Jak zrobić kolektor słoneczny do ogrzewania DIY: przewodnik krok po kroku

Wzrost cen tradycyjnych źródeł energii zachęca prywatnych właścicieli domów do szukania alternatywnych opcji ogrzewania domów i podgrzewania wody. Zgadzam się, składnik finansowy problemu będzie odgrywał ważną rolę w wyborze systemu grzewczego.

Jednym z najbardziej obiecujących sposobów dostarczania energii jest konwersja promieniowania słonecznego. Aby to zrobić, użyj systemów słonecznych. Zrozumienie zasady ich urządzenia i mechanizmu działania, wykonanie kolektora słonecznego do ogrzewania własnymi rękami nie będzie trudne.

Poinformujemy Cię o cechach konstrukcyjnych systemów solarnych, zaoferujemy prosty schemat montażu i opiszmy materiały, które można zastosować. Etapom pracy towarzyszą zdjęcia wizualne, materiał uzupełniają wideoklipy na temat tworzenia i uruchamiania domowego kolekcjonera.

Zasada pracy i cechy konstrukcyjne

Nowoczesne systemy słoneczne - jeden z rodzaje alternatywnych źródeł wytwarzanie ciepła. Są one stosowane jako pomocnicze urządzenia grzewcze, które przetwarzają promieniowanie słoneczne w energię użyteczną dla właścicieli domów.

Są w stanie w pełni zapewnić ciepłą wodę i ogrzewanie w zimnych porach roku tylko w regionach południowych. A następnie, jeśli zajmują wystarczająco duży obszar i są instalowane na otwartych obszarach nie zacienionych przez drzewa.

Pomimo dużej liczby odmian działają one w ten sam sposób. Każdy Układ Słoneczny reprezentuje obwód z sekwencyjnym układem urządzeń, które dostarczają energię cieplną i przekazują ją odbiorcy.

Główne elementy pracy to panele słoneczne na ogniwach słonecznych lub kolektory słoneczne. Technologia zespół generatora słonecznego na płytkach fotograficznych jest nieco bardziej skomplikowane niż kolektor rurowy.

W tym artykule rozważymy drugą opcję - kolektor słoneczny.

Kolektory słoneczne jak dotąd służą jako dostawcy energii pomocniczej. Całkowite przełączenie ogrzewania domu na układ słoneczny jest niebezpieczne ze względu na niemożność przewidzenia wyraźnej liczby słonecznych dni

Kolektory to układ rurek połączonych szeregowo z linią wyjściową i wejściową lub ułożonych w postaci cewki. Przez rurki przepływa woda przemysłowa, przepływ powietrza lub mieszanina wody z pewną niezamarzającą cieczą.

Zjawiska fizyczne stymulują krążenie: parowanie, zmiany ciśnienia i gęstości od przejścia z jednego stanu skupienia do drugiego itp.

Zasada działania kolektorów słonecznych opiera się na odbiorze i akumulacji energii słonecznej przekazywanej do chłodziwa (+)

Zbieranie i akumulacja energii słonecznej odbywa się za pomocą absorberów. Jest to albo solidna metalowa płyta z poczerniałą powierzchnią zewnętrzną, albo układ pojedynczych płytek przymocowanych do rur.

Do produkcji górnej części korpusu stosuje się osłonę, materiały o wysokiej zdolności do przekazywania światła. Może to być pleksi, podobne materiały polimerowe, hartowane rodzaje tradycyjnego szkła.

Aby wykluczyć straty energii z tyłu urządzenia, w pudełku umieszczona jest izolacja termiczna

Muszę powiedzieć, że materiały polimerowe nie tolerują wpływu promieni ultrafioletowych. Wszystkie rodzaje tworzyw sztucznych mają wystarczająco wysoki współczynnik rozszerzalności cieplnej, co często prowadzi do obniżenia ciśnienia w obudowie. Dlatego stosowanie takich materiałów do produkcji korpusu kolektora powinno być ograniczone.

Woda jako nośnik ciepła może być używana tylko w systemach zaprojektowanych do dostarczania dodatkowego ciepła w okresie jesienno-wiosennym. Jeśli planowane jest używanie układu słonecznego przez cały rok przed pierwszym chłodzeniem, woda procesowa jest zmieniana na mieszaninę z płynem zapobiegającym zamarzaniu.

W powietrznych układach słonecznych powietrze jest wykorzystywane jako nośnik ciepła. Kanały do ​​jego ruchu można wykonać ze zwykłego profilowanego arkusza (+)

Jeśli kolektor słoneczny jest zainstalowany do ogrzewania małego budynku, który nie ma połączenia z autonomicznym ogrzewaniem domku lub ze scentralizowanymi sieciami, budowany jest prosty system jednoprzewodowy z urządzeniem grzewczym na początku.

Łańcuch nie obejmuje pomp obiegowych i urządzeń grzewczych. Schemat jest niezwykle prosty, ale może działać tylko w słoneczne lato.

Gdy kolektor jest zawarty w dwuobwodowej strukturze technicznej, wszystko jest znacznie bardziej skomplikowane, ale zakres dni odpowiednich do użycia znacznie się zwiększa. Kolektor przetwarza tylko jeden obwód. Przeważające obciążenie jest przypisane do głównej jednostki grzewczej, która zasilana jest energią elektryczną lub dowolnym rodzajem paliwa.

Do produkcji kolektora słonecznego możesz użyć gotowego schematu, możesz zbudować własny model pilotażowy i przetestować go w praktyce (+)

Pomimo bezpośredniej zależności wydajności urządzeń słonecznych od liczby słonecznych dni, są one poszukiwane, a popyt na urządzenia słoneczne stale rośnie. Są popularne wśród rzemieślników, którzy chcą skierować wszystkie rodzaje energii naturalnej na użyteczny kanał.

Klasyfikacja temperaturowa

Istnieje dość duża liczba kryteriów, według których klasyfikowane są te lub te projekty układów słonecznych. Jednak w przypadku urządzeń, które można wykonywać własnymi rękami i używać do dostarczania ciepłej wody i ogrzewania, najbardziej racjonalnym jest rozdzielenie według rodzaju chłodziwa.

Tak więc systemy mogą być płynne i powietrzne. Pierwszy typ jest częściej stosowany.

Ponadto często stosuje się klasyfikację według temperatury, do której mogą się nagrzewać węzły robocze kolektora:

1. Niska temperatura. Opcje, które mogą ogrzewać czynnik chłodzący do 50ºС. Służą do podgrzewania wody w pojemnikach do nawadniania, w łazienkach i prysznicach w lecie oraz do zwiększania komfortu w chłodne wiosenne i jesienne wieczory.
2. Średnia temperatura. Zapewnić temperaturę płynu chłodzącego 80ºС. Mogą być używane do ogrzewania pomieszczeń. Te opcje są najbardziej odpowiednie do aranżacji domów prywatnych.
3. Wysoka temperatura. Temperatura chłodziwa w takich instalacjach może osiągnąć 200-300ºС. Są stosowane na skalę przemysłową, są instalowane w halach produkcyjnych, budynkach komercyjnych itp.

W wysokotemperaturowych układach słonecznych stosuje się dość złożony proces przenoszenia energii cieplnej. Ponadto zajmują imponującą przestrzeń, na którą nie stać większości miłośników życia w naszym kraju.

Proces produkcyjny jest czasochłonny, wdrożenie wymaga specjalistycznego sprzętu. Niemożliwe jest samodzielne wykonanie takiego wariantu układu słonecznego.

Trudno jest wytwarzać wysokotemperaturowe ogniwa słoneczne na konwertorach fotowoltaicznych w domu

Ręcznie wykonany rozdzielacz

Wykonanie urządzenia słonecznego własnymi rękami to ekscytujący proces, który przynosi wiele korzyści. Dzięki niemu można racjonalnie zastosować bezpłatne promieniowanie słoneczne, aby rozwiązać kilka ważnych problemów ekonomicznych. Przeanalizujemy specyfikę stworzenia płaskiego kolektora, który dostarcza podgrzewaną wodę do systemu grzewczego.

Materiały do ​​majsterkowania

Najprostszym i najtańszym materiałem do samodzielnego montażu korpusu kolektora słonecznego jest drewniany blok z deską, sklejką, płytami OSB lub podobnymi opcjami. Alternatywnie można zastosować profil stalowy lub aluminiowy z podobnymi arkuszami. Metalowa obudowa kosztuje nieco więcej.

Materiały muszą spełniać wymagania dotyczące konstrukcji zewnętrznych. Żywotność kolektora słonecznego waha się od 20 do 30 lat.

Tak więc materiały muszą mieć określony zestaw cech operacyjnych, które pozwolą na stosowanie konstrukcji przez cały okres.

Najtańszą i najłatwiejszą opcją dla materiałów do produkcji skrzyni jest użycie tarcicy i płyt wiórowych

Jeśli obudowa jest wykonana z drewna, to trwałość materiału można osiągnąć przez impregnację emulsjami wodno-polimerowymi i pokrycie farbami i lakierami.

Podstawową zasadą, której należy przestrzegać przy projektowaniu i montażu kolektora słonecznego, jest dostępność materiałów pod względem ceny i możliwości zakupu. Oznacza to, że można je znaleźć w bezpłatnej sprzedaży lub wykonać niezależnie od dostępnych improwizowanych środków.

Niuanse izolacji termicznej

Aby zapobiec utracie energii cieplnej, materiał izolacyjny jest zamontowany na spodzie skrzynki. Może to być styropian lub wełna mineralna. Współczesny przemysł produkuje dość szeroką gamę materiałów izolacyjnych.

Aby zaizolować pudełko, możesz użyć opcji izolacji folii. W ten sposób możliwe jest zapewnienie zarówno izolacji termicznej, jak i odbicia światła słonecznego od powierzchni folii.

Jeśli jako materiał izolacyjny zastosowana zostanie sztywna płyta z pianki styropianowej lub styropianu, można wyciąć rowki w celu ułożenia cewki lub układu rur.Zazwyczaj pochłaniacz kolektora jest układany na górze izolacji i mocno przymocowany do dna korpusu w sposób zależny od materiału użytego do produkcji korpusu.

Izolacja termiczna służy do zmniejszenia strat ciepła przez dolną część obudowy. Nieracjonalne jest wytwarzanie urządzenia w metalowej obudowie bez izolacji termicznej (+)

Radiator kolektora słonecznego

To jest element chłonny. Jest to system rur, w których chłodzi się chłodziwo, a części wykonane są najczęściej z blachy miedzianej. Rozważane są optymalne materiały do ​​produkcji radiatora miedziane rury.

Domowi rzemieślnicy wymyślili tańszą opcję - spiralny wymiennik ciepła od rury polipropylenowe.

Ciekawym rozwiązaniem budżetowym jest pochłaniacz układu słonecznego z elastycznej rury polimerowej. Do podłączenia urządzeń wejściowych i wyjściowych stosuje się odpowiednie łączniki Wybór improwizowanych środków, z których można wykonać wymiennik ciepła kolektora słonecznego, jest dość szeroki. Może to być wymiennik ciepła starej lodówki, polietylenowe rury wodne, grzejniki płytowe itp.

Ważnym kryterium wydajności jest przewodność cieplna materiału, z którego wykonany jest wymiennik ciepła.

W przypadku własnej produkcji miedź jest najlepszą opcją. Ma przewodność cieplną 394 W / m². W przypadku aluminium parametr ten waha się od 202 do 236 W / m².

Rury miedziane są uważane za najbardziej optymalną opcję do produkcji radiatora pod względem wydajności termicznej i trwałości

Jednak duża różnica w przewodności cieplnej między rurami miedzianymi i polipropylenowymi wcale nie oznacza, że ​​wymiennik ciepła z rurami miedzianymi będzie wytwarzał setki razy duże ilości gorącej wody.

W równych warunkach wydajność wymiennika ciepła z rurą miedzianą będzie o 20% bardziej wydajna niż wydajność opcji metalowo-plastikowych. Zatem wymienniki ciepła wykonane z rur polimerowych mają prawo do życia. Ponadto takie opcje będą znacznie tańsze.

Bez względu na materiał rury wszystkie połączenia, zarówno spawane, jak i gwintowane, muszą być szczelne. Rury można umieszczać zarówno równolegle do siebie, jak i w postaci cewki.

Schemat typu cewki zmniejsza liczbę połączeń - zmniejsza to prawdopodobieństwo wycieków i zapewnia bardziej równomierny ruch przepływu chłodziwa.

Górna część skrzynki, w której znajduje się wymiennik ciepła, jest zamknięta szkłem. Alternatywnie możesz użyć nowoczesnych materiałów, takich jak analog akrylowy lub monolityczny poliwęglan. Półprzezroczysty materiał może nie być gładki, ale falisty lub matowy.

W wersji klasycznej pudełko z kolektorem jest zamknięte szkłem hartowanym, pleksi, poliwęglanem lub podobnym materiałem. Rzemieślnicy przystosowali się do używania polietylenu zamiast szkła

Ta obróbka zmniejsza współczynnik odbicia materiału. Ponadto materiał ten musi wytrzymać znaczne obciążenia mechaniczne.

W konstrukcjach przemysłowych takich układów słonecznych stosuje się specjalne szkło słoneczne. Takie szkło charakteryzuje się niską zawartością żelaza, co zapewnia mniejsze straty ciepła.

Zbiornik magazynowy lub zbiornik wyprzedzający

Jako zbiornik magazynowy możesz użyć dowolnej pojemności o pojemności od 20 do 40 litrów. Zrobi to seria nieco mniejszych zbiorników, połączonych rurami w szeregu szeregowym. Zaleca się izolację zbiornika magazynowego, as woda podgrzewana na słońcu w zbiorniku bez izolacji szybko traci energię cieplną.

W rzeczywistości nośnik ciepła w solarnym systemie grzewczym musi krążyć bez akumulacji, ponieważ otrzymana z niej energia cieplna musi zostać zużyta w okresie odbioru.Zbiornik służy raczej jako dystrybutor podgrzewanej wody i komory rowowej, która utrzymuje stabilność ciśnienia w systemie.

Zbiornik w systemach solarnych działa jako dystrybutor wody i zbiornik utrzymujący ciśnienie (+)

Etapy montażu słonecznego

Po wyprodukowaniu kolektora i przygotowaniu wszystkich elementów konstrukcyjnych systemu można przystąpić do bezpośredniej instalacji.

Jedna z opcji instalacji cewki z rur polipropylenowych z łącznikami i trójnikami pomoże szybko zmontować kolektor słoneczny (+)

Prace rozpoczynają się od instalacji komory wstępnej, która z reguły jest umieszczona w najwyższym możliwym punkcie: na poddaszu, osobnej wieży, estakadzie itp.

Podczas instalacji należy zauważyć, że po napełnieniu układu płynnym chłodziwem ta część konstrukcji będzie miała imponującą masę. Dlatego należy zweryfikować niezawodność nakładania się lub wzmocnić go.

Po zainstalowaniu zbiornika przystąp do instalacji kolektora. Ten element konstrukcyjny systemu znajduje się po stronie południowej. Kąt nachylenia względem horyzontu powinien wynosić od 35 do 45 stopni.

Po zainstalowaniu wszystkich elementów są one łączone rurami, łącząc się w jeden układ hydrauliczny. Szczelność układu hydraulicznego jest ważnym kryterium, od którego zależy efektywne działanie kolektora słonecznego.

Zgodnie ze schematem montażu układu słonecznego do dostarczania wody do prysznica na zewnątrz, możesz zbudować strukturę do podgrzewania wody do nawadniania lub stworzyć komfortowe warunki w chłodne wieczory (+)

Aby połączyć elementy konstrukcyjne w jeden układ hydrauliczny, stosuje się rury o średnicy cala i pół cala. Mniejsza średnica służy do ustawienia części ciśnieniowej systemu.

Pod częścią ciśnieniową układu rozumie się wnikanie wody do komory i odprowadzanie ogrzanego chłodziwa do układu grzewczego i dostarczanie gorącej wody. Resztę montuje się za pomocą rur o większej średnicy.

Aby zapobiec utracie energii cieplnej, rury muszą być starannie izolowane. W tym celu można zastosować wersje nowoczesnych materiałów izolacyjnych z polistyrenu, wełny bazaltowej lub folii. Zbiornik magazynowy i komora wstępna również podlegają procedurze ogrzewania.

Najprostszą i najtańszą opcją izolacji termicznej zbiornika jest konstrukcja skrzyni wokół niego ze sklejki lub desek. Przestrzeń między pudełkiem a pojemnikiem powinna być wypełniona materiałem izolacyjnym. Może to być żużel, mieszanka słomy z gliną, suchymi trocinami itp.

Układ słoneczny jest zainstalowany w taki sposób, że kolektory słoneczne znajdują się po najbardziej oświetlonej stronie domu lub działki (+)

Sprawdź przed uruchomieniem

Po zainstalowaniu wszystkich elementów systemu i ociepleniu niektórych konstrukcji możesz zacząć napełniać system płynnym płynem chłodzącym. Wstępne napełnienie systemu należy wykonać przez dyszę znajdującą się w dolnej części kolektora.

Oznacza to, że napełnianie odbywa się od dołu do góry. Dzięki takim działaniom można uniknąć prawdopodobnego powstawania zatorów powietrznych.

Woda lub inny płyn chłodzący dostaje się do komory. Proces napełniania systemu kończy się, gdy woda zacznie wylewać się z rury drenażowej komory przedniej.

Za pomocą zaworu pływakowego można ustawić optymalny poziom płynu w przedniej komorze. Po napełnieniu układu płynem chłodzącym zaczyna on się nagrzewać w kolektorze.

Proces wzrostu temperatury zachodzi nawet przy pochmurnej pogodzie. Ogrzany płyn chłodzący zaczyna unosić się na szczyt zbiornika. Proces naturalnej cyrkulacji zachodzi, dopóki temperatura płynu chłodzącego wchodzącego do chłodnicy nie zostanie wyrównana z temperaturą nośnika opuszczającego kolektor.

Wraz z przepływem wody w układzie hydraulicznym zadziała zawór pływakowy umieszczony w przedniej komorze. W ten sposób utrzymany zostanie stały poziom. W takim przypadku zimna woda wchodząca do systemu będzie znajdować się w dolnej części zbiornika. Proces mieszania zimnej i ciepłej wody praktycznie nie występuje.

W układzie hydraulicznym należy przewidzieć instalację zaworów odcinających, które utrudnią odwrotny obieg płynu chłodzącego od kolektora do zbiornika. Dzieje się tak, gdy temperatura otoczenia spada poniżej temperatury chłodziwa.

Takie zawory są zwykle używane w nocy i wieczorem.

Podłączenie do miejsc zużycia ciepłej wody odbywa się za pomocą standardowych mieszaczy. Najlepiej unikać konwencjonalnych pojedynczych dotknięć. Przy słonecznej pogodzie temperatura wody może osiągnąć 80 ° C - bezpośrednie korzystanie z takiej wody jest niewygodne. W ten sposób krany znacznie zaoszczędzą ciepłą wodę.

Wydajność takiego słonecznego podgrzewacza wody można poprawić, dodając dodatkowe sekcje kolektora. Konstrukcja pozwala na montaż od dwóch do nieograniczonej liczby elementów.

Wydajność układu słonecznego wzrasta, instalując więcej kolektorów słonecznych

Podstawą takiego kolektora słonecznego do ogrzewania i dostarczania ciepłej wody jest zasada efektu cieplarnianego i tak zwanego efektu termosyfonu. Efekt cieplarniany jest wykorzystywany w projekcie elementu grzejnego.

Promienie słoneczne swobodnie przechodzą przez przezroczysty materiał górnej części kolektora i przekształcane są w energię cieplną.

Energia cieplna znajduje się w ograniczonej przestrzeni ze względu na szczelność sekcji kanałowej kolektora. Efekt termosyfonu jest stosowany w układzie hydraulicznym, gdy podgrzewany płyn chłodzący podnosi się, jednocześnie wypierając płyn chłodzący i zmuszając go do przejścia do strefy grzewczej.

Ze względu na efekt termosyfonu w układzie występuje stabilna i ciągła naturalna cyrkulacja chłodziwa

Wydajność kolektora słonecznego

Głównym kryterium wpływającym na działanie układów słonecznych jest intensywność promieniowania słonecznego. Ilość potencjalnie użytecznego zdarzenia związanego z promieniowaniem słonecznym na określonym obszarze nazywa się nasłonecznieniem.

Wartość nasłonecznienia w różnych punktach globu zmienia się w dość szerokim zakresie. Aby określić średnie wskaźniki tej wartości, istnieją specjalne tabele. Wyświetlają średnie nasłonecznienie dla danego regionu.

Dane dotyczące nasłonecznienia w danym regionie można uzyskać ze specjalnych map i tabel (+)

Oprócz wartości nasłonecznienia powierzchnia i materiał wymiennika ciepła również wpływają na wydajność systemu. Kolejnym czynnikiem wpływającym na wydajność systemu jest pojemność zasobnika. Optymalną pojemność zbiornika oblicza się na podstawie powierzchni adsorberów kolektora.

W przypadku kolektora płaskiego jest to łączna powierzchnia rur znajdujących się w skrzynce kolektora. Wartość ta wynosi średnio 75 litrów pojemności zbiornika na jeden m² powierzchni rury kolektora. Pojemność magazynowa jest rodzajem baterii termicznej.

Ceny urządzeń fabrycznych

Lwia część kosztów finansowych budowy takiego systemu przypada na produkcję kolektorów. Nie jest to zaskakujące, nawet w projektach przemysłowych systemów słonecznych około 60% kosztów przypada na ten element konstrukcyjny. Koszty finansowe będą zależeć od wyboru materiału.

Należy zauważyć, że taki system nie jest w stanie ogrzać pomieszczenia, pomoże jedynie zaoszczędzić na kosztach, pomagając ogrzać wodę w systemie grzewczym.Biorąc pod uwagę dość wysokie koszty energii, które są wydawane na podgrzewanie wody, kolektor słoneczny zintegrowany z systemem grzewczym znacznie zmniejsza takie koszty.

Kolektor słoneczny po prostu integruje się z systemem ogrzewania i zaopatrzenia w ciepłą wodę (+)

Do jego produkcji stosuje się dość proste i niedrogie materiały. Ponadto taka konstrukcja jest całkowicie nielotna i nie wymaga konserwacji technicznej. Konserwacja systemu sprowadza się do okresowej kontroli i czyszczenia szyby kolektora przed zanieczyszczeniem.

Dodatkowe informacje na temat organizacji ogrzewania słonecznego w domu znajdują się w Ten artykuł.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Proces wytwarzania elementarnego kolektora słonecznego:

Jak złożyć i uruchomić układ słoneczny:

Oczywiście samodzielnie wykonany kolektor słoneczny nie będzie w stanie konkurować z modelami przemysłowymi. Przy użyciu improwizowanych materiałów trudno jest osiągnąć wysoką wydajność, jaką mają projekty przemysłowe. Ale koszty finansowe będą znacznie niższe w porównaniu z zakupem gotowych roślin.

Niemniej jednak, domowy system ogrzewania słonecznego znacznie podniesie poziom komfortu i obniży koszty energii wytwarzanej przez tradycyjne źródła.

Masz doświadczenie w budowie kolektora słonecznego? Czy masz pytania dotyczące materiału? Podziel się informacjami z naszymi czytelnikami. Możesz zostawić komentarz w poniższym formularzu.