Kako napraviti solarni kolektor za grijanje vlastitim rukama: upute korak po korak

Poskupljenje tradicionalnih izvora energije potiče vlasnike privatnih domova da traže alternativne mogućnosti grijanja stambenih prostora i vode. Složite se, financijska sastavnica pitanja igra značajnu ulogu pri odabiru sustava grijanja.

Jedan od najperspektivnijih načina opskrbe energijom je pretvaranje sunčevog zračenja. Za to se koriste solarni sustavi. Razumijevajući princip njihove građe i mehanizam rada, izrada solarnog kolektora za grijanje vlastitim rukama neće predstavljati velik napor.

Ispričat ćemo vam o konstrukcijskim značajkama solarnih sustava, ponudit ćemo jednostavnu shemu sastavljanja i opisat ćemo materijale koji se mogu koristiti. Faze radova popraćene su vizualnim fotografijama, materijal je dopunjen videozapisima o izradi i puštanju u rad samogradnog kolektora.

Princip rada i konstrukcijske značajke

Suvremeni solarni sustavi jedan su od vrsta alternativnih izvora topline. Koriste se kao pomoćna ogrjevna oprema koja sunčevo zračenje pretvara u energiju korisnu vlasnicima doma.

Oni su u stanju potpuno osigurati toplu vodu i grijanje tijekom hladnog dijela godine samo u južnim regijama. I to samo ako zauzimaju dovoljno veliku površinu i instalirani su na otvorenim, nezasjenjenim drvećem površinama.

Unatoč velikom broju vrsta, princip rada im je isti. Svaki solarni sustav predstavlja krug sa serijskim rasporedom uređaja koji isporučuju toplinsku energiju i predaju je potrošaču.

Osnovni radni elementi su solarni paneli na fotoćelijama ili solarni kolektori. Tehnologija sastavljanja solarnog generatora na fotopločama nešto je složenija od cijevnih kolektora.

U ovom članku razmotrit ćemo drugu varijantu – kolektorski solarni sustav.

Sunčani kolektori zasad služe kao pomoćni izvori energije. Potpuno prebacivanje grijanja kuće na solarni sustav opasno je zbog nemogućnosti preciznog predviđanja broja sunčanih dana.

Kolektori predstavljaju sustav cijevi povezanih u seriju s izlaznim i ulaznim vodom ili postavljenih u obliku zmijolike spirale. Kroz cijevi cirkulira tehnička voda, zračna struja ili mješavina vode s nekom tekućinom koja se ne smrzava.

Cirkulaciju potiču fizički fenomeni: isparavanje, promjena tlaka i gustoće pri prijelazu iz jednog agregatnog stanja u drugo itd.

Princip rada sunčanih kolektora temelji se na dobivanju i akumuliranju sunčeve energije koja se prenosi na toplinski medij (+)

Sakupljanje i akumulacija sunčeve energije vrši se apsorberima. To je ili puna metalna ploča s pocrnjenom vanjskom površinom ili sustav odvojenih ploča pričvršćenih na cijevi.

Za izradu gornjeg dijela kućišta, poklopca, koriste se materijali s visokom propusnošću svjetlosnog toka. To može biti pleksiglas, slični polimerni materijali, kaljene vrste tradicionalnog stakla.

Kako bi se isključili gubici energije sa stražnje strane uređaja, u kutiju se postavlja toplinska izolacija

Treba reći da polimerni materijali prilično loše podnose utjecaj ultraljubičastih zraka. Sve vrste plastike imaju prilično visok koeficijent toplinskog širenja, što često dovodi do gubitka brtvljenja kućišta. Stoga upotrebu takvih materijala za izradu kućišta kolektora treba ograničiti.

Voda kao toplinski medij može se koristiti samo u sustavima namijenjenim za opskrbu dodatnom toplinom u jesensko/proljetnom razdoblju. Ako se planira cjelogodišnje korištenje solarnog sustava, prije prvog zahlađenja tehnička voda se zamjenjuje mješavinom vode s antifrizom.

U zračnim solarnim sustavima zrak se koristi kao toplinski medij. Kanali za njegovo kretanje mogu se napraviti od običnog profiliranog lima (+)

Ako se solarni kolektor postavlja za grijanje male zgrade koja nema veze s autonomnim grijanjem vikendice ili centraliziranim mrežama, gradi se najjednostavniji jednokružni sustav s uređajem za grijanje na njegovom početku.

U lanac se ne uključuju cirkulacijske pumpe i uređaji za grijanje. Shema je krajnje jednostavna, ali može raditi samo sunčanog ljeta.

Kad se kolektor uključi u dvokružni tehnički sustav, sve je daleko složenije, ali je i raspon dana pogodnih za primjenu znatno povećan. Kolektor obrađuje samo jedan krug. Prevladavajuće opterećenje pada na glavni grijački agregat koji radi na električnu energiju ili bilo koju vrstu goriva.

Za izradu solarnog kolektora možete koristiti gotovu shemu, možete napraviti vlastiti pilot model i isprobati ga u praksi (+)

Unatoč izravnoj ovisnosti učinkovitosti solarnih uređaja o broju sunčanih dana, oni su traženi, a potražnja za solarnim uređajima stabilno raste. Popularni su među domaćim majstorima koji nastoje usmjeriti sve vrste prirodne energije u korisne svrhe.

Klasifikacija prema temperaturnim kriterijima

Postoji prilično velik broj kriterija prema kojima se klasificiraju različite konstrukcije solarnih sustava. Međutim, za uređaje koje možete napraviti sami i koristiti za opskrbu toplom vodom i grijanje, najracionalnija je podjela prema vrsti toplinskog medija.

Dakle, sustavi mogu biti tekućinski i zračni. Prvi tip se češće primjenjuje.

Osim toga, često se koristi klasifikacija prema temperaturi do koje se radni dijelovi kolektora mogu zagrijati:

1. Niskotemperaturni. Varijante koje mogu zagrijati toplinski medij do 50ºS. Koriste se za zagrijavanje vode u spremnicima za navodnjavanje, u kupaonicama i tuševima ljeti, te za poboljšanje ugodnih uvjeta u prohladnim proljetno-jesenskim večerima.
2. Srednjetemperaturni. Osiguravaju temperaturu toplinskog medija od 80 ºS. Mogu se koristiti za grijanje prostorija. Ove varijante su najprikladnije za opremanje privatnih kuća.
3. Visokotemperaturne. Temperatura toplinskog medija u takvim sustavima može doseći 200-300 °C. Koriste se u industrijskim razmjerima, ugrađuju se za grijanje proizvodnih radionica, poslovnih zgrada itd.

U visokotemperaturnim solarnim sustavima koristi se prilično složen proces prijenosa toplinske energije. Osim toga, zauzimaju impresivan prostor, što si većina naših ljubitelja prigradskog života ne može priuštiti.

Proces njihove izrade je radno intenzivan, a realizacija zahtijeva specijaliziranu opremu. Samostalno napraviti takav solarni sustav gotovo je nemoguće.

Visokotemperaturne solarne ploče s fotonaponskim pretvaračima prilično je teško napraviti u kućnim uvjetima.

Izrada kolektora vlastitim rukama

Izrada solarnog uređaja vlastitim rukama – fascinantan proces koji donosi mnoge koristi. Zahvaljujući njemu moguće je racionalno koristiti besplatno sunčevo zračenje, riješiti nekoliko važnih kućanskih zadataka. Razmotrit ćemo specifičnosti izrade ravnog kolektora koji isporučuje zagrijanu vodu u sustav grijanja.

Materijali za samostalnu montažu

Najjednostavniji i najpristupačniji materijal za samostalnu montažu kućišta sunčevog kolektora – drvena gredica s daskom, šperpločom, OSB pločama ili sličnim opcijama. Kao alternativa može se upotrijebiti čelični ili aluminijski profil s istovrsnim pločama. Metalno kućište bit će nešto skuplje.

Materijali moraju odgovarati zahtjevima koji se postavljaju za konstrukcije koje se koriste na otvorenom. Vijek trajanja sunčevog kolektora varira od 20 do 30 godina.

A to znači da materijali moraju imati određeni skup radnih svojstava koja će omogućiti korištenje konstrukcije tijekom cijelog vijeka.

Najjeftinija i najjednostavnija opcija materijala za izradu kućišta – upotreba građe i iverica

Ako se kućište izrađuje od drva, trajnost materijala može se osigurati impregnacijom vodno-polimernim emulzijama i premazivanjem lakom i bojom.

Osnovno načelo kojega se treba pridržavati pri projektiranju i montaži sunčevog kolektora jest dostupnost materijala u pogledu cijene i mogućnosti nabave. To jest, oni se mogu ili naći u slobodnoj prodaji ili samostalno izraditi od dostupnih improviziranih sredstava.

Nijanse uređenja toplinske izolacije

Kako bi se spriječili gubici toplinske energije, na dno kutije se ugrađuje izolacijski materijal. To može biti stiropor ili mineralna vuna. Suvremena industrija proizvodi prilično široku paletu izolacijskih materijala.

Za izolaciju kutije mogu se koristiti folirani izolacijski materijali. Na taj način može se osigurati i toplinska izolacija i odbijanje sunčevih zraka od folirane površine.

Ako se kao izolacijski materijal koristi kruta ploča od stiropora ili ekspandiranog polistirena, za polaganje spirale ili sustava cijevi mogu se izrezati utori. Obično se apsorber kolektora postavlja na toplinsku izolaciju odozgo i čvrsto pričvršćuje na dno kućišta na način koji ovisi o materijalu korištenom u izradi kućišta.

Toplinska izolacija služi za smanjenje gubitaka toplinske energije kroz dno kućišta. Uređaj u metalnom kućištu nije racionalno izrađivati bez toplinske izolacije (+)

Toplinski prijemnik solarnog kolektora

To je apsorbirajući element. Predstavlja sustav cijevi u kojima se zagrijava toplinski medij i dijelove koji su najčešće izrađeni od bakrenog lima. Optimalnim materijalom za izradu toplinskog prijemnika smatraju se bakrene cijevi.

Kućni majstori izumili su jeftiniju inačicu – spiralni izmjenjivač topline iz polipropilenskih cijevi.

Zanimljivo proračunsko rješenje – apsorber solarnog sustava od fleksibilne polimerne cijevi. Za spajanje s uređajima na ulazu i izlazu koriste se odgovarajući priključci. Izbor dostupnih materijala od kojih se može izraditi izmjenjivač topline solarnog kolektora prilično je širok. To može biti izmjenjivač topline starog hladnjaka, polietilenske vodovodne cijevi, čelični panelni radijatori itd.

Važan kriterij učinkovitosti je toplinska vodljivost materijala od kojeg je izrađen izmjenjivač topline.

Za samostalnu izradu optimalna opcija je bakar. On ima toplinsku vodljivost koja iznosi 394 W/m². Kod aluminija taj parametar varira od 202 do 236 W/m².

Bakrene cijevi smatraju se najoptimalnijom opcijom za izradu toplinskog prijemnika zbog svojih toplinsko-tehničkih svojstava i otpornosti na habanje

Međutim, velika razlika u parametrima toplinske provodljivosti između bakrenih i polipropilenskih cijevi uopće ne znači da će izmjenjivač topline s bakrenim cijevima proizvoditi stotinama puta veće količine tople vode.

Pod jednakim uvjetima, učinkovitost izmjenjivača topline od bakrenih cijevi bit će 20% veća nego učinkovitost metaloplastičnih varijanti. Stoga izmjenjivači topline izrađeni od polimernih cijevi imaju pravo na postojanje. Osim toga, takve varijante bit će znatno jeftinije.

Bez obzira na materijal cijevi, svi spojevi, i zavareni i navojni, moraju biti nepropusni. Cijevi se mogu postaviti paralelno jedna uz drugu ili u obliku zmijolike spirale.

Zmijoliki raspored smanjuje broj spojeva – to smanjuje vjerojatnost curenja i osigurava ravnomjernije kretanje toka toplinskog medija.

Vrh kutije u kojoj se nalazi izmjenjivač topline prekriva se staklom. Kao alternativu možete koristiti suvremene materijale, poput akrilnog analoga ili monolitnog polikarbonata. Prozirni materijal može biti ne samo gladak, već i rebrast ili mat.

U klasičnoj varijanti kutija s kolektorom prekriva se kaljenim staklom, pleksiglasom, polikarbonatom ili sličnim materijalom. Narodni majstori su se priviknuli umjesto stakla koristiti polietilen.

Takva obrada smanjuje reflektirajuća svojstva materijala. Osim toga, ovaj materijal mora izdržati značajna mehanička opterećenja.

U industrijskim primjercima takvih solarnih sustava koristi se posebno solarno staklo. Takvo staklo karakterizira nizak udio željeza, što osigurava manje gubitke toplinske energije.

Akumulacijski spremnik ili predkomora

Kao akumulacijski spremnik može se koristiti bilo koji spremnik volumena od 20 do 40 litara. Prikladan je i niz nešto manjih spremnika povezanih cijevima u serijski lanac. Preporučuje se izolirati akumulacijski spremnik jer će voda zagrijana na suncu u neizoliranom spremniku brzo gubiti toplinsku energiju.

U biti, toplinski medij u solarnom sustavu grijanja treba cirkulirati bez akumulacije, jer se primljena toplinska energija mora trošiti u trenutku dobivanja. Akumulacijski spremnik više obavlja funkciju razdjelnika zagrijane vode i predkomore koja održava stabilnost tlaka u sustavu.

Akumulacijski spremnik u solarnim sustavima radi kao razdjelnik vode i spremnik koji održava tlak (+)

Faze sastavljanja solarnog sustava

Nakon izrade kolektora i pripreme svih sastavnih konstrukcijskih elemenata sustava, možete pristupiti izravnoj montaži.

Jedna od varijanti uređaja zavojnice od polipropilenskih cijevi s priključcima i trojnicima pomoći će brzo sastaviti sunčani kolektor (+)

Rad počinje instalacijom predkomore, koju se obično postavlja na najvišoj mogućoj točki: na tavanu, zasebno stojećem tornju, estakadi itd.

Pri montaži treba uzeti u obzir da će nakon punjenja sustava tekućim toplinskim medijem ovaj dio konstrukcije imati znatnu težinu. Stoga treba provjeriti pouzdanost stropa ili ga ojačati.

Nakon instalacije spremnika pristupa se instalaciji kolektora. Ovaj konstrukcijski element sustava postavlja se na južnu stranu. Kut nagiba u odnosu na liniju horizonta treba iznositi od 35 do 45 stupnjeva.

Nakon instalacije svih elemenata, oni se povezuju cijevima, spajajući u jedinstveni hidraulički sustav. Nepropusnost hidrauličkog sustava važan je kriterij o kojem ovisi učinkovit rad sunčanog kolektora.

Prema shemi sastavljanja heliosustava za opskrbu vodom u ljetni tuš može se izgraditi konstrukcija za zagrijavanje vode za navodnjavanje ili stvaranje ugodnih uvjeta u svježim večerima (+)

Za spajanje konstrukcijskih elemenata u jedinstveni hidraulički sustav koriste se cijevi promjera jedan inč i pola inča. Manji promjer koristi se za uređaj tlačnog dijela sustava.

Pod tlačnim dijelom sustava podrazumijeva se ulaz vode u predkomoru i izlaz zagrijanog toplinskog medija u sustav grijanja i tople vode. Ostali dio montira se pomoću cijevi većeg promjera.

Radi sprječavanja gubitaka toplinske energije, cijevi treba pažljivo izolirati. U tu svrhu mogu se koristiti stiropor, bazaltna vuna ili folijski oblici suvremenih izolacijskih materijala. Akumulacijski spremnik i predkomora također podliježu postupku izolacije.

Najjednostavnija i najpristupačnija varijanta toplinske izolacije akumulacijskog spremnika je izgradnja kutije od šperploče ili dasaka oko njega. Prostor između kutije i spremnika treba ispuniti izolacijskim materijalom. To može biti troska vuna, mješavina slame i gline, suhe piljevine itd.

Heliosustav se postavlja tako da sunčani kolektori budu smješteni na najosvijetljenijoj strani kuće ili parcele (+)

Ispitivanje prije puštanja u rad

Nakon montaže svih elemenata sustava i izolacije dijelova konstrukcija može se pristupiti punjenju sustava tekućim toplinskim medijem. Početno punjenje sustava treba izvršiti kroz priključak koji se nalazi u donjem dijelu kolektora.

Odnosno, punjenje se vrši odozdo prema gore. Zahvaljujući takvim radnjama može se izbjeći moguće stvaranje zračnih čepova.

Voda ili drugo tekuće toplinsko sredstvo ulazi u predkomoru. Proces punjenja sustava završava kada iz odvodne cijevi predkomore počne teći voda.

Pomoću plovnog ventila može se podesiti optimalna razina tekućine u predkomori. Nakon punjenja sustava nosačem topline, on se počinje zagrijavati u kolektoru.

Proces porasta temperature odvija se čak i po oblačnom vremenu. Zagrijani nosač topline počinje se dizati u gornji dio spremnika. Proces prirodne cirkulacije odvija se sve dok se temperatura nosača topline koji ulazi u radijator ne izjednači s temperaturom nosača koji izlazi iz kolektora.

Pri potrošnji vode u hidrauličkom sustavu aktivirat će se plovni ventil koji se nalazi u predkomori. Na taj način održavat će se konstantna razina. Pritom će hladna voda koja ulazi u sustav biti u donjem dijelu spremnika. Proces miješanja hladne i tople vode praktički se ne događa.

U hidrauličkom sustavu treba predvidjeti ugradnju zapornog ventila koji će spriječiti povratnu cirkulaciju nosača topline iz kolektora u spremnik. To se događa u slučaju kada temperatura okoline padne niže od temperature nosača topline.

Takav se zaporni ventil u pravilu koristi noću i navečer.

Dovod do mjesta potrošnje tople vode ostvaruje se pomoću standardnih miješalica. Obične jednostruke slavine bolje je ne koristiti. Po sunčanom vremenu temperatura vode može doseći 80°C – korištenje takve vode izravno je nezgodno. Stoga miješalice omogućuju značajnu uštedu tople vode.

Učinkovitost takvog solarnog grijača vode može se povećati dodavanjem dodatnih sekcija kolektora. Konstrukcija u potpunosti omogućuje montažu od dva do neograničenog broja komada.

Učinkovitost solarnog sustava povećava se postavljanjem većeg broja solarnih kolektora

U osnovi takvog solarnog kolektora za grijanje i pripremu tople vode leži princip stakleničkog efekta i tzv. termosifonskog efekta. Staklenički efekt koristi se u konstrukciji grijaćeg elementa.

Sunčeve zrake nesmetano prolaze kroz prozirni materijal gornjeg dijela kolektora i pretvaraju se u toplinsku energiju.

Toplinska energija nalazi se u zatvorenom prostoru zahvaljujući nepropusnosti kutije sekcije kolektora. Termosifonski efekt koristi se u hidrauličkom sustavu kada se zagrijani nosač topline diže prema gore, istovremeno istiskujući hladni nosač topline i tjerajući ga da se kreće u zonu zagrijavanja.

Zahvaljujući termosifonskom efektu, u sustavu se odvija stabilna i kontinuirana prirodna cirkulacija nosača topline

Proizvodnost solarnog kolektora

Glavni kriterij koji utječe na učinkovitost solarnih sustava je intenzitet sunčevog zračenja. Količina potencijalno korisnog sunčevog zračenja koje pada na određeno područje naziva se insolacija.

Veličina insolacije u različitim točkama na Zemlji varira u prilično širokim granicama. Za određivanje prosječnih vrijednosti ove veličine postoje posebne tablice. One prikazuju prosječnu vrijednost sunčeve insolacije za pojedinu regiju.

Podatke o sunčevoj insolaciji u određenoj regiji moguće je dobiti iz posebnih karata i tablica (+)

Osim veličine insolacije, na učinkovitost sustava utječu površina i materijal izmjenjivača topline. Još jedan čimbenik koji utječe na učinkovitost sustava je volumen spremnika. Optimalni kapacitet spremnika izračunava se na temelju površine apsorbera kolektora.

U slučaju ravnog kolektora, to je ukupna površina cijevi koje se nalaze u kutiji kolektora. Ta vrijednost u prosjeku iznosi 75 litara volumena spremnika po jednom m² površine cijevi kolektora. Spremnik je svojevrsni toplinski akumulator.

Cijene tvorničkih uređaja

Lavovski dio financijskih troškova za izgradnju takvog sustava otpada na izradu kolektora. To nije iznenađujuće, čak i u industrijskim primjercima solarnih sustava oko 60% troškova otpada na ovaj konstrukcijski element. Financijski troškovi ovisit će o odabiru pojedinog materijala.

Treba napomenuti da takav sustav nije u stanju zagrijati prostoriju, već samo pomaže uštedjeti na troškovima tako što pomaže zagrijati vodu u sustavu grijanja. S obzirom na prilično velike troškove energije koji se troše na zagrijavanje vode, solarni kolektor integriran u sustav grijanja značajno smanjuje takve troškove.

Solarni kolektor se prilično jednostavno integrira u sustav grijanja i opskrbe toplom vodom (+)

Za njegovu izradu koriste se prilično jednostavni i dostupni materijali. Osim toga, takva je konstrukcija potpuno energetski neovisna i ne zahtijeva tehničko održavanje. Održavanje sustava svodi se na povremeni pregled i čišćenje stakla kolektora od onečišćenja.

Dodatne informacije o organizaciji solarnog grijanja u kući prikazane su u ovom članku.

Zaključci i koristan video na temu

Postupak izrade osnovnog solarnog kolektora:

Kako sastaviti i pustiti u rad solarni sustav:

Naravno, samostalno izrađen solarni kolektor neće moći konkurirati industrijskim modelima. Korištenjem dostupnih materijala prilično je teško postići visoku učinkovitost kakvu imaju industrijski uzorci. No financijski troškovi bit će znatno manji u usporedbi s kupnjom gotovih uređaja.

Ipak, samostalno izrađen solarni sustav grijanja značajno će povećati razinu udobnosti i smanjiti troškove energije koja se proizvodi tradicionalnim izvorima.

Imate li iskustva u izgradnji solarnog kolektora? Ili imate pitanja o izloženom materijalu? Molimo podijelite informacije s našim čitateljima. Komentare možete ostaviti u obrascu ispod.