Ako vyrobiť solárny kolektor na vykurovanie svojpomocne: podrobný návod

Zražovanie tradičných zdrojov energie núti vlastníkov súkromných domov hľadať alternatívne možnosti vykurovania a ohrevu vody. Súhlasíte, finančná stránka otázky zohráva dôležitú úlohu pri výbere vykurovacieho systému.

Jeden z najperspektívnejších spôsobov energetického zabezpečenia – premena slnečného žiarenia. Na to sa využívajú heliosystémy. Po pochopení princípu ich konštrukcie a mechanizmu fungovania nie je zložité vyrobiť solárny kolektor na vykurovanie svojpomocne.

Povieme Vám o konštrukčných vlastnostiach heliosystémov, ponúkneme jednoduchú schému montáže a popíšeme materiály, ktoré môžete použiť. Pracovné postupy sú doplnené názornými fotografiami, materiál obshauje aj videonávody na výrobu a uvedenie do prevádzky domáceho kolektora.

Princíp fungovania a konštrukčné vlastnosti

Moderné heliosystémy – jeden z druhov alternatívnych zdrojov tepla. Používajú sa ako doplnkové vykurovacie zariadenie, ktoré premieňa slnečné žiarenie na energiu užitočnú pre majiteľov domov.

Sú schopné úplne zabezpečiť zásobovanie teplou vodou a vykurovanie v chladnom období roka len v južných regiónoch. A to len v prípade, ak zaberajú dostatočne veľkú plochu a sú nainštalované na otvorených plochách, ktoré nie sú zatienené stromami.

Napriek veľkému množstvu odrôd, princíp fungovania je u nich ronaký. Každý heliosystém predstavuje okruh zo sériovým usporiadaním zariadení, ktoré dodávajú tepelnú energiu a odovzdávajú ju spotrebiteľovi.

Hlavnými pracovnými prvkami sú solárne panely na fotovoltanických článkoch alebo solárne kolektory. Technológia montáže solárneho generátora na fotovoltanických doskách je o niečo zložitejšia ako pri rúrkovom kolektore.

V tomto článku sa pozrieme na druhú možnosť – kolektorový heliosystém.

Slnečné kolektory zatiaľ slúžia ako pomocní dodávatelia energie. Úplne prepnúť vykurovanie domu na heliosystém je nebezpečné, pretože nie je možné presne predpovedať počet slnečných dní.

Kolektory predstavujú systém rúrok, spojených sériovo s výstupným a vstupným potrubím alebo usporiadaných do tvaru špirály. V rúrkach cirkuluje technická voda, prúd vzduchu alebo zmes vody s nejakou nemrznúcou kvapalinou.

Cirkuláciu stimulujú fyzikálne javy: vyparovanie, zmena tlaku a hustoty pri prechode z jedného skupenstva do druhého a pod.

Princíp činnosti slnečných kolektorov je založený na získavaní a akumulovaní slnečnej energie, ktorá sa odovzdáva teplonosnému médiu (+)

Zber a akumulácia slnečnej energie sa vykonáva absorbérmi. Môže to byť buď súvislá kovová platňa s začerneným vonkajším povrchom, alebo systém samostatných platní pripojených k rúrkam.

Na výrobu hornej časti tela, krytu, sa používajú materiály s vysokou schopnosťou prepúšťať svetelný tok. Môže to byť plexisklo, podobné polymérové materiály, tvrdené druhy tradičného skla.

Aby sa vylúčili straty energie zo zadnej strany zariadenia, do krabice sa ukladá tepelná izolácia

Treba povedať, že polymérové materiály pomerne zle znášajú vplyv ultrafialových lúčov. Všetky druhy plastov majú pomerne vysoký koeficient tepelnej rozťažnosti, čo často vedie k porušeniu tesnosti tela. Preto by sa používanie takýchto materiálov na výrobu tela kolektora malo obmedziť.

Voda ako teplonosné médium sa môže používať iba v systémoch určených na dodávku dodatočného tepla v jesennom/jarnom období. Ak sa plánuje celoročné používanie heliosystému, pred prvým ochladením sa technická voda vymení za jej zmes s nemrznúcou kvapalinou.

Vo vzduchových heliosystémoch sa ako teplonosné médium používa vzduch. Kanály na jeho pohyb je možné vyrobiť z bežného profilovaného plechu (+)

Ak sa slnečný kolektor inštaluje na vykurovanie malej budovy, ktorá nemá spojenie s autonómnym vykurovaním chaty alebo s centralizovanými sieťami, postaví sa najjednoduchší jednookruhový systém s vykurovacím zariadením na jeho začiatku.

Do reťazca nie sú zahrnuté cirkulačné čerpadlá a vykurovacie zariadenia. Schéma je veľmi jednoduchá, ale môže fungovať len počas slnečného leta.

Pri zapojení kolektora do dvojokruhovej technickej konštrukcie je všetko oveľa zložitejšie, ale aj rozsah dní vhodných na použitie je výrazne zvýšený. Kolektor spracúva iba jeden okruh. Prevažujúce zaťaženie je kladené na hlavný vykurovací agregát, pracujúci na elektrinu alebo akýkoľvek druh paliva.

Na výrobu slnečného kolektora je možné použiť hotovú schému, je možné postaviť vlastný pilotný model a vyskúšať ho v praxi (+)

Napriek priamej závislosti výkonnosti slnečných zariadení od počtu slnečných dní sú žiadané a dopyt po slnečných zariadeniach neustále rastie. Sú obľúbené medzi ľudovými majstrami, ktorí sa snažia nasmerovať všetky druhy prírodnej energie do užitočného smeru.

Klasifikácia podľa teplotných kritérií

Existuje pomerne veľké množstvo kritérií, podľa ktorých sa klasifikujú rôzne konštrukcie solárnych systémov. Avšak pre zariadenia, ktoré je možné vyrobiť vlastnými rukami a použiť na ohrev vody a vykurovanie, bude najracionálnejšie rozdelenie podľa druhu teplonosného média.

Takže systémy môžu byť kvapalinové a vzduchové. Prvý typ sa používa častejšie.

Okrem toho sa často používa klasifikácia podľa teploty, na ktorú sa môžu ohriať pracovné časti kolektora:

1. Nízkoteplotné. Varianty schopné ohriať teplonosné médium na 50 °C. Používajú sa na ohrev vody v nádobách na polievanie, vo vaniach a sprchách v letnom čase a na zvýšenie komfortu počas chladných jarných a jesenných večerov.
2. Strednoteplotné. Zabezpečujú teplotu teplonosného média na 80 °C. Môžu sa použiť na vykurovanie miestností. Tieto varianty sú najvhodnejšie na vybavenie rodinných domov.
3. Vysokoteplotné. Teplota nosiča tepla v takýchto zariadeniach môže dosahovať 200 – 300 °C. Používajú sa v priemyselnom meradle, inštalujú sa na vykurovanie výrobných hál, komerčných budov a pod.

Vo vysokoteplotných solárnych systémoch sa používa pomerne zložitý proces prenosu tepelnej energie. Navyše zaberajú veľký priestor, čo si väčšina našich milovníkov vidieckeho života nemôže dovoliť.

Proces ich výroby je náročný na prácu a realizácia vyžaduje špecializované vybavenie. Samostatne vyrobiť podobný typ solárneho systému je prakticky nemožné.

Vysokoteplotné solárne panely s fotovoltaickými meničmi je v domácich podmienkach vyrobiť pomerne zložité.

Vlastnoručná výroba kolektora

Výroba solárneho zariadenia vlastnými rukami je fascinujúci proces, ktorý prináša množstvo výhod. Vďaka nemu je možné racionálne využívať bezplatné slnečné žiarenie a vyriešiť niekoľko dôležitých domácich úloh. Pozrime sa na špecifiká vytvorenia plochého kolektora, ktorý dodáva ohriatu vodu do vykurovacieho systému.

Materiály na svojpomocnú montáž

Najjednoduchší a najdostupnejší materiál na vlastnú montáž telesa slnečného kolektora – drevený hranol s doskou, preglejkou, OSB doskami alebo podobnými variantmi. Ako alternatívu možno použiť oceľový alebo hliníkový profil s podobnými plechmi. Kovové teleso vyjde o niečo drahšie.

Materiály musia spĺňať požiadavky, ktoré sú kladené na konštrukcie používané vonku. Životnosť slnečného kolektora sa pohybuje od 20 do 30 rokov.

A to znamená, že materiály musia mať určitý súbor prevádzkových vlastností, ktoré umožnia používať konštrukciu počas celej doby.

Najlacnejší a najjednoduchší variant materiálov na výrobu telesa – použitie reziva a drevotrieskových dosák.

Ak je teleso vyrobené z dreva, trvanlivosť materiálu možno zabezpečiť impregnáciou vodno-polymérovými emulziami a náterom lakovými materiálmi.

Hlavnou zásadou, ktorou sa treba riadiť pri navrhovaní a montáži slnečného kolektora, je dostupnosť materiálov z hľadiska ceny a možnosti zakúpenia. To znamená, že ich možno buď nájsť vo voľnom predaji, alebo si ich samostatne vyrobiť z dostupných prostriedkov.

Detaily tepelnej izolácie

Na zabránenie strát tepelnej energie sa na dno skrine montuje izolačný materiál. Môže to byť polystyrén alebo minerálna vlna. Moderný priemysel vyrába pomerne široký sortiment izolačných materiálov.

Na izoláciu skrine je možné použiť fóliované varianty izolácie. Týmto spôsobom je možné zabezpečiť tepelnú izoláciu aj odraz slnečných lúčov od fóliovaného povrchu.

Ak sa ako izolačný materiál používa pevná doska z polystyrénu alebo penového polystyrénu, na uloženie špirály alebo systému rúrok je možné vyrezať drážky. Zvyčajne sa absorber kolektora ukladá na tepelnú izoláciu zhora a pevne sa fixuje ku dnu skrine spôsobom, ktorý závisí od materiálu použitého pri výrobe skrine.

Tepelná izolácia slúži na zníženie strát tepelnej energie cez dno skrine. Zariadenie v kovovej skrini vyrábať bez tepelnej izolácie je neracionálne (+)

Prijímač tepla solárneho kolektora

Je to absorbujúci prvok. Predstavuje systém rúrok, v ktorých sa ohrieva teplonosné médium, a dielov vyrobených najčastejšie z medeného plechu. Za optimálny materiál na výrobu tepelného prijímača sa považujú medené rúrky.

Domáci majstri vymysleli lacnejší variant – špirálový výmenník tepla z polypropylénových rúr.

Zaujímavé lacné riešenie – absorbér solárneho systému z flexibilnej polymérovej rúrky. Na pripojenie k zariadeniam na vstupe a výstupe sa používajú vhodné tvarovky. Výber dostupných prostriedkov, z ktorých je možné vyrobiť výmenník tepla solárneho kolektora, je pomerne široký. Môže to byť výmenník tepla zo starej chladničky, polyetylénové vodovodné rúry, oceľové panelové radiátory atď.

Dôležitým kritériom účinnosti je tepelná vodivosť materiálu, z ktorého je vyrobený výmenník tepla.

Pre vlastnú výrobu je optimálnou možnosťou meď. Má tepelnú vodivosť 394 W/m². U hliníka sa tento parameter pohybuje od 202 do 236 W/m².

Medené rúrky sa považujú za najvhodnejšiu možnosť na výrobu tepelného prijímača z hľadiska tepelnotechnických vlastností a odolnosti voči opotrebeniu.

Avšak veľký rozdiel v parametroch tepelnej vodivosti medzi medenými a polypropylénovými rúrkami vôbec neznamená, že výmenník tepla s medenými rúrkami bude poskytovať stonásobne väčšie objemy teplej vody.

Pri rovnakých podmienkach bude výkon výmenníka tepla z medených rúrok o 20 % efektívnejší ako výkon kovoplastových variantov. Takže výmenníky tepla vyrobené z polymérových rúrok majú právo na život. Navyše takéto varianty budú oveľa lacnejšie.

Bez ohľadu na materiál rúrok, všetky spoje, ako zvárané, tak aj závitové, musia byť tesné. Rúrky je možné umiestniť paralelne vedľa seba, ale aj v tvare špirály.

Schéma typu špirály znižuje počet spojov – to znižuje pravdepodobnosť netesností a zabezpečuje rovnomernejší pohyb prúdu teplonosnej látky.

Vrch debny, v ktorej sa nachádza výmenník tepla, sa zakrýva sklom. Alternatívne je možné použiť moderné materiály, ako je akrylový analóg alebo monolitický polykarbonát. Svetlopriepustný materiál nemusí byť hladký, ale môže byť vlnitý alebo matný.

V klasickom variante sa debna s kolektorom zakrýva tvrdeným sklom, plexisklom, polykarbonátom alebo podobným materiálom. Ľudoví majstri si zvykli namiesto skla používať polyetylén.

Takéto spracovanie znižuje odrazové schopnosti materiálu. Okrem toho musí tento materiál znášať značné mechanické zaťaženie.

V priemyselných vzorkách podobných solárnych systémov sa používa špeciálne solárne sklo. Toto sklo sa vyznačuje nízkym obsahom železa, čo zabezpečuje menšie straty tepelnej energie.

Akumulačná nádrž alebo predkomora

Ako akumulačnú nádrž je možné použiť akúkoľvek nádobu s objemom od 20 do 40 litrov. Postačí aj niekoľko menších nádrží spojených rúrkami do sériového reťazca. Akumulačnú nádrž sa odporúča zatepliť, pretože voda ohriata slnkom v neizolovanej nádobe bude rýchlo strácať tepelnú energiu.

V podstate by teplonosná látka v vykurovacom solárnom systéme mala cirkulovať bez akumulácie, pretože získanú tepelnú energiu je potrebné spotrebovať v čase jej získania. Akumulačná nádrž skôr plní funkciu rozdeľovača ohriatej vody a predkomory, ktorá udržiava stabilitu tlaku v systéme.

Akumulačná nádrž v solárnych systémoch funguje ako rozdeľovač vody a zásobník udržiavajúci tlak (+)

Etapy montáže heliosystému

Po výrobe kolektora a príprave všetkých konštrukčných prvkov systému je možné pristúpiť k samotnej montáži.

Jeden z variantov vyhotovenia špirály z polypropylénových rúr s fitinkami a T-kusmi pomôže rýchlo zostaviť slnečný kolektor (+)

Práca sa začína inštaláciou predkomory, ktorá sa spravidla umiestňuje v najvyššom možnom bode: na povale, na samostatne stojacej veži, na estakáde atď.

Pri montáži je potrebné zvážiť, že po naplnení systému kvapalným teplonosným médiom bude mať táto časť konštrukcie značnú hmotnosť. Preto je potrebné uistiť sa o spoľahlivosti stropu, prípadne ho zosilniť.

Po inštalácii nádrže sa pristupuje k inštalácii kolektora. Tento konštrukčný prvok systému sa umiestňuje na južnej strane. Uhol sklonu vzhľadom na horizont by mal byť od 35 do 45 stupňov.

Po inštalácii všetkých prvkov sa prepoja rúrami, čím sa spoja do jedného hydraulického systému. Tesnosť hydraulického systému je dôležitým kritériom, od ktorého závisí efektívna prevádzka slnečného kolektora.

Podľa schémy montáže solárneho systému na dodávku vody do letnej sprchy je možné postaviť konštrukciu na ohrev vody na polievanie alebo vytvorenie komfortných podmienok počas chladných večerov (+)

Na spojenie konštrukčných prvkov do jedného hydraulického systému sa používajú rúry s priemerom jeden palec a pol palca. Menší priemer sa používa na vybudovanie tlakovej časti systému.

Pod tlakovou časťou systému sa rozumie prívod vody do predkomory a odvod ohriateho teplonosného média do systému kúrenia a teplej úžitkovej vody. Zvyšná časť sa montuje pomocou rúr väčšieho priemeru.

Na zabránenie stratám tepelnej energie je potrebné rúry dôkladne izolovať. Na tento účel možno použiť polystyrén, čadičovú vatu alebo fóliové varianty moderných izolačných materiálov. Akumulačná nádrž a predkomora tiež podliehajú procedúre zateplenia.

Najjednoduchším a najdostupnejším variantom tepelnej izolácie akumulačnej nádrže je vybudovanie debny z preglejky alebo dosiek okolo nej. Priestor medzi debnou a nádržou je potrebné vyplniť izolačným materiálom. Môže to byť škvarová vata, zmes slamy s hlinou, suché piliny atď.

Solárny systém sa inštaluje tak, aby slnečné kolektory boli umiestnené na najviac osvetlenej strane domu alebo pozemku (+)

Testovanie pred uvedením do prevádzky

Po montáži všetkých prvkov systému a zateplení častí konštrukcií možno pristúpiť k naplneniu systému kvapalným teplonosným médiom. Počiatočné naplnenie systému by sa malo vykonať cez hrdlo umiestnené v spodnej časti kolektora.

To znamená, plnenie sa uskutočňuje zdola nahor. Vďaka takýmto opatreniam sa možno vyhnúť pravdepodobnému vzniku vzduchových bublín.

Voda alebo iné kvapalné teplonosné médium vstupuje do predkomory. Proces plnenia systému končí, keď z odvodňovacej rúry predkomory začne tiecť voda.

Pomocou plavákového ventilu je možné nastaviť optimálnu hladinu kvapaliny v predkomore. Po naplnení systému teplonosným médiom sa začne ohrievať v kolektore.

Proces zvyšovania teploty prebieha aj v zamračenom počasí. Ohriate teplonosné médium začína stúpať do hornej časti akumulačnej nádrže. Proces prirodzenej cirkulácie prebieha dovtedy, kým sa teplota teplonosného média vstupujúceho do radiátora nevyrovná s teplotou média vystupujúceho z kolektora.

Pri odbere vody v hydraulickom systéme sa aktivuje plavákový ventil umiestnený v predkomore. Tým sa udržiava konštantná hladina. Studená voda vstupujúca do systému pritom zostáva v spodnej časti akumulačnej nádoby. Proces miešania studenej a teplej vody takmer neprebieha.

V hydraulickom systéme je potrebné zabezpečiť inštaláciu uzatváracej armatúry, ktorá zabráni spätnej cirkulácii teplonosného média z kolektora do akumulátora. K tomu dochádza v prípade, keď teplota okolia klesne pod teplotu teplonosného média.

Takúto uzatváraciu armatúru zvyčajne používajú v nočných a večerných hodinách.

Prívod k miestam spotreby teplej vody sa realizuje pomocou štandardných zmiešavačov. Bežné jednoduché kohútiky radšej nepoužívať. V slnečnom počasí môže teplota vody dosiahnuť až 80°C – používať takú vodu priamo je nepohodlné. Zmiešavače tak umožnia výrazne ušetriť teplú vodu.

Výkon takéhoto solárneho ohrievača vody možno zvýšiť pridaním ďalších sekcií kolektorov. Konštrukcia plne umožňuje montovať od dvoch až po neobmedzený počet kusov.

Výkon heliosystému sa zvyšuje inštaláciou väčšieho počtu solárnych kolektorov

Základom takéhoto solárneho kolektora pre vykurovanie a ohrev teplej vody je princíp skleníkového efektu a takzvaný termosifónový efekt. Skleníkový efekt sa využíva v konštrukcii vykurovacieho prvku.

Slnečné lúče voľne prechádzajú cez priehľadný materiál hornej časti kolektora a premieňajú sa na tepelnú energiu.

Tepelná energia sa nachádza v uzavretom priestore vďaka tesnosti skrine sekcie kolektora. Termosifónový efekt sa využíva v hydraulickom systéme, keď ohriate teplonosné médium stúpa nahor, pričom vytláča studené teplonosné médium a núti ho pohybovať sa do zóny ohrevu.

Vďaka termosifónovému efektu v systéme dochádza k stabilnej a nepretržitej prirodzenej cirkulácii teplonosného média.

Výkon solárneho kolektora

Hlavným kritériom, ktoré ovplyvňuje výkon solárnych systémov, je intenzita slnečného žiarenia. Množstvo potenciálne užitočného slnečného žiarenia dopadajúceho na určité územie sa nazýva insolácia.

Hodnota insolácie v rôznych bodoch zemegule sa pohybuje v pomerne širokých medziach. Na určenie priemerných hodnôt tejto veličiny existujú špeciálne tabuľky. Zobrazujú priemernú hodnotu slnečnej insolácie pre ten-ktorý región.

Údaje o slnečnej insolácii v určitom regióne je možné získať zo špeciálnych máp a tabuliek (+)

Okrem hodnoty insolácie ovplyvňuje výkon systému plocha a materiál výmenníka tepla. Ďalším faktorom ovplyvňujúcim výkon systému je objem zásobníka. Optimálna kapacita zásobníka sa vypočíta na základe plochy adsorbérov kolektora.

V prípade plochého kolektora je to celková plocha rúr, ktoré sa nachádzajú v skrini kolektora. Táto hodnota sa v priemere rovná 75 litrom objemu zásobníka na jeden m² plochy rúrok kolektora. Zásobník je akýmsi tepelným akumulátorom.

Ceny továrenských zariadení

Leví podiel finančných nákladov na výstavbu takejto systému pripadá na výrobu kolektorov. To nie je prekvapujúce, aj v priemyselných vzorkách solárnych systémov pripadá asi 60% nákladov na tento konštrukčný prvok. Finančné náklady budú závisieť od výberu konkrétneho materiálu.

Treba poznamenať, že takýto systém nie je schopný vykúriť miestnosť, iba pomôže ušetriť náklady tým, že pomáha ohrievať vodu v systéme vykurovania. Vzhľadom na pomerne veľké náklady na energiu vynaloženú na ohrev vody, slnečný kolektor integrovaný do vykurovacieho systému výrazne znižuje takéto výdavky.

Slnečný kolektor sa pomerne jednoducho integruje do systému vykurovania a teplej úžitkovej vody (+)

Na jej výrobu sa používajú pomerne jednoduché a dostupné materiály. Navyše takáto konštrukcia je úplne energeticky nezávislá a nevyžaduje technickú údržbu. Starostlivosť o systém spočíva v pravidelnej kontrole a čistení skla kolektora od nečistôt.

Ďalšie informácie o organizácii solárneho vykurovania v dome sú uvedené v tomto článku.

Závery a užitočné video k téme

Proces výroby základného slnečného kolektora:

Ako zostaviť a uviesť do prevádzky heliosystém:

Prirodzene, svojpomocne vyrobený solárny kolektor nebude môcť konkurovať priemyselným modelom. Použitím dostupných materiálov je pomerne ťažké dosiahnuť vysokú účinnosť, akú majú priemyselné vzorky. Ale finančné náklady budú oveľa nižšie v porovnaní s nákupom hotových zariadení.

Napriek tomu svojpomocne vyrobený solárny vykurovací systém výrazne zvýši úroveň komfortu a zníži náklady na energiu, ktorá sa vyrába tradičnými zdrojmi.

Máte skúsenosti so stavbou solárneho kolektora? Alebo máte otázky k uvedenému materiálu? Prosím, podeľte sa o informácie s našimi čitateľmi. Komentáre môžete zanechať vo formulári nižšie.