grands volumes d'eau chaude.

Dans des conditions égales, les performances d'un échangeur de chaleur à tubes en cuivre seront 20% plus efficaces que les performances des options métal-plastique. Les échangeurs de chaleur en tubes polymères ont donc droit à la vie. De plus, ces options seront beaucoup moins chères.

Quel que soit le matériau du tuyau, tous les joints, soudés et filetés, doivent être étanches à l'air. Les tuyaux peuvent être placés à la fois parallèlement les uns aux autres et sous la forme d'une bobine.

Le schéma de type de serpentin réduit le nombre de connexions - cela réduit la probabilité de fuites et fournit un mouvement plus uniforme du flux de liquide de refroidissement.

Le haut de la boîte dans laquelle se trouve l'échangeur de chaleur est fermé avec du verre. Alternativement, vous pouvez utiliser des matériaux modernes, comme l'analogue acrylique ou le polycarbonate monolithique. Le matériau translucide peut ne pas être lisse, mais ondulé ou mat.

Dans la version classique, la boîte avec le collecteur est fermée avec du verre trempé, du plexiglas, du polycarbonate ou un matériau similaire. Les artisans se sont adaptés pour utiliser du polyéthylène au lieu du verre

Ce traitement réduit la réflectivité du matériau. De plus, ce matériau doit résister à des contraintes mécaniques importantes.

Dans les dessins industriels de tels systèmes solaires, un verre solaire spécial est utilisé. Un tel verre se caractérise par une faible teneur en fer, ce qui réduit les pertes de chaleur.

Réservoir de stockage ou réservoir avancé

En tant que réservoir de stockage, vous pouvez utiliser n'importe quelle capacité avec un volume de 20 à 40 litres. Une série de réservoirs un peu plus petits, reliés par des tuyaux dans une chaîne en série, fera l'affaire. Il est recommandé d'isoler le réservoir de stockage, car l'eau chauffée au soleil dans un réservoir sans isolation perdra rapidement de l'énergie thermique.

En fait, le caloporteur du système de chauffage solaire doit circuler sans accumulation, car l'énergie thermique reçue de celui-ci doit être consommée pendant la période de réception.Le réservoir de stockage sert plutôt de distributeur d'eau chauffée et de chambre de fossé, qui maintient la stabilité de la pression dans le système.

Le réservoir de stockage dans les systèmes solaires fonctionne comme un distributeur d'eau et un réservoir qui maintient la pression (+)

Étapes d'assemblage solaire

Après la fabrication du collecteur et la préparation de tous les éléments structurels constitutifs du système, vous pouvez procéder à l'installation directe.

L'une des options d'installation d'un serpentin à partir de tuyaux en polypropylène avec raccords et tés aidera à assembler rapidement le capteur solaire (+)

Les travaux commencent par l'installation d'une chambre d'avance, qui, en règle générale, est placée au point le plus haut possible: dans le grenier, une tour séparée, un survol, etc.

Lors de l'installation, il convient de noter qu'après avoir rempli le système de liquide de refroidissement, cette partie de la structure aura un poids impressionnant. Par conséquent, vous devez vérifier la fiabilité du chevauchement ou le renforcer.

Après avoir installé le réservoir, procédez à l'installation du collecteur. Cet élément structurel du système est situé du côté sud. L'angle d'inclinaison par rapport à l'horizon doit être de 35 à 45 degrés.

Après avoir installé tous les éléments, ils sont attachés avec des tuyaux, se connectant à un seul système hydraulique. L'étanchéité du système hydraulique est un critère important dont dépend le bon fonctionnement du capteur solaire.

Selon le schéma d'assemblage du système solaire pour l'alimentation en eau d'une douche extérieure, vous pouvez construire une structure pour chauffer l'eau pour l'irrigation ou créer des conditions confortables les soirées fraîches (+)

Pour connecter les éléments structurels dans un seul système hydraulique, des tuyaux d'un pouce et demi de diamètre sont utilisés. Un diamètre plus petit est utilisé pour organiser la partie sous pression du système.

Sous la pression, la partie du système signifie l'entrée d'eau dans la chambre et le retrait du liquide de refroidissement chauffé dans le système de chauffage et l'alimentation en eau chaude. Le reste est monté à l'aide de tuyaux de plus grand diamètre.

Pour éviter la perte d'énergie thermique, les tuyaux doivent être soigneusement isolés. À cette fin, vous pouvez utiliser des versions en polystyrène, en laine de basalte ou en feuille de matériaux isolants modernes. Le réservoir de stockage et la chambre d'avance sont également soumis à la procédure de réchauffement.

L'option la plus simple et la plus abordable pour l'isolation thermique d'un réservoir de stockage est la construction d'une boîte autour de contreplaqué ou de planches. L'espace entre la boîte et le récipient doit être rempli de matériau isolant. Il peut s'agir de scories, d'un mélange de paille et d'argile, de sciure sèche, etc.

Le système solaire est installé de sorte que les capteurs solaires soient situés du côté le plus éclairé de la maison ou de la parcelle (+)

Test avant la mise en service

Après avoir installé tous les éléments du système et réchauffé certaines structures, vous pouvez commencer à remplir le système de liquide de refroidissement. Le remplissage initial du système doit être effectué par la buse située dans la partie inférieure du collecteur.

Autrement dit, le remplissage est effectué de bas en haut. Grâce à de telles actions, la formation probable de bouchons d'air peut être évitée.

L'eau ou tout autre liquide de refroidissement pénètre dans la chambre. Le processus de remplissage du système se termine lorsque l'eau commence à s'écouler du tuyau de drainage de la chambre avant.

À l'aide de la soupape à flotteur, vous pouvez régler le niveau de liquide optimal dans la chambre avant. Après avoir rempli le système de liquide de refroidissement, il commence à chauffer dans le collecteur.

Le processus d'augmentation de la température se produit même par temps nuageux. Le liquide de refroidissement chauffé commence à monter vers le haut du réservoir de stockage. Le processus de circulation naturelle se produit jusqu'à ce que la température du liquide de refroidissement qui entre dans le radiateur soit alignée avec la température du support sortant du collecteur.

Avec le débit d'eau dans le système hydraulique, la soupape à flotteur située dans la chambre avant se déclenchera. Ainsi, un niveau constant sera maintenu. Dans ce cas, l'eau froide entrant dans le système sera située dans la partie inférieure du réservoir de stockage. Le processus de mélange d'eau froide et d'eau chaude ne se produit pratiquement pas.

Dans le système hydraulique, il est nécessaire de prévoir l'installation de vannes d'arrêt qui gêneront la circulation inverse du liquide de refroidissement du collecteur vers le réservoir. Cela se produit lorsque la température ambiante descend plus bas que la température du liquide de refroidissement.

Ces valves sont généralement utilisées la nuit et le soir.

Le raccordement aux lieux de consommation d'eau chaude se fait à l'aide de mitigeurs standards. Il est préférable d'éviter les robinets simples conventionnels. Par temps ensoleillé, la température de l'eau peut atteindre 80 ° C - l'utilisation directe de cette eau n'est pas pratique. Ainsi, les robinets économiseront considérablement de l'eau chaude.

Les performances d'un tel chauffe-eau solaire peuvent être améliorées en ajoutant des sections de capteurs supplémentaires. La conception vous permet de monter de deux à un nombre illimité de pièces.

Les performances du système solaire augmentent en installant plus de capteurs solaires

La base d'un tel capteur solaire pour le chauffage et l'approvisionnement en eau chaude est le principe de l'effet de serre et de ce que l'on appelle l'effet thermosiphon. L'effet de serre est utilisé dans la conception de l'élément chauffant.

Les rayons du soleil traversent librement le matériau transparent de la partie supérieure du collecteur et sont convertis en énergie thermique.

L'énergie thermique est dans un espace confiné en raison de l'étanchéité de la section de conduit du collecteur. L'effet thermosiphon est utilisé dans le système hydraulique lorsque le liquide de refroidissement chauffé monte, tout en déplaçant le liquide de refroidissement et en le forçant à se déplacer dans la zone de chauffage.

En raison de l'effet thermosiphon, une circulation naturelle stable et continue du liquide de refroidissement se produit dans le système

Performances des capteurs solaires

Le principal critère qui affecte les performances des systèmes solaires est l'intensité du rayonnement solaire. La quantité de rayonnement solaire potentiellement utile incidente sur une zone spécifique est appelée insolation.

La valeur de l'ensoleillement à différents points du globe varie sur une assez large plage. Pour déterminer les indicateurs moyens de cette valeur, il existe des tableaux spéciaux. Ils affichent l'insolation solaire moyenne pour une région donnée.

Les données sur l'ensoleillement dans une région particulière peuvent être obtenues à partir de cartes et de tableaux spéciaux (+)

En plus de la valeur d'insolation, la surface et le matériau de l'échangeur de chaleur affectent également les performances du système. Un autre facteur affectant les performances du système est la capacité du réservoir de stockage. La capacité optimale du réservoir est calculée en fonction de la surface des adsorbeurs collecteurs.

Dans le cas d'un collecteur plat, il s'agit de la surface totale des tuyaux qui se trouvent dans la boîte du collecteur. Cette valeur équivaut en moyenne à 75 litres de volume de cuve par m² de surface de tube collecteur. La capacité de stockage est une sorte de batterie thermique.

Prix ​​des appareils d'usine

La part du lion du coût financier de la construction d'un tel système réside dans la fabrication de capteurs. Cela n'est pas surprenant, même dans les conceptions industrielles de systèmes solaires, environ 60% du coût incombe à cet élément structurel. Les coûts financiers dépendront du choix d'un matériau.

Il convient de noter qu'un tel système n'est pas en mesure de chauffer la pièce, il ne fera que contribuer à économiser sur les coûts, en aidant à chauffer l'eau dans le système de chauffage.Compte tenu des coûts énergétiques assez élevés consacrés au chauffage de l'eau, un capteur solaire intégré au système de chauffage réduit considérablement ces coûts.

Le capteur solaire s'intègre tout simplement dans le système de chauffage et d'alimentation en eau chaude (+)

Pour sa fabrication, des matériaux assez simples et abordables sont utilisés. De plus, une telle conception est totalement non volatile et ne nécessite pas de maintenance technique. L'entretien du système est réduit à l'inspection périodique et au nettoyage de la vitre du collecteur de toute contamination.

Des informations supplémentaires sur l'organisation du chauffage solaire dans la maison sont présentées dans cet article.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Le processus de fabrication d'un capteur solaire élémentaire:

Comment assembler et mettre en service le système solaire:

Naturellement, un capteur solaire autodidacte ne pourra pas rivaliser avec les modèles industriels. En utilisant des matériaux improvisés, il est assez difficile d'atteindre la haute efficacité des dessins industriels. Mais les coûts financiers seront bien moindres par rapport à l'achat de plantes prêtes à l'emploi.

Cependant système de chauffage solaire fait maison augmenter considérablement le niveau de confort et réduire le coût de l'énergie générée par les sources traditionnelles.

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