Solární kolektor z plastových lahví: návod na stavbu solárního kolektoru krok za krokem

Z čeho se skládá solární kolektor

Byla vyvinuta a patentována řada konstrukcí:

1. Plochý.
2. Trubkové.
3. Vakuové elektronky.
4. Termosifony.

Nejjednodušší způsob, jak postavit solární kolektor vlastníma rukama, je plochá nebo trubková konstrukce.

Jak vytvořit instalaci? Jedna sběrná jednotka (jejich počet je již zhruba znám z výpočtů provedených podle výše uvedené metody) se skládá z následujících prvků:

• Sada měděných nebo hliníkových trubkových prvků;
• Absorpční deska;
• Tepelně izolovaný uzavřený plášť;
• Kryt, který může být vyroben z průhledného žáruvzdorného polymeru nebo tvrzeného skla.

Účinnost izolace určuje účinnost kolektoru. Lze ji zvýšit zajištěním akumulačního okruhu, který může dodávat teplo v zamračených dnech nebo pro chladicí systémy.

Výroba a následná instalace solárních kolektorů je možná nejen na střechu, ale také na jižní stěny budovy. V tomto případě jsou pláště opatřeny perforací, která usnadňuje proudění vzduchu. Když ohřátý vzduch stoupá k horní části stěny, je veden do větracích kanálů budovy k následné distribuci.

Typy solárních kolektorů

Standardní zařízení má podobu kovové desky, která je umístěna v plastovém nebo skleněném krytu. Povrch této desky akumuluje sluneční energii, zachycuje teplo a předává ho pro různé domácí potřeby: vytápění, ohřev vody atd. Existuje několik typů integrovaných kolektorů.

Akumulační sběrače

Akumulační kolektory se nazývají také termosifónové kolektory. Tento druh solárního kolektoru vlastníma rukama, bez čerpadla, je nejvýhodnější. Nejenže vodu ohřívá, ale také udržuje její teplotu na požadované úrovni po určitou dobu.

Tento solární kolektor pro vytápění se skládá z několika nádrží naplněných vodou, které jsou umístěny v izolačním boxu. Nádrže jsou zakryty skleněným víkem, přes které pronikají sluneční paprsky a ohřívají vodu. Tato varianta je nejúspornější, snadno se obsluhuje a udržuje, ale její účinnost v zimním období je téměř nulová.

Ploché

Plochý kolektor se skládá z velké kovové absorpční desky, která je umístěna v hliníkovém krytu se skleněným víkem. Plochý solární kolektor s vlastníma rukama bude účinnější, pokud použijete skleněný kryt. Absorbuje sluneční energii prostřednictvím skla odolného proti krupobití, které dobře propouští světlo a prakticky neodráží světlo.

Uvnitř boxu je tepelná izolace, která výrazně snižuje tepelné ztráty. Samotná deska má nízkou účinnost, proto je potažena amorfním polovodičem, který výrazně zvyšuje míru ukládání tepelné energie.

Při výrobě solárního kolektoru pro bazén vlastníma rukama se často upřednostňuje ploché integrované zařízení. Není však o nic horší pro jiné úkoly, jako je ohřev vody v domácnosti a vytápění prostor. Plochá verze je nejpoužívanější variantou. Absorbér pro solární kolektor vlastníma rukama je nejlépe vyroben z mědi.

Kapalina

Z názvu je zřejmé, že hlavním nosičem tepla v nich působí kapalina. Vodní solární kolektor s rukama je vyroben podle následujícího schématu. Prostřednictvím kovové desky, která absorbuje sluneční energii, se teplo přenáší potrubím, které je k ní připojeno, do zásobníku vody nebo nemrznoucí kapaliny nebo přímo ke spotřebiteli.

K desce jsou připojeny dvě trubky. Jeden z nich přivádí studenou vodu z nádrže, zatímco druhý slouží k přívodu ohřáté kapaliny do nádrže. Potrubí musí mít vstupní a výstupní otvory. Tomuto systému se říká uzavřený topný systém.

Pokud ohřátá voda proudí přímo k potřebám uživatele - takový systém se nazývá otevřený.

Nezasklené se častěji používají pro ohřev vody v bazénu, proto montáž takových termických solárních kolektorů vlastníma rukama nevyžaduje nákup drahých materiálů - postačí guma a plast. Zasklené mají vyšší účinnost, a proto jsou schopny vytápět dům a dodávat spotřebiteli teplou vodu.

Vzduch

Vzduchové jednotky jsou ekonomičtější než výše uvedené protějšky, které jako teplonosné médium používají vodu. Vzduch nemrzne, neteče ani nevaří jako voda. Pokud v takovém systému dojde k úniku, nezpůsobuje tolik problémů, ale je obtížné určit, kde k němu došlo.

Výroba svépomocí není pro spotřebitele nákladná. Solární panel, který je krytý sklem, ohřívá vzduch mezi ním a tepelně izolační deskou. Zhruba řečeno se jedná o plochý kolektor s prostorem pro vzduch uvnitř. Vlivem sluneční energie vstupuje do spotřebiče studený vzduch a přivádí se k němu teplý vzduch.

Tyto verze jsou odolné, spolehlivé a snadněji se udržují než jednotky, které jako teplonosné médium používají kapalinu. Pro udržení správné teploty ve sklepě nebo pro vytápění skleníku pomocí solárního kolektoru je to ta správná volba.

Flexibilní konstrukce potrubí

K výrobě spolehlivých solárních kolektorů se používají pouze vysoce kvalitní materiály. Na výrobu solárního kolektoru se používají pouze vysoce kvalitní materiály. Kolektor se může skládat z několika modulů. Trubky v nich musí být uloženy a pevně upevněny.

Tento návrh je nejjednodušší. Jeho hlavní nevýhodou je nutnost použití čerpadla. Protože přirozená cirkulace v této konstrukci není možná. Pokud je délka potrubí příliš dlouhá, bude hydraulický odpor vyšší než převýšení vzniklé rozdílem teplot.

Je třeba poznamenat, že není problém nainstalovat čerpadlo. A takový systém se poměrně rychle zaplatí.

Instalace pro bazén

Uvažovanou variantu rozdělovače lze použít také k ohřevu vody v bazénu. Musí být připojen k filtračnímu systému s čerpacím zařízením. Cirkulující kapalina uvnitř se před vstupem do nádrže ohřeje.

Existují možnosti, kdy je přípustné vynechat instalaci skladovací nádrže. Tento přístup lze použít, pokud je ohřívaná voda určena výhradně pro použití během denního světla v malém objemu. Například okruh je dlouhý sto padesát metrů. Vnitřní průměr je šestnáct milimetrů. Tato konstrukce pojme třicet litrů kapaliny. Pokud se konstrukce skládá z několika komor spojených do jednoho systému, ohřeje se mnohem více vody.

Solární kolektor - vodní nebo vzduchový

Každý z ohřívačů je účinný, liší se pouze základním účelem a principem fungování:

• Vodní kolektor - používá se pro potřeby TUV a nízkoteplotní systémy podlahového vytápění. V zimním období se účinnost výrazně snižuje. Vakuové a panelové nepřímé kolektory připojené k akumulační nádobě uchovávají teplo po celý rok. Hlavní nevýhodou jsou vysoké náklady na solární kolektor, instalaci a potrubí.
• Ventilační sběrač - vyznačuje se jednoduchou konstrukcí a zařízením, které si můžete vyrobit sami, pokud chcete. Hlavní účel: vytápění místností. Samozřejmě existují systémy, které umožňují využití získaného tepla pro ohřev TUV, ale v tomto případě klesá účinnost vzduchových kolektorů téměř na polovinu. Výhody: Nízké náklady na sadu a instalaci.

Solární systémy pro ohřev vzduchu fungují pouze přes den. Vytápění se spustí, i když je zataženo, oblačno nebo prší. Provoz ohřívačů vzduchu se v zimě nezastaví.

Tohle je zajímavé: Jaký je rozdíl mezi ruskou lázní a finskou saunou (video)

Vyrobeno z měděných trubek

Velmi účinný je rozdělovač s měděnou cívkou, která je zevnitř obložena plechy ze stejného materiálu. Pravděpodobně nejefektivnější jsme našli na internetu. Trubky a pásky se pájejí speciální páječkou ve švech, spojích, takže měděný absorbér byl časově nejnáročnější fází, která trvala 2 dny.

Měď byla zčernána vložením do lázně s persíranem draselným:

Plášť byl izolován a na zadní stěnu byla připevněna fólie, která odrážela teplo. Všechny mezery byly pečlivě utěsněny:

Konstrukce byla přemístěna na místo tak, že byla zabalena do obyčejné potravinářské fólie, a teprve po přepravě a připojení bylo instalováno sklo:

Výsledek: V horkém jižním klimatu se měď pod přímými paprsky zahřívala, voda se zahřívala až k varu, dokonce byly patrné známky tavení polymerních prvků konstrukce. U solárního absorbéru tohoto typu je vhodné přidávat do sprchy studenou kapalinu, pro kterou by měl být k dispozici samostatný sud s kapalinou nebo přívod z kohoutku.

Výroba absorbérů

Trubky sestavte následujícím způsobem:

1. Stěna pokrývající horní část plechovky (která má otvor) je rozstříhána kovovými nůžkami na "okvětní lístky", které jsou ohnuty dovnitř. Odklopení "okvětních lístků" je vhodné provést nasunutím plechovky na plastovou trubičku o co největším průměru (tak, aby šla dovnitř plechovky).
2. Do dna každé plechovky s kuželovým vrtákem je třeba udělat 3 otvory o průměru 20 mm tak, aby jejich středy byly ve vrcholech rovnostranného trojúhelníku.
3. Nyní můžete sestavit trubky z plechovek, každá z nich má 8 kusů. Spáry mezi plechovkami by měly být utěsněny vysokoteplotním komínovým tmelem, např. vysokoteplotní maltou. Tato směs by se měla nanášet na předem odmaštěný a navlhčený povrch. Směs by se měla roztírat prsty v gumových rukavicích, které by měly být navlhčené vodou.

Aby byly trubky dokonale rovné, měly by být plechovky umístěny do šablony vyrobené ze dvou desek ve tvaru rohu rovné police. Šablona by měla být umístěna v mírném úhlu ke svislici (může být opřena o zeď).

Nově sestavená trubka, která je v šabloně, se na ni zatíží, dokud tmel zcela neztvrdne.

Co je to solární kolektor?

V podstatě se jedná o klimatické zařízení, které slouží k výrobě teplé vody s jejím následným využitím ve vodovodním a topném systému. Takový systém funguje tak, že se při ohřevu mění hustota vody, takže horká kapalina je vytlačována vzhůru.

Hlavní rozdíl těchto systémů spočívá v tom, že k vytápění se používají přírodní zdroje, zejména solární energie, která je zcela zdarma. A správně navržený solární kolektor umožňuje získávat tuto energii i v mrazivém dni nebo při zataženém počasí. Je tedy možné ji používat nejen v létě, ale i na podzim a v zimě.

Konstrukce solárního kolektoru

Konstrukce kompletního systému solárních kolektorů nutně zahrnuje několik základních prvků, kterými jsou

• Zařízení pro získávání sluneční energie;
• zásobník teplé vody;
• výměník tepla;
• Tepelná izolace, která snižuje rychlost ochlazování teplonosného média.

Výroba spotřebiče z vlnitého plechu

Jedná se o ještě jednodušší konstrukci solárního kolektoru. Vybudujete ji mnohem rychleji.

První krok. Nejprve si vyrobte dřevěnou krabičku stejným způsobem jako v předchozí variantě. Poté položíte po obvodu zadní stěny dřevěnou desku (cca 4x4 cm) a její dno vyplníte minerální vatou.

Druhá fáze. Ve spodní části vytvořte vývod.

Třetí krok. Na dřevo položte profilovaný plech a natřete ho černou barvou. Samozřejmě, pokud měl původně jinou barvu.

Čtvrtý krok. Perforujte celou plochu vlnité lepenky pro proudění vzduchu.

Pátý krok. Pokud chcete, můžete celou konstrukci zasklít polykarbonátem - tím se zvýší teplota absorbéru. Nezapomeňte však, že je třeba zajistit také přívod vzduchu zvenčí.

Charakteristika vakuového solárního kolektoru pro vytápění domu v zimě

Vakuový solární kolektor je poměrně složité zařízení. Hlavní ovládací prvek představuje nákladná žárovka pohlcující světlo s průhledným povrchem, v níž je umístěna trubice. Je založena na principu termosky. Vakuová baňka umožňuje průchod slunečního světla do vnitřní trubice, která je bez vzduchu, a tím šetří až 95 % tepla.

Vakuové solární kolektory. Dražší, ale fungují i v zimě

Spodní část vnitřního vakua trubice pro solární kolektor je obsazena nemrznoucí směsí, která se při zahřátí mění na plynné skupenství. V horní části se teplo přenáší do kolektoru pomocí teplonosného média. Nemrznoucí kapalina se ochladí, zkondenzuje a vrátí se do původního stavu.

Vakuový solární kolektor se vyznačuje vysokou účinností při špatných světelných podmínkách a teplotách pod -37 °C. Byl vyvinut speciálně pro severní zeměpisné šířky a může fungovat i bez přímého slunečního záření. Pro efektivní provoz vyžaduje jednotka neustálou údržbu, která spočívá v čištění povrchu jednotky od nečistot.

Hlavní nevýhodou jsou vysoké náklady na stavbu. V případě poruchy byť jen jedné trubky bude oprava problematická, protože všechny výrobky jsou namontovány v sérii.

Schéma "Léto"

Tato možnost je vhodná pro letní přeháňky. Pokud má být umístěn venku, musí tam být instalován také zásobník teplé vody.

Pokud má být instalována uvnitř budovy, musí být uvnitř domu instalována také akumulační nádrž.

Tento systém funguje na základě přirozeného oběhu. Kolektor musí být instalován přibližně jeden metr pod nádrží, kde se bude hromadit teplá voda. Důvodem je rozdílná hustota studené a teplé vody. Pro připojení sběrače k nádrži by se měly použít trubky o průřezu 0,75" nebo větším.

Aby se voda účinně ohřívala, musí být stěny zásobníku izolovány. K tomuto účelu by měla být použita minerální vlna. Měla by mít tloušťku nejméně deset centimetrů. Pokud je nad kotlem střecha, musí být jako izolace použit také polyethylen.

Tomuto programu se ne nadarmo říká "letní program". Ohřev vody je možný pouze v teplém období. Během chladného období je nutné kapalinu ze systému vypustit. V opačném případě může dojít k poškození používaného potrubí, pokud zamrzne.

Sestavení podomácku vyrobeného solárního kolektoru

Tento solární výrobek začnete sestavovat tak, že vytvoříte cívku. Pokud jste našli prefabrikovanou cívku, zabere vám konečná montáž mnohem méně času. Cívku je třeba velmi pečlivě vyčistit pod tekoucí vodou (nejlépe horkou), aby se odstranily případné ucpávky a zbytky freonu z vnitřku. Pokud nemáte správné trubky, můžete si potřebné množství koupit v obchodě. V tomto případě však budete muset cívku vyrobit sami. Pro jeho výrobu si nastříhejte trubky na požadovanou délku. Poté je pomocí úhlových přechodů spojte do tvaru konstrukce cívky. Poté pro připojení kolektoru k vodovodnímu systému připájejte na okraje cívky sanitární armatury velikosti ¾. Existuje několik možností tvaru a konstrukce cívky, např. trubky lze pájet ve tvaru schodiště (pokud hodláte tuto možnost realizovat, pak nekupujte rohové redukce, budete potřebovat trojúhelníky).

Montáž solárního kolektoru

Poté na předem připravený plech nanesete selektivní vrstvu černé matné barvy, nejlépe alespoň v několika vrstvách. Počkejte, až proud vzduchu zaschne barvu, a začněte cívku pájet (z nenatřené strany). Celá konstrukce spirály by měla být po celé délce trubek pájená, čímž zaručíte nejúčinnější přenos tepla a následně maximální přenos tepla do vodního systému. Pokud to uděláte správně, bude vámi sestavený solární kolektor fungovat tak, jak má.

Ploché sběrače

Ploché solární kolektory jsou kovový rám, na kterém jsou při pohledu zdola nahoru upevněny:

• krycí deska;
• tepelně izolační vrstva;
• Reflexní vrstva (není u všech modelů) ;
• Chladicí deska (chladič, nazývaný také absorpční deska), ke které jsou připájeny teplosměnné trubky;
• Průhledný průsvitný kryt (tvrzené sklo s 95% koeficientem propustnosti světla nebo alespoň průhledný polykarbonát).

Plášť má také výstupní a vstupní přípojku pro cirkulaci teplonosné kapaliny.

Existují otevřené modely - bez krytu. Jejich jedinou výhodou je nízká cena, ale jsou velmi neúčinné a při teplotách pod bodem mrazu zcela nefunkční. Absorpční vrstva se rychle ničí, protože není zakrytá, takže otevřené kolektory vydrží několik sezón a díky svým vlastnostem je lze použít k ohřevu vody v bazénu nebo ve sprše. Pro vytápění jsou nepoužitelné.

Princip činnosti plochého solárního kolektoru je následující: Sluneční světlo prochází téměř výhradně přes horní krycí sklo. Tyto paprsky ohřívají absorbér tepla. Teplo je samozřejmě vyzařováno, ale ven téměř neuniká: sklo, které je průhledné pro sluneční paprsky, nepropouští žádné teplo (pozice "c" na obrázcích). Ukázalo se, že tepelná energie není odváděna, ale ukládá se uvnitř panelu. Z tohoto tepla se ohřívají teplosměnné trubky, z nichž se teplo předává cirkulujícímu teplonosnému médiu.

Pravidla pro umístění plochých kolektorů

Kolektory tohoto typu musí být umístěny pod úhlem 90o vzhledem k dopadajícímu světlu. Čím přesněji je tento úhel nastaven, tím více tepla systém zachytí. Je jasné, že není reálné udržet tento úhel na pevné střeše po celou dobu, ale panel by měl být umístěn tak, aby na něj dopadalo co nejvíce světla po co nejdelší dobu. Existují poměrně drahá zařízení, která mění polohu panelu vůči slunci a udržují optimální úhel dopadu slunečních paprsků. Nazývají se sledovací systémy.

Na čem závisí cena

Cena plochého kolektoru do značné míry závisí na použitých materiálech. Kryt může být například hliníkový nebo z pozinkované oceli. Hliníkový kryt je vhodnější, ale stojí více. K dispozici jsou také plastové skříně. Vyznačují se vysokou odolností a spolehlivostí.

Trubky výměníku tepla a materiál výměníku tepla mají zásadní vliv na účinnost. Jsou k dispozici v hliníkovém (který je levnější) a měděném provedení. Měď je dražší, ale je také odolnější a má vyšší účinnost. V Rusku, a to i v jižních oblastech, je žádoucí je používat. Vzhledem k tomu, že oslunění je i na jihu zřídkakdy nadměrné, ne vždy stačí k vytápění.

Důležitá je také povrchová úprava desky kolektoru tepla: čím více se bude blížit absolutní černé barvě, tím méně paprsků se bude odrážet a tím více tepla se získá. Proto technologové neustále pracují na zdokonalování tohoto povlaku.

U prvních modelů se jednalo o obyčejnou černou barvu, ale dnes se jedná o černý niklový nátěr.

Plastové sběrače

Plastové solární kolektory lze vyčlenit do samostatného typu. V nejjednodušší podobě se jedná o dvě polykarbonátové desky připevněné k hliníkovému rámu. Mezi nimi jsou přivařena nebo opláštěna žebra, která vytvářejí labyrint pro proudění vody v panelu. V horní části panelu je vstup a ve spodní části výstup. Do horního se nalije studená voda, která se přes labyrint ohřívá a spodním se při vyšší teplotě odvádí ven. Systém se používá k ohřevu vody v létě. Díky nízkému hydraulickému odporu funguje velmi dobře v gravitačním systému. Tento typ solárního ohřívače vody je ideální pro zásobování zahrady teplou vodou.

Někdy se však plastové solární kolektory nazývají plnohodnotnými kolektory pro vytápění. Mají jednoduše horní kryt z polykarbonátu nebo jiného plastu, který propouští sluneční paprsky. Takové modely jsou méně ohroženy: plasty jsou odolnější než sklo (dokonce i tvrzené sklo).

Vybavení systémů, které pracují se solárními kolektory, automatizací

Povaha solární elektrárny a neustále se měnící vstupní údaje (roční období, povětrnostní podmínky atd.) nezajišťují stabilitu parametrů (teplota, průtok chladicího média atd.), což vyžaduje začlenění řídicích systémů do uspořádání elektrárny.

Elektronická zařízení jako řídicí jednotka na základě analýzy teploty v určitých oblastech instalačního schématu vydávají příkazy k otevření/zavření ventilů, aktivaci/deaktivaci čerpacích jednotek pro volbu optimálního průtoku chladicí kapaliny okruhem. Pokud je například překročena teplota vody v akumulační nádrži, regulátor zastaví její pohyb smyčkou, čímž zastaví ztráty tepla, které by mohlo být odváděno do okolí přes kolektor.

Jak fungují solární ohřívače

Než se pokusíte o stavbu domácího solárního termického systému, stojí za to prozkoumat konstrukci továrně vyráběných vzduchových a vodních solárních kolektorů. První se používají k přímému vytápění prostor, druhé se používají jako ohřívače vody nebo nemrznoucí směsi, která nezamrzá.

Základním prvkem solárního tepelného systému je samotný solární kolektor, který je k dispozici ve třech verzích:

1. Ohřívač vody s plochou. Jedná se o uzavřený box izolovaný zespodu. Uvnitř je tepelný přijímač (absorbér) z plechu, na kterém je upevněna měděná cívka. Prvek je shora krytý odolným sklem.
2. Konstrukce vzduchového topného kolektoru je podobná předchozí verzi, pouze místo chladicího média cirkuluje vzduch v trubkách pomocí ventilátoru.
3. Konstrukce trubicového vakuového kolektoru se zásadně liší od plochých modelů. Přístroj se skládá z pevných skleněných baněk, v nichž jsou umístěny měděné trubice. Jejich konce jsou připojeny ke dvěma přívodním a vratným hadicím a vzduch je z baněk odváděn.

Extra. Existuje ještě jeden typ vakuového ohřívače vody, kde jsou skleněné baňky těsně uzavřeny a naplněny speciální látkou, která se odpařuje při nízké teplotě. Při odpařování plyn absorbuje velké množství tepla, které se předává vodě. Při tepelné výměně látka opět kondenzuje a stéká na dno baňky, jak je znázorněno na obrázku.

Konstrukce vakuové trubice pro přímý ohřev (vlevo) a baňky, která pracuje na principu odpařování/kondenzace kapaliny

Výše uvedené typy kolektorů využívají principu přímého přenosu slunečního tepla (jinak známého jako sluneční záření) do proudící kapaliny nebo vzduchu. Plochý ohřívač vody funguje takto:

1. Voda nebo nemrznoucí směs proudí měděným výměníkem tepla rychlostí 0,3-0,8 m/s a je čerpána oběhovým čerpadlem (k dispozici jsou však i gravitační modely pro venkovní sprchy).
2. Sluneční paprsky ohřívají absorpční fólii a cívku, která je s ní pevně spojena. Teplota proudícího teplonosného média se zvyšuje o 15-80 stupňů v závislosti na ročním období, denní době a venkovním počasí.
3. Aby se zabránilo tepelným ztrátám, jsou dno a boky skříně izolovány polyuretanovou pěnou nebo extrudovaným polystyrenem.
4. Průhledné horní sklo má tři funkce: chrání selektivní povlak absorbéru, zabraňuje větru, aby foukal přes cívku, a vytváří vzduchotěsnou vrstvu, která udržuje teplo.
5. Horká termální kapalina vstupuje do výměníku tepla zásobníku - vyrovnávací nádrže nebo nepřímo ohřívaného ohřívače vody.

Vzhledem k tomu, že teplota vody v okruhu jednotky kolísá v závislosti na ročním období a denních změnách, nelze solární kolektor používat přímo pro vytápění a ohřev TUV. Energie získaná ze slunce se předává primárnímu teplonosnému médiu prostřednictvím spirály akumulační nádrže (kotle).

Účinnost trubicových jednotek zvyšuje vakuum a vnitřní reflexní stěna v každé baňce. Sluneční paprsky volně procházejí vrstvou bez vzduchu a ohřívají měděnou trubku s nemrznoucí směsí, ale teplo nemůže překonat vakuum a uniknout, takže ztráty jsou minimální. Druhá část záření vstupuje do reflektoru a soustředí se na vodní linii. Podle výrobce je účinnost systému až 80 %.

Po ohřátí vody v zásobníku na požadovanou teplotu se solární výměníky přepnou do bazénu pomocí trojcestného ventilu.