Hur du bygger en solfångare för uppvärmning själv: steg-för-steg-guide

De stigande kostnaderna för traditionella energikällor får villaägare att leta efter alternativa sätt att värma sina hem och sitt vatten. Du håller säkert med om att den ekonomiska aspekten spelar en viktig roll vid valet av värmesystem.

Ett av de mest lovande sätten att få energi – är att omvandla solstrålning. För detta används solvärmesystem. När du förstår principen för deras konstruktion och hur de fungerar blir det inte särskilt svårt att bygga en solfångare för uppvärmning på egen hand.

Vi berättar om solvärmesystemens konstruktion, ger dig ett enkelt monteringsschema och beskriver materialen du kan använda. Arbetsmomenten illustreras med tydliga foton, och materialet kompletteras med videor om hur du bygger och driftsätter en hemmagjord solfångare.

Funktionsprincip och konstruktionsegenskaper

Moderna solvärmesystem – är en typ av alternativa energikällor för värme. De används som kompletterande uppvärmningsutrustning som omvandlar solstrålning till användbar energi för husägaren.

De kan helt täcka varmvattenförsörjning och uppvärmning under den kalla årstiden endast i södra regioner. Och även då bara om de upptar en tillräckligt stor yta och är installerade på öppna platser som inte skuggas av träd.

Trots det stora antalet varianter fungerar de enligt samma princip. Varje solvärmesystem utgörs av en krets med seriekopplade enheter som både levererar värmeenergi och överför den till förbrukaren.

De huvudsakliga arbetskomponenterna är solpaneler med fotoceller eller solfångare. Tekniken för att montera en solgenerator med fotoplattor är något mer komplicerad än för en rörsolfångare.

I den här artikeln tittar vi på det andra alternativet – solfångarsystemet.

Solpaneler fungerar fortfarande som extra energikällor. Det är riskabelt att helt byta till solvärme för husets uppvärmning eftersom det är omöjligt att förutsäga det exakta antalet soliga dagar.

Solpanelerna består av ett system av rör som är kopplade i serie med utlopps- och inloppsledningar eller är lagda som en spole. Genom rören cirkulerar teknisk vatten, luftflöde eller en blandning av vatten med någon icke-frysande vätska.

Cirkulationen stimuleras av fysikaliska fenomen: avdunstning, förändringar i tryck och densitet vid övergång från ett aggregationstillstånd till ett annat, etc.

Principen för solpaneler bygger på att samla in och lagra solenergi som överförs till värmebäraren (+)

Insamlingen och lagringen av solenergi sker genom absorbatorer. Det är antingen en solid metallplatta med en svärtad yttre yta eller ett system av separata plattor kopplade till rören.

För tillverkning av den övre delen av höljet, locket, används material med hög förmåga att släppa igenom ljusflödet. Det kan vara plexiglas, liknande polymermaterial, eller härdade typer av vanligt glas.

För att förhindra energiförluster från enhetens baksida läggs värmeisolering i lådan.

Man måste säga att polymermaterial ganska dåligt tål påverkan av ultravioletta strålar. Alla typer av plast har en ganska hög värmeutvidgningskoefficient, vilket ofta leder till att höljet blir otätt. Därför bör användningen av sådana material för tillverkning av solpanelens hölje begränsas.

Vatten som värmebärare kan endast användas i system som är avsedda för att leverera extra värme under höst-/vårperioden. Om solsystemet planeras att användas året runt byts tekniska vattnet ut mot en blandning med frostskyddsmedel inför den första kylan.

I luftbaserade solsystem används luft som värmebärare. Kanaler för dess rörelse kan göras av vanlig profilerad plåt (+)

Om solpanelen installeras för att värma upp en liten byggnad utan koppling till husets egna eller centrala värmenät, byggs ett enkelt enkretsystem med en värmeanordning i början av den.

Cirkulationspumpar och värmeanordningar läggs inte till i kedjan. Kretsen är extremt enkel, men den kan bara fungera under soliga somrar.

När kollektorn kopplas in i en tvåkretsteknisk anläggning blir allt mycket mer komplicerat, men också antalet dagar som är lämpliga för användning ökar avsevärt. Kollektorn bearbetar endast en krets. Den dominerande belastningen läggs på den huvudsakliga värmeenheten, som drivs med elektricitet eller någon typ av bränsle.

För att tillverka en solfångare kan du använda ett färdigt schema, eller bygga en egen pilotmodell och testa den i praktiken (+)

Trots att solanordningarnas prestanda är direkt beroende av antalet soliga dagar, är de efterfrågade och efterfrågan på solutrustning ökar stadigt. De är populära bland hobbyhantverkare som strävar efter att rikta alla typer av naturlig energi till användbara ändamål.

Klassificering efter temperaturkriterier

Det finns ett ganska stort antal kriterier enligt vilka olika konstruktioner av solsystem klassificeras. Men för apparater som du kan göra själv och använda för varmvattenförsörjning och uppvärmning, är den mest rationella indelningen efter typ av värmebärare.

Systemen kan vara vätskebaserade eller luftbaserade. Den första typen är vanligast.

Dessutom används ofta klassificering efter den temperatur som kollektorns arbetsdelar kan värmas upp till:

1. Lågtemperatur. Alternativ som kan värma värmebäraren till 50°C. Används för uppvärmning av vatten i bevattningstankar, badkar och duschar på sommaren och för att förbättra komforten under svala vår- och höstkvällar.
2. Medeltemperatur. Ger värmebärarens temperatur till 80°C. De kan användas för uppvärmning av rum. Dessa alternativ är mest lämpliga för privata hem.
3. Högtemperatur. Temperaturen på värmebäraren i sådana anläggningar kan nå upp till 200-300 °C. De används i industriell skala och installeras för uppvärmning av produktionslokaler, kommersiella byggnader etc.

I högtemperatursolsystem används en ganska komplicerad process för överföring av termisk energi. Dessutom tar de upp imponerande mycket plats, vilket de flesta av våra landsbygdsälskare inte har råd med.

Tillverkningsprocessen är arbetsintensiv och genomförandet kräver specialiserad utrustning. Det är praktiskt taget omöjligt att göra en sådan solsystemvariant på egen hand.

Högtemperatur solpaneler med fotovoltaiska omvandlare är ganska svårt att tillverka i hemmiljö.

Bygga solfångaren själv

Tillverkning av en solfångare med egna händer – en fascinerande process som ger många fördelar. Tack vare den kan man rationellt använda gratis solstrålning och lösa flera viktiga hushållsuppgifter. Låt oss titta på detaljerna för att skapa en platt solfångare som levererar varmt vatten till värmesystemet.

Material för egen montering

Det enklaste och mest lättillgängliga materialet för egen montering av solfångarens hölje – en träregel med bräda, plywood, OSB-skivor eller liknande alternativ. Som alternativ kan man använda stål- eller aluminiumprofil med liknande plåtar. Ett metallhölje blir något dyrare.

Materialen måste uppfylla kraven för konstruktioner som används utomhus. Solfångarens livslängd varierar från 20 till 30 år.

Det innebär att materialen måste ha en viss uppsättning prestandaegenskaper som gör att konstruktionen kan användas under hela livslängden.

Det billigaste och enklaste materialvalet för tillverkning av höljet – att använda trävaror och spånskivor.

Om höljet görs av trä, kan materialets hållbarhet säkerställas genom impregnering med vatten-polymeremulsioner och lackering med färg och lack.

Grundprincipen vid planering och montering av solfångaren är att materialen ska vara prisvärda och lätta att få tag på. Det vill säga att de antingen finns att köpa i butik eller kan tillverkas själv av tillgängliga vardagsmaterial.

Detaljer kring värmeisoleringen

För att förhindra förluster av värmeenergi monteras isoleringsmaterial på lådans botten. Det kan vara frigolit eller mineralull. Modern industri producerar en ganska omfattande sortiment av isoleringsmaterial.

För att isolera lådan kan man använda folierade isoleringsvarianter. På så sätt kan man både värmeisolera och reflektera solstrålar från den folierade ytan.

Om en hård skiva av frigolit eller expanderad polystyren används som isoleringsmaterial, kan man skära ut spår för att lägga slingan eller rörsystemet. Vanligtvis läggs kollektorns absorbator ovanpå isoleringen och fästs ordentligt i botten av höljet med en metod som beror på materialet som använts vid tillverkningen av höljet.

Värmeisolering används för att minska förluster av värmeenergi genom höljets botten. Det är inte rationellt att tillverka en apparat i metallhölje utan värmeisolering (+)

Solfångarens värmeabsorbator

Det är ett absorberande element. Det består av ett system av rör där värmevätskan värms upp, och detaljer som oftast är gjorda av kopparplåt. Det optimala materialet för tillverkning av värmemottagare anses vara kopparrör.

Hemmafixare har uppfunnit ett billigare alternativ – en spiralvärmeväxlare av polypropenrör.

En intressant budgetlösning – en absorbator för solsystemet av flexibel polymerrör. För anslutning till enheter på in- och utlopp används lämpliga kopplingar. Urvalet av tillgängliga material som man kan tillverka solfångarens värmeväxlare av är ganska brett. Det kan vara värmeväxlare från ett gammalt kylskåp, polyeten vattenledningsrör, stålpanelradiatorer och så vidare.

Ett viktigt effektivitetskriterium är värmeledningsförmågan hos materialet som värmeväxlaren är tillverkad av.

För egentillverkning är koppar det optimala alternativet. Den har en värmeledningsförmåga på 394 W/m². För aluminium varierar denna parameter från 202 till 236 W/m².

Kopparrör anses vara det mest optimala alternativet för tillverkning av värmemottagare med tanke på värmetekniska egenskaper och slitstyrka

Men den stora skillnaden i värmeledningsparametrar mellan koppar- och polypropenrör innebär inte att en värmeväxlare med kopparrör kommer att producera hundratals gånger större volymer varmvatten.

Under lika förhållanden är en värmeväxlare av kopparrör 20% effektivare än en av metall-plast. Så värmeväxlare tillverkade av polymerrör har rätt att existera. Dessutom är sådana alternativ mycket billigare.

Oavsett rörmaterial måste alla anslutningar, både svetsade och gängade, vara täta. Rören kan placeras parallellt med varandra eller i serpentinform.

En serpentinformad layout minskar antalet anslutningar – detta minskar risken för läckage och ger en jämnare flödesrörelse hos värmebäraren.

Toppen av lådan där värmeväxlaren sitter täcks med glas. Som alternativ kan moderna material som akryl eller monolitisk polykarbonat användas. Det genomskinliga materialet kan vara inte slätt utan räfflat eller matt.

I det klassiska alternativet täcks lådan med solfångaren med härdat glas, plexiglas, polykarbonat eller liknande material. Folkkunniga hantverkare har anpassat sig att använda polyeten istället för glas.

En sådan behandling minskar materialets reflekterande förmåga. Dessutom måste detta material tåla betydande mekanisk belastning.

I industriella exemplar av liknande solsystem används speciellt solglas. Sådant glas kännetecknas av låg järnhalt, vilket ger mindre värmeförluster.

Ackumulatortank eller förkammare

Som ackumulatortank kan man använda vilken behållare som helst med volym från 20 till 40 liter. En serie något mindre tankar sammankopplade i en kedja fungerar också. Det rekommenderas att isolera ackumulatortanken eftersom vatten som värmts av solen i en oisolerad behållare snabbt förlorar värmeenergi.

I grund och botten bör värmebäraren i ett solvärmesystem cirkulera utan ackumulering, eftersom den termiska energin från den måste användas under insamlingsperioden. Ackumulatorbehållaren fungerar snarare som en fördelare av uppvärmt vatten och en förkammare som upprätthåller tryckstabilitet i systemet.

Ackumulatorbehållaren i solsystem fungerar som vattenfördelare och tryckhållande reservoar (+)

Monteringssteg för solvärmesystemet

Efter tillverkning av solfångaren och förberedelse av alla ingående konstruktionselement i systemet kan man börja med den faktiska installationen.

En metod med spiral av polypropenrör, kopplingar och t-stycken underlättar snabb montering av solfångare (+)

Arbetet börjar med installation av en förkammare, som vanligtvis placeras på högsta möjliga punkt: på vinden, ett fristående torn, en landgång osv.

Vid montering bör man beakta att denna del av konstruktionen kommer att ha en avsevärd vikt efter fyllning med flytande värmebärare. Därför bör man kontrollera att bjälklaget är stabilt eller förstärka det.

Efter installation av tanken börjar man med montering av solfångaren. Denna konstruktionsdel placeras på södra sidan. Lutningsvinkeln i förhållande till horisontlinjen bör vara mellan 35 och 45 grader.

Efter installation av alla element binds de ihop med rör, vilket sammanfogar dem till ett enda hydrauliskt system. Tätheten i det hydrauliska systemet är en viktig faktor för solfångarens effektiva drift.

Enligt monteringsschemat för solvärmesystemet för vattenförsörjning till en utomhusdusch kan man bygga en konstruktion för att värma vatten för bevattning eller skapa behagliga förhållanden under svala kvällar (+)

För att sammanfoga konstruktionselement till ett hydrauliskt system används rör med diametrar på en tum och en halv tum. Den mindre diametern används för tryckdelen av systemet.

Med tryckdelen av systemet avses vatteninloppet till förkammaren och utloppet av uppvärmd värmebärare till värmesystemet och varmvattenförsörjningen. Resten monteras med rör av större diameter.

För att förhindra värmeförluster bör rören noggrant isoleras. För detta ändamål kan man använda frigolit, basaltull eller folierade varianter av moderna isoleringsmaterial. Lagringstanken och förkammaren ska också isoleras.

Det enklaste och mest prisvärda sättet att isolera lagringstanken är att bygga en låda av plywood eller brädor runt den. Utrymmet mellan lådan och tanken ska fyllas med isoleringsmaterial. Det kan vara slaggull, en blandning av halm och lera, sågspån etc.

Solvärmesystemet installeras så att solfångarna placeras på den mest solbelysta sidan av huset eller tomten (+)

Testning före driftsättning

Efter montering av alla systemdelar och isolering av vissa konstruktioner kan man börja fylla systemet med flytande värmebärare. Den första påfyllningen av systemet bör göras genom en anslutning i solfångarens nedre del.

Det vill säga, påfyllning sker från botten till toppen. Genom sådana åtgärder kan man undvika eventuell bildning av luftfickor.

Vatten eller annan flytande värmebärare strömmar in i förkammaren. Påfyllningsprocessen avslutas när vatten börjar rinna från förkammarens dräneringsrör.

Med hjälp av en flottörventil kan man justera optimal vätskenivå i förkammaren. Efter att systemet fyllts med värmebärare börjar den värmas upp i kollektorn.

Temperaturhöjningen sker även i molnigt väder. Den uppvärmda värmebäraren börjar stiga till den övre delen av ackumulatortanken. Den naturliga cirkulationsprocessen fortsätter tills temperaturen på värmebäraren som kommer in i radiatorn är lika med temperaturen på bäraren som lämnar kollektorn.

Vid vattenförbrukning i det hydrauliska systemet aktiveras flottörventilen i förkammaren. På så sätt hålls en konstant nivå. Kalla vattnet som kommer in i systemet kommer att finnas i den nedre delen av ackumulatorbehållaren. Blandningsprocessen av kallt och varmt vatten sker praktiskt taget inte.

I det hydrauliska systemet måste man installera avstängningsventiler som förhindrar återcirkulation av värmebärare från kollektorn till ackumulatorn. Detta sker när omgivningstemperaturen sjunker lägre än värmebärarens temperatur.

Sådana avstängningsventiler används vanligtvis på natten och kvällen.

Anslutningar till varmvattenförbrukningsställen görs med standardblandare. Vanliga enkla kranar bör inte användas. I soligt väder kan vattentemperaturen nå upp till 80°C – det är obekvämt att använda sådant vatten direkt. Således kommer blandare att möjliggöra betydande besparingar av varmvatten.

Prestandan för en sådan solvattenberedare kan ökas genom att lägga till ytterligare kollektorsektioner. Konstruktionen tillåter montering av från två till obegränsat antal.

Solvärmesystemets prestanda ökas genom att installera fler solfångare.

Grunden för en sådan solfångare för uppvärmning och varmvatten är växthuseffekten och den så kallade termosifoneffekten. Växthuseffekten används i konstruktionen av värmeelementet.

Solstrålarna passerar obehindrat genom det transparenta materialet i den övre delen av kollektorn och omvandlas till termisk energi.

Den termiska energin befinner sig i ett slutet utrymme tack vare tätheten i kollektorsektionens låda. Termosifoneffekten används i det hydrauliska systemet när den uppvärmda värmebäraren stiger uppåt och därmed tränger undan den kalla värmebäraren och tvingar den att röra sig mot uppvärmningsområdet.

Tack vare termosifoneffekten uppstår en stabil och kontinuerlig naturlig cirkulation av värmeöverföringsmedlet i systemet

Solfångarens prestanda

Den viktigaste faktorn som påverkar solvärmesystemets prestanda är solstrålningens intensitet. Mängden potentiellt användbar solstrålning som faller på ett visst område kallas solinstrålning.

Solinstrålningens storlek varierar kraftigt på olika platser på jorden. För att bestämma medelvärden för denna storlek finns särskilda tabeller. De visar den genomsnittliga solinstrålningen för en viss region.

Data om solinstrålning i en viss region kan erhållas från särskilda kartor och tabeller (+)

Förutom solinstrålningens storlek påverkas systemets prestanda av värmeväxlarens area och material. En annan faktor som påverkar systemets prestanda är ackumulatortankens volym. Tankens optimala kapacitet beräknas utifrån solfångarens adsorbenters area.

För en plan solfångare är det den totala arean av rören som finns i solfångarlådan. Detta värde motsvarar i genomsnitt 75 liter tankvolym per m² solfångarrörsarea. Ackumulatortanken fungerar som en slags värmelagring.

Priser på fabrikstillverkade modeller

Lejonparten av de ekonomiska kostnaderna för att bygga ett sådant system går till tillverkning av solfångare. Det är inte förvånande, även i industriella solvärmesystem står denna konstruktionselement för cirka 60% av kostnaden. De ekonomiska kostnaderna beror på valet av material.

Det bör noteras att ett sådant system inte kan värma upp ett rum, det hjälper bara att spara kostnader genom att värma upp vattnet i värmesystemet. Med tanke på de ganska stora energikostnaderna för uppvärmning av vatten, minskar en solfångare som är integrerad i värmesystemet avsevärt sådana kostnader.

En solfångare integreras ganska enkelt i värme- och varmvattensystemet (+)

För tillverkningen används ganska enkla och lättillgängliga material. Dessutom är en sådan konstruktion helt energioberoende och kräver inget tekniskt underhåll. Underhållet av systemet består av periodisk inspektion och rengöring av solfångarens glas från smuts.

Ytterligare information om att organisera solvärme i huset finns i denna artikel.

Slutsatser och användbar video om ämnet

Processen för att tillverka en elementär solfångare:

Hur du monterar och tar i drift ett solvärmesystem:

Naturligtvis kan en hemmagjord solfångare inte konkurrera med industriella modeller. Med hjälp av enkla material är det ganska svårt att uppnå den höga verkningsgrad som industriella exemplar har. Men kostnaderna är mycket lägre jämfört med att köpa färdiga anläggningar.

Icke desto mindre kommer en hemmagjord solvärmeanläggning att avsevärt öka komfortnivån och minska kostnaderna för energi som produceras av traditionella källor.

Har du erfarenhet av att bygga en solfångare? Eller har du frågor om materialet som presenterats? Vänligen dela din information med våra läsare. Du kan lämna kommentarer i formuläret nedan.