Die Nutzung von kostenloser Solarenergie ist ein guter Weg, um Kraftstoff und Strom für die Heizung eines Privathauses zu sparen. Der massive Einsatz von Solarsystemen wird durch den hohen Preis für Wärmeempfänger und zugehörige Geräte - einen Speichertank, eine Umwälzpumpe, ein elektronisches Steuergerät und andere Armaturen - behindert. Die einzige Möglichkeit, die Kosten zu senken, besteht darin, aus kostengünstigen Materialien einen Solarkollektor mit eigenen Händen herzustellen und ein Standard-Umreifungsschema zusammenzustellen.
Das Funktionsprinzip von Solarheizungen
Bevor Sie mit der Herstellung eines hausgemachten Sonnensystems beginnen, sollten Sie das Gerät der werkseitig hergestellten Solarkollektoren - Luft und Wasser - untersuchen. Die ersteren werden zur direkten Beheizung von Räumlichkeiten verwendet, die letzteren als Warmwasserbereiter oder nicht gefrierendes Kühlmittel - Frostschutzmittel.
Referenz. Luftinstallationen sind aufgrund der eingeschränkten Funktionalität nicht sehr beliebt. Solarwarmwasserbereiter sind gefragter, da sie in Außenpools Heizung und Warmwasser liefern und die Temperaturen erhöhen können.
Das Hauptelement des Sonnensystems ist der Sonnenkollektor selbst, der in 3 Versionen angeboten wird:
- Flacher Warmwasserbereiter. Es ist eine versiegelte Box, die von unten isoliert ist. Im Inneren befindet sich ein Kühlkörper (Absorber) aus einem Blech, auf dem eine Kupferspule befestigt ist. Die Oberseite ist mit haltbarem Glas bedeckt.
- Das Design des Lufterhitzer-Verteilers ähnelt der vorherigen Version, nur die vom Lüfter zirkulierte Luft zirkuliert durch die Rohre anstelle des Kühlmittels.
- Die Vorrichtung des rohrförmigen Vakuumverteilers unterscheidet sich grundlegend von flachen Modellen. Die Vorrichtung besteht aus haltbaren Glaskolben, in denen Kupferrohre platziert sind. Ihre Enden sind mit 2 Autobahnen verbunden - Vor- und Rücklauf, Luft aus den Kolben wird abgepumpt.
Zusatz. Es gibt eine andere Art von Vakuum-Warmwasserbereitern, bei denen Glaskolben dicht verschlossen und mit einer speziellen Substanz gefüllt sind, die bei niedriger Temperatur verdampft. Während des Verdampfens nimmt das Gas eine große Menge an Wärme auf, die auf Wasser übertragen wird. Bei der Wärmeübertragung kondensiert die Substanz wieder und fließt zum Boden des Kolbens, wie in der Abbildung gezeigt.
Die aufgeführten Kollektortypen verwenden das Prinzip der direkten Übertragung der Sonnenstrahlungswärme (ansonsten Sonneneinstrahlung) auf die strömende Flüssigkeit oder Luft. Flacher Warmwasserbereiter funktioniert folgendermaßen:
- Wasser oder Frostschutzmittel bewegen sich mit einer Geschwindigkeit von 0,3 bis 0,8 m / s durch einen Kupferwärmetauscher, der von einer Umwälzpumpe gepumpt wird (obwohl es Schwerkraftmodelle für Außenduschen gibt).
- Die Sonnenstrahlen erwärmen das absorbierende Blatt und das Rohr der Spule, das fest damit verbunden ist. Die Temperatur des fließenden Kühlmittels steigt je nach Jahreszeit, Tageszeit und Straßenwetter um 15-80 Grad.
- Um Wärmeverluste zu vermeiden, sind die Boden- und Seitenflächen des Körpers mit Polyurethanschaum oder extrudiertem Polystyrolschaum isoliert.
- Das transparente obere Glas hat drei Funktionen: Es schützt die selektive Beschichtung des Absorbers, verhindert, dass der Wind die Spule bläst, und erzeugt einen abgedichteten Luftspalt, der die Wärme speichert.
- Heißer Wärmeträger tritt in den Wärmetauscher des Speichertanks ein - Pufferspeicher oder indirekter Heizkessel.
Da die Wassertemperatur im Kreislauf des Geräts mit den wechselnden Jahreszeiten und Tagen schwankt, kann der Solarkollektor nicht direkt zum Heizen und Warmwasser verwendet werden. Die von der Sonne empfangene Energie wird über die Spule des Tanks - die Batterie (Kessel) - auf den Hauptwärmeträger übertragen.
Eine Ausnahme bilden Solaranlagen für Pools, die das Tankwasser direkt oder über einen einfachen Wärmetauscher erwärmen.
Die Effizienz der Rohrvorrichtung wird durch Vakuum und eine reflektierende Innenwand in jedem Kolben verbessert. Die Sonnenstrahlen treten frei durch die luftlose Schicht und erwärmen das Kupferrohr mit Frostschutzmittel, aber die Wärme kann das Vakuum nicht überwinden und nach draußen gehen, so dass die Verluste minimal sind. Ein anderer Teil der Strahlung tritt in den Reflektor ein und konzentriert sich auf die Wasserlinie. Laut Hersteller erreicht der Wirkungsgrad der Anlage 80%.
Wir machen einen Wassersammler
Ein Vakuum-Warmwasserbereiter kann aus offensichtlichen Gründen nicht zu Hause hergestellt werden. Daher nehmen wir ein flaches Design mit einem Wärmetauscher und einem Absorber auf, der Sonnenlicht sammelt. Idealerweise müssen Sie die Fläche des Empfängers und die Temperatur des Auslasswassers berechnen, was von vielen Faktoren abhängt:
- Wohngebiet und Sonneneinstrahlung;
- Umgebungstemperatur, besonders im Winter;
- der Bereich der Wärmeaustauschfläche, der die Sonneneinstrahlung wahrnimmt;
- Spulenmaterial und Beschichtung;
- Einlasskühlmitteltemperatur;
- der Winkel der Platte in Bezug auf die Sonne;
- Wasserdurchfluss durch Wärmetauscherrohre.
Im Internet ist es nicht schwierig, Berechnungen der Leistung des Solarkollektors zu finden, aber wir warnen Sie - die Berechnungen sind sehr ungenau.
Beispiel. Die Tatsache wird zugrunde gelegt: An einem klaren Tag gelangen 500-800 W Sonnenenergie auf 1 m² Fläche. Ferner bestimmen wir unter Verwendung der Schulformel m = Q / 1,163 x & Dgr; t die Masse des mit einem 1 m² Wärmetauscher auf 40 ° C erhitzten Wassers: 500 / 1,163 x 40 = 10,7 Liter pro Stunde. Mit einer Sonneneinstrahlung von 800 W / m² können 17,2 l / h beheizt werden. Aber der Teufel steckt im Detail: Die anfängliche Zahl von 0,5 bis 0,8 kW pro Quadratmeter ist eine sehr ungefähre Zahl.
Wir bieten einen vereinfachten Ansatz für das in der Schritt-für-Schritt-Anleitung beschriebene Problem:
- Bestimmen Sie den Ort und die Fläche, die Sie dem Sammler geben möchten.
- Wählen Sie basierend auf den Materialpreisen die geeignete Option für die Montage der Spule und des Gehäuses.
- Erstellen Sie einen Prototyp, schließen Sie ihn gemäß dem richtigen Schema an die Heizung oder die Wasserversorgung an. Wir werden die Bindungsmethoden in den folgenden Abschnitten dieses Artikels zeigen.
- Testen Sie den Heizkreis zu Hause und ziehen Sie weitere Schlussfolgerungen zum Erhöhen / Verringern der Leistung, zum Ändern des Designs usw.
Jetzt werden wir jede Phase einzeln durchlaufen und uns auf die Fallstricke konzentrieren.
Platzierung einer thermischen Anlage
Tatsächlich gibt es nur zwei Möglichkeiten für den Standort des selbstgemachten Sammlers: auf dem Dach des Gebäudes oder im offenen Bereich des Hausbereichs. Befolgen Sie bei der Auswahl eines Ortes einfache Regeln:
- Das Gelände sollte tagsüber so gut wie möglich beleuchtet sein und nicht durch Bäume und andere Nebengebäude verdeckt werden.
- Bei der Installation auf dem Dach wird eine sanftere Neigung gewählt, bei der die Sonnenstrahlung immer eintritt. Es ist klar, dass der steile Teil des kaputten Mansardendaches nicht funktioniert.
- Nehmen Sie keine Warmwasserinstallation, die zum Heizen oder zur Warmwasserversorgung bestimmt ist, weit von Ihrem Haus entfernt auf. Die Länge der Versorgungsleitungen, der Wärmeverlust und die Installationskosten erhöhen sich.
- Richten Sie den Bodenkollektor so aus, dass die Sonne, die sich visuell von Ost nach West bewegt, den Kühlkörper ständig beleuchtet. Der Installationswinkel der Platte beträgt 60 ± 15 °.
Hinweis. Der Wirkungsgrad des Heizelements kann mit Hilfe eines parabolischen Solarkonzentrators erhöht werden, der Strahlen in einem einzigen Strahl sammelt, der zum Absorber geschickt wird. Die Konstruktions- und Montagemethoden des Hohlspiegels werden im Video gezeigt.
Solaranlagen, die zum Erhitzen von Wasser in einer Sommerdusche ausgelegt sind, befinden sich auf dem Dach dieses Gebäudes und sind durch die Schwerkraft miteinander verbunden. Geräte zum Heizen von Pools befinden sich neben der Tankschale.
Materialauswahl
Wir haben eine Auswahl an Zubehör für die Herstellung von Solarwarmwasserbereitern auf der Grundlage von Bewertungen und Themen getroffen, die im beliebten Forumhouse-Forum diskutiert wurden. So besteht die rechteckige Box des Empfängers normalerweise aus Holzbalken oder fertigen Rahmen aus alten Fenstern. Die Rückwand des Gehäuses ist mit Basaltwolle, Polystyrolschaum oder extrudiertem Polystyrolschaum isoliert.
Trinkgeld. Der Boden der Box kann aus einer Folienpolymerisolierung bestehen. Die Metallschicht dient als Absorber - Sie müssen kein zusätzliches Blech auflegen.
Heimwerker stellen Wärmetauscher aus verschiedenen Rohren her:
- schwarzes Polyethylen (HDPE);
- gewellter Edelstahl;
- Kupfer und Aluminium;
- Polypropylen und Metallkunststoff;
- Vernetztes Polyethylen;
- Stahlblechheizkörper.
Unter dem Gesichtspunkt der Effizienz und Haltbarkeit ist es besser, Rohre aus Aluminium, Kupfer und Edelstahl mit der besten Wärmeleitfähigkeit zu verwenden. Der Materialmangel ist der hohe Preis.
Kunststoffrohre sind viel billiger als Metallrohre und einfacher zu installieren. Bei der Verwendung von Polymeren müssen jedoch eine Reihe von Nuancen berücksichtigt werden:
- Kunststoffe verschlechtern sich allmählich unter dem Einfluss ultravioletter Strahlung;
- Die Wände der PPR-Rohre sind zu dick und leiten die Wärme schlecht.
- Hochwertiger Kunststoff ist für unsere Zwecke zu teuer, und billig schichtet oft in Kurven und kollabiert schnell in der Sonne.
- vernetztes Polyethylen „erinnert“ sich an die anfängliche Biegung in der Bucht, es ist praktisch, eine ringförmige Spule daraus zu machen, und das Richten ist nicht einfach;
- HDPE-Rohre, die Sie benötigen, um eine Lebensmittelserie (mit einem blauen Streifen) zu kaufen, ist besser vor ultravioletter Strahlung geschützt.
Referenz. Die einfachste Version eines Poolwärmetauschers ist ein schwarzer Gartenschlauch, der mit einer „Schnecke“ verlegt ist. Das Minus des Materials ist das Reißen von Gummi bei längerer Sonneneinstrahlung.
HDPE dünnwandige Rohre sind eine ausgezeichnete Wahl hinsichtlich Preis / Leistungsverhältnis. Die schwarze Oberfläche nimmt Sonnenwärme gut auf, Anschlussarmaturen sind kostengünstig. Die Rohrleitung wird mit Kunststoffklammern oder einem Zinnstreifen an den Schrauben am Absorber befestigt.
Als saugfähiges Blech kann gewöhnlicher oder schwarz lackierter Edelstahl verwendet werden. Die ideale Option ist Aluminiumblech oder Kupfer.
Die Oberseite der Box wird mit den folgenden transparenten Materialien geschlossen, aus denen Sie auswählen können:
- gewöhnliches oder verstärktes Glas;
- transparente Plastikfolie;
- dünnes zelluläres Polycarbonat.
Trinkgeld. Verwenden Sie keine vorgefertigten doppelt verglasten Fenster aus Kunststofffenstern als durchscheinendes Element. Im Winter hält das zweischichtige Paket mit einem großen Temperaturunterschied zwischen der Straßenluft und der geschlossenen Sammelkammer nicht stand und reißt nicht.
Empfehlungen der Versammlung
Der Herstellungsprozess eines Solarkollektors ist so offensichtlich, dass es nicht sinnvoll ist, schrittweise Anweisungen zu malen. Die Aufgabe besteht darin, die luftdichteste Kammer herzustellen, indem ein Wärmetauscher an einem Metallabsorber im Inneren installiert wird. Wir geben Ihnen nur einige Ratschläge, um Sie vor Fehlern zu schützen:
- Wärmetauscherrohre können in Längsrichtung oder mit einer Spirale (Schnecke) verlegt werden. Machen Sie den Abstand zwischen benachbarten Linien (Windungen) klein - von 1 bis 4 cm.
- Die Luftdichtheit des Gehäuses wird durch Schmieren der Fugen mit Silikondichtmittel oder durch Verlegen von Gummidichtungen erreicht.
- Die Rohre werden auf bequeme Weise an der Basis befestigt - mit Kunststoffklammern, einem Metallstreifen oder einfach an den Seiten mit selbstschneidenden Schrauben befestigt.
- Der gesamte innere Hohlraum ist mit hitzebeständiger schwarzer Emaille (in Aerosoldosen erhältlich) lackiert.
- Die Dicke der Isolierschicht auf der Rückseite des Warmwasserbereiters beträgt mindestens 50 mm.
- Es ist am einfachsten, eine transparente Folie darüber zu ziehen - dies ist die beste Option für einen Prototyp. Anschließend ist es nicht schwierig, Glas zu ersetzen.
Eine weitere Empfehlung. Holzteile sollten mit einem Antiseptikum behandelt werden.Decken Sie den aus Stahlprofilen geschweißten Rahmen mit einer Grundierung und 2 Schichten heller Farbe ab.
Füllen Sie die Spule nach dem Zusammenbau der Kühlkörperplatte mit Wasser und prüfen Sie sie auf Undichtigkeiten. Testen Sie dann den Solarkollektor - schließen Sie den Ausgang an den Tank an, installieren Sie das Panel in der Sonne und messen Sie regelmäßig die Wassertemperatur unter Berücksichtigung der Heizzeit. Anhand realer Indikatoren lässt sich die Leistung eines Warmwasserbereiters leicht bestimmen.
Schaltplan
Ein Kollektor zum Erhitzen von Wasser in der Dusche ist durch Schwerkraft mit einem Speichertank verbunden. Eine wichtige Bedingung: Die Solaranlage sollte sich unterhalb des Haupttanks befinden, damit heißes Wasser mit geringerer Dichte durch das Rohr steigt und das kalte verdrängt. Der Aufbau eines solchen Systems ist in der Zeichnung dargestellt.
Bei Anschluss an einen Kessel oder Wärmespeicher fungiert der Solarkollektor als vollwertige Wärmequelle. Hersteller von Sonnensystemen empfehlen die Verwendung eines Zweirohr-Druckschemas, das die erforderlichen Bindungselemente enthält:
- Umwälzpumpe, die einen Druck von 0,4 bar entwickelt;
- Ausdehnungsgefäßmembrantyp;
- automatische Entlüftung;
- Sicherheitsventil für einen Druck von 2 bar;
- Druckanzeige;
- Thermometer;
- Absperrventile, Nachfüllventil;
- Regler mit zwei Temperatursensoren;
- Wärmedämmung für Versorgungsleitungen.
Ein wichtiger Punkt. Wenn eine Batterie mit mehreren Kollektoren an den Puffertank angeschlossen ist, müssen die Pumpenkapazität und das Volumen des Ausgleichsbehälters erhöht werden. Die Mindestkapazität des Membrantanks beträgt 10% der Gesamtmenge an Kühlmittel im Kreislauf.
Das Schema funktioniert folgendermaßen:
- Der Kühlkörper wird an der unteren Spule des Puffertanks angebracht, wo das Wasser kälter ist.
- Die Steuerung vergleicht mittels Sensoren die Temperatur des Wassers (Frostschutzmittel) in der Zuleitung und im Wärmespeicher.
- Die elektronische Einheit stoppt die Pumpe, wenn die Wassertemperatur im Tank gleich oder höher als die Vorlauftemperatur ist.
- Luft, die in den Kreislauf eintritt, wird durch ein automatisches Ventil abgelassen, das oben im System installiert ist.
- Bei Überhitzung des Kühlmittels durch Anhalten der Pumpe (Sonnenlicht kann nicht ausgeschaltet werden) wird das Sicherheitsventil betätigt und Überdruck abgebaut.
Das teuerste Schaltungselement ist eine elektronische Steuereinheit. Wie kann ich ohne Controller auskommen:
- Kaufen Sie bei Aliexpress einen günstigeren Thermostat, der durch einen Temperaturunterschied ausgelöst wird.
- Stellen Sie einen Tag-Nacht-Timer und einen mechanischen Thermostat ein, um die Pumpe auszuschalten, wenn der Puffertank die maximale Hitze erreicht hat.
Wie das billige chinesische Steuergerät funktioniert (Preis - 15 US-Dollar), siehe Video-Rezension:
Solarheizung
Die Installation der Luftheizung erfolgt auf ähnliche Weise, nur der Wärmetauscher besteht aus Rohren mit größerem Durchmesser, und das Gebläse wird vom Lüfter bereitgestellt. Der Strahlungsempfänger wird von Handwerkern aus folgenden Materialien hergestellt:
- Aluminiumwellung zur Belüftung;
- Plastikflaschen ineinander gesteckt;
- geschnitzte Bierdosen.
In der Box sind 2 Löcher für Luftleitungen vorgesehen, ein feines Netz ist im Inneren verlegt, um das Eindringen von Insekten zu verhindern. Der Lüfter - ein Kühler vom Computer - ist an einer der Öffnungen installiert, der Wärmeaustauschteil ist schwarz lackiert. Die Versorgungsleitungen sind isoliert und in einem beheizten Raum verlegt. Der Algorithmus für die Montage des Luftverteilers ist im Video dargestellt:
Fazit
Die Attraktivität von Solarkollektoren ist auf steigende Energiepreise zurückzuführen. Obwohl die Leistung von Warmwasserbereitern im Winter abnimmt, sorgt Solarwärme für erhebliche Einsparungen beim Brennstoffverbrauch durch die Hauptquelle - den Kessel. Wenn Sie Ihr Landhaus mit kostenloser Solarenergie so weit wie möglich heizen möchten, empfehlen wir Ihnen, auf Installationen mit Spiegelkonzentratoren zu achten.Diese äußerst effizienten Geräte sind in Europa und Amerika weit verbreitet.