Hoe u met uw eigen handen een zonnecollector kunt maken voor verwarming: een stapsgewijze handleiding

De stijging van de kosten van traditionele energiebronnen moedigt particuliere huiseigenaren aan om naar alternatieve opties te zoeken voor het verwarmen van hun huizen en het verwarmen van water.Mee eens, de financiële component van het probleem zal een belangrijke rol spelen bij het kiezen van een verwarmingssysteem.

Een van de meest veelbelovende methoden voor energievoorziening is de omzetting van zonnestraling. Voor dit doel worden zonne-energiesystemen gebruikt. Als u het principe van hun ontwerp en het werkingsmechanisme begrijpt, zal het niet moeilijk zijn om met uw eigen handen een zonnecollector te maken voor verwarming.

Wij vertellen u over de ontwerpkenmerken van zonne-energiesystemen, bieden een eenvoudig montageschema aan en beschrijven de materialen die kunnen worden gebruikt. De werkfasen worden begeleid door visuele foto's, het materiaal wordt aangevuld met video's over de creatie en inbedrijfstelling van een zelfgemaakte verzamelaar.

Werkingsprincipe en ontwerpkenmerken

Moderne zonnesystemen zijn daar één van soorten alternatieve bronnen warmte ontvangen. Ze worden gebruikt als aanvullende verwarmingsapparatuur die zonnestraling omzet in energie die nuttig is voor huiseigenaren.

Alleen in de zuidelijke regio's kunnen ze tijdens het koude seizoen volledig voorzien in warmwatervoorziening en verwarming. En alleen als ze een voldoende groot gebied beslaan en worden geïnstalleerd in open ruimtes die niet in de schaduw staan ​​van bomen.

Ondanks het grote aantal variëteiten is hun werkingsprincipe hetzelfde. Elk zonnestelsel Het is een circuit met een sequentiële opstelling van apparaten die thermische energie leveren en deze naar de consument doorgeven.

De belangrijkste werkelementen zijn zonnepanelen op basis van fotocellen of zonnecollectoren. Technologie montage zonnegenerator op fotografische platen is iets ingewikkelder dan op een buisvormige collector.

In dit artikel zullen we kijken naar de tweede optie: een zonnecollectorsysteem.

Zonnecollectoren dienen nog steeds als hulpenergieleveranciers. Het is gevaarlijk om de verwarming van uw huis volledig over te schakelen naar een zonnesysteem, omdat u geen duidelijk aantal zonnige dagen kunt voorspellen

Collectoren zijn een systeem van buizen die in serie zijn verbonden met de uitgangs- en ingangslijnen of zijn neergelegd in de vorm van een spoel. Proceswater, luchtstroom of een mengsel van water en een soort niet-bevriezende vloeistof circuleert door de buizen.

De circulatie wordt gestimuleerd door fysieke verschijnselen: verdamping, veranderingen in druk en dichtheid door de overgang van de ene aggregatietoestand naar de andere, enz.

Het werkingsprincipe van zonnecollectoren is gebaseerd op de ontvangst en accumulatie van zonne-energie die aan het koelmiddel wordt doorgegeven (+)

Het verzamelen en accumuleren van zonne-energie wordt uitgevoerd door absorbers. Dit is een massieve metalen plaat met een zwartgeblakerd buitenoppervlak, of een systeem van afzonderlijke platen die aan buizen zijn bevestigd.

Voor de vervaardiging van het bovenste deel van het lichaam, het deksel, worden materialen gebruikt met een hoog vermogen om licht door te laten. Dit kan plexiglas zijn, soortgelijke polymeermaterialen, geharde soorten traditioneel glas.

Om energieverlies te elimineren, is thermische isolatie in de doos aan de achterkant van het apparaat geplaatst

Het moet gezegd worden dat polymeermaterialen de invloed van ultraviolette straling niet zo goed verdragen.Alle soorten kunststof hebben een vrij hoge thermische uitzettingscoëfficiënt, wat vaak leidt tot drukverlaging van de behuizing. Daarom moet het gebruik van dergelijke materialen voor de vervaardiging van het collectorlichaam beperkt worden.

Water als koelmiddel kan alleen worden gebruikt in systemen die zijn ontworpen om in de herfst/lenteperiode extra warmte te leveren. Als u van plan bent het zonnesysteem het hele jaar door te gebruiken, vóór de eerste koudegolf, vervang dan het proceswater door een mengsel daarvan en antivries.

Luchtzonnesystemen gebruiken lucht als koelvloeistof. Kanalen voor zijn beweging kunnen worden gemaakt van gewone golfplaten (+)

Als een zonnecollector wordt geïnstalleerd om een ​​klein gebouw te verwarmen dat geen verbinding heeft met de autonome verwarming van het huisje of met gecentraliseerde netwerken, wordt in het begin een eenvoudig systeem met één circuit en een verwarmingsapparaat geconstrueerd.

De keten omvat geen circulatiepompen en verwarmingsapparaten. Het schema is uiterst eenvoudig, maar werkt alleen in zonnige zomers.

Wanneer een collector is opgenomen in een technische structuur met twee circuits, is alles veel gecompliceerder, maar wordt het aantal dagen dat geschikt is voor gebruik aanzienlijk vergroot. De collector verwerkt slechts één circuit. De overheersende belasting wordt geplaatst op de hoofdverwarmingseenheid, die op elektriciteit of een ander type brandstof werkt.

Om een ​​zonnecollector te maken kun je een kant-en-klaar circuit gebruiken, je kunt je eigen pilotmodel bouwen en in de praktijk testen (+)

Ondanks de directe afhankelijkheid van de prestaties van zonne-energie-installaties van het aantal zonnige dagen, is er vraag naar en neemt de vraag naar zonne-energie-installaties gestaag toe. Ze zijn populair onder volksambachtslieden die alle soorten natuurlijke energie in nuttige kanalen willen kanaliseren.

Classificatie volgens temperatuurcriteria

Er zijn een behoorlijk groot aantal criteria op basis waarvan bepaalde ontwerpen van zonnestelsels worden geclassificeerd. Voor apparaten die met uw eigen handen kunnen worden gemaakt en worden gebruikt voor warmwatervoorziening en verwarming, is de meest rationele optie echter om ze te scheiden op type koelvloeistof.

Systemen kunnen dus vloeibaar en lucht zijn. Het eerste type is vaker van toepassing.

Bovendien wordt vaak een classificatie gebruikt op basis van de temperatuur waarop de werkende componenten van de collector kunnen worden verwarmd:

1. Lage temperatuur. Opties die de koelvloeistof tot 50ºC kunnen verwarmen. Ze worden gebruikt om water te verwarmen in irrigatietanks, in badkuipen en douches in de zomer en om de comfortabele omstandigheden op koele lente-herfstavonden te verbeteren.
2. Gemiddelde temperatuur. Zorg voor een koelvloeistoftemperatuur van 80ºC. Ze kunnen worden gebruikt om kamers te verwarmen. Deze opties zijn het meest geschikt voor het inrichten van privéwoningen.
3. Hoge temperatuur. De koelvloeistoftemperatuur in dergelijke installaties kan oplopen tot 200-300ºC. Ze worden op industriële schaal gebruikt en geïnstalleerd voor het verwarmen van productiewerkplaatsen, commerciële gebouwen, enz.

Zonnesystemen met hoge temperaturen maken gebruik van een tamelijk complex proces voor het overbrengen van thermische energie. Bovendien nemen ze een indrukwekkende hoeveelheid ruimte in beslag, die de meeste van onze liefhebbers van het plattelandsleven zich niet kunnen veroorloven.

Het productieproces is arbeidsintensief en voor de implementatie is gespecialiseerde apparatuur vereist. Het is bijna onmogelijk om zelf zo'n versie van een zonnestelsel te maken.

Het is vrij moeilijk om thuis zonnepanelen voor hoge temperaturen te maken met behulp van fotovoltaïsche omvormers

Met de hand gemaakt spruitstuk

Met uw eigen handen een zonne-energie-apparaat maken is een fascinerend proces dat veel voordelen met zich meebrengt. Dankzij dit kun je op rationele wijze gratis zonnestraling gebruiken en verschillende belangrijke economische problemen oplossen. Laten we eens kijken naar de details van het maken van een vlakke plaatcollector die verwarmd water aan het verwarmingssysteem levert.

DIY-materialen

Het eenvoudigste en meest betaalbare materiaal voor zelfmontage van een zonnecollectorlichaam is een houten blok met een plank, multiplex, OSB-platen of soortgelijke opties. Als alternatief kunt u een stalen of aluminium profiel gebruiken met soortgelijke platen. Een metalen behuizing kost iets meer.

Materialen moeten voldoen aan de eisen voor constructies die buitenshuis worden gebruikt. De levensduur van een zonnecollector varieert van 20 tot 30 jaar.

Dit betekent dat materialen een bepaalde reeks prestatiekenmerken moeten hebben waardoor de constructie gedurende de hele levensduur kan worden gebruikt.

De meest goedkope en eenvoudigste optie voor materialen voor de vervaardiging van de carrosserie is het gebruik van hout en spaanplaten

Als de carrosserie van hout is, kan de duurzaamheid van het materiaal worden gegarandeerd door impregnatie met water-polymeeremulsies en coating met verven en vernissen.

Het basisprincipe dat moet worden gevolgd bij het ontwerpen en assembleren van een zonnecollector is de beschikbaarheid van materialen in termen van prijs en beschikbaarheid. Dat wil zeggen, ze kunnen op de open markt worden gevonden of onafhankelijk van beschikbare materialen worden gemaakt.

Nuances van thermische isolatie

Om verlies van thermische energie te voorkomen, is er isolatiemateriaal aan de onderkant van de doos aangebracht. Dit kan polystyreenschuim of minerale wol zijn. De moderne industrie produceert een vrij uitgebreid assortiment isolatiematerialen.

Om de doos te isoleren, kunt u folie-isolatieopties gebruiken. Op deze manier is het mogelijk om zowel thermische isolatie als reflectie van zonlicht vanaf het folieoppervlak te bewerkstelligen.

Als hardschuim of geëxpandeerd polystyreenplaat als isolatiemateriaal wordt gebruikt, kunnen er groeven worden gesneden om plaats te bieden aan het spiraal- of leidingsysteem. Meestal wordt de collectorabsorber bovenop de thermische isolatie geplaatst en stevig aan de onderkant van de behuizing bevestigd op een manier die afhangt van het materiaal dat bij de vervaardiging van de behuizing is gebruikt.

Thermische isolatie dient om het thermische energieverlies via de onderkant van de behuizing te verminderen. Het is irrationeel om een ​​apparaat te vervaardigen in een metalen behuizing zonder thermische isolatie (+)

Koellichaam voor zonnecollectoren

Dit is een absorberend element. Het is een systeem van leidingen waarin het koelmiddel wordt verwarmd, en onderdelen zijn meestal gemaakt van plaatkoper. De optimale materialen voor de vervaardiging van een koellichaam worden beschouwd als koperen buizen.

Thuisvakmensen hebben een goedkopere optie uitgevonden: een spiraalwarmtewisselaar gemaakt van polypropyleen buizen.

Een interessante budgetoplossing is een zonnesysteemabsorber gemaakt van een flexibele polymeerbuis. Voor de aansluiting van de apparaten aan de in- en uitlaat wordt gebruik gemaakt van geschikte fittingen.De keuze uit beschikbare materialen waaruit een zonnecollectorwarmtewisselaar kan worden gemaakt is vrij breed. Dit kan de warmtewisselaar van een oude koelkast zijn, polyethyleen waterleidingen, stalen paneelradiatoren, enz.

Een belangrijk criterium voor efficiëntie is de thermische geleidbaarheid van het materiaal waaruit de warmtewisselaar is gemaakt.

Voor zelfproductie is koper de beste optie. Het heeft een thermische geleidbaarheid van 394 W/m². Voor aluminium varieert deze parameter van 202 tot 236 W/m².

Koperen buizen worden beschouwd als de meest optimale optie voor de vervaardiging van een koellichaam in termen van thermische eigenschappen en slijtvastheid

Het grote verschil in thermische geleidbaarheidsparameters tussen koperen en polypropyleen leidingen betekent echter niet dat een warmtewisselaar met koperen leidingen honderden malen grotere volumes warm water zal produceren.

Onder gelijke omstandigheden zullen de prestaties van een warmtewisselaar gemaakt van koperen buizen 20% efficiënter zijn dan de prestaties van metaal-kunststof opties. Warmtewisselaars gemaakt van polymeerbuizen hebben dus recht op leven. Bovendien zullen dergelijke opties veel goedkoper zijn.

Ongeacht het buismateriaal moeten alle verbindingen, zowel gelast als van schroefdraad voorzien, afgedicht zijn. De buizen kunnen zowel parallel aan elkaar als in de vorm van een spiraal worden geplaatst.

Het spoelcircuit vermindert het aantal aansluitingen - dit vermindert de kans op lekkage en zorgt voor een meer uniforme koelvloeistofstroom.

De bovenkant van de doos waarin de warmtewisselaar zich bevindt, is bedekt met glas.Als alternatief kunt u moderne materialen gebruiken, zoals een acrylanaloog of monolithisch polycarbonaat. Het doorschijnende materiaal mag niet glad zijn, maar gegroefd of mat.

In de klassieke versie is de doos met de collector afgesloten met gehard glas, plexiglas, polycarbonaat of soortgelijk materiaal. Ambachtslieden hebben geleerd polyethyleen te gebruiken in plaats van glas

Deze behandeling vermindert de reflectiviteit van het materiaal. Bovendien moet dit materiaal bestand zijn tegen aanzienlijke mechanische belastingen.

In industriële monsters van dergelijke zonnesystemen wordt speciaal zonneglas gebruikt. Dit glas kenmerkt zich door een laag ijzergehalte, wat zorgt voor lagere verliezen aan thermische energie.

Opslagtank of voorkamer

Elke container met een inhoud van 20 tot 40 liter kan als opslagtank worden gebruikt. Een reeks iets kleinere tanks, verbonden door leidingen in een serieketen, is voldoende. Het wordt aanbevolen om de opslagtank te isoleren, omdat Water dat door de zon wordt verwarmd in een container zonder isolatie, verliest snel thermische energie.

In feite moet de koelvloeistof in het zonneverwarmingssysteem zonder ophoping circuleren, omdat De thermische energie die ervan wordt ontvangen, moet tijdens de ontvangstperiode worden verbruikt. De opslagtank dient eerder als verdeler van verwarmd water en als voorkamer die de drukstabiliteit in het systeem handhaaft.

De opslagtank in zonne-energiesystemen werkt als waterverdeler en als reservoir dat de druk op peil houdt (+)

Fasen van de montage van het zonnestelsel

Nadat u de collector heeft vervaardigd en alle samenstellende structurele elementen van het systeem heeft voorbereid, kunt u beginnen met de directe installatie.

Een van de opties voor het construeren van een spoel gemaakt van polypropyleen buizen met fittingen en T-stukken helpt u snel een zonnecollector te monteren (+)

Het werk begint met de installatie van een voorwaartse camera, die in de regel op het hoogst mogelijke punt wordt geplaatst: op zolder, vrijstaande toren, viaduct, enz.

Tijdens de installatie moet er rekening mee worden gehouden dat dit deel van de constructie na het vullen van het systeem met vloeibaar koelmiddel een indrukwekkend gewicht zal hebben. Daarom moet u ervoor zorgen dat het plafond betrouwbaar is of versterkt.

Nadat u de container hebt geïnstalleerd, begint u met het installeren van de collector. Dit structuurelement van het systeem bevindt zich aan de zuidkant. De hellingshoek ten opzichte van de horizon moet 35 tot 45 graden zijn.

Nadat alle elementen zijn geïnstalleerd, worden ze met buizen verbonden, waardoor ze in één enkel hydraulisch systeem worden aangesloten. De dichtheid van het hydraulische systeem is een belangrijk criterium waarvan de efficiënte werking van de zonnecollector afhangt.

Volgens het montageschema van een zonnestelsel voor de watervoorziening van een zomerse douche, kun je een structuur bouwen om water te verwarmen voor irrigatie of om comfortabele omstandigheden te creëren op koele avonden (+)

Om structurele elementen tot één hydraulisch systeem aan te sluiten, worden buizen met een diameter van anderhalve inch gebruikt. De kleinere diameter wordt gebruikt om het drukgedeelte van het systeem te construeren.

Het drukgedeelte van het systeem verwijst naar de toevoer van water naar de voorkamer en de afvoer van het verwarmde koelmiddel naar het verwarmings- en warmwatervoorzieningssysteem. De rest wordt gemonteerd met buizen met een grotere diameter.

Om verlies van thermische energie te voorkomen, moeten leidingen zorgvuldig worden geïsoleerd.Voor dit doel kunt u polystyreenschuim, basaltwol of folieversies van moderne isolatiematerialen gebruiken. Ook de opslagtank en de voorkamer zijn onderworpen aan de isolatieprocedure.

De eenvoudigste en meest betaalbare optie voor thermische isolatie van een opslagtank is om er een doos multiplex of planken omheen te bouwen. De ruimte tussen de doos en de container moet worden opgevuld met isolatiemateriaal. Het kan slakkenwol zijn, een mengsel van stro en klei, droog zaagsel, enz.

Het zonnesysteem wordt zo geïnstalleerd dat de zonnecollectoren zich aan de meest verlichte kant van de woning of het terrein bevinden (+)

Test vóór inbedrijfstelling

Nadat u alle elementen van het systeem hebt geïnstalleerd en een deel van de constructies hebt geïsoleerd, kunt u beginnen met het vullen van het systeem met vloeibaar koelmiddel. De eerste vulling van het systeem moet gebeuren via de pijp aan de onderkant van het verdeelstuk.

Dat wil zeggen, het vullen wordt van onder naar boven uitgevoerd. Dankzij dergelijke acties kan de mogelijke vorming van luchtopstoppingen worden vermeden.

Water of een ander vloeibaar koelmiddel komt de voorste kamer binnen. Het proces van het vullen van het systeem eindigt wanneer water uit de afvoerpijp van de voorste kamer begint te stromen.

Met behulp van een vlotterklep kunt u het optimale vloeistofniveau in de voorste kamer aanpassen. Nadat het systeem met koelvloeistof is gevuld, begint het in de collector op te warmen.

Het temperatuurstijgingsproces vindt zelfs plaats bij bewolkt weer. Het verwarmde koelmiddel begint naar het bovenste deel van de opslagtank te stijgen. Het proces van natuurlijke circulatie vindt plaats totdat de temperatuur van het koelmiddel dat de radiator binnenkomt gelijk is aan de temperatuur van het koelmiddel dat de collector verlaat.

Wanneer er water in het hydraulische systeem stroomt, wordt de vlotterklep in de voorste kamer geactiveerd. Op deze manier wordt een constant niveau gehandhaafd. In dit geval bevindt het koude water dat het systeem binnenkomt zich in het onderste deel van de opslagtank. Het proces van het mengen van koud en warm water vindt praktisch niet plaats.

In het hydraulische systeem is het noodzakelijk om te voorzien in de installatie van afsluitkleppen die de omgekeerde circulatie van koelvloeistof van de collector naar de opslagtank voorkomen. Dit gebeurt wanneer de omgevingstemperatuur lager wordt dan de koelvloeistoftemperatuur.

Dergelijke afsluiters worden doorgaans 's nachts en 's avonds gebruikt.

De warmwatertoevoer naar de verbruikspunten wordt uitgevoerd met behulp van standaardmengers. Het is beter om geen conventionele enkele kranen te gebruiken. Bij zonnig weer kan de watertemperatuur oplopen tot 80°C - het is lastig om dergelijk water rechtstreeks te gebruiken. Zo besparen mixers aanzienlijk warm water.

Het vermogen van een dergelijke zonneboiler kan vergroot worden door het toevoegen van extra collectorsecties. Dankzij het ontwerp kunt u van twee tot een onbeperkt aantal stuks monteren.

Door het plaatsen van meer zonnecollectoren worden de prestaties van het zonnesysteem verhoogd

Deze zonnecollector voor verwarming en warmwatervoorziening is gebaseerd op het principe van het broeikaseffect en het zogenaamde thermosifoneffect. Bij het ontwerp van het verwarmingselement is gebruik gemaakt van het broeikaseffect.

De zonnestralen dringen ongehinderd door het transparante materiaal van het bovenste deel van de collector heen en worden omgezet in thermische energie.

Door de dichtheid van de collectorsectiekast komt thermische energie in een besloten ruimte terecht. Het thermosifoneffect wordt gebruikt in een hydraulisch systeem wanneer het verwarmde koelmiddel naar boven stijgt, waardoor het koude koelmiddel wordt verplaatst en gedwongen wordt naar de verwarmingszone te bewegen.

Dankzij het thermosifoneffect ontstaat er een stabiele en continue natuurlijke circulatie van koelvloeistof in het systeem

Prestaties van zonnecollectoren

Het belangrijkste criterium dat de prestaties van zonnesystemen beïnvloedt, is de intensiteit van de zonnestraling. De hoeveelheid potentieel nuttige zonnestraling die op een bepaald gebied valt, wordt zonnestraling genoemd.

De hoeveelheid zonnestraling in verschillende delen van de wereld varieert behoorlijk sterk. Er zijn speciale tabellen om de gemiddelde indicatoren van deze waarde te bepalen. Ze geven de gemiddelde zonnestraling voor een bepaalde regio weer.

Gegevens over de zonnestraling in een bepaalde regio kunnen worden verkregen uit speciale kaarten en tabellen (+)

Naast de hoeveelheid zonnestraling worden de prestaties van het systeem beïnvloed door het oppervlak en het materiaal van de warmtewisselaar. Een andere factor die de systeemprestaties beïnvloedt, is het volume van de opslagtank. De optimale tankcapaciteit wordt berekend op basis van het oppervlak van de collectoradsorbers.

Bij een vlakke plaatcollector is dit de totale oppervlakte van de leidingen die zich in de verzamelbak bevinden. Deze waarde komt gemiddeld overeen met 75 liter tankvolume per m² collectorbuisoppervlak. De opslagtank is een soort warmteaccumulator.

Prijzen voor fabrieksapparaten

Het leeuwendeel van de financiële kosten voor de constructie van een dergelijk systeem komt voor rekening van de vervaardiging van collectoren. Dit is niet verrassend; zelfs in industriële modellen van zonnesystemen komt ongeveer 60% van de kosten uit dit structurele element. De financiële kosten zullen afhangen van de keuze voor een bepaald materiaal.

Opgemerkt moet worden dat een dergelijk systeem de kamer niet kan verwarmen; het zal alleen maar helpen kosten te besparen door het water in het verwarmingssysteem te helpen verwarmen. Gezien de vrij hoge energiekosten die worden besteed aan het verwarmen van water, verlaagt een in het verwarmingssysteem geïntegreerde zonnecollector deze kosten aanzienlijk.

De zonnecollector kan vrij eenvoudig worden geïntegreerd in het verwarmings- en warmwatervoorzieningssysteem (+)

Voor de vervaardiging ervan worden vrij eenvoudige en betaalbare materialen gebruikt. Bovendien is dit ontwerp volledig energieonafhankelijk en vergt het geen technisch onderhoud. Het onderhoud van het systeem komt neer op periodieke inspectie en het reinigen van het collectorglas tegen vuil.

Aanvullende informatie over het organiseren van zonneverwarming in het huis vindt u in Dit artikel.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Productieproces van een basiszonnecollector:

Hoe een zonne-energiesysteem te monteren en in bedrijf te stellen:

Uiteraard zal een zelfgemaakte zonnecollector niet kunnen concurreren met industriële modellen. Met de beschikbare materialen is het vrij moeilijk om de hoge efficiëntie te bereiken die industriële ontwerpen bieden. Maar de financiële kosten zullen veel lager zijn in vergelijking met de aanschaf van kant-en-klare installaties.

Hoe dan ook, zelfgemaakte zonne-energiesysteem zal het comfortniveau aanzienlijk verhogen en de kosten van energie uit traditionele bronnen verlagen.

Heb jij ervaring met het bouwen van een zonnecollector? Of heb je nog vragen over het gepresenteerde materiaal? Deel alstublieft informatie met onze lezers. U kunt opmerkingen achterlaten in het onderstaande formulier.