Kā pašrocīgi izgatavot saules kolektoru apkurei: soli pa solim ceļvedis

Tradicionālo enerģijas avotu sadārdzināšanās mudina privātmāju īpašniekus meklēt alternatīvas mājokļa apsildes un ūdens sildīšanas iespējas. Piekritīsiet, ka jautājuma finansiālais aspekts nebūs mazsvarīgs apkures sistēmas izvēlē.

Viens no perspektīvākajiem enerģijas nodrošināšanas veidiem – saules starojuma pārveidošana. Šim nolūkam izmanto saules enerģijas sistēmas. Izprotot to uzbūves principu un darbības mehānismu, saules kolektora izgatavošana apkurei pašu rokām nesagādās lielas grūtības.

Mēs Jums pastāstīsim par saules enerģijas sistēmu konstruktīvajām īpatnībām, piedāvāsim vienkāršu montāžas shēmu un aprakstīsim materiālus, kurus var izmantot. Darba posmi tiek papildināti ar uzskatāmām fotogrāfijām, materiāls ir papildināts ar video par paštaisīta kolektora izveidi un nodošanu ekspluatācijā.

Darbības princips un konstrukcijas īpatnības

Mūsdienu saules enerģijas sistēmas – viens no alternatīvo siltuma avotu veidiem. Tās tiek izmantotas kā papildu apkures iekārta, kas pārveido saules starojumu mājas īpašniekiem noderīgā enerģijā.

Tās spēj pilnībā nodrošināt karstā ūdens piegādi un apkuri aukstajā sezonā tikai dienvidu reģionos. Un arī tad tikai, ja aizņem pietiekami lielu platību un ir uzstādītas atklātās, no kokiem neaizēnotās vietās.

Neskatoties uz lielo daudzveidību, to darbības princips ir vienāds. Jebkura saules enerģijas sistēma ir kontūrs ar secīgu ierīču izvietojumu, kas gan piegādā siltumenerģiju, gan nodod to patērētājam.

Galvenie darba elementi ir saules baterijas uz fotoelementiem vai saules kolektori. Saules ģeneratora montāža uz fotoplatēm ir nedaudz sarežģītāka nekā cauruļveida kolektoram.

Šajā rakstā mēs aplūkosim otro variantu – kolektora saules enerģijas sistēmu.

Saules kolektori pagaidām kalpo kā enerģijas palīgavoti. Pilnībā pārslēgt mājas apkuri uz saules sistēmu ir bīstami, jo nav iespējams precīzi prognozēt saulaino dienu skaitu.

Kolektori ir cauruļu sistēma, kas savienota virknē ar izplūdes un ieplūdes maģistrāli vai izkārtota kā spole. Pa caurulēm cirkulē tehniskā ūdens, gaisa plūsma vai ūdens maisījums ar kādu nesasalstošu šķidrumu.

Cirkulāciju stimulē fizikāli procesi: iztvaikošana, spiediena un blīvuma izmaiņas, pārejot no viena agregātstāvokļa citā u.c.

Saules kolektoru darbības princips balstās uz saules enerģijas iegūšanu un uzkrāšanu, kas tiek nodota siltumnesējam (+)

Saules enerģijas savākšanu un akumulēšanu veic absorbētāji. Tie ir vai nu nepārtraukta metāla plāksne ar melninātu ārējo virsmu, vai arī atsevišķu plākšņu sistēma, kas piestiprināta caurulēm.

Korpusa augšdaļas, vāka, izgatavošanai izmanto materiālus ar augstu gaismas caurlaidības spēju. Tie var būt organiskais stikls, tamlīdzīgi polimērmateriāli, rūdīti tradicionālā stikla veidi.

Lai novērstu enerģijas zudumus no ierīces aizmugures, kastē tiek ievietota siltumizolācija.

Jāteic, ka polimērmateriāli diezgan slikti panes ultravioleto staru ietekmi. Visiem plastmasas veidiem ir diezgan augsts termiskās izplešanās koeficients, kas bieži izraisa korpusa noplūdi. Tāpēc šādu materiālu izmantošanu kolektora korpusa izgatavošanai vajadzētu ierobežot.

Ūdens kā siltumnesējs tiek izmantots tikai sistēmās, kas paredzētas papildu siltuma piegādei rudens/pavasara periodā. Ja plānota saules sistēmas vissezonas izmantošana, pirms pirmā salts tehniskā ūdens tiek nomainīts pret tā maisījumu ar antifrīzu.

Gaisa saules sistēmās kā siltumnesējs tiek izmantots gaiss. Tā kustības kanālus var izgatavot no parastā profilplāksnes (+)

Ja saules kolektors tiek uzstādīts nelielas ēkas apkurei, kurai nav saistības ar kotedžas autonomo apkuri vai centralizētiem tīkliem, tiek izveidota visvienkāršākā vienas ķēdes sistēma ar sildīšanas ierīci tās sākumā.

Ķēdē netiek iekļauti cirkulācijas sūkņi un sildīšanas ierīces. Shēma ir ārkārtīgi vienkārša, taču tā var darboties tikai saulainā vasarā.

Iekļaujot kolektoru divkontūru tehniskā būvē, viss ir daudz sarežģītāk, bet arī pielietojamo dienu diapazons ir būtiski palielināts. Kolektors apstrādā tikai vienu kontūru. Dominējošā slodze tiek uzlikta uz galveno apkures agregātu, kas darbojas ar elektrību vai jebkādu degvielu.

Saules kolektora izgatavošanai var izmantot gatavu shēmu, var uzbūvēt savu pilotmodeli un izmēģināt to praksē (+)

Neskatoties uz tiešo saules ierīču veiktspējas atkarību no saulaino dienu skaita, tās ir pieprasītas, un pieprasījums pēc saules ierīcēm stabili pieaug. Tās ir populāras tautas amatnieku vidū, kuri cenšas novirzīt visus dabas enerģijas veidus lietderīgā gultnē.

Klasifikācija pēc temperatūras kritērijiem

Pastāv diezgan liels skaits kritēriju, pēc kuriem klasificē noteiktas saules sistēmu konstrukcijas. Tomēr ierīcēm, kuras var izgatavot ar savām rokām un izmantot karstā ūdens apgādei un apkurei, visracionālāk būs dalījums pēc siltumnesēja veida.

Tā, sistēmas var būt šķidruma un gaisa tipa. Pirmais veids ir biežāk lietojams.

Bez tam bieži izmanto klasifikāciju pēc temperatūras, līdz kurai var uzsilt kolektora darba mezgli:

1. Zemtemperatūras. Varianti, kas spēj uzsildīt siltumnesēju līdz 50°C. Tiek izmantoti ūdens uzsildīšanai tvertnēs laistīšanai, vannās un dušās vasaras laikā un komforta apstākļu uzlabošanai vēsos pavasara-rudens vakaros.
2. Vidējas temperatūras. Nodrošina siltumnesēja temperatūru 80°C. Tos var izmantot telpu apsildei. Šie varianti vislabāk piemēroti privātmāju iekārtošanai.
3. Augsttemperatūras. Dzesēšanas šķidruma temperatūra šādās iekārtās var sasniegt 200-300°C. Tās izmanto rūpnieciskā mērogā, uzstāda ražošanas cehu, komerciālo ēku u.c. apsildei.

Augsttemperatūras saules sistēmās tiek izmantots diezgan sarežģīts siltumenerģijas pārneses process. Turklāt tās aizņem ievērojamu vietu, ko nevar atļauties lielākā daļa mūsu piepilsētas dzīves cienītāju.

To izgatavošanas process ir darbietilpīgs, realizācijai nepieciešams specializēts aprīkojums. Pašrocīgi izgatavot šādu saules sistēmas variantu ir praktiski neiespējami.

Augsttemperatūras saules baterijas ar fotoelektriskajiem pārveidotājiem mājas apstākļos ir diezgan sarežģīti izgatavot.

Kolektora izgatavošana pašu rokām

Saules ierīces izgatavošana ar savām rokām – aizraujošs process, kas nes daudz priekšrocību. Pateicoties tam, var racionāli izmantot bezmaksas saules starojumu, atrisināt vairākus svarīgus saimnieciskus uzdevumus. Apskatīsim plakanā kolektora izveides specifiku, kas apgādā apkures sistēmu ar uzsildītu ūdeni.

Materiāli patstāvīgai montāžai

Vienkāršākais un pieejamākais materiāls saules kolektora korpusa pašrocīgai izgatavošanai – koka brusa ar dēli, saplāksni, OSB plātnēm vai līdzīgiem variantiem. Alternatīvi var izmantot tērauda vai alumīnija profilu ar līdzīgām loksnēm. Metāla korpuss būs nedaudz dārgāks.

Materiāliem jāatbilst prasībām, kuras tiek izvirzītas āra konstrukcijām. Saules kolektora kalpošanas laiks svārstās no 20 līdz 30 gadiem.

Tātad materiāliem jāpiemīt noteiktam ekspluatācijas īpašību kopumam, kas ļaus izmantot konstrukciju visā tās kalpošanas laikā.

Lētākais un vienkāršākais materiālu variants korpusa izgatavošanai – zāģmateriālu un skaidu plātņu izmantošana

Ja korpusu izgatavo no koka, tad materiāla izturību var nodrošināt, piesūcinot to ar ūdens-polimēra emulsijām un pārklājot ar krāsas un lakas materiāliem.

Galvenais princips, kas jāievēro, projektējot un montējot saules kolektoru, ir materiālu pieejamība cenas un iegādes iespēju ziņā. Proti, tos var vai nu iegādāties brīvā tirdzniecībā, vai arī pašrocīgi izgatavot no pieejamiem līdzekļiem.

Siltumizolācijas izveidošanas nianses

Lai novērstu siltumenerģijas zudumus, kastes apakšā tiek uzstādīts izolācijas materiāls. Tas var būt putuplasts vai minerālvate. Mūsdienu rūpniecība ražo diezgan plašu izolācijas materiālu nomenklatūru.

Kastes siltināšanai var izmantot folijas izolācijas variantus. Tādā veidā var nodrošināt gan siltumizolāciju, gan saules staru atstarošanu no folijas virsmas.

Ja kā izolācijas materiāls tiek izmantota cieta putuplasta vai putupolistirola plāksne, spoles vai cauruļu sistēmas ievietošanai var izgriezt rievas. Parasti kolektora absorbētājs tiek uzlikts uz siltumizolācijas no augšas un stingri nostiprināts pie korpusa apakšas ar metodi, kas atkarīga no korpusa izgatavošanā izmantotā materiāla.

Siltumizolācija kalpo, lai samazinātu siltumenerģijas zudumus caur korpusa apakšu. Ierīci metāla korpusā bez siltumizolācijas izgatavot nav racionāli (+)

Saules kolektora siltuma uztvērējs

Tas ir absorbējošs elements. Tas sastāv no cauruļu sistēmas, kurās notiek siltumnesēja sildīšana, un detaļām, kas visbiežāk izgatavotas no lokšņu vara. Par optimālo materiālu siltuma uztvērēja izgatavošanai tiek uzskatītas vara caurules.

Mājas meistari izgudroja lētāku variantu – spirālveida siltummaini no polipropilēna caurulēm.

Interesants budžeta risinājums – heliosistēmas absorbētājs no elastīgas polimēra caurules. Savienošanai ar ieejas un izejas ierīcēm tiek izmantoti piemēroti savienotājelementi. Saules kolektora siltummaiņa izgatavošanai pieejamo materiālu klāsts ir diezgan plašs. Tas var būt veca ledusskapja siltummainis, polietilēna ūdensvada caurules, tērauda paneļu radiatori utt.

Par svarīgu efektivitātes kritēriju kalpo materiāla siltumvadītspēja, no kura izgatavots siltummainis.

Pašu izgatavošanai optimāls variants ir varš. Tā siltumvadītspēja ir 394 W/m². Alumīnijam šis parametrs svārstās no 202 līdz 236 W/m².

Vara caurules tiek uzskatītas par visoptimālāko variantu siltuma uztvērēja izgatavošanai pēc siltumtehniskajām īpašībām un nodilumizturības

Tomēr lielā atšķirība siltumvadītspējas parametros starp vara un polipropilēna caurulēm nenozīmē, ka siltummainis ar vara caurulēm ražos simtiem reižu lielāku karstā ūdens apjomu.

Vienādos apstākļos siltummaiņa ar vara caurulēm veiktspēja būs par 20% efektīvāka nekā metālplastmasas variantu veiktspēja. Tātad siltummaiņiem, kas izgatavoti no polimēru caurulēm, ir tiesības pastāvēt. Turklāt šādi varianti izmaksās ievērojami lētāk.

Neatkarīgi no cauruļu materiāla, visiem savienojumiem, gan metinātajiem, gan vītņotajiem, jābūt hermētiskiem. Caurules var izvietot gan paralēli viena otrai, gan arī spolītes veidā.

Spolītes tipa shēma samazina savienojumu skaitu – tas samazina noplūžu iespējamību un nodrošina vienmērīgāku siltumnesēja plūsmas kustību.

Kastes augšdaļa, kurā atrodas siltummainis, tiek aizvērta ar stiklu. Kā alternatīvu var izmantot mūsdienīgus materiālus, piemēram, akrila analogu vai monolītu polikarbonātu. Gaismu caurlaidīgs materiāls var būt nevis gluds, bet gan rievots vai matēts.

Klasiskajā variantā kaste ar kolektoru tiek aizvērta ar rūdītu stiklu, organisko stiklu, polikarbonātu vai līdzīgu materiālu. Tautas meistari ir iemanījušies stikla vietā izmantot polietilēnu.

Šāda apstrāde samazina materiāla atstarošanas spējas. Turklāt šim materiālam jāiztur ievērojamas mehāniskās slodzes.

Rūpnieciskajos šādu saules sistēmu paraugos tiek izmantots īpašs saules stikls. Šāds stikls raksturojas ar zemu dzelzs saturu, kas nodrošina mazākus siltumenerģijas zudumus.

Uzglabāšanas tvertne vai avankamera

Par uzkrāšanas tvertni var izmantot jebkuru tilpumu no 20 līdz 40 litriem. Derēs arī vairāki nedaudz mazāka tilpuma rezervuāri, kas ar caurulēm savienoti secīgā ķēdē. Uzkrāšanas tvertni ieteicams siltināt, jo saulē uzkarsēts ūdens traukā bez izolācijas ātri zaudēs siltumenerģiju.

Būtībā siltumnesējam apkures saules sistēmā jācirkulē bez uzkrāšanas, jo no tā iegūtā siltumenerģija ir jāizlieto tās saņemšanas laikā. Uzkrāšanas tvertne drīzāk pilda uzsildītā ūdens sadalītāja un priekškameras funkciju, kas uztur spiediena stabilitāti sistēmā.

Uzkrāšanas tvertne saules sistēmās darbojas kā ūdens sadalītājs un spiedienu uzturošs rezervuārs (+)

Saules enerģijas sistēmas montāžas posmi

Pēc kolektora izgatavošanas un visu sistēmas konstruktīvo elementu sagatavošanas var ķerties pie tiešas montāžas.

Viens no variantiem, kā izveidot spoli no polipropilēna caurulēm ar veidgabaliem un tējām, palīdzēs ātri salikt saules kolektoru (+)

Darbs sākas ar priekškameras uzstādīšanu, kuru parasti novieto augstākajā iespējamajā punktā: bēniņos, atsevišķi stāvošā tornī, estakādē utt.

Montāžas laikā jāņem vērā, ka pēc sistēmas piepildīšanas ar šķidro siltumnesēju, šai konstrukcijas daļai būs ievērojams svars. Tāpēc jāpārliecinās par pārseguma uzticamību vai jāpastiprina tas.

Pēc tvertnes uzstādīšanas ķeras pie kolektora uzstādīšanas. Šo sistēmas konstrukcijas elementu novieto dienvidu pusē. Slīpuma leņķim attiecībā pret horizonta līniju jābūt no 35 līdz 45 grādiem.

Pēc visu elementu uzstādīšanas tos sasien ar caurulēm, savienojot vienotā hidrauliskajā sistēmā. Hidrauliskās sistēmas hermētiskums ir svarīgs kritērijs, no kura atkarīga saules kolektora efektīva darbība.

Pēc saules sistēmas salikšanas shēmas ūdens piegādei vasaras dušā var uzbūvēt konstrukciju, lai sildītu ūdeni laistīšanai vai radītu komfortablus apstākļus vēsos vakaros (+)

Lai savienotu konstrukcijas elementus vienotā hidrauliskajā sistēmā, tiek izmantotas caurules ar diametru viena colla un puscolla. Mazāku diametru izmanto spiediena daļas ierīkošanai sistēmā.

Zem sistēmas spiediena daļas saprot ūdens ievadu priekškamerā un uzkarsētā siltumnesēja izvadu apkures sistēmā un karstā ūdens apgādē. Pārējā daļa tiek montēta, izmantojot lielāka diametra caurules.

Lai novērstu siltumenerģijas zudumus, caurules rūpīgi jāizolē. Šim nolūkam var izmantot putupolistirolu, bazalta vati vai folijas variantus mūsdienīgu izolācijas materiālu. Uzkrāšanas tvertne un priekškamera arī jāizolē.

Vienkāršākais un pieejamākais uzkrāšanas tvertnes siltumizolācijas variants ir ap to izbūvēt kasti no saplākšņa vai dēļiem. Telpa starp kasti un tvertni jāaizpilda ar siltumizolācijas materiālu. Tas var būt izdedžu vate, salmu un māla maisījums, sausas zāģu skaidas u.c.

Saules sistēma tiek uzstādīta tā, lai saules kolektori atrastos visapgaismotākajā mājas vai zemes gabala pusē (+)

Pārbaude pirms nodošanas ekspluatācijā

Pēc visu sistēmas elementu montāžas un daļu konstrukciju siltināšanas var sākt piepildīt sistēmu ar šķidro siltumnesēju. Sākotnējā sistēmas piepildīšana jāveic caur cauruli, kas atrodas kolektora apakšējā daļā.

Citiem vārdiem, uzpildīšanu veic no apakšas uz augšu. Pateicoties šādām darbībām, var izvairīties no iespējamas gaisa kabatu veidošanās.

Ūdens vai cits šķidrais siltumnesējs nonāk priekškamerā. Sistēmas uzpildīšanas process beidzas, kad no priekškameras drenāžas caurules sāk plūst ūdens.

Ar pludiņvārstu var noregulēt optimālo šķidruma līmeni priekškamerā. Pēc sistēmas uzpildīšanas ar siltumnesēju tas sāk uzkarsēt kolektorā.

Temperatūras paaugstināšanās process notiek pat mākoņainā laikā. Uzkarsētais siltumnesējs sāk celties uz uzkrāšanas tvertnes augšējo daļu. Dabiskās cirkulācijas process turpinās, līdz radiatorā nonākošā siltumnesēja temperatūra izlīdzinās ar no kolektora izplūstošā nesēja temperatūru.

Patērējot ūdeni hidrauliskajā sistēmā, iedarbosies priekškamerā esošais pludiņvārsts. Tādējādi tiks uzturēts nemainīgs līmenis. Tajā pašā laikā sistēmā ienākošais aukstais ūdens atradīsies uzkrāšanas tvertnes apakšējā daļā. Aukstā un karstā ūdens sajaukšanās process praktiski nenotiek.

Hidrauliskajā sistēmā jāparedz noslēgarmatūras uzstādīšana, kas novērsīs siltumnesēja pretēju cirkulāciju no kolektora uz uzkrāšanas tvertni. Tas notiek gadījumā, kad apkārtējās vides temperatūra nokrītas zemāk par siltumnesēja temperatūru.

Šādu noslēgarmatūru parasti izmanto nakts un vakara laikā.

Pieslēgšanu karstā ūdens patēriņa vietām veic, izmantojot standarta maisītājus. Parastos vienkāršos krānus labāk neizmantot. Saulainā laikā ūdens temperatūra var sasniegt 80°C – tieši izmantot šādu ūdeni ir neērti. Tādējādi maisītāji ļaus ievērojami ietaupīt karsto ūdeni.

Šāda saules ūdenssildītāja veiktspēju var palielināt, pievienojot papildu kolektoru sekcijas. Konstrukcija pilnībā ļauj uzstādīt no divām līdz neierobežotam skaitam gabalu.

Saules sistēmas veiktspēja tiek palielināta, uzstādot lielāku skaitu saules kolektoru

Šāda saules kolektora apkurei un karstā ūdens apgādei pamatā ir siltumnīcas efekta princips un tā sauktais termosifona efekts. Siltumnīcas efekts tiek izmantots sildīšanas elementa konstrukcijā.

Saules stari netraucēti iziet cauri kolektora augšdaļas caurspīdīgajam materiālam un pārvēršas siltumenerģijā.

Siltumenerģija nonāk slēgtā telpā, pateicoties kolektora sekcijas kastes hermētiskumam. Termosifona efekts tiek izmantots hidrauliskajā sistēmā, kad uzkarsētais siltumnesējs ceļas augšup, vienlaikus izspiežot auksto siltumnesēju un liekot tam kustēties uz sildīšanas zonu.

Pateicoties termosifona efektam sistēmā notiek stabila un nepārtraukta dabiska siltumnesēja cirkulācija

Saules kolektora ražība

Galvenais kritērijs, kas ietekmē saules sistēmu veiktspēju, ir saules starojuma intensitāte. Saules starojuma daudzumu, kas noteiktā teritorijā nonāk potenciāli izmantojamā veidā, sauc par insolāciju.

Insolācijas lielums dažādos zemeslodes punktos svārstās diezgan plašās robežās. Šī lieluma vidējo rādītāju noteikšanai ir īpašas tabulas. Tās attēlo vidējo saules insolācijas lielumu konkrētam reģionam.

Datus par saules insolāciju noteiktā reģionā var iegūt no īpašām kartēm un tabulām (+)

Papildus insolācijas lielumam sistēmas veiktspēju ietekmē siltummainis un tā materiāls. Vēl viens faktors, kas ietekmē sistēmas veiktspēju, ir uzglabāšanas tvertnes tilpums. Optimālais tvertnes tilpums tiek aprēķināts, pamatojoties uz kolektora absorbētāju laukumu.

Plakanā kolektora gadījumā tas ir kopējais cauruļu laukums, kas atrodas kolektora kastē. Šis lielums vidēji ir vienāds ar 75 litriem tvertnes tilpuma uz vienu m² kolektora cauruļu laukuma. Uzglabāšanas tvertne ir sava veida siltuma akumulators.

Rūpnīcas ierīču cenas

Lielākā daļa finanšu izmaksu šādas sistēmas izveidei tiek novirzīta kolektoru izgatavošanai. Tas nav pārsteidzoši, jo pat rūpnieciskajos saules sistēmu paraugos apmēram 60% izmaksu veido šis konstrukcijas elements. Finanšu izmaksas būs atkarīgas no izvēlētā materiāla.

Jāatzīmē, ka šāda sistēma nespēj apsildīt telpu, tā tikai palīdz ietaupīt izmaksas, palīdzot uzsildīt ūdeni apkures sistēmā. Ņemot vērā diezgan lielās enerģijas izmaksas, kas tiek patērētas ūdens sildīšanai, saules kolektors, kas integrēts apkures sistēmā, ievērojami samazina šādas izmaksas.

Saules kolektors ir diezgan vienkārši integrējams apkures un karstā ūdens apgādes sistēmā (+)

Tās izgatavošanai tiek izmantoti diezgan vienkārši un pieejami materiāli. Turklāt šāda konstrukcija ir pilnībā energoneatkarīga un tai nav nepieciešama tehniskā apkope. Sistēmas aprūpe ir saistīta ar periodisku kolektora stikla pārbaudi un tīrīšanu no netīrumiem.

Papildu informācija par saules apkures organizēšanu mājā ir sniegta šajā rakstā.

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Elementāra saules kolektora izgatavošanas process:

Kā samontēt un nodot ekspluatācijā saules sistēmu:

Protams, pašu izgatavots saules kolektors nevarēs konkurēt ar rūpnieciskajiem modeļiem. Izmantojot pieejamos materiālus, ir diezgan grūti sasniegt augstu efektivitāti, kāda ir rūpnieciskajiem paraugiem. Taču finansiālās izmaksas būs ievērojami mazākas, salīdzinot ar gatavu iekārtu iegādi.

Tomēr pašdarināta saules apkures sistēma ievērojami paaugstinās komforta līmeni un samazinās enerģijas izmaksas, ko ražo tradicionālie avoti.

Vai jums ir pieredze saules kolektora būvniecībā? Vai ir palikuši jautājumi par aprakstīto materiālu? Lūdzu, dalieties ar informāciju ar mūsu lasītājiem. Komentārus var atstāt zemāk esošajā formā.