Korzystanie z bezpłatnej energii słonecznej jest dobrym sposobem na oszczędzanie paliwa i energii elektrycznej zużywanej na ogrzewanie prywatnego domu. Masowe wykorzystanie systemów solarnych jest utrudnione przez wysoką cenę odbiorników ciepła i powiązanych urządzeń - zasobnika, pompy obiegowej, elektronicznej jednostki sterującej i innych elementów. Jedynym sposobem na obniżenie kosztów jest wykonanie kolektora słonecznego własnymi rękami z niedrogich materiałów i złożenie standardowego schematu spinania.
Zasada działania grzejników słonecznych
Przed rozpoczęciem produkcji domowego układu słonecznego warto przestudiować urządzenie fabrycznych kolektorów słonecznych - powietrza i wody. Pierwsze z nich służą do bezpośredniego ogrzewania pomieszczeń, drugie służą jako podgrzewacze wody lub niezamarzający płyn chłodzący - przeciwzamrożeniowy.
Odniesienie. Instalacje lotnicze nie są bardzo popularne ze względu na ograniczoną funkcjonalność. Słoneczne podgrzewacze wody są bardziej poszukiwane, ponieważ mogą zapewnić ogrzewanie, ciepłą wodę i podnieść temperatury w basenach zewnętrznych.
Głównym elementem układu słonecznego jest sam kolektor słoneczny, oferowany w 3 wersjach:
- Płaski podgrzewacz wody. Jest to zapieczętowane pudełko, izolowane od dołu. Wewnątrz znajduje się radiator (pochłaniacz) wykonany z blachy, na której zamocowana jest cewka miedziana. Wierzch pokryty jest wytrzymałym szkłem.
- Konstrukcja kolektora nagrzewnicy powietrza jest podobna do poprzedniej wersji, tylko powietrze krążące przez wentylator krąży w rurkach zamiast płynu chłodzącego.
- Urządzenie rurowego kolektora próżniowego zasadniczo różni się od modeli płaskich. Aparat składa się z trwałych szklanych kolb, w których umieszczone są rurki miedziane. Ich końce są połączone z 2 autostradami - zasilającymi i powrotnymi, powietrze z kolb jest wypompowywane.
Dodanie. Istnieje inny rodzaj próżniowych podgrzewaczy wody, w których szklane kolby są szczelnie zamknięte i wypełnione specjalną substancją, która odparowuje w niskiej temperaturze. Podczas parowania gaz pochłania dużą ilość ciepła przenoszonego do wody. W procesie wymiany ciepła substancja ponownie skrapla się i spływa na dno kolby, jak pokazano na rysunku.
Wymienione typy kolektorów wykorzystują zasadę bezpośredniego transferu ciepła promieniowania słonecznego (inaczej - nasłonecznienia) do przepływającej cieczy lub powietrza. Płaski podgrzewacz wody działa w następujący sposób:
- Woda lub płyn niezamarzający przepływa przez miedziany wymiennik ciepła z prędkością 0,3-0,8 m / s, pompowany przez pompę obiegową (chociaż istnieją modele grawitacyjne do pryszniców zewnętrznych).
- Promienie słoneczne ogrzewają arkusz chłonny i rurkę cewki ściśle z nią połączoną. Temperatura przepływającego płynu chłodzącego wzrasta o 15-80 stopni, w zależności od pory roku, pory dnia i pogody na ulicy.
- Aby wykluczyć utratę ciepła, dolna i boczne powierzchnie korpusu są izolowane pianką poliuretanową lub wytłaczaną pianką polistyrenową.
- Przezroczysta górna szyba ma 3 funkcje: chroni selektywną powłokę absorbera, zapobiega wietrzeniu cewki przez wiatr i tworzy szczelną szczelinę powietrzną, która zatrzymuje ciepło.
- Gorący nośnik ciepła dostaje się do wymiennika ciepła zasobnika - bufora lub pośredniego kotła grzewczego.
Ponieważ temperatura wody w obwodzie aparatu zmienia się wraz ze zmieniającymi się porami roku i dniami, kolektor słoneczny nie może być wykorzystywany bezpośrednio do ogrzewania i ciepłej wody użytkowej. Energia otrzymana od słońca jest przenoszona do głównego nośnika ciepła przez cewkę zbiornika - akumulator (kocioł).
Wyjątek - instalacje słoneczne do basenów, podgrzewanie wody w zbiorniku bezpośrednio lub przez prosty wymiennik ciepła.
Wydajność aparatu rurowego poprawia próżnia i wewnętrzna ściana odblaskowa w każdej kolbie. Promienie słoneczne swobodnie przechodzą przez warstwę bezpowietrzną i ogrzewają miedzianą rurkę środkiem przeciw zamarzaniu, ale ciepło nie może pokonać próżni i wyjść na zewnątrz, więc straty są minimalne. Inna część promieniowania dostaje się do reflektora i skupia się na linii wodnej. Według producentów wydajność instalacji sięga 80%.
Wykonujemy kolektor wody
Z oczywistych powodów nie można wykonać próżniowego podgrzewacza wody w domu. Dlatego przyjmujemy płaską konstrukcję z wymiennikiem ciepła i pochłaniaczem zbierającym światło słoneczne. Najlepiej jest obliczyć powierzchnię odbiornika i temperaturę wody wylotowej, która zależy od wielu czynników:
- region zamieszkania i poziom nasłonecznienia;
- temperatura otoczenia, szczególnie zimą;
- obszar powierzchni wymiany ciepła odbierający ekspozycję na słońce;
- materiał cewki i powłoka;
- temperatura chłodziwa na wlocie;
- kąt panelu w stosunku do słońca;
- natężenie przepływu wody przez rury wymiennika ciepła.
W Internecie nietrudno jest znaleźć obliczenia wydajności kolektora słonecznego, ale ostrzegamy - obliczenia są bardzo niedokładne.
Przykład. Podstawą tego jest fakt: w pogodny dzień 500–800 W energii słonecznej trafia na 1 m² powierzchni. Ponadto, stosując formułę szkolną m = Q / 1,163 x tt, określamy masę wody podgrzanej w 40 ° C przez wymiennik ciepła o powierzchni 1 m²: 500/1163 x 40 = 10,7 litra na godzinę. Przy nasłonecznieniu 800 W / m² można ogrzewać 17,2 l / h. Ale diabeł tkwi w szczegółach: początkowa liczba 0,5-0,8 kW na metr kwadratowy jest bardzo przybliżona.
Oferujemy uproszczone podejście do problemu opisanego w instrukcjach krok po kroku:
- Określ miejsce i obszar, które chcesz oddać kolekcjonerowi.
- Na podstawie cen materiałów wybierz odpowiednią opcję montażu cewki i obudowy.
- Wykonaj prototyp, podłącz do ogrzewania lub zaopatrzenia w wodę zgodnie z prawidłowym schematem. Pokażemy metody wiązania w poniższych sekcjach tego artykułu.
- Przetestuj obwód grzewczy w domu i wyciągnij dalsze wnioski dotyczące zwiększania / zmniejszania mocy, zmiany projektu i tak dalej.
Teraz przejdziemy przez każdy etap osobno, koncentrując się na pułapkach.
Umieszczenie instalacji termicznej
W rzeczywistości istnieją tylko dwie opcje lokalizacji domowego kolektora: na dachu budynku lub w otwartej przestrzeni domu. Wybierając miejsce, przestrzegaj prostych zasad:
- Miejsce powinno być oświetlone tak dużo, jak to możliwe w ciągu dnia, nie zasłaniane przez drzewa i inne budynki gospodarcze.
- Po zainstalowaniu na dachu wybierane jest łagodniejsze nachylenie, gdzie zawsze dochodzi do promieniowania słonecznego. Oczywiste jest, że stroma część połamanego dachu mansardowego nie zadziała.
- Nie należy instalować instalacji ciepłej wody przeznaczonej do ogrzewania lub dostarczania ciepłej wody z dala od domu. Długość rurociągów zasilających, straty ciepła i koszty instalacji wzrosną.
- Ustaw kolektor gruntu w taki sposób, aby słońce, wizualnie przesuwając się ze wschodu na zachód, stale oświetla radiator. Kąt montażu panelu wynosi 60 ± 15 °.
Uwaga. Wydajność elementu grzejnego można zwiększyć za pomocą parabolicznego koncentratora słonecznego zbierającego promienie w pojedynczej wiązce, która jest wysyłana do absorbera. Metody budowy i montażu wklęsłego lustra pokazano na filmie.
Rośliny słoneczne, przeznaczone do podgrzewania wody podczas letniego prysznica, znajdują się na dachu tego budynku i są połączone grawitacją. Urządzenia do podgrzewania basenów znajdują się obok misy zbiornika.
Wybór materiału
Dokonaliśmy wyboru akcesoriów do produkcji słonecznych podgrzewaczy wody na podstawie recenzji i tematów omawianych na popularnym forum Forumhouse. Tak więc prostokątne pudełko odbiornika jest zwykle wykonane z drewnianej belki lub gotowych ram starych okien. Tylna ściana obudowy jest izolowana wełną bazaltową, pianką polistyrenową lub wytłaczaną pianką polistyrenową.
Wskazówka. Dno skrzynki może być wykonane z folii polimerowej. Warstwa metalu będzie służyć jako pochłaniacz - nie musisz wkładać dodatkowego arkusza.
Domowi rzemieślnicy wykonują wymienniki ciepła z różnych rur:
- czarny polietylen (HDPE);
- falista stal nierdzewna;
- miedź i aluminium;
- polipropylen i metalowy plastik;
- usieciowany polietylen;
- grzejniki płytowe ze stali.
Z punktu widzenia wydajności i trwałości lepiej jest stosować rury wykonane z aluminium, miedzi i stali nierdzewnej, które mają najlepszą przewodność cieplną. Brak materiału to wysoka cena.
Rury z tworzyw sztucznych są znacznie tańsze niż rury metalowe i łatwiejsze do zainstalowania. Ale przy stosowaniu polimerów należy wziąć pod uwagę kilka niuansów:
- wszelkie tworzywa sztuczne ulegają stopniowemu niszczeniu pod wpływem promieniowania ultrafioletowego;
- ściany rur PPR są zbyt grube, źle przewodzą ciepło;
- wysokiej jakości tworzywa sztuczne są zbyt drogie dla naszych celów, a tanie często rozwarstwiają się na zakrętach i szybko zapadają się na słońcu;
- usieciowany polietylen „zapamiętuje” początkowe wygięcie we wnęce, wygodnie jest z niego zrobić cewkę pierścieniową, a prostowanie nie jest łatwe;
- Rury HDPE musisz kupić serię produktów spożywczych (z niebieskim paskiem), jest lepiej chroniona przed promieniowaniem ultrafioletowym.
Odniesienie. Najprostsza wersja basenowego wymiennika ciepła to czarny wąż ogrodowy ułożony „ślimakiem”. Minusem tego materiału jest pękanie gumy w wyniku długotrwałej ekspozycji na słońce.
Rury cienkościenne HDPE są doskonałym wyborem pod względem stosunku ceny do jakości. Czarna powierzchnia dobrze pochłania ciepło słoneczne, a łączniki są niedrogie. Rurociąg jest przymocowany do absorbera za pomocą plastikowych zacisków lub paska cynowego na śrubach.
Jako arkusz chłonny można zastosować zwykłą lub pomalowaną na czarno stal nierdzewną. Idealną opcją jest blacha aluminiowa lub miedź.
Górna część pudełka jest zamknięta następującymi przezroczystymi materiałami do wyboru:
- szkło zwykłe lub wzmocnione;
- przezroczysta folia z tworzywa sztucznego;
- cienki komórkowy poliwęglan.
Wskazówka. Nie należy używać gotowych okien z podwójnymi szybami z okien plastikowych jako półprzezroczystego elementu. Zimą, z dużą różnicą temperatur między powietrzem ulicznym a zamkniętą komorą kolektora, dwuwarstwowy pakiet nie wytrzymuje i nie pęka.
Zalecenia dotyczące montażu
Proces produkcji kolektora słonecznego jest tak oczywisty, że nie ma sensu malować instrukcji krok po kroku. Zadaniem jest wykonanie najbardziej szczelnej komory poprzez zainstalowanie wymiennika ciepła na metalowym absorberze wewnątrz. Udzielimy tylko porad, aby uchronić Cię przed błędami:
- Rurki wymiennika ciepła można układać wzdłużnie lub za pomocą spirali (ślimaka). Zmniejsz odległość między sąsiednimi liniami (zwojami) - od 1 do 4 cm.
- Szczelność obudowy uzyskuje się przez smarowanie połączeń silikonowym uszczelniaczem lub przez nałożenie gumowych uszczelek.
- Rury są przymocowane do podstawy w dowolny wygodny sposób - za pomocą plastikowych obejm, paska metalowego lub po prostu przymocowane po bokach za pomocą wkrętów samogwintujących.
- Cała wewnętrzna komora jest pomalowana żaroodporną czarną emalią (sprzedawaną w puszkach aerozolowych).
- Grubość warstwy izolacyjnej z tyłu podgrzewacza wody wynosi co najmniej 50 mm.
- Najłatwiej jest wyciągnąć przezroczystą folię na wierzch - jest to najlepsza opcja dla prototypu. Następnie wymiana szkła nie jest trudna.
Kolejna rekomendacja. Części drewniane należy traktować środkiem antyseptycznym.Przykryć ramę spawaną z profili stalowych podkładem i 2 warstwami jasnej farby.
Po zmontowaniu panelu radiatora napełnij cewkę wodą i sprawdź szczelność. Następnie przetestuj kolektor słoneczny - podłącz moc do zbiornika, zainstaluj panel na słońcu i okresowo mierz temperaturę wody, biorąc pod uwagę czas nagrzewania. Na podstawie rzeczywistych wskaźników łatwo jest określić wydajność podgrzewacza wody.
Schemat połączeń
Kolektor przeznaczony do podgrzewania wody pod prysznicem jest połączony ze zbiornikiem przez przepływ grawitacyjny. Ważny warunek: instalacja słoneczna powinna znajdować się poniżej głównego zbiornika, aby gorąca woda o mniejszej gęstości unosiła się przez rurę i wypierała zimną. Projekt takiego systemu pokazano na rysunku.
Po podłączeniu do kotła lub akumulatora ciepła kolektor słoneczny działa jak pełnoprawne źródło ciepła. Producenci systemów solarnych sugerują zastosowanie dwururowego schematu ciśnienia, który obejmuje wymagane elementy wiążące:
- pompa obiegowa wytwarzająca ciśnienie 0,4 bar;
- typ membrany zbiornika wyrównawczego;
- automatyczny odpowietrznik;
- zawór bezpieczeństwa, zaprojektowany do działania przy ciśnieniu 2 barów;
- ciśnieniomierz;
- termometr;
- zawory odcinające, zawór uzupełniający;
- sterownik z dwoma czujnikami temperatury;
- izolacja termiczna rurociągów zasilających.
Ważny punkt. Jeśli do kilku zbiorników buforowych podłączona jest bateria kilku kolektorów, należy zwiększyć wydajność pompy i objętość zbiornika wyrównawczego. Minimalna pojemność zbiornika membranowego wynosi 10% całkowitej ilości chłodziwa w obwodzie.
Schemat działa w następujący sposób:
- Radiator jest przymocowany do dolnej cewki zbiornika buforowego, gdzie woda jest zimniejsza.
- Sterownik za pomocą czujników porównuje temperaturę wody (przeciwzamrożeniowej) w rurze zasilającej i akumulatorze ciepła.
- Jednostka elektroniczna zatrzymuje pompę, gdy temperatura wody w zbiorniku jest równa lub wyższa od temperatury zasilania.
- Powietrze wchodzące do obwodu jest odprowadzane przez automatyczny zawór zainstalowany na górze układu.
- W przypadku przegrzania chłodziwa z powodu zatrzymania pompy (niemożliwe jest wyłączenie słońca) zawór bezpieczeństwa zadziała i rozładuje nadciśnienie.
Najdroższym elementem obwodu jest elektroniczna jednostka sterująca. Jak mogę to zrobić bez kontrolera:
- kup na Aliexpress tańszy termostat uruchamiany różnicą temperatur;
- ustawić zegar dzienny i mechaniczny termostat, aby wyłączyć pompę, gdy zbiornik buforowy osiąga maksymalne ciepło.
Jak działa tania chińska jednostka sterująca (cena - 15 USD), zobacz recenzję wideo:
Ogrzewanie solarne
Instalacja ogrzewania powietrznego odbywa się w podobny sposób, tylko wymiennik ciepła jest wykonany z rur o większej średnicy, a dmuchawa jest dostarczana przez wentylator. Rzemieślnicy odbiorników promieniowania są wykonane z takich materiałów:
- faliste aluminium do wentylacji;
- plastikowe butelki wkładane jedna w drugą;
- rzeźbione puszki piwa.
W pudełku wykonane są 2 otwory na rury powietrzne, w środku układana jest drobna siatka, która eliminuje wnikanie owadów. Wentylator - chłodnica z komputera - jest zainstalowany na jednym z otworów, część wymiennika ciepła jest pomalowana na czarno. Rury zasilające są izolowane i układane w ogrzewanym pomieszczeniu. Algorytm montażu kolektora powietrza pokazano na filmie:
Wniosek
Atrakcyjność kolektorów słonecznych wynika z rosnących cen energii. Chociaż wydajność podgrzewaczy wody spada zimą, ciepło słoneczne zapewnia znaczne oszczędności w zużyciu paliwa przez główne źródło - kocioł. Jeśli chcesz maksymalnie ogrzać swój wiejski dom bezpłatną energią słoneczną, zalecamy zwrócenie uwagi na instalacje z koncentratorami lustrzanymi.Te niezwykle skuteczne urządzenia są szeroko stosowane w Europie i Ameryce.