איך להכין קולט שמש לחימום במו ידיך: מדריך שלב אחר שלב

העלייה בעלות של מקורות אנרגיה מסורתיים מעודדת בעלי בתים פרטיים לחפש אפשרויות חלופיות לחימום בתיהם ולחימום מים.מסכים, המרכיב הכספי של הנושא ישחק תפקיד חשוב בבחירת מערכת חימום.

אחת השיטות המבטיחות ביותר לאספקת אנרגיה היא המרת קרינת השמש. לשם כך משתמשים במערכות סולאריות. הבנת העיקרון של העיצוב שלהם ואת מנגנון הפעולה, הכנת קולט שמש לחימום במו ידיך לא תהיה קשה.

אנו נספר לכם על תכונות העיצוב של מערכות סולאריות, נציע דיאגרמת הרכבה פשוטה ונתאר את החומרים שניתן להשתמש בהם. שלבי העבודה מלווים בצילומים ויזואליים, החומר מתווסף בסרטונים על יצירה והזמנת אספן תוצרת בית.

עקרון פעולה ותכונות עיצוב

מערכות סולאריות מודרניות הן אחת מהן סוגי מקורות חלופיים מקבל חום. הם משמשים כציוד עזר לחימום הממיר את קרינת השמש לאנרגיה שימושית לבעלי בתים.

הם מסוגלים לספק באופן מלא אספקת מים חמים וחימום במהלך העונה הקרה רק באזורים הדרומיים. ורק אם הם תופסים שטח מספיק גדול ומותקנות בשטחים פתוחים שאינם מוצלים על ידי עצים.

למרות המספר הגדול של זנים, עקרון הפעולה שלהם זהה. כל מערכת השמש זהו מעגל עם סידור רציף של מכשירים המספקים אנרגיה תרמית ומעבירים אותה לצרכן.

מרכיבי העבודה העיקריים הם פאנלים סולאריים המבוססים על תאי פוטו או קולטי שמש. טֶכנוֹלוֹגִיָה הרכבת גנרטור סולארי על לוחות צילום זה קצת יותר מסובך מאשר על אספן צינורי.

במאמר זה נבחן את האפשרות השנייה - מערכת קולט שמש.

קולטי שמש עדיין משמשים כספקי אנרגיה עזר. מסוכן להחליף לחלוטין את חימום הבית למערכת סולארית בגלל חוסר היכולת לחזות מספר ברור של ימי שמש

קולטים הם מערכת של צינורות המחוברים בסדרה לקווי הפלט והקלט או מונחים בצורה של סליל. מי תהליכים, זרימת אוויר או תערובת של מים וסוג כלשהו של נוזל שאינו מקפיא מסתובב דרך הצינורות.

המחזור מעורר על ידי תופעות פיזיקליות: אידוי, שינויים בלחץ ובצפיפות ממעבר ממצב צבירה אחד למשנהו וכו'.

עקרון הפעולה של קולטי שמש מבוסס על קבלה והצטברות של אנרגיית השמש המוענקת לנוזל הקירור (+)

איסוף וצבירת אנרגיית השמש מתבצעים על ידי בולמים. זוהי או לוח מתכת מוצק עם משטח חיצוני מושחר, או מערכת של לוחות בודדים המחוברים לצינורות.

לייצור החלק העליון של הגוף, המכסה, חומרים בעלי יכולת גבוהה להעביר אור משמשים. זה יכול להיות פרספקס, חומרים פולימריים דומים, סוגים מחוסמים של זכוכית מסורתית.

על מנת למנוע אובדן אנרגיה, בידוד תרמי ממוקם בקופסה בצד האחורי של המכשיר

יש לומר כי חומרים פולימריים אינם סובלים את ההשפעה של קרניים אולטרה סגולות די טוב.לכל סוגי הפלסטיק יש מקדם התפשטות תרמית גבוה למדי, שלעתים קרובות מוביל להפחתת הלחץ של הדיור. לכן, יש להגביל את השימוש בחומרים כאלה לייצור גוף האספן.

מים כנוזל קירור יכולים לשמש רק במערכות המיועדות לספק חום נוסף בתקופת הסתיו/אביב. אם אתם מתכננים להשתמש במערכת השמש בכל ימות השנה, לפני התקף הקור הראשון, החליפו את מי התהליך לתערובת שלהם ואנטיפאי.

מערכות סולאריות אוויר משתמשות באוויר בתור נוזל קירור. ניתן ליצור ערוצים לתנועתו מיריעות גליות רגילות (+)

אם מותקן קולט שמש לחימום בניין קטן שאין לו קשר לחימום האוטונומי של הקוטג' או לרשתות מרכזיות, נבנית מערכת פשוטה במעגל יחיד עם התקן חימום בהתחלה.

השרשרת אינה כוללת משאבות סירקולציה והתקני חימום. התוכנית פשוטה ביותר, אבל היא יכולה לעבוד רק בקיץ שטוף שמש.

כאשר אספן כלול במבנה טכני במעגל כפול, הכל הרבה יותר מסובך, אך טווח הימים המתאימים לשימוש גדל משמעותית. הקולט מעבד רק מעגל אחד. העומס השולט מופעל על יחידת החימום הראשית, הפועלת על חשמל או כל סוג של דלק.

כדי ליצור קולט שמש, אתה יכול להשתמש במעגל מוכן, אתה יכול לבנות מודל טייס משלך ולבדוק אותו בפועל (+)

למרות התלות הישירה של ביצועי המכשירים הסולאריים במספר ימי השמש, הם מבוקשים, והביקוש למכשירים סולאריים עולה בהתמדה. הם פופולריים בקרב אומנים עממיים המבקשים לתעל את כל סוגי האנרגיה הטבעית לערוצים שימושיים.

סיווג לפי קריטריוני טמפרטורה

ישנם מספר די גדול של קריטריונים לפיהם מסווגים עיצובים מסוימים של מערכת השמש. עם זאת, עבור מכשירים שניתן לייצר במו ידיכם ולשמש לאספקת מים חמים וחימום, האפשרות הרציונלית ביותר תהיה להפריד אותם לפי סוג נוזל קירור.

אז, מערכות יכולות להיות נוזל ואוויר. הסוג הראשון ישים לעתים קרובות יותר.

בנוסף, לעתים קרובות נעשה שימוש בסיווג המבוסס על הטמפרטורה שאליה ניתן לחמם את רכיבי העבודה של האספן:

1. טמפרטורה נמוכה. אפשרויות המסוגלות לחמם את נוזל הקירור עד 50ºС. הם משמשים לחימום מים במיכלי השקיה, באמבטיות ובמקלחות בקיץ ולשיפור התנאים הנוחים בערבי אביב-סתיו קרירים.
2. טמפרטורה בינונית. ספק טמפרטורת נוזל קירור של 80ºС. הם יכולים לשמש לחימום חדרים. אפשרויות אלו מתאימות ביותר לריהוט בתים פרטיים.
3. טמפרטורה גבוהה. טמפרטורת נוזל הקירור במתקנים כאלה יכולה להגיע עד 200-300ºС. הם משמשים בקנה מידה תעשייתי, מותקנים לחימום בתי מלאכה לייצור, מבנים מסחריים וכו'.

מערכות סולאריות בטמפרטורה גבוהה משתמשות בתהליך מורכב למדי של העברת אנרגיה תרמית. בנוסף, הם תופסים כמות מרשימה של מקום, שרוב אוהבינו את חיי הכפר אינם יכולים להרשות לעצמם.

תהליך הייצור הוא עתיר עבודה, והיישום דורש ציוד מיוחד. כמעט בלתי אפשרי ליצור גרסה כזו של מערכת סולארית לבד.

זה די קשה לייצר פאנלים סולאריים בטמפרטורה גבוהה באמצעות ממירים פוטו-וולטאיים בבית

סעפת עבודת יד

הכנת מכשיר סולארי במו ידיכם הוא תהליך מרתק שמביא הרבה יתרונות. הודות לו, אתה יכול להשתמש באופן רציונלי בקרינת שמש חופשית ולפתור כמה בעיות כלכליות חשובות. בואו נסתכל על הפרטים הספציפיים של יצירת אספן פלטה שטוחה המספקת מים מחוממים למערכת החימום.

חומרים עשה זאת בעצמך

החומר הפשוט והמשתלם ביותר להרכבה עצמית של גוף קולט שמש הוא גוש עץ עם לוח, דיקט, לוחות OSB או אפשרויות דומות. כחלופה, אתה יכול להשתמש בפרופיל פלדה או אלומיניום עם יריעות דומות. מארז מתכת יעלה קצת יותר.

החומרים חייבים לעמוד בדרישות למבנים המשמשים בחוץ. חיי השירות של קולט שמש נעים בין 20 ל-30 שנה.

המשמעות היא שלחומרים חייבים להיות סט מסוים של מאפייני ביצוע שיאפשרו שימוש במבנה לאורך כל חייו.

האפשרות הזולה והפשוטה ביותר לחומרים לייצור הגוף היא השימוש בעץ ובלוחות סיבית

אם הגוף עשוי מעץ, ניתן להבטיח את עמידות החומר על ידי הספגה באמולסיות מים-פולימר וציפוי בצבעים ולכות.

העיקרון הבסיסי עליו יש להקפיד בעת תכנון והרכבת קולט שמש הוא זמינות החומרים מבחינת מחיר וזמינות. כלומר, ניתן למצוא אותם בשוק הפתוח או לייצר אותם באופן עצמאי מחומרים זמינים.

ניואנסים של בידוד תרמי

כדי למנוע אובדן של אנרגיה תרמית, חומר בידוד מותקן בתחתית הקופסה. זה יכול להיות קצף פוליסטירן או צמר מינרלי. התעשייה המודרנית מייצרת מגוון רחב למדי של חומרי בידוד.

כדי לבודד את הקופסה, אתה יכול להשתמש באפשרויות בידוד נייר כסף. בדרך זו, ניתן לספק גם בידוד תרמי וגם השתקפות של אור השמש ממשטח נייר הכסף.

אם משתמשים בקצף קשיח או בלוח פוליסטירן מורחב כחומר בידוד, ניתן לחתוך חריצים כדי להתאים את הסליל או מערכת הצינורות. בדרך כלל, בולם האספן ממוקם על גבי הבידוד התרמי ומקובע בחוזקה לתחתית המארז באופן שתלוי בחומר המשמש לייצור הבית.

בידוד תרמי משמש להפחתת אובדן אנרגיה תרמית דרך החלק התחתון של הדיור. זה לא הגיוני לייצר מכשיר במארז מתכת ללא בידוד תרמי (+)

גוף קירור קולט שמש

זהו אלמנט סופג. זוהי מערכת של צינורות שבה נוזל הקירור מחומם, וחלקים עשויים לרוב מנחושת. החומרים האופטימליים לייצור גוף קירור נחשבים צינורות נחושת.

בעלי מלאכה לבית המציאו אפשרות זולה יותר - מחליף חום ספירלי עשוי צינורות פוליפרופילן.

פתרון תקציבי מעניין הוא בולם מערכת סולארית העשוי מצינור פולימרי גמיש. לחיבור למכשירים בכניסה וביציאה משתמשים באביזרים מתאימים, מבחר החומרים הזמינים מהם ניתן לייצר מחליף חום קולט שמש הוא רחב למדי. זה יכול להיות מחליף חום של מקרר ישן, צינורות מים מפוליאתילן, רדיאטורים של לוח פלדה וכו'.

קריטריון חשוב ליעילות הוא המוליכות התרמית של החומר שממנו עשוי מחליף החום.

לייצור עצמי, נחושת היא האפשרות הטובה ביותר. יש לו מוליכות תרמית של 394 W/m². עבור אלומיניום, פרמטר זה משתנה בין 202 ל-236 W/m².

צינורות נחושת נחשבים לאופציה האופטימלית ביותר לייצור גוף קירור מבחינת תכונות תרמיות ועמידות בפני שחיקה

עם זאת, ההבדל הגדול בפרמטרי מוליכות תרמית בין צינורות נחושת ופוליפרופילן אינו אומר שמחליף חום עם צינורות נחושת יפיק נפחים גדולים פי מאות של מים חמים.

בתנאים שווים, הביצועים של מחליף חום העשוי מצינורות נחושת יהיו יעילים ב-20% מהביצועים של אפשרויות מתכת-פלסטיק. אז למחליפי חום העשויים מצינורות פולימרים יש זכות לחיים. בנוסף, אפשרויות כאלה יהיו הרבה יותר זולות.

ללא קשר לחומר הצינורות, יש לאטום את כל החיבורים, גם מרותכים וגם מושחלים. ניתן למקם את הצינורות במקביל זה לזה או בצורה של סליל.

המעגל מסוג סליל מפחית את מספר החיבורים - זה מקטין את הסבירות לדליפות ומבטיח זרימה אחידה יותר של נוזל קירור.

החלק העליון של הקופסה בה נמצא מחליף החום מכוסה בזכוכית.כחלופה, אתה יכול להשתמש בחומרים מודרניים, כגון אנלוגי אקרילי או פוליקרבונט מונוליטי. ייתכן שהחומר השקוף לא יהיה חלק, אלא מחורץ או מט.

בגרסה הקלאסית, הקופסה עם האספן סגורה בזכוכית מחוסמת, פרספקס, פוליקרבונט או חומר דומה. בעלי מלאכה למדו להשתמש בפוליאתילן במקום בזכוכית

טיפול זה מפחית את רפלקטיביות החומר. בנוסף, חומר זה חייב לעמוד בעומסים מכניים משמעותיים.

בדגימות תעשייתיות של מערכות סולאריות כאלה, נעשה שימוש בזכוכית סולארית מיוחדת. זכוכית זו מאופיינת בתכולת ברזל נמוכה, מה שמבטיח הפסדים נמוכים יותר של אנרגיה תרמית.

מיכל אחסון או תא קדמי

כל מיכל בנפח של 20 עד 40 ליטר יכול לשמש כמיכל אחסון. סדרה של מיכלים קצת יותר קטנים המחוברים בצינורות בשרשרת סדרה תתאים. מומלץ לבודד את מיכל האגירה, כי מים מחוממים על ידי השמש במיכל ללא בידוד יאבדו במהירות אנרגיה תרמית.

למעשה, נוזל הקירור במערכת חימום השמש חייב להסתובב ללא הצטברות, כי את האנרגיה התרמית המתקבלת ממנו יש לצרוך במהלך תקופת הקבלה. מיכל האגירה משמש דווקא כמפיץ מים מחוממים ותא קדמי השומר על יציבות הלחץ במערכת.

מיכל האגירה במערכות סולאריות פועל כמפיץ מים ומאגר השומר על לחץ (+)

שלבי הרכבת מערכת סולארית

לאחר ייצור האספן והכנת כל האלמנטים המבניים המרכיבים את המערכת, אתה יכול להתחיל בהתקנה ישירה.

אחת האפשרויות לבניית סליל עשוי צינורות פוליפרופילן עם אביזרים וטיים תעזור לך להרכיב במהירות קולט שמש (+)

העבודה מתחילה בהתקנה של מצלמה קדמית, אשר, ככלל, ממוקמת בנקודה הגבוהה ביותר האפשרית: בעליית הגג, מגדל עצמאי, גשר וכו'.

במהלך ההתקנה, יש לקחת בחשבון כי לאחר מילוי המערכת בנוזל קירור נוזלי, לחלק זה של המבנה יהיה משקל מרשים. לכן כדאי לוודא שהתקרה אמינה או לחזק אותה.

לאחר התקנת המיכל, התחל להתקין את הקולט. אלמנט מבני זה של המערכת ממוקם בצד הדרומי. זווית הנטייה ביחס לאופק צריכה להיות בין 35 ל-45 מעלות.

לאחר התקנת כל האלמנטים, הם קשורים בצינורות, מחברים אותם למערכת הידראולית אחת. אטימות המערכת ההידראולית היא קריטריון חשוב בו תלויה פעולתו היעילה של קולט השמש.

לפי תרשים ההרכבה של מערכת סולארית לאספקת מים למקלחת קיץ, ניתן לבנות מבנה לחימום מים להשקיה או ליצור תנאים נוחים בערבים קרירים (+)

כדי לחבר אלמנטים מבניים למערכת הידראולית אחת, נעשה שימוש בצינורות בקוטר של אינץ' וחצי אינץ'. הקוטר הקטן יותר משמש לבניית חלק הלחץ של המערכת.

חלק הלחץ של המערכת מתייחס לכניסת המים לתא הקדמי ולפלט של נוזל הקירור המחומם למערכת החימום ואספקת המים החמים. השאר מותקן באמצעות צינורות בקוטר גדול יותר.

כדי למנוע אובדן של אנרגיה תרמית, צינורות צריכים להיות מבודדים בקפידה.למטרה זו, אתה יכול להשתמש בקצף פוליסטירן, צמר בזלת, או גרסאות נייר כסף של חומרי בידוד מודרניים. מיכל האחסון והתא הקדמי כפופים גם הם להליך הבידוד.

האפשרות הפשוטה והמשתלמת ביותר לבידוד תרמי של מיכל אחסון היא לבנות סביבו קופסה של דיקט או לוחות. יש למלא את החלל בין הקופסה למיכל בחומר מבודד. זה יכול להיות צמר סיגים, תערובת של קש וחימר, נסורת יבשה וכו'.

המערכת הסולארית מותקנת כך שהקולטים הסולאריים ממוקמים בצד המואר ביותר של הבית או האתר (+)

בדיקה לפני ההפעלה

לאחר התקנת כל מרכיבי המערכת ובידוד חלק מהמבנים, אתה יכול להתחיל למלא את המערכת בנוזל קירור נוזלי. המילוי הראשוני של המערכת צריך להיעשות דרך הצינור הממוקם בתחתית הסעפת.

כלומר, המילוי מתבצע מלמטה למעלה. הודות לפעולות כאלה, ניתן למנוע היווצרות אפשרית של חסימות אוויר.

מים או נוזל קירור נוזלי אחר נכנסים לתא הקדמי. תהליך מילוי המערכת מסתיים כאשר מים מתחילים לזרום מצינור הניקוז של החדר הקדמי.

באמצעות שסתום ציפה ניתן להתאים את רמת הנוזל האופטימלית בתא הקדמי. לאחר מילוי המערכת בנוזל קירור, היא מתחילה להתחמם בקולט.

תהליך עליית הטמפרטורה מתרחש גם במזג אוויר מעונן. נוזל הקירור המחומם מתחיל לעלות לחלק העליון של מיכל האחסון. תהליך המחזור הטבעי מתרחש עד שטמפרטורת נוזל הקירור שנכנס לרדיאטור שווה לטמפרטורת נוזל הקירור היוצא מהקולטן.

כאשר מים זורמים לתוך המערכת ההידראולית, שסתום הציפה הממוקם בתא הקדמי יופעל. כך תישמר רמה קבועה. במקרה זה, המים הקרים הנכנסים למערכת יהיו ממוקמים בחלק התחתון של מיכל האגירה. תהליך ערבוב מים קרים וחמים כמעט ולא מתרחש.

במערכת ההידראולית, יש צורך לדאוג להתקנת שסתומי סגירה שימנעו מחזור הפוך של נוזל קירור מהקולט למיכל האחסון. זה מתרחש כאשר טמפרטורת הסביבה יורדת מתחת מטמפרטורת נוזל הקירור.

שסתומי סגירה כאלה משמשים בדרך כלל בלילה ובערב.

אספקת מים חמים לנקודות צריכה מתבצעת באמצעות מערבלים סטנדרטיים. עדיף לא להשתמש ברזים בודדים קונבנציונליים. במזג אוויר שטוף שמש, טמפרטורת המים יכולה להגיע עד 80 מעלות צלזיוס - זה לא נוח להשתמש במים כאלה ישירות. לפיכך, מיקסרים יחסכו משמעותית מים חמים.

ניתן להגביר את הביצועים של דוד שמש כזה על ידי הוספת קטעי אספן נוספים. העיצוב מאפשר לך להרכיב משניים למספר בלתי מוגבל של חלקים.

ביצועי המערכת הסולארית מוגברים על ידי התקנת קולטני שמש נוספים

קולט שמש זה לחימום ואספקת מים חמים מבוסס על העיקרון של אפקט החממה ומה שנקרא אפקט התרמוסיפון. אפקט החממה משמש בעיצוב גוף החימום.

קרני השמש עוברות באין מפריע דרך החומר השקוף של חלקו העליון של הקולט והופכות לאנרגיה תרמית.

אנרגיה תרמית מסתיימת בחלל מצומצם עקב אטימות תיבת מדור האספן. אפקט התרמוסיפוני משמש במערכת הידראולית כאשר נוזל הקירור המחומם עולה כלפי מעלה, מחליף את נוזל הקירור הקר ומאלץ אותו לעבור לאזור החימום.

הודות לאפקט התרמוסיפוני, מתרחשת זרימה טבעית יציבה ורציפה של נוזל קירור במערכת

ביצועי קולט שמש

הקריטריון העיקרי המשפיע על ביצועי מערכות השמש הוא עוצמת קרינת השמש. כמות קרינת השמש שעלולה להיות שימושית הנופלת על טריטוריה מסוימת נקראת insolation.

כמות הבידוד בחלקים שונים של הגלובוס משתנה מאוד. יש טבלאות מיוחדות לקביעת האינדיקטורים הממוצעים של ערך זה. הם מציגים את בידוד השמש הממוצע לאזור מסוים.

ניתן לקבל נתונים על בידוד שמש באזור מסוים ממפות וטבלאות מיוחדות (+)

בנוסף לכמות הבידוד, ביצועי המערכת מושפעים מהשטח והחומר של מחליף החום. גורם נוסף המשפיע על ביצועי המערכת הוא נפח מיכל האחסון. קיבולת המיכל האופטימלית מחושבת על סמך שטח סופחי האספן.

במקרה של קולט שטוח, זהו השטח הכולל של הצינורות שנמצאים בקופסת הקולט. ערך זה, בממוצע, שווה ל-75 ליטר של נפח מיכל לכל מ"ר של שטח צינור אספן. מיכל האגירה הוא מעין מצבר חום.

מחירי מכשירי המפעל

חלק הארי בעלויות הכספיות לבניית מערכת כזו נופל על ייצור אספנים. זה לא מפתיע, אפילו במודלים תעשייתיים של מערכות סולאריות, כ-60% מהעלות נובעת מאלמנט מבני זה. עלויות כספיות יהיו תלויות בבחירה של חומר מסוים.

יש לציין שמערכת כזו אינה מסוגלת לחמם את החדר, היא רק תעזור לחסוך בעלויות על ידי סיוע בחימום המים במערכת החימום. בהתחשב בעלויות האנרגיה הגדולות למדי המושקעות על חימום מים, קולט שמש המשולב במערכת החימום מפחית משמעותית עלויות כאלה.

קולט השמש משולב די בקלות במערכת החימום ואספקת המים החמים (+)

חומרים פשוטים למדי ובמחיר סביר משמשים לייצורו. בנוסף, עיצוב זה אינו תלוי אנרגיה לחלוטין ואינו דורש תחזוקה טכנית. הטיפול במערכת מסתכם בבדיקה וניקוי תקופתיים של זכוכית הקולט מלכלוך.

מידע נוסף על ארגון חימום שמש בבית מוצג ב המאמר הזה.

מסקנות וסרטון שימושי בנושא

תהליך ייצור של קולט שמש בסיסי:

כיצד להרכיב ולהפעיל מערכת סולארית:

מטבע הדברים, קולט שמש מתוצרת עצמית לא יוכל להתחרות בדגמים תעשייתיים. באמצעות חומרים זמינים, די קשה להשיג את היעילות הגבוהה שיש לעיצובים תעשייתיים. אך העלויות הכספיות יהיו נמוכות בהרבה בהשוואה לרכישת התקנות מוכנות.

על כל פנים, מערכת חימום סולארית תוצרת בית יגדיל משמעותית את רמת הנוחות ויקטין את עלות האנרגיה המופקת ממקורות מסורתיים.

יש לך ניסיון בבניית קולט שמש? או שעדיין יש לך שאלות לגבי החומר המוצג? אנא שתף ​​מידע עם הקוראים שלנו. ניתן להשאיר הערות בטופס למטה.