Jak vyrobit solární kolektor pro vytápění vlastníma rukama: průvodce krok za krokem

Růst nákladů na tradiční zdroje energie povzbuzuje majitele soukromých domů, aby hledali alternativní možnosti vytápění svých domů a ohřevu vody.Souhlasíte, finanční složka problému bude hrát důležitou roli při výběru topného systému.

Jedním z nejslibnějších způsobů zásobování energií je přeměna slunečního záření. K tomuto účelu slouží solární systémy. Pochopení principu jejich konstrukce a mechanismu fungování, výroba solárního kolektoru pro vytápění vlastními rukama nebude obtížné.

Řekneme vám o konstrukčních vlastnostech solárních systémů, nabídneme jednoduché montážní schéma a popíšeme materiály, které lze použít. Etapy prací doprovázejí vizuální fotografie, materiál doplňují videa o vzniku a zprovoznění podomácku vyrobeného sběratele.

Princip činnosti a konstrukční vlastnosti

Moderní solární systémy jsou jedním z typy alternativních zdrojů přijímání tepla. Používají se jako pomocná topná zařízení, která přeměňují sluneční záření na energii užitečnou pro majitele domů.

Jsou schopny plně zajistit dodávku teplé vody a vytápění během chladného období pouze v jižních oblastech. A to pouze v případě, že zabírají dostatečně velkou plochu a jsou instalovány na otevřených plochách nezastíněných stromy.

Navzdory velkému počtu odrůd je jejich princip fungování stejný. Žádný Sluneční Soustava Jedná se o obvod se sekvenčním uspořádáním zařízení, která dodávají tepelnou energii a předávají ji spotřebiteli.

Hlavními pracovními prvky jsou solární panely na bázi fotočlánků nebo solární kolektory. Technika montáž solárního generátoru na fotografických deskách je poněkud složitější než na trubicovém kolektoru.

V tomto článku se podíváme na druhou možnost – solární kolektorový systém.

Solární kolektory stále slouží jako pomocní dodavatelé energie. Úplné přepnutí vytápění domu na solární systém je nebezpečné kvůli nemožnosti předpovědět jasný počet slunečných dnů

Kolektory jsou soustavou trubic zapojených do série s výstupním a vstupním vedením nebo rozmístěných ve formě cívky. Trubkami cirkuluje provozní voda, proud vzduchu nebo směs vody a nějaké nemrznoucí kapaliny.

Cirkulace je stimulována fyzikálními jevy: vypařováním, změnami tlaku a hustoty z přechodu z jednoho stavu agregace do druhého atd.

Princip činnosti solárních kolektorů je založen na příjmu a akumulaci sluneční energie předávané chladicí kapalině (+)

Sběr a akumulace sluneční energie se provádí absorbéry. Jedná se buď o pevnou kovovou desku s černěným vnějším povrchem, nebo o soustavu jednotlivých desek připevněných k trubkám.

Pro výrobu horní části těla, víka, jsou použity materiály s vysokou schopností propouštět světlo. Může to být plexisklo, podobné polymerní materiály, tvrzené typy tradičního skla.

Pro eliminaci energetických ztrát je v krabici na zadní straně zařízení umístěna tepelná izolace

Je třeba říci, že polymerní materiály příliš dobře nesnášejí vliv ultrafialových paprsků.Všechny typy plastů mají poměrně vysoký koeficient tepelné roztažnosti, což často vede k odtlakování pouzdra. Proto by použití takových materiálů pro výrobu tělesa kolektoru mělo být omezeno.

Voda jako chladicí kapalina může být použita pouze v systémech určených k dodávání dodatečného tepla v období podzim/jaro. Pokud plánujete používat solární systém po celý rok, vyměňte před prvním mrazem procesní vodu na její směs a nemrznoucí směs.

Vzduchové solární systémy využívají vzduch jako chladicí kapalinu. Kanály pro jeho pohyb mohou být vyrobeny z běžných vlnitých plechů (+)

Pokud je solární kolektor instalován pro vytápění malého objektu, který nemá spojení s autonomním vytápěním chaty nebo s centralizovanými sítěmi, je zkonstruován jednoduchý jednookruhový systém s topným zařízením na začátku.

Součástí řetězu nejsou oběhová čerpadla a topná zařízení. Schéma je extrémně jednoduché, ale může fungovat pouze za slunečného léta.

Když je kolektor zařazen do dvouokruhové technické struktury, je vše mnohem složitější, ale rozsah dnů vhodných pro použití se výrazně zvyšuje. Kolektor zpracovává pouze jeden okruh. Převážná zátěž je umístěna na hlavní topnou jednotku na elektřinu nebo jakýkoli druh paliva.

K výrobě solárního kolektoru můžete použít již hotový obvod, můžete si postavit vlastní pilotní model a vyzkoušet jej v praxi (+)

I přes přímou závislost výkonu solárních zařízení na počtu slunečných dnů jsou poptávané a poptávka po solárních zařízeních neustále roste. Jsou oblíbené mezi lidovými řemeslníky, kteří se snaží nasměrovat všechny druhy přírodní energie do užitečných kanálů.

Klasifikace podle teplotních kritérií

Existuje poměrně velké množství kritérií, podle kterých jsou některé návrhy solárních systémů klasifikovány. U zařízení, která lze vyrobit vlastními rukama a použít pro zásobování teplou vodou a vytápění, by však nejracionálnější možností bylo oddělit je podle typu chladicí kapaliny.

Systémy tedy mohou být kapalinové a vzduchové. Častěji se používá první typ.

Kromě toho se často používá klasifikace na základě teploty, na kterou lze zahřát pracovní součásti kolektoru:

1. Nízká teplota. Možnosti schopné ohřát chladicí kapalinu až na 50ºС. Používají se k ohřevu vody v zavlažovacích nádržích, v létě ve vanách a sprchách a ke zlepšení komfortních podmínek za chladných jarně-podzimních večerů.
2. Střední teplota. Zajistěte teplotu chladicí kapaliny 80ºС. Lze je použít k vytápění místností. Tyto možnosti jsou nejvhodnější pro vybavení soukromých domů.
3. Vysoká teplota. Teplota chladicí kapaliny v takových instalacích může dosáhnout až 200-300ºС. Používají se v průmyslovém měřítku, instalují se pro vytápění výrobních dílen, komerčních budov atd.

Vysokoteplotní solární systémy využívají poměrně složitý proces přenosu tepelné energie. Navíc zabírají impozantní prostor, na který většina našich milovníků venkovského života nedá dopustit.

Výrobní proces je náročný na práci a implementace vyžaduje specializované vybavení. Vyrobit takovou verzi sluneční soustavy vlastními silami je téměř nemožné.

Vyrobit si doma vysokoteplotní solární panely pomocí fotovoltaických konvertorů je poměrně obtížné

Ručně vyrobený rozdělovač

Výroba solárního zařízení vlastníma rukama je fascinující proces, který přináší spoustu výhod. Díky němu můžete racionálně využívat volné sluneční záření a vyřešit několik důležitých ekonomických problémů. Podívejme se na specifika vytvoření plochého kolektoru, který dodává ohřátou vodu do topného systému.

DIY materiály

Nejjednodušším a cenově nejdostupnějším materiálem pro svépomocnou montáž tělesa solárního kolektoru je dřevěný blok s deskou, překližkou, OSB deskami nebo podobnými možnostmi. Alternativně můžete použít ocelový nebo hliníkový profil s podobnými plechy. Kovové pouzdro bude stát trochu víc.

Materiály musí splňovat požadavky na konstrukce používané v exteriéru. Životnost solárního kolektoru se pohybuje od 20 do 30 let.

To znamená, že materiály musí mít určitý soubor výkonnostních charakteristik, které umožní konstrukci používat po celou dobu její životnosti.

Nejlevnější a nejjednodušší možností materiálů pro výrobu karoserie je použití řeziva a dřevotřísky

Pokud je karoserie vyrobena ze dřeva, pak lze odolnost materiálu zajistit impregnací emulzí voda-polymer a nátěrem barvami a laky.

Základní zásadou, kterou je třeba dodržet při návrhu a montáži solárního kolektoru, je dostupnost materiálů z hlediska ceny a dostupnosti. To znamená, že je lze nalézt na volném trhu nebo je lze vyrobit nezávisle na dostupných materiálech.

Nuance tepelné izolace

Aby se zabránilo ztrátám tepelné energie, je na spodní straně krabice instalován izolační materiál. Může to být polystyrenová pěna nebo minerální vlna. Moderní průmysl vyrábí poměrně širokou škálu izolačních materiálů.

Chcete-li izolovat krabici, můžete použít možnosti izolace fólie. Tímto způsobem je možné zajistit jak tepelnou izolaci, tak odraz slunečního záření od povrchu fólie.

Pokud se jako izolační materiál použije deska z tuhé pěny nebo pěnového polystyrenu, lze vyříznout drážky, aby se do nich vešel hadicový nebo potrubní systém. Typicky je kolektorový absorbér umístěn na horní straně tepelné izolace a pevně připevněn ke spodní části pouzdra způsobem, který závisí na materiálu použitém při výrobě pouzdra.

Tepelná izolace slouží ke snížení ztrát tepelné energie dnem skříně. Je iracionální vyrábět zařízení v kovovém pouzdře bez tepelné izolace (+)

Chladič solárního kolektoru

Jedná se o absorpční prvek. Jedná se o soustavu trubek, ve kterých se ohřívá chladivo, a dílů vyrobených nejčastěji z měděného plechu. Za optimální materiály pro výrobu chladiče se považují měděné trubky.

Domácí řemeslníci vymysleli levnější variantu - spirálový výměník tepla z polypropylenové trubky.

Zajímavým rozpočtovým řešením je absorbér solárního systému z flexibilní polymerové trubky. K připojení k zařízením na vstupu a výstupu se používají vhodné armatury.Výběr dostupných materiálů, ze kterých lze vyrobit výměník solárního kolektoru, je poměrně široký. Může to být tepelný výměník staré chladničky, polyetylenové vodovodní potrubí, ocelové deskové radiátory atd.

Důležitým kritériem účinnosti je tepelná vodivost materiálu, ze kterého je výměník tepla vyroben.

Pro vlastní výrobu je nejlepší volbou měď. Má tepelnou vodivost 394 W/m². U hliníku se tento parametr pohybuje od 202 do 236 W/m².

Měděné trubky jsou považovány za nejoptimálnější možnost pro výrobu chladiče z hlediska tepelných vlastností a odolnosti proti opotřebení

Velký rozdíl v parametrech tepelné vodivosti mezi měděnými a polypropylenovými trubkami však neznamená, že výměník tepla s měděnými trubkami bude vyrábět stokrát větší objemy teplé vody.

Za stejných podmínek bude výkon výměníku tepla vyrobeného z měděných trubek o 20 % účinnější než výkon kov-plastových variant. Takže výměníky tepla vyrobené z polymerových trubek mají právo na život. Kromě toho budou takové možnosti mnohem levnější.

Bez ohledu na materiál potrubí musí být všechny spoje, jak svařované, tak závitové, utěsněny. Trubky mohou být umístěny buď paralelně k sobě navzájem, nebo ve formě cívky.

Okruh spirálového typu snižuje počet spojení – tím se snižuje pravděpodobnost netěsností a zajišťuje rovnoměrnější proudění chladicí kapaliny.

Horní část krabice, ve které je umístěn výměník tepla, je pokryta sklem.Alternativně můžete použít moderní materiály, jako je akrylový analog nebo monolitický polykarbonát. Průsvitný materiál nemusí být hladký, ale drážkovaný nebo matný.

V klasickém provedení je box se sběračem uzavřen tvrzeným sklem, plexisklem, polykarbonátem nebo podobným materiálem. Řemeslníci se naučili používat místo skla polyethylen

Tato úprava snižuje odrazivost materiálu. Kromě toho musí tento materiál odolat značnému mechanickému zatížení.

V průmyslových vzorcích takových solárních systémů se používá speciální solární sklo. Toto sklo se vyznačuje nízkým obsahem železa, což zajišťuje nižší ztráty tepelné energie.

Zásobní nádrž nebo přední komora

Jako zásobník lze použít jakoukoli nádobu o objemu od 20 do 40 litrů. Postačí řada o něco menších nádrží spojených potrubím v sériovém řetězci. Zásobní nádrž se doporučuje izolovat, protože Voda ohřátá sluncem v nádobě bez izolace rychle ztratí tepelnou energii.

Ve skutečnosti musí chladicí kapalina v solárním systému cirkulovat bez akumulace, protože Tepelná energie z něj přijatá musí být během doby příjmu spotřebována. Zásobník slouží spíše jako rozdělovač ohřáté vody a přední komora, která udržuje tlakovou stabilitu v systému.

Zásobník v solárních systémech funguje jako rozdělovač vody a zásobník, který udržuje tlak (+)

Fáze montáže solárního systému

Po vyrobení kolektoru a přípravě všech konstrukčních prvků systému můžete zahájit přímou instalaci.

Jedna z možností konstrukce spirály z polypropylenových trubek s tvarovkami a T-kusy vám pomůže rychle sestavit solární kolektor (+)

Práce začínají instalací přední kamery, která je zpravidla umístěna v nejvyšším možném místě: v podkroví, samostatně stojící věži, nadjezdu atd.

Při instalaci je třeba vzít v úvahu, že po naplnění systému kapalnou chladicí kapalinou bude mít tato část konstrukce působivou hmotnost. Proto byste se měli ujistit, že strop je spolehlivý, nebo jej zpevnit.

Po instalaci nádoby začněte instalovat kolektor. Tento konstrukční prvek systému je umístěn na jižní straně. Úhel sklonu vzhledem k horizontu by měl být od 35 do 45 stupňů.

Po instalaci všech prvků jsou svázány trubkami a spojují je do jediného hydraulického systému. Těsnost hydraulického systému je důležitým kritériem, na kterém závisí efektivní provoz solárního kolektoru.

Podle montážního schématu solárního systému pro dodávku vody do letní sprchy můžete postavit konstrukci pro ohřev vody pro zavlažování nebo vytvořit pohodlné podmínky za chladných večerů (+)

Pro spojení konstrukčních prvků do jediného hydraulického systému se používají trubky o průměru palec a půl palce. Menší průměr se používá pro konstrukci tlakové části systému.

Tlaková část systému označuje vstup vody do přední komory a výstup ohřáté chladicí kapaliny do systému vytápění a zásobování teplou vodou. Zbytek je namontován pomocí trubek většího průměru.

Aby se zabránilo ztrátám tepelné energie, je třeba potrubí pečlivě izolovat.K tomuto účelu můžete použít pěnový polystyren, čedičovou vatu nebo fóliové verze moderních izolačních materiálů. Zásobní nádrž a přední komora také podléhají postupu izolace.

Nejjednodušší a cenově nejdostupnější možností tepelné izolace akumulační nádrže je postavit kolem ní krabici z překližky nebo desek. Prostor mezi krabicí a nádobou by měl být vyplněn izolačním materiálem. Může to být strusková vlna, směs slámy a hlíny, suché piliny atd.

Solární systém je instalován tak, že solární kolektory jsou umístěny na nejvíce osvětlené straně domu nebo pozemku (+)

Otestujte před uvedením do provozu

Po instalaci všech prvků systému a izolační části konstrukcí můžete začít plnit systém kapalnou chladicí kapalinou. Počáteční plnění systému by mělo být provedeno potrubím umístěným ve spodní části rozdělovače.

To znamená, že plnění se provádí zdola nahoru. Díky takovým akcím lze předejít možnému vzniku vzduchových zácp.

Voda nebo jiná kapalná chladicí kapalina vstupuje do přední komory. Proces plnění systému končí, když voda začne vytékat z drenážního potrubí přední komory.

Pomocí plovákového ventilu můžete nastavit optimální hladinu kapaliny v přední komoře. Po naplnění systému chladicí kapalinou se začne v kolektoru zahřívat.

Proces zvyšování teploty nastává i za oblačného počasí. Ohřátá chladicí kapalina začíná stoupat do horní části akumulační nádrže. Proces přirozené cirkulace nastává, dokud se teplota chladicí kapaliny, která vstupuje do chladiče, nerovná teplotě chladicí kapaliny opouštějící kolektor.

Když voda proudí do hydraulického systému, aktivuje se plovákový ventil umístěný v přední komoře. Tímto způsobem bude udržována konstantní úroveň. V tomto případě bude studená voda vstupující do systému umístěna ve spodní části akumulační nádrže. K procesu míchání studené a horké vody prakticky nedochází.

V hydraulickém systému je nutné zajistit instalaci uzavíracích ventilů, které zabrání zpětné cirkulaci chladiva z kolektoru do akumulační nádrže. K tomu dochází, když okolní teplota klesne pod teplotu chladicí kapaliny.

Takové uzavírací ventily se obvykle používají v noci a večer.

Dodávka teplé vody do odběrných míst se provádí pomocí standardních směšovačů. Je lepší nepoužívat konvenční samostatné kohoutky. Za slunečného počasí může teplota vody dosahovat až 80°C – takovou vodu přímo používat je nepohodlné. Baterie tak výrazně ušetří teplou vodu.

Výkon takového solárního ohřívače vody lze zvýšit přidáním dalších kolektorových sekcí. Konstrukce umožňuje montáž od dvou do neomezeného počtu kusů.

Výkon solárního systému se zvyšuje instalací více solárních kolektorů

Tento solární kolektor pro vytápění a zásobování teplou vodou je založen na principu skleníkového efektu a tzv. termosifonového efektu. Při návrhu topného tělesa se využívá skleníkový efekt.

Sluneční paprsky procházejí nerušeně průhledným materiálem horní části kolektoru a přeměňují se na tepelnou energii.

Tepelná energie končí v omezeném prostoru kvůli těsnosti skříně kolektorové sekce. Termosifonový efekt se používá v hydraulickém systému, když zahřátá chladicí kapalina stoupá vzhůru, vytlačuje studenou chladicí kapalinu a nutí ji přesunout se do topné zóny.

Díky termosifonovému efektu dochází v systému ke stabilní a nepřetržité přirozené cirkulaci chladicí kapaliny

Výkon solárního kolektoru

Hlavním kritériem, které ovlivňuje výkon solárních systémů, je intenzita slunečního záření. Množství potenciálně užitečného slunečního záření dopadajícího na určité území se nazývá sluneční záření.

Množství slunečního záření v různých částech zeměkoule se značně liší. Pro stanovení průměrných ukazatelů této hodnoty existují speciální tabulky. Zobrazují průměrné sluneční záření pro konkrétní oblast.

Údaje o slunečním oslunění v určité oblasti lze získat ze speciálních map a tabulek (+)

Kromě množství slunečního záření je výkon systému ovlivněn plochou a materiálem výměníku tepla. Dalším faktorem ovlivňujícím výkon systému je objem akumulační nádrže. Optimální kapacita nádrže se vypočítá na základě plochy kolektorových adsorbérů.

V případě plochého kolektoru je to celková plocha trubek, které jsou v kolektorové skříni. Tato hodnota se v průměru rovná 75 litrům objemu nádrže na m² plochy kolektorové trubky. Akumulační nádrž je druh akumulátoru tepla.

Ceny za tovární zařízení

Lví podíl na finančních nákladech na stavbu takového systému připadá na výrobu kolektorů. To není překvapivé, dokonce i v průmyslových modelech solárních systémů pochází asi 60 % nákladů z tohoto konstrukčního prvku. Finanční náklady budou záviset na výběru konkrétního materiálu.

Je třeba poznamenat, že takový systém není schopen vytápět místnost, pouze pomůže ušetřit náklady tím, že pomůže ohřát vodu v topném systému. Vzhledem k poměrně vysokým nákladům na energii vynaloženou na ohřev vody solární kolektor integrovaný do topného systému tyto náklady výrazně snižuje.

Solární kolektor lze poměrně snadno integrovat do systému vytápění a ohřevu teplé vody (+)

K jeho výrobě se používají poměrně jednoduché a cenově dostupné materiály. Toto provedení je navíc zcela energeticky nezávislé a nevyžaduje technickou údržbu. Péče o systém spočívá v pravidelné kontrole a čištění skla kolektoru od nečistot.

Další informace o organizaci solárního vytápění v domě jsou uvedeny v tento článek.

Závěry a užitečné video k tématu

Výrobní proces základního solárního kolektoru:

Jak sestavit a zprovoznit solární systém:

Samostatně vyrobený solární kolektor samozřejmě nebude schopen konkurovat průmyslovým modelům. Při použití dostupných materiálů je poměrně obtížné dosáhnout vysoké účinnosti, kterou průmyslové vzory mají. Ale finanční náklady budou mnohem nižší ve srovnání s nákupem hotových instalací.

Nicméně, domácí solární topný systém výrazně zvýší úroveň komfortu a sníží náklady na energii vyráběnou tradičními zdroji.

Máte zkušenosti se stavbou solárního kolektoru? Nebo máte stále dotazy k předloženému materiálu? Podělte se prosím o informace s našimi čtenáři. Komentáře můžete zanechat ve formuláři níže.