Kuidas teha päikesekollektor küttesüsteemi jaoks oma kätega: samm-sammuline juhend

Traditsiooniliste energiaallikate hinnatõus sunnib eramajade omanikke otsima alternatiivseid lahendusi eluruumi kütmiseks ja vee soojendamiseks. Te nõustute, et rahaline aspekt mängib küttesüsteemi valikul olulist rolli.

Üks paljutõotavamaid energiavarustuse viise – päikesekiirguse muundamine. Selleks kasutatakse päikesesüsteeme. Mõistes nende ehitust ja tööpõhimõtet, pole päikesekollektori oma kätega valmistamine keeruline.

Tutvustame Teile päikesesüsteemide konstruktsiooni iseärasusi, pakume lihtsat montaažiskeemi ja kirjeldame materjale, mida võib kasutada. Tööetappe illustreerivad pildid, materjali täiendavad videod isetehtud kollektori ehitamisest ja kasutuselevõtust.

Tööpõhimõte ja ehituslikud iseärasused

Kaasaegsed päikesesüsteemid – üks alternatiivsete soojusallikate liike soojuse saamiseks. Neid kasutatakse abikütteseadmetena, mis muundavad päikesekiirguse koduomanikele kasulikuks energiaks.

Need suudavad täielikult varustada sooja vee ja küttega külmal aastaajal ainult lõunapoolsetes piirkondades. Ja sedagi vaid juhul, kui need hõivavad piisavalt suure pindala ja on paigaldatud avatud, puudega varjestamata aladele.

Vaatamata suurele hulgale sortidele, on nende tööpõhimõte sama. Iga päikesesüsteem on kontuur, milles seadmed paiknevad järjest ja mis varustab soojusenergiaga ning edastab selle tarbijale.

Peamised tööelemendid on fotoelementidel põhinevad päikesepatareid või päikesekollektorid. Päikesegeneraatori kokkupanek fotoplaatidelt on mõnevõrra keerulisem kui torukollektori puhul.

Selles artiklis vaatleme teist varianti – kollektoril põhinevat päikesesüsteemi.

Päikesekollektorid toimivad hetkel ainult energia abiandjatena. Täielikult maja kütte üleviimine päikesesüsteemile on ohtlik, kuna päikeseliste päevade täpset arvu on võimatu ennustada.

Kollektorid kujutavad endast torude süsteemi, mis on jadamisi ühendatud välja- ja sisselasketorustikuga või paigutatud spiraalina. Torudes ringleb tehniline vesi, õhuvool või vee ja mittetalveva segu.

Ringlust soodustavad füüsikalised nähtused: aurumine, rõhu ja tiheduse muutus ühest agregatsiooni olekust teise üleminekul jms.

Päikesekollektorite tööpõhimõte põhineb päikeseenergia hankimisel ja salvestamisel, mis antakse soojuskandjale (+).

Päikeseenergia kogumine ja akumuleerimine toimub absorberitega. Need on kas pidev metallplaat mustaks värvitud välispinnaga või üksikute plaatide süsteem, mis on kinnitatud torude külge.

Korpuse ülemise osa, kaane, valmistamiseks kasutatakse materjale, millel on kõrge valgusvoo läbilaskvus. See võib olla pleksiklaas, sarnased polümeermaterjalid, karastatud tavalise klaasi liigid.

Selleks, et vältida energia kadu seadme tagaküljelt, paigaldatakse karpi soojusisolatsioon.

Olgu öeldud, et polümeermaterjalid taluvad ultraviolettkiirguse mõju üsna halvasti. Kõigil plastiliikidel on piisavalt kõrge soojuspaisumistegur, mis sageli põhjustab korpuse tiheduse kaotust. Seetõttu tuleks selliste materjalide kasutamist kollektori korpuse valmistamiseks piirata.

Vett soojuskandjana saab kasutada ainult süsteemides, mis on mõeldud täiendava soojuse andmiseks sügis-/kevadperioodil. Kui plaanitakse päikesesüsteemi aastaringne kasutamine, vahetatakse enne esimest jahenemist tehniline vesi selle ja antifriisi seguga.

Õhk-päikesesüsteemides kasutatakse soojuskandjana õhku. Selle liikumise kanalid saab teha tavalisest profiilplekist (+).

Kui päikesekollektor paigaldatakse väikese ehitise kütmiseks, millel pole ühendust suvila autonoomse küttesüsteemi ega tsentraliseeritud võrkudega, rajatakse kõige lihtsam ühekontuuriline süsteem, mille alguses on kütteseade.

Ahelasse ei lisata tsirkulatsioonipumpasid ega kütteseadmeid. Skeem on äärmiselt lihtne, kuid see võib töötada ainult päikeselisel suvel.

Kaheahelalise tehnilise konstruktsiooni kollektori sisselülitamisel on kõik palju keerulisem, kuid rakendatavate päevade valik on oluliselt suurenenud. Kollektor töötleb ainult ühte ahelat. Ülekaalukas koormus lasub põhikütteseadmel, mis töötab elektri või mis tahes kütuseliigiga.

Päikesekollektori valmistamiseks võib kasutada valmis skeemi, võib ehitada oma pilootmudeli ja seda praktikas katsetada (+).

Vaatamata päikeseseadmete tootlikkuse otsesele sõltuvusele päikesepäevade arvust, on need nõutud ja nõudlus päikeseseadmete järele kasvab pidevalt. Need on populaarsed rahvakäsitööliste seas, kes püüavad suunata kõiki loodusenergia liike kasulikku kanalisse.

Liigitus temperatuurikriteeriumide alusel

Päikesesüsteemide erinevaid konstruktsioone klassifitseeritakse üsna paljude kriteeriumide järgi. Kuid seadmete puhul, mida saab ise valmistada ja kasutada sooja veevarustuseks ja kütteks, on kõige ratsionaalsem jaotus soojuskandja tüübi järgi.

Seega võivad süsteemid olla vedelik- ja õhksüsteemid. Esimest tüüpi kasutatakse sagedamini.

Lisaks kasutatakse sageli klassifikatsiooni temperatuuri järgi, milleni kollektori töösõlmed võivad soojeneda:

1. Madalatemperatuurilised. Variandid, mis suudavad soojuskandjat soojendada kuni 50 °C. Neid kasutatakse vee soojendamiseks kastmisnõudes, vannides ja duširuumides suvel ning mugavustingimuste parandamiseks jahedatel kevad-sügisõhtutel.
2. Kesktemperatuurilised. Tagavad soojuskandja temperatuuri 80 °C. Neid saab kasutada ruumide kütmiseks. Need variandid sobivad kõige paremini eramajade varustamiseks.
3. Kõrgetemperatuurilised. Soojuskandja temperatuur võib sellistes seadmetes ulatuda 200–300 ºC-ni. Neid kasutatakse tööstuslikus mastaabis, paigaldatakse tootmistsehhide, ärihoonete jm kütmiseks.

Kõrgetemperatuurilistes päikesesüsteemides kasutatakse üsna keerulist soojusenergia ülekande protsessi. Lisaks võtavad need palju ruumi, mida enamik meie maaelu armastajaid endale lubada ei saa.

Nende valmistamine on töömahukas, ja teostus nõuab spetsialiseeritud seadmeid. Sellist päikesesüsteemi on peaaegu võimatu ise valmistada.

Kõrgetemperatuuriliste päikesepatareide valmistamine fotoelektriliste muunduritega kodustes tingimustes on üsna keeruline

Kollektori valmistamine oma kätega

Päikeseseadme oma kätega valmistamine on põnev protsess, mis toob palju kasu. Tänu sellele saab tasuta päikesekiirgust otstarbekalt kasutada ja lahendada mitmeid olulisi majapidamisülesandeid. Vaatleme lamekollektori loomise eripära, mis varustab küttesüsteemi soojendatud veega.

Materjalid iseseisvaks kokkupanekuks

Kõige lihtsam ja kättesaadavam materjal päikesekollektori korpuse isekokkupanekuks – puitklots koos lauaga, vineeriga, OSB-plaatidega või sarnaste variantidega. Alternatiivina võib kasutada teras- või alumiiniumprofiili koos sarnaste lehtedega. Metallkorpuse hind on mõnevõrra kallim.

Materjalid peavad vastama nõuetele, mida esitatakse õues kasutatavatele konstruktsioonidele. Päikesekollektori kasutusiga varieerub 20 kuni 30 aastani.

Seega peavad materjalid omama teatud hulka tööomadusi, mis võimaldavad konstruktsiooni kasutada kogu selle aja jooksul.

Kõige odavam ja lihtsam materjalide variant korpuse valmistamiseks – saematerjali ja puitlaastplaatide kasutamine

Kui korpus tehakse puidust, siis saab materjali vastupidavust tagada immutamisega veepolümeeremulsioonidega ja katmisega värv- ja lakimaterjalidega.

Peamine põhimõte, mida tuleks päikesekollektori projekteerimisel ja kokkupanekul järgida, on materjalide kättesaadavus hinna ja ostuvõimaluse osas. See tähendab, et neid võib kas leida vabamüügist või ise valmistada kättesaadavatest käepärastest vahenditest.

Soojusisolatsiooni paigaldamise nüansid

Soojusenergia kadude vältimiseks paigaldatakse karbi põhjale isolatsioonimaterjal. See võib olla vahtpolüstüreen või mineraalvill. Kaasaegne tööstus toodab üsna laia valikut isolatsioonimaterjale.

Karbi soojustamiseks võib kasutada fooliumkattega isolatsioonimaterjale. Nii saab tagada nii soojusisolatsiooni kui ka päikesekiirte peegeldumise fooliumpinnast.

Kui isolatsioonimaterjalina kasutatakse jäika vahtpolüstüreeni või paisutatud polüstüreeni plaati, saab spiraali või torusüsteemi paigaldamiseks välja lõigata sooned. Tavaliselt paigaldatakse kollektori absorber soojustuse peale ja kinnitatakse tugevalt korpuse põhja külge viisil, mis sõltub korpuse valmistamisel kasutatud materjalist.

Soojusisolatsioon teenib soojusenergia kadude vähendamist läbi korpuse põhja. Metallkorpuses seadet ilma soojusisolatsioonita valmistada on ebaotstarbekas (+)

Päikesekollektori soojusneeldur

See on neelav element. See kujutab endast torude süsteemi, milles toimub soojuskandja soojenemine, ja detaile, mis on enamasti valmistatud lehtvasest. Optimaalseks materjaliks soojusvastuvõtja valmistamiseks peetakse vasktorusid.

Kodumeistrid on leiutanud odavama variandi – spiraalse soojusvaheti polüpropüleentorudest.

Huvitav eelarvelahendus – päikesesüsteemi absorber painduvast polümeertorust. Ühendamiseks sisse- ja väljalaske seadmetega kasutatakse sobivaid liitmikke. Käepäraste vahendite valik, millest saab valmistada päikesekollektori soojusvaheti, on üsna lai. See võib olla vana külmiku soojusvaheti, polüetüleenist veetorud, terasest paneelradiaatorid jne.

Efektiivsuse oluliseks kriteeriumiks on materjali soojusjuhtivus, millest soojusvaheti on valmistatud.

Iseseisvaks valmistamiseks on parim variant vask. Selle soojusjuhtivus on 394 W/m². Alumiiniumil on see parameeter vahemikus 202 kuni 236 W/m².

Vasktorud peetakse kõige optimaalsemaks variandiks soojusvastuvõtja valmistamiseks soojustehniliste omaduste ja kulumiskindluse poolest.

Suur erinevus soojusjuhtivuse parameetrites vask- ja polüpropüleenist torude vahel ei tähenda siiski, et vasktorudega soojusvaheti annab sadu kordi rohkem kuuma vett.

Võrdsetel tingimustel on vasktorudest soojusvaheti tootlikkus 20% tõhusam kui metallplastist variantide tootlikkus. Seega on polümeertorudest valmistatud soojusvahetitel õigus eksisteerida. Lisaks on need variandid palju odavamad.

Sõltumata torude materjalist peavad kõik ühendused, nii keevitatud kui ka keermestatud, olema tihedad. Torusid saab paigutada nii paralleelselt üksteise suhtes kui ka mähisena.

Mähisetaoline skeem vähendab ühenduste arvu – see vähendab lekete tõenäosust ja tagab soojuskandja voolu ühtlasema liikumise.

Kasti ülaosa, milles asub soojusvaheti, suletakse klaasiga. Alternatiivina võib kasutada kaasaegseid materjale, nagu akrüülanaloog või monoliitne polükarbonaat. Valgust läbilaskev materjal võib olla mitte sile, vaid sooniline või matt.

Klassikalises variandis suletakse kollektori kast karastatud klaasi, pleksiklaasi, polükarbonaadi või sarnase materjaliga. Rahvameistrid on harjunud klaasi asemel kasutama polüetüleeni.

Selline töötlus vähendab materjali peegeldusvõimet. Lisaks peab see materjal taluma märkimisväärseid mehaanilisi koormusi.

Tööstuslikes näidistes sarnastes päikesesüsteemides kasutatakse spetsiaalset päikeseklaasi. Sellist klaasi iseloomustab madal rauasisaldus, mis tagab väiksema soojusenergia kadu.

Akumulatsioonipaak või eelkamber

Akumulatsioonipaagina võib kasutada mis tahes mahutit mahuga 20–40 liitrit. Sobib ka rida mõnevõrra väiksema mahuga paake, mis on torudega järjestikku ühendatud. Akumulatsioonipaaki on soovitatav isoleerida, sest päikesesoojendatud vesi isolatsioonita mahutis kaotab kiiresti soojusenergiat.

Põhimõtteliselt peab soojuskandja küttesüsteemis tsirkuleerima ilma akumuleerimata, kuna temalt saadud soojusenergia tuleb kasutada selle saamise ajal. Akumulatsioonimahuti täidab pigem soojendatud vee jaoturi ja eeskambri funktsiooni, mis hoiab süsteemis stabiilset rõhku.

Akumulatsioonimahuti päikesesüsteemides toimib vee jaoturi ja rõhku säilitava reservuaarina (+)

Päikesesüsteemi monteerimise etapid

Pärast kollektori valmistamist ja kõigi süsteemi konstruktsiooniosade ettevalmistamist võib alustada otsese paigaldusega.

Üks võimalus polüpropüleentorudest, liitmike ja teedega spiraali ehitamiseks aitab kiiresti päikesekollektori kokku panna (+)

Töö algab eelkambri paigaldamisega, mis tavaliselt asetatakse võimalikult kõrgesse punkti: pööningule, eraldiseisvale tornile, estakaadile jne.

Paigaldamisel tuleb arvestada, et pärast süsteemi täitmist vedela soojuskandjaga on sellel konstruktsiooniosal märkimisväärne kaal. Seetõttu tuleb veenduda lae usaldusväärsuses või tugevdada seda.

Pärast mahuti paigaldamist asutakse kollektori paigaldamisele. See konstruktsioonielement asetatakse lõunaküljele. Kaldenurk horisondi suhtes peaks olema 35–45 kraadi.

Pärast kõigi elementide paigaldamist seotakse need torudega, ühendades ühtseks hüdrosüsteemiks. Hüdrosüsteemi tihedus on oluline kriteerium, millest sõltub päikesekollektori tõhus töö.

Vastavalt suvise duši veevarustuse päikeseenergiasüsteemi kokkupanemise skeemile saab ehitada konstruktsiooni, et soojendada vett kastmiseks või luua mugavaid tingimusi jahedatel õhtutel (+)

Konstruktsioonielementide ühendamiseks ühtseks hüdrosüsteemiks kasutatakse torusid läbimõõduga toll ja pool tolli. Väiksemat läbimõõtu kasutatakse süsteemi surveosa jaoks.

Süsteemi surveosa all mõeldakse vee sisseviimist eelkambrisse ja soojendatud soojuskandja väljaviimist küttesüsteemi ja sooja vee varustusse. Ülejäänud osa paigaldatakse suurema läbimõõduga torude abil.

Soojusenergia kadude vältimiseks tuleb torud hoolikalt isoleerida. Selleks võib kasutada vahtpolüstüreeni, basaltvilla või fooliumkattega kaasaegseid isolatsioonimaterjale. Akumulatsioonimahuti ja eelkamber kuuluvad samuti soojustamisprotseduuri alla.

Kõige lihtsam ja kättesaadavam variant akumulatsioonimahuti soojustamiseks on ehitada selle ümber vineerist või laudadest kast. Kast ja mahuti vaheline ruum tuleb täita soojustusmaterjaliga. See võib olla räbuvill, õlgede ja savi segu, kuiv saepuru jne.

Päikeseenergiasüsteem paigaldatakse nii, et päikesekollektorid asuvad maja või krundi kõige valgustatumal küljel (+)

Katsetamine enne kasutuselevõttu

Pärast kõigi süsteemi elementide paigaldamist ja osa konstruktsioonide soojustamist võib alustada süsteemi täitmist vedela soojuskandjaga. Süsteemi esmane täitmine tuleb teha läbi kollektori alumises osas asuva toruühenduse.

See tähendab, et täitmine toimub alt üles. Tänu sellistele tegevustele saab vältida tõenäolist õhulukkude teket.

Vesi või muu vedel soojuskandja siseneb eelkambrisse. Süsteemi täitmisprotsess lõpeb siis, kui eelkambri äravoolutorust hakkab vett voolama.

Ujukklapi abil saab reguleerida optimaalset vedelikutaset eelkambris. Pärast süsteemi täitmist soojuskandjaga hakkab see kollektoris kuumenema.

Temperatuuri tõusmisprotsess toimub isegi pilves ilmaga. Kuumutatud soojuskandja hakkab tõusma akumulatsioonipaagi ülemisse ossa. Loomulik tsirkulatsiooniprotsess jätkub seni, kuni radiaatorisse siseneva soojuskandja temperatuur võrdsustub kollektorist väljuva kandja temperatuuriga.

Veekulu korral hüdrosüsteemis aktiveerub eelkambris asuv ujukklapp. Nii hoitakse pidevat taset. Samal ajal jääb süsteemi sisenev külm vesi akumulatsioonimahuti alumisse ossa. Külma ja kuuma vee segunemisprotsessi praktiliselt ei toimu.

Hüdrosüsteemis tuleb ette näha sulgarmatuuri paigaldamine, mis takistab soojuskandja tagasivoolu kollektorist akumulaatorisse. See juhtub siis, kui ümbritseva keskkonna temperatuur langeb madalamale kui soojuskandja temperatuur.

Sellist sulgarmatuuri kasutatakse tavaliselt öösel ja õhtul.

Kuuma vee tarbimiskohtade juurdeviimine toimub tavaliste segistite abil. Tavalisi üksikuid kraane on parem mitte kasutada. Päikesepaistelise ilmaga võib vee temperatuur ulatuda 80°C-ni – sellist vett on otseselt ebamugav kasutada. Seega võimaldavad segistid oluliselt säästa kuuma vett.

Sellise päikesesoojendi tootlikkust saab tõsta, lisades täiendavaid kollektorisektsioone. Konstruktsioon võimaldab paigaldada kahest kuni piiramatu arvuni tükke.

Heliosüsteemi tootlikkus suureneb, paigaldades rohkem päikesekollektoreid

Sellise kütte- ja soojaveevarustuse päikesekollektori aluseks on kasvuhooneefekti ja nn termosifooniefekti põhimõte. Kasvuhooneefekti kasutatakse kütteelemendi konstruktsioonis.

Päikesekiired läbivad takistamatult kollektori ülemise osa läbipaistvat materjali ja muunduvad soojusenergiaks.

Soojusenergia satub suletud ruumi tänu kollektorisektsiooni korba hermeetilisusele. Termosifooniefekti kasutatakse hüdrosüsteemis, kui kuumutatud soojuskandja tõuseb üles, samal ajal tõrjudes välja külma soojuskandja ja sundides seda liikuma küttepiirkonda.

Tänu termosifooniefektile toimub süsteemis stabiilne ja pidev soojuskandja loomulik ringlus

Päikesekollektori tootlikkus

Peamine kriteerium, mis mõjutab päikeseenergiasüsteemide tootlikkust, on päikesekiirguse intensiivsus. Teatud territooriumile langeva potentsiaalselt kasuliku päikesekiirguse hulka nimetatakse insolatsiooniks.

Insolatsiooni suurus varieerub maakera eri punktides üsna laias ulatuses. Selle suuruse keskmiste näitajate määramiseks on olemas spetsiaalsed tabelid. Need kajastavad konkreetse piirkonna keskmist päikeseinsolatsiooni.

Andmeid päikeseinsolatsiooni kohta konkreetses piirkonnas saab spetsiaalsetest kaartidest ja tabelitest (+)

Lisaks insolatsiooni suurusele mõjutavad süsteemi tootlikkust soojusvaheti pindala ja materjal. Teine süsteemi tootlikkust mõjutav tegur on akumulatsioonipaagi maht. Paagi optimaalne mahutavus arvutatakse kollektori adsorberite pindala alusel.

Lamekollektori puhul on see kollektori kastis olevate torude kogupindala. See suurus on keskmiselt võrdne 75 liitri paagi mahuga kollektori torude pindala ühe m² kohta. Akumulatsioonimaht on omamoodi soojusaku.

Tehaseseadmete hinnad

Suurem osa sellise süsteemi ehitamise rahalistest kuludest langeb kollektorite valmistamisele. See pole üllatav, isegi tööstuslike päikeseenergiasüsteemide näidiste puhul moodustab umbes 60% maksumusest see konstruktsioonielement. Rahalised kulud sõltuvad valitud materjalist.

Tuleb märkida, et selline süsteem ei suuda ruumi kütta, see aitab vaid kuludelt kokku hoida, aidates soojendada vett küttesüsteemis. Arvestades üsna suuri energiakulusid, mis kuluvad vee soojendamisele, vähendab küttesüsteemi integreeritud päikesekollektor selliseid kulusid oluliselt.

Päikesekollektorit on üsna lihtne integreerida küttesüsteemi ja sooja vee süsteemi (+)

Selle valmistamiseks kasutatakse üsna lihtsaid ja kättesaadavaid materjale. Pealegi on selline konstruktsioon täielikult energiasõltumatu ega vaja tehnilist hooldust. Süsteemi hooldus taandub kollektori klaasi perioodilisele kontrollile ja puhastamisele saasteainetest.

Täiendav teave päikesekütte korraldamise kohta majas on esitatud selles artiklis.

Järeldused ja kasulik video teemal

Elementaarse päikesekollektori valmistamise protsess:

Kuidas päikesesüsteemi kokku panna ja kasutusele võtta:

Loomulikult ei suuda ise valmistatud päikesekollektor konkureerida tööstuslike mudelitega. Olemasolevaid materjale kasutades on üsna raske saavutada kõrget kasutegurit, mis on tööstuslikele näidistele omane. Kuid ka rahalised kulud on palju väiksemad võrreldes valmis seadmete ostmisega.

Sellegipoolest tõstab omavalmistatud päikeseküttesüsteem oluliselt mugavustaset ja vähendab traditsiooniliste allikate toodetud energia kulusid.

Kas teil on kogemusi päikesekollektori ehitamisel? Või on esitatud materjali kohta küsimusi? Palun jagage teavet meie lugejatega. Kommentaare saab jätta allpool asuvasse vormi.