Kaip pasigaminti saulės kolektorių šildymui savo rankomis: nuoseklus vadovas

Tradicinių energijos šaltinių brangimas skatina privačių namų savininkus ieškoti alternatyvių būsto šildymo ir vandens šildymo variantų. Sutikite, finansinė klausimo dalis vaidina ne paskutinį vaidmenį renkantis šildymo sistemą.

Vienas iš perspektyviausių energijos tiekimo būdų – saulės spinduliuotės pavertimas. Tam naudojamos saulės sistemos. Suprasdami jų veikimo principą ir konstrukciją, saulės kolektorių šildymui pasigaminti savo rankomis nebus sudėtinga.

Mes Jums papasakosime apie saulės sistemų konstrukcines ypatybes, pasiūlysime paprastą surinkimo schemą ir aprašysime medžiagas, kurias galima panaudoti. Darbo etapai iliustruojami vaizdinėmis nuotraukomis, medžiaga papildyta vaizdo įrašais apie savadarbio kolektoriaus sukūrimą ir paleidimą.

Veikimo principas ir konstrukcinės ypatybės

Šiuolaikinės saulės sistemos – vienas iš alternatyviųjų energijos šaltinių šilumos gavimo būdų. Jos naudojamos kaip pagalbinė šildymo įranga, saulės spinduliuotę paverčianti savininkams naudinga energija.

Jos gali visiškai užtikrinti karšto vandens tiekimą ir šildymą šaltuoju metų laiku tik pietiniuose regionuose. Ir tai tik tuo atveju, jei užima pakankamai didelį plotą ir yra įrengtos atvirose, medžių neužtemdytose aikštelėse.

Nepaisant daugybės rūšių, jų veikimo principas yra toks pat. Bet kuri saulės sistema yra kontūras, kuriame nuosekliai išdėstyti prietaisai, tiekiantys šiluminę energiją ir perduodantys ją vartotojui.

Pagrindiniai darbiniai elementai yra saulės baterijos su fotoelementais arba saulės kolektoriai. Saulės generatoriaus surinkimo ant fotoplokštelių technologija yra šiek tiek sudėtingesnė nei vamzdinio kolektoriaus.

Šiame straipsnyje mes nagrinėsime antrąjį variantą – kolektorinę saulės sistemą.

Saulės kolektoriai kol kas tarnauja kaip pagalbiniai energijos tiekėjai. Visiškai perjungti namo šildymą į saulės energijos sistemą yra pavojinga, nes negalima tiksliai prognozuoti saulėtų dienų skaičiaus.

Kolektoriai sudaro vamzdelių sistemą, sujungtų nuosekliai su išėjimo ir įėjimo magistrale arba išdėstytų kaip gyvatukas. Vamzdeliais cirkuliuoja techninis vanduo, oro srautas arba vandens mišinys su kokia nors neužšąlančia medžiaga.

Cirkuliaciją skatina fiziniai reiškiniai: garavimas, slėgio ir tankio kitimas pereinant iš vienos agregatinės būsenos į kitą ir kt.

Saulės kolektorių veikimo principas pagrįstas saulės energijos gavimu ir kaupimu, kuri perduodama šilumnešiui (+)

Saulės energijos surinkimą ir akumuliaciją atlieka absorberiai. Tai arba vientisa metalinė plokštė su pajuodintu išoriniu paviršiumi, arba atskirų plokščių sistema, prijungtų prie vamzdelių.

Korpuso viršutinei daliai, dangčiui, gaminti naudojamos medžiagos, pasižyminčios dideliu gebėjimu praleisti šviesos srautą. Tai gali būti organinis stiklas, panašūs polimeriniai materialai, grūdintos tradicinio stiklo rūšys.

Siekiant išvengti energijos nuostolių iš prietaiso galinės pusės, į dėžę klojama šilumos izoliacija

Reikia pasakyti, kad polimeriniai materialai gana prastai pakenčia ultravioletinių spindulių poveikį. Visų rūšių plastikas turi gana aukštą šiluminio plėtimosi koeficientą, o tai dažnai sukelia korpuso sandarumo praradimą. Todėl tokių medžiagų naudojimą kolektoriaus korpuso gamybai verta apriboti.

Vanduo kaip šilumnešis gali būti naudojamas tik sistemose, skirtose papildomai šilumai tiekti rudens/pavasario laikotarpiu. Jei planuojama naudoti saulės sistemą ištisus metus, prieš pirmą šaltį techninis vanduo pakeičiamas jo mišiniu su antifrizu.

Oro saulės sistemose kaip šilumnešis naudojamas oras. Jo judėjimo kanalus galima padaryti iš įprasto profiliuoto lakšto (+)

Jei saulės kolektorius įrengiamas nedidelio pastato šildymui, neturinčio ryšio su autonominiu kotedžo šildymu ar centralizuotais tinklais, sukuriama paprasčiausia vienos kilpos sistema su šildymo prietaisu jos pradžioje.

Į grandinę neįtraukiami cirkuliaciniai siurbliai ir šildymo įrenginiai. Schema itin paprasta, tačiau ji gali veikti tik saulėtą vasarą.

Kai kolektorius įjungiamas į dvigubos grandinės techninį įrenginį, viskas yra daug sudėtingiau, tačiau tinkamų naudoti dienų diapazonas yra žymiai padidintas. Kolektorius apdoroja tik vieną grandinę. Pagrindinė apkrova tenka pagrindiniam šildymo agregatui, veikiančiam elektra ar bet kokiu kuru.

Saulės kolektoriui pagaminti galima naudoti paruoštą schemą, galima sukurti savo pilotinį modelį ir jį išbandyti praktikoje (+)

Nepaisant tiesioginės saulės prietaisų našumo priklausomybės nuo saulėtų dienų skaičiaus, jie yra paklausūs, o saulės įrenginių paklausa nuolat auga. Jie populiarūs tarp liaudies meistrų, siekiančių nukreipti visų rūšių gamtinę energiją naudinga linkme.

Klasifikacija pagal temperatūros kriterijus

Egzistuoja gana daug kriterijų, pagal kuriuos klasifikuojamos tam tikros heliosistemų konstrukcijos. Tačiau prietaisams, kuriuos galima pasigaminti savo rankomis ir naudoti karšto vandens tiekimui bei šildymui, racionaliausia bus skirstymas pagal šilumnešio tipą.

Taigi, sistemos gali būti skysčių ir oro. Pirmasis tipas dažniau taikomas.

Be to, dažnai naudojama klasifikacija pagal temperatūrą, iki kurios gali įkaisti kolektoriaus darbo mazgai:

1. Žemos temperatūros. Variantai, galintys pašildyti šilumnešį iki 50°C. Naudojami vandens pašildymui laistymo talpose, vonios kambariuose ir dušuose vasarą, bei komforto sąlygų pagerinimui vėsiomis pavasario-rudens vakarais.
2. Vidutinės temperatūros. Užtikrina 80°C šilumnešio temperatūrą. Juos galima naudoti patalpų šildymui. Šie variantai labiausiai tinka privačių namų įrengimui.
3. Aukštos temperatūros. Šilumnešio temperatūra tokiuose įrenginiuose gali siekti 200-300°C. Naudojami pramoniniu mastu, įrengiami gamybos cechų, komercinių pastatų šildymui ir kt.

Aukštos temperatūros helio sistemose naudojamas gana sudėtingas šiluminės energijos perdavimo procesas. Be to, jos užima nemažą erdvę, ko negali sau leisti dauguma mūsų priemiesčio gyvenimo mėgėjų.

Jų gamybos procesas yra daug darbo reikalaujantis, o įgyvendinimui reikia specializuotos įrangos. Pats pasigaminti tokį helio sistemos variantą praktiškai neįmanoma.

Aukštos temperatūros saulės baterijas su fotoelektriniais keitikliais namų sąlygomis pasigaminti gana sudėtinga

Kolektoriaus gaminimas savo rankomis

Saulės prietaiso gaminimas savomis rankomis – tai įdomus procesas, teikiantis daug naudos. Jo dėka galima racionaliai naudoti nemokamą saulės spinduliuotę, išspręsti keletą svarbių ūkio uždavinių. Išnagrinėsime plokščiojo kolektoriaus, tiekiančio į šildymo sistemą pašildytą vandenį, kūrimo specifiką.

Medžiagos savarankiškam surinkimui

Paprasčiausia ir prieinamiausia medžiaga, skirta savarankiškai surinkti saulės kolektoriaus korpusą, yra medinis strypas su lenta, fanera, OSB plokštėmis ar panašiomis alternatyvomis. Kaip alternatyvą galima naudoti plieninį arba aliuminio profilį su analogiškomis plokštėmis. Metalinis korpusas kainuos kiek brangiau.

Medžiagos turi atitikti reikalavimus, keliamus konstrukcijoms, naudojamoms lauke. Saulės kolektoriaus eksploatacijos laikas svyruoja nuo 20 iki 30 metų.

Taigi medžiagos turi turėti tam tikrą eksploatacinių savybių rinkinį, kuris leis naudoti konstrukciją per visą laikotarpį.

Pats nebrangiausias ir paprasčiausias medžiagų variantas korpuso gamybai yra medienos ir medžio drožlių plokščių naudojimas

Jei korpusas gaminamas iš medžio, medžiagos ilgaamžiškumą galima užtikrinti impregnuojant vandens-polimero emulsijomis ir padengiant dažais bei lakais.

Pagrindinis principas, kuriuo reikėtų vadovautis projektuojant ir surenkant saulės kolektorių, yra medžiagų prieinamumas kainos ir galimybės įsigyti požiūriu. Tai yra, jas galima arba rasti laisvai parduodamas, arba pagaminti iš turimų improvisuotų priemonių.

Šilumos izoliacijos įrengimo niuansai

Siekiant išvengti šilumos energijos nuostolių, ant dėžės dugno montuojama izoliacinė medžiaga. Tai gali būti polistireninis putplastis arba mineralinė vata. Šiuolaikinė pramonė siūlo gana platų izoliacinių medžiagų asortimentą.

Dėžės izoliavimui galima naudoti folijuotus izoliacijos variantus. Tokiu būdu galima užtikrinti tiek šilumos izoliaciją, tiek saulės spindulių atspindį nuo folijos paviršiaus.

Jei kaip izoliacinė medžiaga naudojama standi putplasčio arba polistireninio putplasčio plokštė, gyvatuko ar vamzdžių sistemos klojimui galima išpjauti griovelius. Paprastai kolektoriaus absorberis klojamas ant šilumos izoliacijos viršaus ir tvirtai pritvirtinamas prie korpuso dugno būdu, kuris priklauso nuo panaudotos korpuso gamybos medžiagos.

Šilumos izoliacija skirta sumažinti šilumos energijos nuostolius per korpuso dugną. Prietaiso metaliniame korpuse gaminti be šilumos izoliacijos yra neracionalu (+)

Saulės kolektoriaus šilumos imtuvas

Tai yra absorbuojantis elementas. Jį sudaro vamzdžių sistema, kurioje šildomas šilumnešis, bei detalės, dažniausiai pagamintos iš lakštinio vario. Optimalia medžiaga šilumos imtuvui gaminti laikomi variniai vamzdžiai.

Namų meistrai išrado pigesnį variantą – spiralinį šilumokaitį iš polipropileninių vamzdžių.

Įdomus biudžetinis sprendimas – helio sistemos absorberis iš lanksčios polimerinės vamzdžio. Jungimui su įleidimo ir išleidimo įtaisais naudojami tinkami fitingai. Priemonių, iš kurių galima pagaminti saulės kolektoriaus šilumokaitį, pasirinkimas yra gana platus. Tai gali būti seno šaldytuvo šilumokaitis, polietileniniai vandentiekio vamzdžiai, plieniniai skydiniai radiatoriai ir pan.

Svarbus efektyvumo kriterijus yra medžiagos, iš kurios pagamintas šilumokaitis, šilumos laidumas.

Nepriklausomam gaminimui optimalus variantas yra varis. Jis pasižymi 394 W/m² šilumos laidumu. Aliuminio šis parametras svyruoja nuo 202 iki 236 W/m².

Variniai vamzdžiai laikomi optimaliausiu variantu šilumos imtuvo gamybai pagal šilumos technines savybes ir atsparumą dilimui.

Tačiau didelis šilumos laidumo parametrų skirtumas tarp varinių ir polipropileninių vamzdžių visiškai nereiškia, kad šilumokaitis su variniais vamzdžiais išduos šimtus kartų didesnius karšto vandens kiekius.

Esant vienodoms sąlygoms, šilumokaičio iš varinių vamzdžių našumas bus 20 % efektyvesnis nei metalo-plastiko variantų. Taigi šilumokaičiai, pagaminti iš polimerinių vamzdžių, turi teisę egzistuoti. Be to, tokie variantai kainuos gerokai pigiau.

Nepriklausomai nuo vamzdžių medžiagos, visos jungtys, tiek suvirintos, tiek srieginės, turi būti sandarios. Vamzdžius galima išdėstyti tiek lygiagrečiai vienas kitam, tiek gyvatės pavidalu.

Gyvatės tipo schema sumažina jungčių skaičių – tai mažina nuotėkių tikimybę ir užtikrina tolygesnį šilumnešio srautą.

Dėžės, kurioje yra šilumokaitis, viršus uždengiamas stiklu. Kaip alternatyvą galima naudoti modernias medžiagas, tokias kaip akrilo analogas arba monolitinis polikarbonatas. Šviesai pralaidi medžiaga gali būti ne lygi, o banguota arba matinė.

Klasikiniame variante dėžė su kolektoriumi uždengiama grūdintu stiklu, organiniu stiklu, polikarbonatu ar panašia medžiaga. Liaudies meistrai prisitaikė vietoj stiklo naudoti polietileną.

Toks apdorojimas sumažina medžiagos atspindžio savybes. Be to, ši medžiaga turi atlaikyti dideles mechanines apkrovas.

Pramoniniuose panašių heliosistemų pavyzdžiuose naudojamas specialus saulės stiklas. Toks stiklas pasižymi mažu geležies kiekiu, o tai užtikrina mažesnius šiluminės energijos nuostolius.

Akumuliacinis bakas arba prieškamera

Kaip akumuliacinį baką galima naudoti bet kokį 20–40 litrų talpos indą. Tiks keli šiek tiek mažesnio tūrio rezervuarai, sujungti vamzdžiais į nuoseklią grandinę. Akumuliacinį baką rekomenduojama izoliuoti, nes saulėje įkaitintas vanduo be izoliacijos greitai praras šiluminę energiją.

Iš esmės šilumnešis šildymo heliosistemoje turi cirkuliuoti be akumuliavimo, nes iš jo gautą šiluminę energiją reikia sunaudoti gavimo metu. Akumuliacinė talpa greičiau atlieka pašildyto vandens skirstytuvo ir avankameros, palaikančios slėgio stabilumą sistemoje, funkciją.

Akumuliacinė talpa heliosistemose veikia kaip vandens skirstytuvas ir slėgį palaikantis rezervuaras (+)

Saulės sistemos surinkimo etapai

Pagaminus kolektorių ir paruošus visus sistemos konstrukcinius elementus, galima pradėti tiesioginį montavimą.

Vienas iš variantų, kaip įrengti gyvatuką iš polipropileno vamzdžių su jungiamosiomis detalėmis ir trišakiais, padės greitai surinkti saulės kolektorių (+)

Darbas pradedamas įrengiant prieškamerą, kuri paprastai dedama aukščiausiame įmanomame taške: palėpėje, atskirai stovinčiame bokšte, estakadoje ir t.t.

Montuojant reikia atsižvelgti, kad užpildžius sistemą skystu šilumnešiu, ši konstrukcijos dalis turės nemažą svorį. Todėl reikėtų įsitikinti perdangos patikimumu arba ją sustiprinti.

Sumontavus talpyklą, pereinama prie kolektoriaus montavimo. Šis sistemos konstrukcinis elementas dedamas pietinėje pusėje. Pasvirimo kampas horizonto atžvilgiu turėtų būti nuo 35 iki 45 laipsnių.

Sumontavus visus elementus, jie sujungiami vamzdžiais, sudarant vieningą hidraulinę sistemą. Hidraulinės sistemos sandarumas yra svarbus kriterijus, nuo kurio priklauso efektyvus saulės kolektoriaus darbas.

Pagal saulės sistemos surinkimo schemą vandens tiekimui į vasaros dušą galima pastatyti konstrukciją, kad būtų šildomas vanduo laistymui arba sukuriamos patogios sąlygos vėsiems vakarams (+)

Konstrukciniams elementams sujungti į vieningą hidraulinę sistemą naudojami vamzdžiai, kurių skersmuo yra colis ir pusė colio. Mažesnis skersmuo naudojamas slėginei sistemos daliai įrengti.

Slėginė sistemos dalis apima vandens įvedimą į prieškamerą ir pašildyto šilumnešio išvedimą į šildymo ir karšto vandens tiekimo sistemą. Likusi dalis montuojama naudojant didesnio skersmens vamzdžius.

Siekiant išvengti šiluminės energijos nuostolių, vamzdžiai turi būti kruopščiai izoliuoti. Tam galima naudoti putplastį, bazalto vatą arba folija dengtus modernius izoliacinius variantus. Talpykla ir prieškamera taip pat turi būti šiltinamos.

Paprasčiausias ir prieinamiausias talpyklos šiltinimo variantas yra aplink ją pastatyti dėžę iš faneros ar lentų. Tarpą tarp dėžės ir talpyklos reikia užpildyti izoliacine medžiaga. Tai gali būti šlako vata, šiaudų ir molio mišinys, sausos pjuvenos ir pan.

Saulės sistema įrengiama taip, kad saulės kolektoriai būtų labiausiai apšviestoje namo ar sklypo pusėje (+)

Bandymas prieš pradedant eksploatuoti

Sumontavus visus sistemos elementus ir apšiltinus dalį konstrukcijų, galima pradėti pildyti sistemą skystu šilumnešiu. Pradinis sistemos užpildymas turi būti atliekamas per vamzdį, esantį apatinėje kolektoriaus dalyje.

Tai yra, pildymas atliekamas iš apačios į viršų. Dėl tokių veiksmų galima išvengti galimo oro kišenių susidarymo.

Vanduo ar kitas skystas šilumnešis patenka į prieškamerą. Sistemos užpildymo procesas baigiasi tada, kai iš prieškameros drenažo vamzdžio pradeda tekėti vanduo.

Naudojant plūdinį vožtuvą galima sureguliuoti optimalų skysčio lygį prieškameroje. Po sistemos užpildymo šilumnešiu jis pradeda šildyti kolektoriuje.

Temperatūros didinimo procesas vyksta net ir debesuotu oru. Įkaitęs šilumnešis pradeda kilti į akumuliacinio bako viršų. Natūralios cirkuliacijos procesas vyksta tol, kol į radiatorių patenkančio šilumnešio temperatūra nesusilygina su iš kolektoriaus išeinančio šilumnešio temperatūra.

Esant vandens srautui hidraulinėje sistemoje, suveiks prieškameroje esantis plūdinis vožtuvas. Taip bus palaikomas pastovus lygis. Į sistemą patenkantis šaltas vanduo bus akumuliatoriaus talpos apačioje. Šalto ir karšto vandens maišymasis beveik nevyksta.

Hidraulinėje sistemoje reikia numatyti uždarymo jungiamąsias detales, kurios užkirs kelią atvirkštinei šilumnešio cirkuliacijai iš kolektoriaus į akumuliatorių. Tai atsitinka, kai aplinkos temperatūra nukrenta žemiau šilumnešio temperatūros.

Tokia uždarymo jungiamoji detalė paprastai naudojama naktį ir vakare.

Prijungimas prie karšto vandens vartojimo vietų atliekamas naudojant standartinius maišytuvus. Įprastų pavienių čiaupų geriau nenaudoti. Saulėtu oru vandens temperatūra gali siekti 80°С – naudotis tokiu vandeniu tiesiogiai nepatogu. Taigi maišytuvai leis žymiai sutaupyti karšto vandens.

Tokio saulės vandens šildytuvo našumą galima padidinti pridedant papildomų kolektorių sekcijų. Konstrukcija leidžia montuoti nuo dviejų iki neriboto skaičiaus vienetų.

Saulės sistemos našumas didinamas įrengiant daugiau saulės kolektorių

Tokio šildymui ir karštam vandeniui skirto saulės kolektoriaus pagrindas yra šiltnamio efekto ir vadinamojo termoreversinio efekto principas. Šiltnamio efektas naudojamas šildymo elemento konstrukcijoje.

Saulės spinduliai netrukdomi praeina per skaidrią kolektoriaus viršutinės dalies medžiagą ir paverčiami šilumine energija.

Šiluminė energija atsiduria uždaroje erdvėje dėl kolektoriaus sekcijos dėžės sandarumo. Termosifono efektas naudojamas hidraulinėje sistemoje, kai įkaitęs šilumnešis kyla aukštyn, išstumdamas šaltą šilumnešį ir versdamas jį judėti į kaitinimo zoną.

Dėl termosifono efekto sistemoje vyksta stabili ir nuolatinė natūrali šilumnešio cirkuliacija

Saulės kolektoriaus našumas

Pagrindinis kriterijus, įtakojantis saulės sistemų našumą, yra saulės spinduliuotės intensyvumas. Į tam tikrą teritoriją krintančios potencialiai naudingos saulės spinduliuotės kiekis vadinamas insolacija.

Insoliacijos dydis įvairiuose Žemės rutulio taškuose svyruoja gana plačiai. Šio dydžio vidutinėms vertėms nustatyti yra specialios lentelės. Jose pateikiama vidutinė saulės insoliacijos vertė tam tikram regionui.

Duomenis apie saulės insoliaciją konkrečiame regione galima gauti iš specialių žemėlapių ir lentelių (+)

Be insoliacijos dydžio, sistemos našumui įtakos turi šilumokaičio plotas ir medžiaga. Kitas veiksnys, įtakojantis sistemos našumą, yra akumuliacinės talpyklos tūris. Optimali talpyklos talpa apskaičiuojama pagal kolektoriaus absorberių plotą.

Plokščiojo kolektoriaus atveju tai yra bendras vamzdžių, esančių kolektoriaus dėžėje, plotas. Ši vertė vidutiniškai lygi 75 litrams talpyklos tūrio vienam m² kolektoriaus vamzdžių ploto. Akumuliacinė talpa yra savotiškas šilumos akumuliatorius.

Gamyklinių prietaisų kainos

Didžioji dalis finansinių išlaidų tokios sistemos įrengimui tenka kolektorių gamybai. Tai nenuostabu, net pramoniniuose saulės sistemų pavyzdžiuose apie 60% kainos tenka šiam konstrukciniam elementui. Finansinės išlaidos priklausys nuo pasirinktos medžiagos.

Reikia pažymėti, kad tokia sistema negali apšildyti patalpos, ji tik padeda sutaupyti išlaidų, padėdama pašildyti vandenį šildymo sistemoje. Atsižvelgiant į gana dideles energijos sąnaudas, kurios sunaudojamos vandens šildymui, saulės kolektorius, integruotas į šildymo sistemą, žymiai sumažina tokias sąnaudas.

Saulės kolektorius gana paprastai integruojamas į šildymo ir karšto vandens tiekimo sistemą (+)

Jos gamybai naudojamos gana paprastos ir prieinamos medžiagos. Be to, tokia konstrukcija yra visiškai nepriklausoma nuo energijos ir nereikalauja techninės priežiūros. Sistemos priežiūra apsiriboja periodiniu apžiūrėjimu ir kolektoriaus stiklo valymu nuo nešvarumų.

Papildoma informacija apie saulės šildymo organizavimą namuose pateikta šiame straipsnyje.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Elementaraus saulės kolektoriaus gamybos procesas:

Kaip surinkti ir pradėti eksploatuoti saulės sistemą:

Natūralu, kad paties pagamintas saulės kolektorius negali konkuruoti su pramoniniais modeliais. Naudojant turimas medžiagas, gana sudėtinga pasiekti aukštą naudingumo koeficientą, kuriuo pasižymi pramoniniai pavyzdžiai. Tačiau finansinės išlaidos bus daug mažesnės, palyginti su gatavų įrenginių įsigijimu.

Vis dėlto, naminė saulės šildymo sistema gerokai padidins komforto lygį ir sumažins išlaidas energijai, kuri gaminama tradiciniais šaltiniais.

Turite patirties statant saulės kolektorių? Arba liko klausimų apie pateiktą medžiagą? Prašome pasidalinti informacija su mūsų skaitytojais. Komentarus galite palikti žemiau esančioje formoje.