Jak zrobić kolektor słoneczny do ogrzewania własnymi rękami: przewodnik krok po kroku

Wzrost kosztów tradycyjnych źródeł energii zachęca właścicieli domów prywatnych do poszukiwania alternatywnych możliwości ogrzewania domu i podgrzewania wody.Zgadzam się, element finansowy problemu będzie odgrywał ważną rolę przy wyborze systemu grzewczego.

Jedną z najbardziej obiecujących metod dostarczania energii jest konwersja promieniowania słonecznego. W tym celu wykorzystuje się systemy solarne. Zrozumienie zasady ich konstrukcji i mechanizmu działania, wykonanie kolektora słonecznego do ogrzewania własnymi rękami nie będzie trudne.

Opowiemy Ci o cechach konstrukcyjnych systemów fotowoltaicznych, zaproponujemy prosty schemat montażu i opiszemy, jakie materiały można zastosować. Etapom pracy towarzyszą zdjęcia wizualne, materiał uzupełniają filmy wideo dotyczące tworzenia i uruchamiania domowego kolekcjonera.

Zasada działania i cechy konstrukcyjne

Nowoczesne systemy fotowoltaiczne są jednym z nich rodzaje źródeł alternatywnych odbieranie ciepła. Służą jako pomocnicze urządzenia grzewcze, które przekształcają promieniowanie słoneczne w energię użyteczną dla właścicieli domów.

Są w stanie w pełni zapewnić zaopatrzenie w ciepłą wodę i ogrzewanie w zimnych porach roku tylko w regionach południowych. I tylko wtedy, gdy zajmują wystarczająco dużą powierzchnię i są instalowane na terenach otwartych, niezacienionych przez drzewa.

Pomimo dużej liczby odmian, ich zasada działania jest taka sama. Każdy Układ Słoneczny Jest to obwód z sekwencyjnym układem urządzeń dostarczających energię cieplną i przesyłających ją do konsumenta.

Głównymi elementami roboczymi są panele słoneczne oparte na fotokomórkach lub kolektory słoneczne. Technologia zespół generatora słonecznego na kliszach fotograficznych jest nieco bardziej skomplikowane niż na kolektorze rurowym.

W tym artykule przyjrzymy się drugiej opcji - systemowi kolektorów słonecznych.

Kolektory słoneczne w dalszym ciągu pełnią rolę pomocniczych dostawców energii. Całkowite przełączenie ogrzewania domu na instalację fotowoltaiczną jest niebezpieczne ze względu na brak możliwości przewidzenia jednoznacznej liczby dni słonecznych

Kolektory to układ rurek połączonych szeregowo z liniami wyjściowymi i wejściowymi lub ułożonych w formie cewki. W rurach krąży woda procesowa, przepływ powietrza lub mieszanina wody i jakiejś niezamarzającej cieczy.

Cyrkulacja jest stymulowana przez zjawiska fizyczne: parowanie, zmiany ciśnienia i gęstości podczas przejścia z jednego stanu skupienia do drugiego itp.

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

Pozyskiwanie i akumulacja energii słonecznej odbywa się za pomocą absorberów. To albo solidna, metalowa płytka z wyczernioną powierzchnią zewnętrzną, albo system pojedynczych płytek przymocowanych do rurek.

Do produkcji górnej części korpusu, pokrywy, stosuje się materiały o dużej zdolności przepuszczania światła. Może to być plexi, podobne materiały polimerowe, hartowane rodzaje tradycyjnego szkła.

Aby wyeliminować straty energii, w skrzynce z tyłu urządzenia umieszczona jest izolacja termiczna

Trzeba powiedzieć, że materiały polimerowe nie tolerują całkiem dobrze wpływu promieni ultrafioletowych.Wszystkie rodzaje tworzyw sztucznych mają dość wysoki współczynnik rozszerzalności cieplnej, co często prowadzi do rozszczelnienia obudowy. Dlatego należy ograniczyć stosowanie takich materiałów do produkcji korpusu kolektora.

Wodę jako czynnik chłodzący można stosować wyłącznie w instalacjach przeznaczonych do dogrzewania w okresie jesienno-wiosennym. Jeśli planujesz korzystać z instalacji fotowoltaicznej przez cały rok, przed pierwszymi przymrozkami zmień wodę procesową na mieszaninę wody i środka przeciw zamarzaniu.

Powietrzne systemy fotowoltaiczne wykorzystują powietrze jako czynnik chłodzący. Kanały do ​​jego ruchu mogą być wykonane ze zwykłych blach falistych (+)

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

W skład łańcucha nie wchodzą pompy obiegowe i urządzenia grzewcze. Schemat jest niezwykle prosty, ale może działać tylko w słoneczne lata.

W przypadku włączenia kolektora w dwuobwodową konstrukcję techniczną wszystko jest znacznie bardziej skomplikowane, ale zakres dni odpowiednich do użytkowania znacznie się zwiększa. Kolektor przetwarza tylko jeden obwód. Przeważające obciążenie spoczywa na głównym urządzeniu grzewczym zasilanym energią elektryczną lub dowolnym paliwem.

Do wykonania kolektora słonecznego można wykorzystać gotowy obwód, można zbudować własny model pilotażowy i przetestować go w praktyce (+)

Pomimo bezpośredniego uzależnienia wydajności urządzeń fotowoltaicznych od liczby słonecznych dni, istnieje na nie popyt, a zapotrzebowanie na urządzenia fotowoltaiczne stale rośnie. Są popularne wśród rzemieślników ludowych, którzy starają się skierować wszystkie rodzaje naturalnej energii w użyteczne kanały.

Klasyfikacja według kryteriów temperaturowych

Istnieje dość duża liczba kryteriów klasyfikacji niektórych projektów układów słonecznych. Jednak w przypadku urządzeń, które można wykonać własnymi rękami i które służą do dostarczania ciepłej wody i ogrzewania, najbardziej racjonalną opcją byłoby rozdzielenie ich według rodzaju chłodziwa.

Zatem systemy mogą być płynne i powietrzne. Częściej stosuje się pierwszy typ.

Ponadto często stosuje się klasyfikację ze względu na temperaturę, do której można nagrzać elementy robocze kolektora:

1. Niska temperatura. Opcje umożliwiające podgrzanie chłodziwa do 50°С. Służą do podgrzewania wody w zbiornikach nawadniających, w wannach i prysznicach latem oraz do poprawy komfortu w chłodne wiosenno-jesienne wieczory.
2. Średnia temperatura. Zapewnij temperaturę płynu chłodzącego 80°С. Można nimi ogrzewać pomieszczenia. Te opcje są najbardziej odpowiednie do wyposażenia domów prywatnych.
3. Wysoka temperatura. Temperatura płynu chłodzącego w takich instalacjach może osiągnąć nawet 200-300°С. Wykorzystywane są na skalę przemysłową, montowane do ogrzewania warsztatów produkcyjnych, budynków komercyjnych itp.

Wysokotemperaturowe systemy słoneczne wykorzystują dość złożony proces przekazywania energii cieplnej. Ponadto zajmują imponującą ilość miejsca, na którą nie może sobie pozwolić większość naszych miłośników wiejskiego życia.

Proces produkcyjny jest pracochłonny, a jego realizacja wymaga specjalistycznego sprzętu. Samodzielne wykonanie takiej wersji układu słonecznego jest prawie niemożliwe.

Wykonanie w domu wysokotemperaturowych paneli słonecznych przy użyciu konwerterów fotowoltaicznych jest dość trudne

Ręcznie wykonany kolektor

Wykonanie urządzenia słonecznego własnymi rękami to fascynujący proces, który niesie ze sobą wiele korzyści. Dzięki niemu można racjonalnie wykorzystać darmowe promieniowanie słoneczne i rozwiązać kilka ważnych problemów gospodarczych. Przyjrzyjmy się specyfice tworzenia kolektora płaskiego dostarczającego podgrzaną wodę do systemu grzewczego.

Materiały do ​​majsterkowania

Najprostszym i najtańszym materiałem do samodzielnego montażu korpusu kolektora słonecznego jest drewniany klocek z deską, sklejką, płytą OSB lub podobnymi opcjami. Alternatywnie można zastosować profil stalowy lub aluminiowy z podobnymi blachami. Metalowa obudowa będzie kosztować nieco więcej.

Materiały muszą spełniać wymagania dla konstrukcji stosowanych na zewnątrz. Żywotność kolektora słonecznego waha się od 20 do 30 lat.

Oznacza to, że materiały muszą mieć określony zestaw cech użytkowych, które pozwolą na użytkowanie konstrukcji przez cały okres jej użytkowania.

Najtańszą i najprostszą opcją materiałów do produkcji nadwozia jest zastosowanie tarcicy i płyt wiórowych

Jeżeli korpus wykonany jest z drewna, trwałość materiału można zapewnić poprzez impregnację emulsjami wodno-polimerowymi i pokrycie farbami i lakierami.

Podstawową zasadą, którą należy kierować się przy projektowaniu i montażu kolektora słonecznego jest dostępność materiałów pod względem ceny i dostępności. Oznacza to, że można je znaleźć na otwartym rynku lub wykonać niezależnie od dostępnych materiałów.

Niuanse izolacji termicznej

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

Aby zaizolować skrzynkę, możesz zastosować opcje izolacji foliowej. W ten sposób można zapewnić zarówno izolację termiczną, jak i odbicie światła słonecznego od powierzchni folii.

Jeśli jako materiał izolacyjny używana jest sztywna pianka lub płyta styropianowa, można wyciąć rowki, aby pomieścić wężownicę lub system rur. Zwykle absorber kolektora umieszcza się na wierzchu izolacji termicznej i trwale mocuje do dna obudowy w sposób zależny od materiału użytego do produkcji obudowy.

Izolacja termiczna ma na celu zmniejszenie strat energii cieplnej przez spód obudowy. Nieracjonalne jest wytwarzanie urządzenia w metalowej obudowie bez izolacji termicznej (+)

Radiator kolektora słonecznego

Jest to element pochłaniający. Jest to system rur, w których podgrzewany jest płyn chłodzący, a części wykonane są najczęściej z blachy miedzianej. Za optymalne materiały do ​​​​produkcji radiatora uważa się miedziane rury.

Domowi rzemieślnicy wymyślili tańszą opcję - wykonany ze spiralnego wymiennika ciepła rury polipropylenowe.

Ciekawym rozwiązaniem budżetowym jest absorber układu fotowoltaicznego wykonany z elastycznej rury polimerowej. Do podłączenia urządzeń na wlocie i wylocie służą odpowiednie kształtki.Wybór dostępnych materiałów, z których można wykonać wymiennik ciepła kolektora słonecznego jest dość szeroki. Może to być wymiennik ciepła starej lodówki, rury wodociągowe z polietylenu, grzejniki płytowe stalowe itp.

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

Do samodzielnej produkcji miedź jest najlepszą opcją. Ma przewodność cieplną na poziomie 394 W/m². Dla aluminium parametr ten waha się od 202 do 236 W/m².

Rury miedziane są uważane za najbardziej optymalną opcję do produkcji radiatora pod względem właściwości termicznych i odporności na zużycie

Jednak duża różnica parametrów przewodności cieplnej pomiędzy rurami miedzianymi i polipropylenowymi nie oznacza, że ​​wymiennik ciepła z rurami miedzianymi będzie wytwarzał setki razy większe objętości ciepłej wody.

W równych warunkach wydajność wymiennika ciepła wykonanego z rur miedzianych 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.

Niezależnie od materiału rur, wszystkie połączenia, zarówno spawane, jak i gwintowane, muszą być uszczelnione. Rury można układać równolegle do siebie lub w formie wężownicy.

Obwód cewkowy zmniejsza liczbę połączeń - zmniejsza to prawdopodobieństwo wycieków i zapewnia bardziej równomierny przepływ chłodziwa.

Górna część skrzynki, w której znajduje się wymiennik ciepła, pokryta jest szkłem.Alternatywnie można zastosować nowoczesne materiały, takie jak analog akrylowy lub monolityczny poliwęglan. Półprzezroczysty materiał może nie być gładki, ale ryflowany lub matowy.

W wersji klasycznej skrzynka z kolektorem zamykana jest szkłem hartowanym, plexi, poliwęglanem lub podobnym materiałem. Rzemieślnicy nauczyli się używać polietylenu zamiast szkła

Zabieg ten zmniejsza odblaskowość materiału. Ponadto materiał ten musi wytrzymywać znaczne obciążenia mechaniczne.

W przemysłowych próbkach takich układów słonecznych stosuje się specjalne szkło solarne. Szkło to charakteryzuje się niską zawartością żelaza, co zapewnia mniejsze straty energii cieplnej.

Zbiornik magazynowy lub komora przednia

Jako zbiornik magazynowy może służyć dowolny pojemnik o pojemności od 20 do 40 litrów. Wystarczy szereg nieco mniejszych zbiorników połączonych rurami w szeregowy łańcuch. Zaleca się zaizolowanie zbiornika magazynowego, ponieważ Woda podgrzewana słońcem w zbiorniku bez izolacji szybko straci energię cieplną.

W rzeczywistości płyn chłodzący w solarnym systemie grzewczym musi krążyć bez gromadzenia się, ponieważ Otrzymana z niej energia cieplna musi zostać zużyta w okresie jej odbioru. Zbiornik akumulacyjny pełni raczej rolę dystrybutora podgrzanej wody i przedniej komory utrzymującej stabilność ciśnienia w układzie.

Zbiornik akumulacyjny w układach fotowoltaicznych pełni funkcję dystrybutora wody i zbiornika utrzymującego ciśnienie (+)

Etapy montażu układu fotowoltaicznego

Po wyprodukowaniu kolektora i przygotowaniu wszystkich elementów konstrukcyjnych systemu można przystąpić do bezpośredniego montażu.

Jedna z opcji budowy wężownicy z rur polipropylenowych wraz z kształtkami i trójnikami pomoże w szybkim montażu kolektora słonecznego (+)

Prace rozpoczynają się od montażu kamery przedniej, która z reguły umieszczana jest w najwyższym możliwym punkcie: na poddaszu, wolnostojącej wieży, wiadukcie itp.

Podczas montażu należy wziąć pod uwagę, że po napełnieniu układu płynnym chłodziwem ta część konstrukcji będzie miała imponującą wagę. Dlatego należy upewnić się, że sufit jest niezawodny lub go wzmocnić.

Po zamontowaniu kontenera należy przystąpić do montażu kolektora. Ten element konstrukcyjny układu zlokalizowany jest od strony południowej. Kąt nachylenia względem horyzontu powinien wynosić od 35 do 45 stopni.

Po zamontowaniu wszystkich elementów są one wiązane rurami, łącząc je w jeden układ hydrauliczny. Szczelność układu hydraulicznego jest ważnym kryterium od którego zależy sprawna praca kolektora słonecznego.

Zgodnie ze schematem montażu układu słonecznego do dostarczania wody do letniego prysznica, można zbudować konstrukcję do podgrzewania wody do nawadniania lub stworzenia komfortowych warunków w chłodne wieczory (+)

Aby połączyć elementy konstrukcyjne w jeden układ hydrauliczny, stosuje się rury o średnicy półtora cala. Mniejsza średnica służy do budowy części ciśnieniowej układu.

Część ciśnieniowa układu odnosi się do wejścia wody do przedniej komory i wyjścia podgrzanego płynu chłodzącego do systemu ogrzewania i dostarczania ciepłej wody. Resztę montuje się za pomocą rur o większej średnicy.

Aby zapobiec utracie energii cieplnej, rury należy starannie zaizolować.W tym celu można zastosować styropian, wełnę bazaltową lub foliowe wersje nowoczesnych materiałów izolacyjnych. Zbiornik akumulacyjny oraz komora przednia również podlegają procedurze izolacji.

Najprostszą i najtańszą opcją izolacji termicznej zbiornika magazynowego jest zbudowanie wokół niego skrzynki ze sklejki lub desek. Przestrzeń pomiędzy skrzynką a pojemnikiem należy wypełnić materiałem izolacyjnym. Może to być wełna żużlowa, mieszanka słomy i gliny, suche trociny itp.

Instalacja fotowoltaiczna jest instalowana w taki sposób, aby kolektory słoneczne znajdowały się po najbardziej oświetlonej stronie domu lub terenu (+)

Test przed uruchomieniem

Po zamontowaniu wszystkich elementów systemu i zaizolowaniu części konstrukcji można przystąpić do napełniania układu płynnym chłodziwem. Wstępne napełnienie instalacji należy wykonać poprzez rurkę znajdującą się w dolnej części rozdzielacza.

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

Woda lub inny płyn chłodzący dostaje się do przedniej komory. Proces napełniania układu kończy się w momencie, gdy z rury drenażowej komory przedniej zaczyna wypływać woda.

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

Proces wzrostu temperatury zachodzi nawet przy pochmurnej pogodzie. Ogrzany płyn chłodzący zaczyna unosić się do górnej części zbiornika. Proces naturalnej cyrkulacji zachodzi do momentu, gdy temperatura czynnika wpływającego do chłodnicy zrówna się z temperaturą czynnika opuszczającego kolektor.

Gdy woda wpłynie do układu hydraulicznego, zostanie uruchomiony zawór pływakowy znajdujący się w przedniej komorze. W ten sposób utrzymany zostanie stały poziom. W takim przypadku zimna woda wpływająca do systemu będzie znajdować się w dolnej części zbiornika. Proces mieszania zimnej i gorącej wody praktycznie nie występuje.

Należy przewidzieć montaż zaworów odcinających w układzie hydraulicznym, które zapobiegną odwrotnemu obiegowi chłodziwa z kolektora do zbiornika. Dzieje się tak, gdy temperatura otoczenia spada poniżej temperatury płynu chłodzącego.

Takie zawory odcinające są zwykle używane w nocy i wieczorem.

Zaopatrzenie w ciepłą wodę do punktów poboru odbywa się za pomocą standardowych mieszaczy. Lepiej nie używać konwencjonalnych pojedynczych kranów. Przy słonecznej pogodzie temperatura wody może dochodzić do 80°C – bezpośrednie korzystanie z takiej wody jest niewygodne. W ten sposób miksery znacznie zaoszczędzą ciepłą wodę.

Wydajność takiego słonecznego podgrzewacza wody można zwiększyć dodając dodatkowe sekcje kolektorów. Konstrukcja pozwala na montaż od dwóch do nieograniczonej ilości sztuk.

Wydajność instalacji fotowoltaicznej zwiększa się poprzez zainstalowanie większej liczby kolektorów słonecznych

Ten kolektor słoneczny do ogrzewania i zaopatrzenia w ciepłą wodę opiera się na zasadzie efektu cieplarnianego i tzw. efekcie termosyfonowym. Przy projektowaniu elementu grzejnego wykorzystuje się efekt cieplarniany.

Promienie słoneczne bez przeszkód przechodzą przez przezroczysty materiał górnej części kolektora i zamieniają się w energię cieplną.

Energia cieplna trafia do ograniczonej przestrzeni ze względu na szczelność skrzynki kolektorowej. Efekt termosyfonu stosowany jest w układzie hydraulicznym, gdy ogrzany płyn chłodzący unosi się do góry, wypierając zimny płyn chłodzący i zmuszając go do przejścia do strefy grzewczej.

Dzięki efektowi termosyfonu w układzie następuje stabilna i ciągła naturalna cyrkulacja chłodziwa

Wydajność kolektorów słonecznych

Głównym kryterium wpływającym na wydajność systemów fotowoltaicznych jest intensywność promieniowania słonecznego. Ilość potencjalnie użytecznego promieniowania słonecznego padającego na określone terytorium nazywa się nasłonecznieniem.

Ilość nasłonecznienia w różnych częściach globu jest dość zróżnicowana. Istnieją specjalne tabele określające średnie wskaźniki tej wartości. Pokazują średnie nasłonecznienie dla danego regionu.

Dane o nasłonecznieniu w danym regionie można uzyskać ze specjalnych map i tabel (+)

Oprócz wielkości nasłonecznienia na wydajność systemu wpływa powierzchnia i materiał wymiennika ciepła. Kolejnym czynnikiem wpływającym na wydajność systemu jest objętość zbiornika magazynującego. Optymalną pojemność zbiornika oblicza się na podstawie powierzchni adsorberów kolektora.

W przypadku kolektora płaskiego jest to łączna powierzchnia rur znajdujących się w skrzynce kolektorowej. Wartość ta wynosi średnio 75 litrów objętości zbiornika na m² powierzchni rury kolektora. Zbiornik akumulacyjny jest rodzajem akumulatora ciepła.

Ceny urządzeń fabrycznych

Lwia część kosztów finansowych budowy takiego systemu przypada na produkcję kolektorów. Nie jest to zaskakujące, nawet w przemysłowych modelach systemów fotowoltaicznych około 60% kosztów pochodzi z tego elementu konstrukcyjnego. Koszty finansowe będą zależeć od wyboru konkretnego materiału.

Należy pamiętać, że taki system nie jest w stanie ogrzać pomieszczenia, a jedynie pomoże zaoszczędzić na kosztach, pomagając w podgrzaniu wody w systemie grzewczym. Biorąc pod uwagę dość duże koszty energii, jakie są przeznaczane na podgrzanie wody, kolektor słoneczny zintegrowany z systemem grzewczym znacząco obniża te koszty.

Kolektor słoneczny można dość łatwo zintegrować z systemem ogrzewania i ciepłej wody użytkowej (+)

Do jego produkcji wykorzystuje się dość proste i niedrogie materiały. Ponadto konstrukcja ta jest całkowicie niezależna energetycznie i nie wymaga konserwacji technicznej. Pielęgnacja systemu sprowadza się do okresowej kontroli i oczyszczenia szyby kolektora z zabrudzeń.

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

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Proces produkcji podstawowego kolektora słonecznego:

Jak zmontować i uruchomić instalację fotowoltaiczną:

Naturalnie samodzielnie wykonany kolektor słoneczny nie będzie w stanie konkurować z modelami przemysłowymi. Przy użyciu dostępnych materiałów dość trudno jest osiągnąć wysoką efektywność, jaką charakteryzują się projekty przemysłowe. Ale koszty finansowe będą znacznie niższe w porównaniu do zakupu gotowych instalacji.

Niemniej jednak, domowy system ogrzewania słonecznego znacząco podniesie poziom komfortu i obniży koszty energii wytwarzanej z tradycyjnych źródeł.

Czy masz doświadczenie w budowie kolektorów słonecznych? A może nadal masz pytania dotyczące prezentowanego materiału? Prosimy o podzielenie się informacją z naszymi czytelnikami. Możesz zostawić komentarz w formularzu poniżej.