Od dłuższego czasu na rynku pojawiają się różne kolektory słoneczne. Są to urządzenia wykorzystujące energię słoneczną do podgrzewania wody na potrzeby gospodarstwa domowego. Jednak ich wysoki koszt nie pozwala na zdobycie popularności wśród użytkowników – to problem wszystkich alternatywnych źródeł energii. Na przykład całkowity koszt zakupu i zainstalowania instalacji, która zaspokoi potrzeby przeciętnej rodziny, wyniesie 5000 dolarów. Ale jest wyjście: możesz zrobić kolektor słoneczny własnymi rękami z niedrogich materiałów. Jak to wdrożyć, zostanie omówione w tym materiale.

Jak działa kolektor słoneczny?

Zasada działania kolektora opiera się na absorpcji (pochłanianiu) energii cieplnej słońca przez specjalne urządzenie odbiorcze i przekazywaniu jej do chłodziwa przy minimalnych stratach. Jako odbiornik stosuje się rurki miedziane lub szklane pomalowane na czarno.

Przecież wiadomo, że najlepiej absorbują ciepło przedmioty ciemne lub czarne. Czynnikiem chłodzącym jest najczęściej woda, czasami powietrze. Z założenia kolektory słoneczne do ogrzewania domu i zaopatrzenia w ciepłą wodę są następujących typów:

• powietrze;
• woda płaska;
• próżnia wodna.

Powietrzny kolektor słoneczny wyróżnia się między innymi prostotą konstrukcji i co za tym idzie najniższą ceną. Jest to panel – odbiornik promieniowania słonecznego wykonany z metalu, zamknięty w szczelnej obudowie. Dla lepszego przewodzenia ciepła blacha stalowa jest wyposażona w żebra na tylnej stronie i ułożona od spodu z izolacją termiczną. Z przodu zamontowana jest przezroczysta szyba, a po bokach obudowy znajdują się otwory z kołnierzami do podłączenia kanałów wentylacyjnych lub innych paneli, jak pokazano na schemacie:

Powietrze wchodzące przez otwór z jednej strony przechodzi między stalowymi żebrami i po otrzymaniu od nich ciepła wychodzi z drugiej.

Trzeba powiedzieć, że instalacja kolektorów słonecznych z ogrzewaniem powietrza ma swoją własną charakterystykę. Ze względu na ich niską wydajność do ogrzewania pomieszczeń konieczne jest zastosowanie kilku podobnych paneli połączonych w baterię. Ponadto na pewno będziesz potrzebować wentylatora, ponieważ ogrzane powietrze z kolektorów znajdujących się na dachu samo nie opadnie. Schemat ideowy układu powietrznego pokazano poniżej na rysunku:

Proste urządzenie i zasada działania pozwalają na wykonanie rozdzielaczy powietrznych własnymi rękami. Ale będziesz potrzebować dużo materiału dla kilku kolektorów, a nadal nie będziesz w stanie podgrzać wody za ich pomocą. Z tych powodów rzemieślnicy domowi wolą pracować z podgrzewaczami wody.

Konstrukcja kolektora płaskiego

Do samodzielnej produkcji dużym zainteresowaniem cieszą się płaskie kolektory słoneczne przeznaczone do podgrzewania wody. W prostokątnej obudowie z metalu lub stopu aluminium mieści się odbiornik ciepła - płyta z wciśniętą w nią cewką z rurki miedzianej. Korpus wykonany jest z aluminium lub miedzi pokrytej czarną warstwą absorpcyjną. Podobnie jak w poprzedniej wersji, spód talerza oddzielony jest od dna warstwą materiału termoizolacyjnego, a rolę wieczka pełni wytrzymałe szkło lub poliwęglan. Poniższy rysunek przedstawia budowę kolektora słonecznego:

Czarna płyta pochłania ciepło i przekazuje je do płynu chłodzącego przepływającego przez rurki (wody lub płynu niezamarzającego). Szkło spełnia 2 funkcje: przepuszcza promieniowanie słoneczne do wymiennika ciepła oraz chroni przed opadami atmosferycznymi i wiatrem, które zmniejszają wydajność grzejnika. Wszystkie połączenia wykonane są hermetycznie, dzięki czemu do wnętrza nie przedostaje się kurz, a szkło nie traci przezroczystości. Ponownie, ciepło promieni słonecznych nie powinno być przepuszczane przez powietrze zewnętrzne przez szczeliny, od tego zależy sprawna praca kolektora słonecznego.

Ten typ jest najpopularniejszy wśród kupujących ze względu na optymalny stosunek ceny do jakości oraz wśród rzemieślników domowych ze względu na stosunkowo prostą konstrukcję. Ale taki kolektor można wykorzystać do ogrzewania tylko w regionach południowych, gdy temperatura powietrza zewnętrznego spada, jego wydajność znacznie spada z powodu dużych strat ciepła przez obudowę.

Urządzenie kolektora próżniowego

Inny typ solarnych podgrzewaczy wody produkowany jest w oparciu o nowoczesne technologie i zaawansowane rozwiązania techniczne, dlatego należy do wysokiej kategorii cenowej. W kolektorze zaimplementowano dwa takie rozwiązania:

• izolacja termiczna metodą próżniową;
• wykorzystując energię parowania i kondensacji substancji wrzącej w niskiej temperaturze.

Idealną opcją zabezpieczenia absorbera kolektora przed utratą ciepła jest zamknięcie go w próżni. Miedzianą rurkę wypełnioną czynnikiem chłodniczym i pokrytą warstwą pochłaniającą umieszcza się w kolbie wykonanej z wytrzymałego szkła, a powietrze z przestrzeni pomiędzy nimi zostaje wypompowane. Końce miedzianej rurki pasują do rury, przez którą przepływa płyn chłodzący. Co się dzieje: czynnik chłodniczy pod wpływem światła słonecznego wrze i zamienia się w parę, unosi się do góry rurką i po zetknięciu z chłodziwem przez cienką ściankę ponownie zamienia się w ciecz. Schemat działania kolektora przedstawiono poniżej:

Sztuczka polega na tym, że w procesie przemiany w parę substancja pochłania znacznie więcej energii cieplnej niż podczas normalnego ogrzewania. Ciepło właściwe parowania dowolnej cieczy jest wyższe niż jej ciepło właściwe, dlatego próżniowe kolektory słoneczne są bardzo efektywne. Skraplając się w rurze z przepływającym czynnikiem chłodzącym, czynnik chłodniczy przekazuje mu całe ciepło i sam spływa w dół, pobierając nową porcję energii słonecznej.

Dzięki swojej konstrukcji nagrzewnice próżniowe nie boją się niskich temperatur i działają nawet na mrozie, dlatego mogą być stosowane w regionach północnych. Intensywność podgrzewania wody w tym przypadku jest niższa niż latem, ponieważ zimą do ziemi dociera mniej ciepła ze słońca, a chmury często przeszkadzają. Oczywiste jest, że wykonanie szklanej kolby z opróżnionym powietrzem w domu jest po prostu nierealne.

Notatka. Do kolektora dołączone są rurki podciśnieniowe, które napełniane są bezpośrednio płynem chłodzącym. Ich wadą jest to, że są połączone szeregowo, w przypadku przepalenia się jednej żarówki konieczna będzie wymiana całego podgrzewacza wody.

Jak zrobić kolektor słoneczny?

Przed rozpoczęciem pracy należy zdecydować o wymiarach przyszłego urządzenia do podgrzewania wody. Dokładne obliczenie powierzchni wymiany ciepła nie jest łatwe, wiele zależy od natężenia promieniowania słonecznego w danym rejonie, lokalizacji domu, materiału obiegu grzewczego itp. Prawidłowe byłoby stwierdzenie, że im większy kolektor termiczny, tym lepiej. Jednak jego rozmiar jest prawdopodobnie ograniczony miejscem, w którym planuje się go zainstalować. Oznacza to, że musimy wyruszyć z obszaru tego miejsca.

Najłatwiej jest wykonać korpus z drewna, układając na dnie warstwę pianki lub wełny mineralnej. Wygodne jest w tym celu również wykorzystanie skrzydeł starych okien drewnianych, w których zachowało się co najmniej jedno szkło. Wybór materiału na odbiornik ciepła jest nieoczekiwanie szeroki, czego rzemieślnicy nie używają do montażu kolektora. Oto lista popularnych opcji:

• cienkościenne rury miedziane;
• różne rury polimerowe o cienkich ściankach, najlepiej czarne. Rura polietylenowa PEX do zaopatrzenia w wodę działa dobrze;
• rurki aluminiowe. To prawda, że ​​​​łączenie ich jest trudniejsze niż miedziane;
• grzejniki płytowe stalowe;
• czarny wąż ogrodowy.

Notatka. Oprócz wymienionych istnieje wiele wersji egzotycznych. Na przykład powietrzny kolektor słoneczny wykonany z puszek po piwie lub plastikowych butelek. Takie prototypy wyróżniają się oryginalnością, ale wymagają znacznych inwestycji pracy z wątpliwymi zwrotami.

Blachę pokrywającą całą powierzchnię przyszłego grzejnika należy umieścić w zmontowanej drewnianej skrzynce lub starym skrzydle okiennym z przymocowanym dnem i ułożoną izolacją. Dobrze, jeśli znajdziesz blachę aluminiową, ale wystarczy cienka stal. Należy go pomalować na czarno, a następnie rury ułożyć w formie cewki.

Bez wątpienia kolektor do podgrzewania wody najlepiej wykonać z rur miedzianych, dobrze przewodzą ciepło i posłużą wiele lat.Wężownicę mocujemy szczelnie do metalowego ekranu za pomocą wsporników lub w inny dostępny sposób.Do zestawu dołączone są 2 przyłącza do podłączenia wody. wyprowadzono.

Ponieważ jest to kolektor płaski, a nie próżniowy, absorber ciepła należy przykryć od góry półprzezroczystą konstrukcją - szkłem lub poliwęglanem. Ten ostatni jest łatwiejszy w obróbce i bardziej niezawodny w działaniu, nie pęka pod wpływem gradu.

Po montażu kolektor słoneczny należy zamontować na miejscu i podłączyć do zbiornika wody. Jeśli pozwalają na to warunki instalacji, możliwe jest zorganizowanie naturalnego obiegu wody pomiędzy zbiornikiem a podgrzewaczem, w przeciwnym razie w systemie znajduje się pompa obiegowa.

Wniosek

Ogrzewanie domu za pomocą kolektorów słonecznych typu „zrób to sam” jest atrakcyjną perspektywą dla wielu właścicieli domów. Dla mieszkańców regionów południowych ta opcja jest bardziej dostępna, wystarczy wypełnić system środkiem przeciw zamarzaniu i odpowiednio zaizolować nadwozie. Na północy domowy kolektor pomoże podgrzać wodę na potrzeby gospodarstwa domowego, ale nie wystarczy do ogrzania domu. Zimno i krótki dzień robią swoje.

Alternatywne źródła energii odnawialnej cieszą się ogromną popularnością. W niektórych krajach UE autonomiczne dostawy ciepła pokrywają ponad 50% zapotrzebowania na energię. W Federacji Rosyjskiej kolektory słoneczne nie stały się jeszcze powszechne. Jeden z głównych powodów: wysoki koszt sprzętu. Za panel słoneczny od krajowego producenta trzeba zapłacić co najmniej 16-20 tysięcy rubli. Produkty europejskich marek będą kosztować jeszcze więcej, zaczynając od 40-45 tysięcy rubli.

Wykonanie kolektora słonecznego własnymi rękami będzie co najmniej o połowę tańsze. Domowy kolektor słoneczny zapewni wystarczającą ilość ciepła do podgrzania wody pod prysznicem dla 3-4 osób. Do jego wykonania potrzebne będą narzędzia budowlane, pomysłowość i dostępne materiały.

Z czego można zbudować układ słoneczny?

Najpierw musisz zrozumieć, jaką zasadę działania stosuje solarny podgrzewacz wody. Wewnętrzna struktura bloku zawiera następujące elementy:

• rama;
• absorber;
• wymiennik ciepła, w którym będzie krążyć chłodziwo;
• reflektory skupiające promienie słoneczne.

Fabryczny kolektor słoneczny do podgrzewania wody działa w następujący sposób:

• Absorpcja ciepła - promienie słoneczne przechodzą przez szybę umieszczoną na górze korpusu lub przez lampy próżniowe. Wewnętrzna warstwa chłonna stykająca się z wymiennikiem ciepła jest malowana farbą selektywną. Kiedy światło słoneczne pada na absorber, wydziela się duża ilość ciepła, które jest gromadzone i wykorzystywane do podgrzewania wody.
• Wymiana ciepła - absorber znajduje się w bliskim kontakcie z wymiennikiem ciepła. Ciepło zgromadzone w absorberze i przekazane do wymiennika ciepła podgrzewa ciecz przepływającą rurami do wężownicy znajdującej się wewnątrz zbiornika ciepła. Cyrkulacja wody w podgrzewaczu wody odbywa się w sposób wymuszony lub naturalny.
• CWU - stosowane są dwie zasady podgrzewania ciepłej wody użytkowej:
  1. Ogrzewanie bezpośrednie – gorąca woda po podgrzaniu jest po prostu odprowadzana do izolowanego termicznie zbiornika. W monoblokowym układzie fotowoltaicznym jako czynnik chłodzący używana jest zwykła woda użytkowa.
  2. Drugą opcją jest zapewnienie ciepłej wody za pomocą pasywnego podgrzewacza wody opartego na zasadzie pośredniego ogrzewania. Czynnik chłodzący (często środek przeciw zamarzaniu) jest przesyłany pod ciśnieniem do wymiennika ciepła kolektora słonecznego. Po podgrzaniu ogrzana ciecz trafia do zbiornika magazynowego, wewnątrz którego zbudowana jest wężownica (pełniąca rolę elementu grzejnego), otoczona wodą dla systemu zaopatrzenia w ciepłą wodę.
     Czynnik chłodzący nagrzewa wężownicę, przekazując w ten sposób ciepło wodzie w zbiorniku. Po otwarciu kranu podgrzana woda ze zbiornika akumulacyjnego przepływa do punktu poboru wody. Cechą układu słonecznego z ogrzewaniem pośrednim jest jego zdolność do pracy przez cały rok.

Zasada działania stosowana w drogich, fabrycznych układach fotowoltaicznych jest kopiowana i powtarzana w kolektorach typu „zrób to sam”.

Projekty robocze słonecznych podgrzewaczy wody mają podobną konstrukcję. Wykonywane są wyłącznie z materiałów złomowych. Istnieją schematy produkcji kolektorów z:

• poliwęglan;
• rury próżniowe;
• butelki PET;
• puszki piwa;
• grzejnik lodówki;
• rurki miedziane;
• Rury HDPE i PCV.

Sądząc po schematach, współcześni „Kulibins” preferują domowe systemy z naturalnym obiegiem, typu termosyfonowego. Osobliwością tego rozwiązania jest to, że zbiornik magazynujący znajduje się w górnym punkcie systemu zaopatrzenia w ciepłą wodę. Woda przepływa przez system grawitacyjnie i jest dostarczana do konsumenta.

Kolektor z poliwęglanu

Wykonane są z paneli o strukturze plastra miodu, charakteryzujących się dobrymi właściwościami termoizolacyjnymi. Grubość blachy od 4 do 30 mm. Wybór grubości poliwęglanu zależy od wymaganego przenikania ciepła. Im grubsza blacha i znajdujące się w niej ogniwa, tym więcej wody instalacja może ogrzać.

Aby samodzielnie wykonać układ fotowoltaiczny, w szczególności domowy solarny podgrzewacz wody wykonany z poliwęglanu, potrzebne będą następujące materiały:

• dwa pręty gwintowane;
• narożniki polipropylenowe, kształtki muszą posiadać połączenie z gwintem zewnętrznym;
• Rury z tworzywa PCV: 2 szt., długość 1,5 m, średnica 32;
• 2 wtyczki.

Rury układane są równolegle do obudowy. Podłączyć do źródła ciepłej wody poprzez zawory odcinające. Wzdłuż rury wykonuje się cienkie nacięcie, w które można włożyć arkusz poliwęglanu. Dzięki zasadzie termosyfonu woda samodzielnie wpłynie do rowków (ogniw) blachy, nagrzeje się i trafi do zbiornika magazynowego znajdującego się w górnej części całego systemu grzewczego. Do uszczelnienia i zamocowania arkuszy włożonych do rury stosuje się silikon termoodporny.

Aby zwiększyć sprawność cieplną kolektora z poliwęglanu komórkowego, blachę pokrywa się dowolną farbą selektywną. Ogrzewanie wody po nałożeniu powłoki selektywnej przyspiesza około dwukrotnie.

Kolektor rurowy podciśnieniowy

W takim przypadku nie będzie można sobie poradzić wyłącznie za pomocą improwizowanych środków. Aby wykonać kolektor słoneczny, będziesz musiał kupić lampy próżniowe. Sprzedają je firmy zajmujące się serwisem instalacji fotowoltaicznych oraz bezpośrednio producenci solarnych podgrzewaczy wody.

Do niezależnej produkcji lepiej wybrać kolby z prętami piórkowymi i kanałem termicznym z rurką cieplną. Rury są łatwiejsze w montażu i wymianie w razie potrzeby.

Należy także dokupić blok koncentratora do próżniowego kolektora słonecznego. Przy wyborze zwróć uwagę na wydajność węzła (określoną przez liczbę słuchawek, które można jednocześnie podłączyć do urządzenia). Rama jest wykonywana niezależnie poprzez montaż drewnianej ramy. Oszczędności przy produkcji w domu, biorąc pod uwagę zakup gotowych lamp próżniowych, wyniosą co najmniej 50%.

Układ słoneczny wykonany z plastikowych butelek

Do przygotowania potrzebne będzie około 30 sztuk. Butelki PET. Podczas montażu wygodniej jest używać pojemników o tej samej wielkości, 1 lub 1,5 litra. Na etapie przygotowawczym z butelek usuwane są etykiety, a powierzchnia jest dokładnie myta. Oprócz plastikowych pojemników będziesz potrzebować:

• Wąż do podlewania roślin o długości 12 m, średnica 20 mm;
• 8 adapterów T;
• 2 kolana;
• rolka folii teflonowej;
• 2 zawory kulowe.

Wykonując kolektory słoneczne z plastikowych butelek, w dolnej części podstawy wykonuje się otwór równy średnicy szyjki, w który wkłada się wąż gumowy lub rurę PCV. Kolektor jest montowany w 5 rzędach po 6 butelek w każdej linii.

W pogodny dzień, w ciągu 15 minut. woda nagrzeje się do temperatury 45°C. Biorąc pod uwagę wysoką wydajność, sensowne jest podłączenie słonecznego podgrzewacza wody wykonanego z plastikowych butelek do zbiornika o pojemności 200 litrów. Ten ostatni jest dobrze izolowany, aby zapobiec utracie ciepła.

Kolekcjoner aluminiowych puszek po piwie

Aluminium ma dobre właściwości termiczne. Nic dziwnego, że do produkcji grzejników wykorzystuje się metal.

Puszki aluminiowe można wykorzystać do produkcji domowych systemów fotowoltaicznych. Do produkcji nie nadają się puszki z cyny lub innego metalu.

Do jednego panelu słonecznego potrzebne będą następujące elementy:

• słoiki, około 15 szt. na linię korpus mieści 10-15 rzędów;
• wymiennik ciepła - stosuje się kolektor wykonany z węża gumowego lub rur z tworzywa sztucznego;
• klej do sklejania puszek;
• farba selektywna.

Powierzchnia puszek jest pomalowana na ciemno. Pudełko pokryte jest grubym szkłem lub poliwęglanem.

Do ogrzewania powietrza często wykonuje się kolektor słoneczny wykonany z puszek aluminiowych. W przypadku stosowania chłodziwa wodnego wydajność cieplna urządzenia maleje.

Układ słoneczny z lodówki

Kolejne popularne rozwiązanie, które wymaga minimalnego czasu i pieniędzy. Kolektor słoneczny wykonany jest z chłodnicy starej lodówki. Cewka jest już pomalowana na czarno. Wystarczy umieścić kratkę w drewnianej obudowie z izolacją i podłączyć ją do źródła ciepłej wody za pomocą lutowania.

Istnieje możliwość wykonania klimatyzatora ze skraplacza. Aby to zrobić, kilka grzejników jest podłączonych do jednej sieci. Jeżeli jest możliwość taniego zakupu około 8 szt. kondensatory, produkcja kolektora jest całkiem możliwa.

Kolektor rurowy miedziany

Miedź ma dobre właściwości termiczne. Do produkcji miedzianego kolektora słonecznego stosuje się:

• rury o średnicy 1 1/4”, stosowane w instalacjach grzewczych i zaopatrzenia w ciepłą wodę;
• Rury 1/4" stosowane w instalacjach klimatyzacyjnych;
• palnik gazowy;
• lut i topnik.

Korpus osłony chłodnicy jest zmontowany z rur miedzianych o dużej średnicy. W powierzchni wierci się otwory o średnicy 1/4". W powstałe rowki wprowadzane są rury o odpowiedniej średnicy. Grzejnik pokryty jest szkłem lub poliwęglanem. Miedź malowana jest farbą selektywną.

Kocioł solarny wykonany z rur HDPE i węży PCV

Do produkcji systemów fotowoltaicznych wykorzystuje się niemal każdy dostępny materiał. Istnieją rozwiązania, które pozwalają na wykonanie kolektora z węża karbowanego, węża gumowego służącego do podlewania roślin.

Układy fotowoltaiczne nie są wykonane z rur metalowo-plastikowych ze względu na gumowe uszczelki złączek, które nie są w stanie wytrzymać silnego ciepła. Przy intensywnym nasłonecznieniu nagrzewa się w kolektorze do 300°C. W przypadku przegrzania uszczelki z pewnością wyciekną.

Istnieje możliwość wykonania kolektora słonecznego z rury falistej nierdzewnej. Popularność rozwiązania wynika z szybkości i łatwości montażu. Rura falista ze stali nierdzewnej układana jest w pierścienie lub węże. Wadą jest stosunkowo wysoki koszt rury falistej ze stali nierdzewnej.

Pomimo istniejących opcji opisanych powyżej, największą popularnością cieszą się kolektory słoneczne wykonane z rur propylenowych i HDPE. Każda opcja ma swoje zalety:

• Kolektor słoneczny wykonany z rur HDPE- do produkcji wybierz materiał odporny na ciepło. W sprzedaży znajduje się duża liczba złączek ułatwiających montaż grzejnika akumulującego ciepło. Rury wykonane z polietylenu o małej gęstości początkowo mają kolor czarny lub ciemnoniebieski, dzięki czemu nie wymagają malowania.
• Kolektor słoneczny wykonany z rur PCV- popularność rozwiązania polega na łatwości montażu konstrukcji, realizowanego za pomocą lutowania. Obecność dużej liczby kątowników, trójników, muf amerykańskich i innych kształtek ułatwia proces montażu. Za pomocą lutowania można stworzyć kolektorowy wymiennik ciepła o dowolnej konfiguracji.

Wykonanie kolektora słonecznego ciepłej wody z rury PEX:

Wszystkie opisane rury są stosowane z różną wydajnością jako rdzeń do produkcji domowego kolektora słonecznego z plastikowych butelek i puszek aluminiowych.

Jak wykonać powłokę selektywną

Wysokosprawny kolektor charakteryzuje się wysokim stopniem absorpcji energii słonecznej. Promienie uderzają w ciemną powierzchnię, a następnie ją podgrzewają. Im mniej promieniowania jest odpychane przez absorber kolektora słonecznego, tym więcej ciepła pozostaje w układzie słonecznym.

Aby zapewnić wystarczającą akumulację ciepła, konieczne jest utworzenie selektywnej powłoki. Istnieje kilka opcji produkcji:

• Domowa selektywna powłoka kolektora- stosować dowolne czarne farby, które po wyschnięciu pozostawiają matową powierzchnię. Istnieją rozwiązania, gdy jako absorber kolektora stosuje się nieprzezroczystą ciemną ceratę. Czarna emalia nakładana na rury wymienników ciepła, powierzchnię puszek i butelek daje efekt matowy.
• Specjalne powłoki chłonne- można pójść inną drogą kupując specjalną farbę selektywną dla kolekcjonera. Farby i lakiery selektywne zawierają plastyfikatory polimerowe i dodatki zapewniające dobrą przyczepność, odporność na ciepło i wysoki stopień absorpcji światła słonecznego.

Instalacje solarne wykorzystywane wyłącznie do podgrzewania wody latem można łatwo obejść malując absorber na czarno zwykłą farbą. Domowe kolektory słoneczne do ogrzewania domu zimą muszą mieć wysokiej jakości powłokę selektywną. Na farbie nie można oszczędzać.

Domowy czy fabryczny układ fotowoltaiczny – który jest lepszy?

Wykonanie w domu kolektora słonecznego, który można porównać z produktami fabrycznymi pod względem właściwości technicznych i wydajności, jest nierealne. Z drugiej strony, jeśli potrzebujesz po prostu zapewnić wystarczającą ilość wody na letni prysznic, energia słoneczna wystarczy do obsługi prostego domowego podgrzewacza wody.

Jeśli chodzi o kolektory cieczowe pracujące zimą, to nawet nie wszystkie fabryczne systemy fotowoltaiczne są w stanie pracować w niskich temperaturach. Systemy całoroczne to najczęściej urządzenia z próżniowymi rurkami grzewczymi, o podwyższonej wydajności, zdolne do pracy w temperaturach do –50°C.

Fabryczne kolektory słoneczne często wyposażane są w mechanizm obrotowy, który automatycznie dopasowuje kąt nachylenia i kierunek panelu do punktów kardynalnych, w zależności od położenia Słońca.

Wydajny solarny podgrzewacz wody to taki, który w pełni spełnia swoje przeznaczenie. Aby podgrzać wodę dla 2-3 osób w lecie, można sobie poradzić ze zwykłym kolektorem słonecznym, wykonanym własnymi rękami z improwizowanych materiałów. Do ogrzewania zimą, pomimo początkowych kosztów, lepiej jest zainstalować fabryczną instalację fotowoltaiczną.

Kurs wideo na temat wytwarzania panelowego słonecznego podgrzewacza wody

Koncepcja domu energooszczędnego zakłada stworzenie, wdrożenie i eksploatację odnawialnych źródeł energii. Kolektory słoneczne typu „zrób to sam”, które jeszcze niedawno były niezwykle rzadkie, stają się coraz bardziej powszechne.

Ciągłe udoskonalanie systemów fotowoltaicznych i znaczny spadek ich cen doprowadziły do ​​ich jeszcze większego pojawienia się w życiu codziennym. Koszt modeli fabrycznych jest dziś porównywalny z kosztami wymaganymi do zainstalowania klasycznego systemu grzewczego. Jednak każdy może wykonać tę technologię samodzielnie.

Zasada działania kolektora słonecznego

Aby pokrótce opisać zasadę działania kolektora konieczne jest wychwytywanie energii cieplnej słońca. Następnie jest zagęszczany i wykorzystywany przez ludzi.

System kolektorów składa się z następujących elementów:

• Akumulator termiczny (zwykły pojemnik na ciecz)
• Obwód wymiany ciepła
• Bezpośrednio kolekcjoner

Przez kolektor przepływa ciecz lub gaz. Powstała energia podgrzewa ją i poprzez zamontowany zbiornik akumulacyjny oddaje ciepło do wody.

Podgrzana ciecz magazynowana jest w zbiorniku do momentu wykorzystania. Zakres jego zastosowania jest bardzo szeroki – od zwykłych potrzeb domowych po ogrzewanie domu. Aby zapobiec szybkiemu wychłodzeniu wody, należy odpowiednio zaizolować pojemnik.

Obieg wody w kolektorze odbywa się na jeden z dwóch sposobów: lub wymuszony. W zasobniku można zamontować dodatkowy element podgrzewający ciecz, który będzie włączał się po osiągnięciu niskich temperatur otoczenia i utrzymywał temperaturę wody np. zimą, kiedy przesilenie jest krótkie.

Film wprowadzający na temat projektu podgrzewacza wody

Rodzaje kolektorów słonecznych

Planując instalację kolektora słonecznego własnymi rękami w domu, musisz zdecydować o rodzaju projektu:

Modele, w których chłodziwem jest powietrze, są stosowane niezwykle rzadko. Wynika to z właściwości cieczy – przewodzi ona ciepło znacznie lepiej niż gaz. Kolektory powietrza mają często płaski kształt, dzięki czemu powietrze stykające się z urządzeniem absorpcyjnym naturalnie się nagrzewa.

schemat powietrznego kolektora słonecznego

Próżniowe kolektory słoneczne

Modele próżniowe są najbardziej złożone. Zamiast pudełka pokrytego szkłem zastosowano duże szklane rurki. Wewnątrz nich znajdują się rurki o mniejszej średnicy, w których znajduje się absorber gromadzący energię cieplną. Pomiędzy rurkami znajduje się próżnia, która działa jak izolator ciepła.

Kolektory słoneczne płaskie

Najbardziej powszechnym rozwiązaniem jest płaski kolektor słoneczny, wewnątrz którego znajduje się specjalna warstwa absorbcyjna umieszczona w szklanej skrzynce. Jest on podłączony do rurek, przez które przepływa ciecz chłodząca (najczęściej glikol propylenowy).

schemat płaskiego kolektora słonecznego

Ale decydując się na wykonanie kolektora słonecznego własnymi rękami, musisz zrozumieć, że nie da się wykonać tak skomplikowanych urządzeń, podobnych do przemysłowych. Ponadto ich wydajność będzie znacznie niższa, ich żywotność będzie krótsza, ale także ich inwestycje materialne.

Rysunki konstrukcyjne

Zacznijmy

Przed zbudowaniem kolektora słonecznego należy dokonać odpowiednich obliczeń i określić, ile energii powinien on wytworzyć. Ale nie należy oczekiwać wysokiej wydajności od domowej instalacji. Po ustaleniu, że będzie go wystarczająco dużo, możesz zacząć.

Pracę można podzielić na kilka głównych etapów:

1. Zrób pudełko
2. Wykonaj grzejnik lub wymiennik ciepła
3. Zrób przednią kamerę i urządzenie pamięci masowej
4. Zmontuj kolektor

Aby wykonać pudełko na kolektor słoneczny własnymi rękami, należy przygotować deskę o grubości krawędziowej 25-35 mm i szerokość 100-130 mm. Jego dno powinno być wykonane z tekstolitu, wyposażonego w żebra. Należy go także dobrze zaizolować styropianem (preferowana jest wełna mineralna) i przykryć blachą ocynkowaną.

Po przygotowaniu pudełka nadszedł czas na wykonanie wymiennika ciepła. Powinieneś postępować zgodnie z instrukcjami:

1. Konieczne jest przygotowanie 15 cienkościennych rur metalowych o długości 160 cm i rur dwucalowych o długości 70 cm
2. W obu pogrubionych rurach wierci się otwory o średnicy mniejszych rur, w których zostaną zamontowane. W takim przypadku należy upewnić się, że są one współosiowe z jednej strony, maksymalny odstęp między nimi wynosi 4,5 cm
3. Następnym etapem jest złożenie wszystkich rur w jedną konstrukcję i bezpieczne zespawanie
4. Wymiennik ciepła montowany jest na blasze ocynkowanej (wcześniej przymocowanej do skrzynki) i mocowany za pomocą stalowych obejm (istnieje możliwość wykonania obejm metalowych)
5. Zaleca się pomalować spód skrzynki na ciemny kolor (np. czarny) - lepiej będzie pochłaniał ciepło słoneczne, jednak aby ograniczyć straty ciepła, elementy zewnętrzne pomalowane są na biało
6. Aby zakończyć montaż kolektora, należy zamontować szybę osłonową w pobliżu ścian, nie zapominając o niezawodnym uszczelnieniu połączeń
7. Pomiędzy rurkami a szkłem pozostaje odległość 10-12 mm

Pozostało jedynie zbudować zbiornik akumulacyjny pod kolektorem słonecznym. Jego rolę może pełnić zapieczętowany pojemnik, którego objętość jest różna 150-400 l. Jeśli nie możesz znaleźć jednej takiej beczki, możesz zespawać kilka małych razem.

Podobnie jak kolektor, zbiornik akumulacyjny jest dokładnie izolowany przed utratą ciepła. Pozostaje tylko zrobić komorę przednią - małe naczynie o pojemności 35-40 litrów. Musi być wyposażony w urządzenie do opadania wody (zawór obrotowy).

Pozostaje najbardziej odpowiedzialny i ważny etap - zmontowanie kolektora. Możesz to zrobić w ten sposób:

1. Najpierw musisz zainstalować przednią kamerę i pamięć. Należy zadbać o to, aby poziom cieczy w tej ostatniej był o 0,8 m niższy niż w komorze przedniej. Ponieważ w takich urządzeniach może gromadzić się dużo wody, należy pomyśleć o tym, w jaki sposób zostaną one niezawodnie wyłączone
2. Kolektor umieszcza się na dachu domu. Z praktyki wynika, że ​​zaleca się wykonanie tego od strony południowej, przechylając instalację pod kątem 35-40 stopni do poziomu
3. Należy jednak wziąć pod uwagę, że odległość między zasobnikiem a wymiennikiem ciepła nie powinna przekraczać 0,5-0,7 m, w przeciwnym razie straty będą zbyt duże
4. Na koniec należy uzyskać następującą sekwencję: kamera przednia musi znajdować się nad napędem, druga - nad kolektorem

Zbliża się najważniejszy etap - konieczne jest połączenie wszystkich elementów w całość i podłączenie sieci wodociągowej do gotowej instalacji. Aby to zrobić, musisz odwiedzić sklep hydrauliczny i kupić niezbędne okucia, adaptery, gniazda i inne zawory odcinające. Zaleca się łączenie odcinków wysokociśnieniowych rurą o średnicy 0,5 cala, odcinków niskociśnieniowych o średnicy 1 cala.

Uruchomienie odbywa się w następujący sposób:

1. Urządzenie napełnia się wodą przez dolny otwór drenażowy
2. Komorę przednią łączy się i reguluje poziom płynów
3. Należy obejść instalację i sprawdzić, czy nie ma wycieków
4. Wszystko jest gotowe do codziennego użytku

Kolektor słoneczny z wężownicy lodówki

Możesz zrobić kolektor słoneczny własnymi rękami ze zwykłej cewki wyjętej ze starej lodówki. Do pracy musisz przygotować:

1. Bezpośrednio cewka
2. Listwy i folia do ramy
3. Beczka lub zbiornik na wodę
4. Gumowa mata
5. Zawory odcinające (zawory, rury itp.)
6. Szkło

Po umyciu cewki freonu należy powalić otaczającą ją ramę stojaka. Jego dokładne wymiary będą zależeć od wielkości jednostki roboczej wyjętej z lodówki. Dywan należy dopasować do listew, pomiędzy którymi zwój musi być swobodnie układany.

Na gumową matę (dół stelaża) nakładamy warstwę folii. Następnie cewkę mocuje się za pomocą zacisków śrubowych. W ścianach wykonuje się otwory, przez które przejdą rury. Produktywność można zwiększyć poprzez uszczelnianie połączeń za pomocą uszczelniaczy.

Spód również wzmocniony listwami. Szkło montuje się od góry i zabezpiecza taśmą. Aby uniknąć zmartwień, możesz wyciąć kilka aluminiowych płyt i zrobić z nich zaciski.

Film o projekcie technicznym i testach kolektora słonecznego:

W areszcie

Konstrukcja taka jak kolektor słoneczny typu „zrób to sam” może znacznie podnieść poziom komfortu w wiejskim domu lub wiejskim domu. Choć nieistotny, obniża koszt zużywanej energii wytwarzanej w klasycznych źródłach energii.

Wykorzystanie energii słonecznej na potrzeby gospodarstwa domowego zawsze było moim marzeniem. Pomysł ten zaczął się szczególnie szybko rozwijać w ciągu ostatnich pięćdziesięciu lat, kiedy pojawiły się nowe materiały, które umożliwiły zbudowanie całkiem skutecznych konstrukcji. Pojawiły się także narzędzia, które można wykorzystać do wykonania skomplikowanych konstrukcji technologicznych w domu.

Pomysł podgrzewania wody za pomocą słońca był realizowany już w starożytności. Zwykłe beczki wystawione na działanie słońca lub cienia pochłaniają ciepło z otoczenia przez określony czas. Temperatura cieczy rosła wraz ze wzrostem natężenia promieniowania słonecznego.

W latach siedemdziesiątych i osiemdziesiątych XIX wieku Joseph Stefan i Ludwig Boltzmann odkryli prawo promieniowania cieplnego. Wyprowadzili wzory obliczeniowe, na podstawie których wyznaczany jest strumień ciepła odbierany od Słońca na powierzchnię Ziemi. Dla obiektów znajdujących się na Ziemi należy zastosować następujący wzór:

Gdzie σ = 5,670367·10 -4, W/(m 2 ·K 4) ​​​​– stała Stefana-Boltzmanna;

F – powierzchnia pochłaniania ciepła, m2;

C 2 – stopień emisyjności powierzchni odbierającej ciepło;

T 1 to temperatura emitera ciepła, dla powierzchni Słońca ogólnie przyjmuje się, że T 1 = 6000 K;

T 2 – temperatura radiatora – jest to powierzchnia nagrzewana promieniowaniem słonecznym, (T 2 = t 2 + 273), K;

gdzie t 2 to temperatura radiatora (ciała na Ziemi), °C;

ϕ – kąt padania promieni słonecznych, °.

Co to jest kolektor i jakie jest jego przeznaczenie

Kolektor słoneczny to urządzenie, które gromadzi energię promieniowania, a następnie przekazuje zgromadzone ciepło odbiorcom. W praktyce używa się innego określenia – kolektor słoneczny.

Ze względu na przeznaczenie instalacje fotowoltaiczne (instalacje fotowoltaiczne) dzielą się na:

• koncentratory słoneczne to urządzenia gromadzące energię słoneczną w wąski strumień. Służą do topienia metalu. W Instytucie NPO Physics-Sun (Taszkent) opracowano i wyprodukowano piece do topienia, w których osiągano temperatury przekraczające 5000...5500 °C;
• panele słoneczne – urządzenia przetwarzające promieniowanie słoneczne na energię elektryczną;
• instalacje odsalania słonecznego – maszyny przeznaczone do produkcji świeżej wody z wody o dużej zawartości soli mineralnych;
• suszarki słoneczne to urządzenia termiczne, które usuwają wilgoć z warzyw i owoców za pomocą energii słonecznej;
• grzejniki słoneczne (powietrzny kolektor słoneczny) – instalacje do przekazywania strumienia ciepła z promieniowania podczerwonego do czynników chłodniczych.

Jak działa kolektor słoneczny?

Oprócz światła widzialnego promieniowanie słoneczne ma również niewidzialne widmo podczerwieni. To on przekazuje energię cieplną. Na podstawie badań ustalono, że w strefie klimatu umiarkowanego natężenie promieniowania cieplnego w południe osiąga ponad 5 kW/m2. Na ryc. Rysunek 1 pokazuje zależność całkowitego nasłonecznienia dla 48° szerokości geograficznej północnej.

Ryż. 1 Całkowite nasłonecznienie promieniowania słonecznego dla różnych okresów strefy umiarkowanej Europy

Jedzenie do przemyślenia! Promieniowanie cieplne dzielimy na: bezpośrednie i rozproszone. Dlatego nawet w pochmurny dzień odczuwalny jest przepływ strumienia ciepła słonecznego. Z zaprezentowanej ilustracji widać, że ilość dopływającego ciepła w okresie letnim i zimowym wykazuje znaczne różnice. Dlatego przy projektowaniu urządzeń uwzględnia się możliwą wydajność, biorąc pod uwagę koszty.

Schemat ideowy kolektora słonecznego pokazano na rys. 2. Promieniowanie słoneczne dostaje się do kolektora przez półprzezroczyste ogrodzenie. Panel odbiorczy, pomalowany na czarno, pochłania ciepło. W rezultacie ciało doskonale czarne nagrzewa się. Późniejszy proces wymiany ciepła zachodzi na drodze konwekcji. Ciepło przekazywane jest z nagrzanej ściany do przepływu cieczy (gazu) przepływającej rurociągami. Medium ruchome nagrzewa się.

Uwaga! Aby zapobiec stratom ciepła, obudowa kolektora jest izolowana termicznie. Ponieważ ciepło odbierane wewnątrz jest wykorzystywane do ogrzewania przepływu, intensywność promieniowania odbitego od panelu odbierającego promieniowanie jest niska.

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.

Nowoczesne systemy fotowoltaiczne są jednym ze źródeł 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. Dowolny to obwód z sekwencyjnym układem urządzeń dostarczających energię cieplną i przesyłających ją do konsumenta.

Głównymi elementami roboczymi są kolektory słoneczne. Technologia klisz fotograficznych jest nieco bardziej skomplikowana niż w przypadku kolektora rurowego.

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.

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.

Jeśli kolektor słoneczny zostanie zainstalowany do ogrzewania małego budynku, który nie ma połączenia z autonomicznym ogrzewaniem domku lub z sieciami scentralizowanymi, 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.

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

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.

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.

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.