Jak vyrobit solární kolektor pro vytápění svépomocí: návod krok za krokem

Zdražování tradičních zdrojů energie nutí majitele soukromých domů hledat alternativní možnosti vytápění a ohřevu vody. Souhlasíte, že finanční stránka otázky nehraje při výběru topného systému poslední roli.

Jedním z nejperspektivnějších způsobů zásobování energií – je přeměna slunečního záření. K tomu se využívají solární systémy. Pochopením principu jejich konstrukce a mechanizmu fungování nebude výroba solárního kolektoru pro vytápění svépomocí představovat velkou obtíž.

Řekneme vám o konstrukčních vlastnostech solárních systémů, nabídneme jednoduché schéma montáže a popíšeme materiály, které lze použít. Etapy prací jsou doprovázeny názornými fotografiemi, materiál je doplněn videoklipy o výrobě a uvedení do provozu podomácku vyrobeného kolektoru.

Princip fungování a konstrukční vlastnosti

Moderní solární systémy – jsou jedním z druhů alternativních zdrojů získávání tepla. Používají se jako pomocné topné zařízení, které přeměňuje sluneční záření na energii užitečnou pro majitele domu.

Jsou schopny plně zajistit dodávku teplé vody a vytápění v chladném období pouze v jižních oblastech. A to pouze tehdy, pokud zabírají dostatečně velkou plochu a jsou instalovány na otevřených, nezastíněných stromy plochách.

Navzdory velkému množství odrůd je princip jejich fungování stejný. Každý solární systém představuje okruh s posloupným uspořádáním zařízení, která dodávají tepelnou energii a předávají ji spotřebiteli.

Hlavními pracovními prvky jsou solární panely na fotoelementech nebo solární kolektory. Technologie montáže slunečního generátoru na fotodeskách je poněkud složitější než u trubkového kolektoru.

V tomto článku se budeme zabývat druhou variantou – kolektorovým solárním systémem.

Solární kolektory zatím slouží jako pomocné zdroje energie. Zcela přepnout vytápění domu na solární systém je nebezpečné kvůli nemožnosti předvídat přesný počet slunečných dnů.

Kolektory představují systém trubek, spojených sériově s výstupním a vstupním potrubím nebo uspořádaných do tvaru hada. Trubkami cirkuluje technická voda, vzduchový proud nebo směs vody s nějakou nemrznoucí kapalinou.

Cirkulaci stimulují fyzikální jevy: vypařování, změna tlaku a hustoty při přechodu z jednoho skupenství do druhého atd.

Princip činnosti solárních kolektorů je založen na získávání a akumulaci sluneční energie, která je předána teplonosnému médiu (+)

Sběr a akumulace sluneční energie se provádí pomocí absorbérů. Jde buď o souvislou kovovou desku s začerněným vnějším povrchem, nebo o systém samostatných desek připojených k trubkám.

Pro výrobu horní části těla, krytu, se používají materiály s vysokou schopností propouštět světelný tok. Může to být plexisklo, podobné polymerové materiály, tvrzené druhy tradičního skla.

Aby se zabránilo ztrátám energie na zadní straně zařízení, do boxu se ukládá tepelná izolace

Je třeba říci, že polymerové materiály poměrně špatně snášejí vliv ultrafialových paprsků. Všechny druhy plastů mají poměrně vysoký součinitel tepelné roztažnosti, což často vede k odtlakování těla. Proto by se použití podobných materiálů pro výrobu těla kolektoru mělo omezit.

Voda jako teplonosné médium může být použita pouze v systémech určených pro dodávku dodatečného tepla v podzimním/jarním období. Pokud se plánuje celoroční používání solárního systému, před prvním ochlazením se technická voda vymění za její směs s nemrznoucí kapalinou.

Ve vzduchových solárních systémech se jako teplonosné médium používá vzduch. Kanály pro jeho pohyb lze vyrobit z běžného profilovaného plechu (+)

Pokud se solární kolektor instaluje pro vytápění malé stavby, která není napojena na samostatné vytápění chaty nebo na centrální sítě, postaví se nejjednodušší jednookruhový systém s ohřívačem na jeho začátku.

Do řetězce se nezahrnují oběhová čerpadla a ohřívací zařízení. Schéma je velmi jednoduché, ale může fungovat pouze za slunečného léta.

Při zapojení kolektoru do dvouokruhového technického zařízení je vše mnohem složitější, ale rozsah dnů vhodných pro použití je podstatně rozšířen. Kolektor zpracovává pouze jeden okruh. Převládající zatížení připadá na hlavní topné zařízení, které pracuje na elektřinu nebo jakýkoli druh paliva.

Pro výrobu solárního kolektoru lze použít hotové schéma, nebo si postavit vlastní pilotní model a vyzkoušet ho v praxi (+)

Navzdory přímé závislosti výkonu solárních zařízení na počtu slunečních dnů jsou žádaná a poptávka po solárních zařízeních stabilně roste. Jsou oblíbená mezi domácími kutily, kteří se snaží nasměrovat všechny druhy přírodní energie užitečným směrem.

Klasifikace podle teplotních kritérií

Existuje poměrně velké množství kritérií, podle kterých se klasifikují různé konstrukce solárních systémů. Nicméně pro zařízení, která si lze vyrobit svépomocí a používat pro ohřev vody a vytápění, je nejracionálnější rozdělení podle druhu teplonosné látky.

Systémy mohou být kapalinové a vzduchové. První typ je častěji používaný.

Kromě toho se často používá klasifikace podle teploty, na kterou se mohou ohřívat pracovní části kolektoru:

1. Nízkoteplotní. Varianty schopné ohřát teplonosnou látku na 50 °C. Používají se pro ohřev vody v nádobách na zalévání, ve vanách a sprchách v letním období a pro zvýšení komfortních podmínek během chladných jarních a podzimních večerů.
2. Středněteplotní. Zajišťují teplotu teplonosné látky až 80 °C. Lze je použít pro vytápění místností. Tyto varianty jsou nejvhodnější pro vybavení rodinných domů.
3. Vysokoteplotní. Teplota teplonosné látky v takových zařízeních může dosahovat až 200–300 °C. Používají se v průmyslovém měřítku, instalují se pro vytápění výrobních hal, komerčních budov atd.

Ve vysokoteplotních solárních systémech se používá poměrně složitý proces přenosu tepelné energie. Navíc zabírají značný prostor, což si většina našich milovníků venkovského života nemůže dovolit.

Výrobní proces je náročný na práci, realizace vyžaduje specializované zařízení. Samostatně vyrobit takovou variantu solárního systému je prakticky nemožné.

Vysokoteplotní solární panely s fotovoltaickými převodníky je v domácích podmínkách poměrně obtížné vyrobit.

Vlastnoruční výroba kolektoru

Výroba solárního zařízení vlastníma rukama – fascinující proces, který přináší mnoho výhod. Díky němu lze racionálně využívat bezplatné sluneční záření a řešit několik důležitých domácích úkolů. Rozebereme specifika vytváření plochého kolektoru, který dodává ohřátou vodu do topného systému.

Materiály pro samostatnou montáž

Nejjednodušším a nejdostupnějším materiálem pro vlastní stavbu tělesa solárního kolektoru – je dřevěný trám s deskou, překližkou, OSB deskami nebo podobnými variantami. Jako alternativu lze použít ocelový nebo hliníkový profil s podobnými plechy. Kovové těleso bude o něco dražší.

Materiály musí splňovat požadavky, které jsou kladeny na konstrukce používané venku. Životnost solárního kolektoru se pohybuje od 20 do 30 let.

A tedy materiály musí mít určitý soubor provozních vlastností, které umožní používat konstrukci po celou dobu.

Nejlevnější a nejjednodušší variantou materiálů pro výrobu tělesa – je použití řeziva a třískových desek

Pokud je těleso vyrobeno ze dřeva, lze odolnost materiálu zajistit impregnací vodně-polymerními emulzemi a nátěrem lakýrnickými materiály.

Základním principem, kterým bychom se měli řídit při návrhu a montáži solárního kolektoru, je dostupnost materiálů z hlediska ceny a možnosti zakoupit. To znamená, že je lze buď sehnat v běžném prodeji, nebo si je sami vyrobit z dostupných improvizovaných prostředků.

Nuance zařízení tepelné izolace

Aby se zabránilo ztrátám tepelné energie, na dno boxu se instaluje izolační materiál. Může to být polystyren nebo minerální vlna. Moderní průmysl vyrábí poměrně široký sortiment izolačních materiálů.

Pro zateplení boxu lze použít fóliové varianty izolací. Tím lze zajistit jak tepelnou izolaci, tak odraz slunečních paprsků od fóliového povrchu.

Pokud se jako izolační materiál použije pevná deska z polystyrenu nebo pěnového polystyrenu, lze pro pokládku spirály nebo systému trubek vyříznout drážky. Absorbér kolektoru se obvykle pokládá na izolaci shora a pevně se připevňuje ke dnu skříně způsobem závislým na materiálu použitém při výrobě skříně.

Tepelná izolace slouží ke snížení ztrát tepelné energie dnem skříně. Zařízení v kovové skříni vyrábět bez tepelné izolace není racionální (+)

Tepelný přijímač solárního kolektoru

Jedná se o absorpční prvek. Představuje systém trubek, ve kterých dochází k ohřevu teplonosné látky, a součástí, které jsou nejčastěji vyrobeny z měděného plechu. Za optimální materiál pro výrobu tepelného přijímače jsou považovány měděné trubky.

Domácí kutilové vynalezli levnější variantu – spirálový výměník tepla z polypropylenových trubek.

Zajímavé levné řešení – absorbér solárního systému z flexibilní polymerové trubky. Pro připojení k zařízením na vstupu a výstupu se používají vhodné fitinky. Výběr improvizovaných prostředků, ze kterých lze vyrobit výměník tepla solárního kolektoru, je poměrně široký. Může to být výměník tepla ze staré lednice, polyetylenové vodovodní trubky, ocelové panelové radiátory atd.

Důležitým kritériem účinnosti je tepelná vodivost materiálu, ze kterého je výměník tepla vyroben.

Pro vlastní výrobu je optimální variantou měď. Má tepelnou vodivost 394 W/m². U hliníku se tento parametr pohybuje od 202 do 236 W/m².

Měděné trubky jsou považovány za nejoptimálnější variantu pro výrobu tepelného přijímače z hlediska tepelně technických vlastností a odolnosti proti opotřebení

Nicméně velký rozdíl v parametrech tepelné vodivosti mezi měděnými a polypropylenovými trubkami vůbec neznamená, že výměník tepla s měděnými trubkami bude poskytovat stokrát větší objemy horké vody.

Při stejných podmínkách bude účinnost výměníku tepla z měděných trubek o 20 % vyšší než u variant z kovoplastu. Tepelné výměníky vyrobené z polymerových trubek mají tedy právo na existenci. Kromě toho jsou tyto varianty mnohem levnější.

Bez ohledu na materiál trubek musí být všechna spojení, jak svařovaná, tak závitová, těsná. Trubky lze umístit paralelně vedle sebe nebo ve tvaru hada (spirály).

Schéma typu hada (spirály) snižuje počet spojů – to snižuje pravděpodobnost netěsností a zajišťuje rovnoměrnější proudění teplonosné kapaliny.

Vrch krabice, ve které se nachází výměník tepla, je uzavřen sklem. Alternativně lze použít moderní materiály, jako je akrylátový analog nebo monolitický polykarbonát. Průsvitný materiál může být ne hladký, ale vroubkovaný nebo matný.

V klasické variantě je krabice s kolektorem uzavřena tvrzeným sklem, plexisklem, polykarbonátem nebo podobným materiálem. Lidoví řemeslníci si zvykli místo skla používat polyethylen.

Toto zpracování snižuje odrazivost materiálu. Kromě toho musí tento materiál odolávat značnému mechanickému zatížení.

V průmyslových vzorcích podobných solárních systémů se používá speciální solární sklo. Toto sklo se vyznačuje nízkým obsahem železa, což zajišťuje menší tepelné ztráty.

Akumulační nádrž nebo předkomora

Jako akumulační nádrž lze použít jakoukoli nádobu o objemu 20 až 40 litrů. Postačí i několik menších nádrží spojených trubkami do sériového řetězce. Akumulační nádrž se doporučuje izolovat, protože voda ohřátá sluncem v neizolované nádobě rychle ztrácí tepelnou energii.

V podstatě by měl teplonosné médium v topném solárním systému cirkulovat bez akumulace, protože získanou tepelnou energii je třeba spotřebovat během jejího získávání. Akumulační nádrž spíše plní funkci rozdělovače ohřáté vody a předkomory udržující stabilní tlak v systému.

Akumulační nádrž v solárních systémech funguje jako rozdělovač vody a zásobník udržující tlak (+)

Etapy montáže solárního systému

Po výrobě kolektoru a přípravě všech konstrukčních prvků systému lze přistoupit k samotné montáži.

Jedna z možností provedení smyčky z polypropylenových trubek s tvarovkami a T-kusy pomůže rychle sestavit solární kolektor (+)

Práce začíná instalací předkomory, kterou se obvykle umisťuje na nejvyšší možné místo: na půdě, na samostatně stojící věži, na estakádě atd.

Při montáži je třeba počítat s tím, že po naplnění systému kapalným nosičem tepla bude mít tato část konstrukce značnou hmotnost. Proto je nutné se ujistit o pevnosti stropu nebo jej zesílit.

Po instalaci nádrže se přistupuje k instalaci kolektoru. Tento konstrukční prvek systému se umisťuje na jižní stranu. Úhel sklonu vzhledem k linii horizontu by měl být 35 až 45 stupňů.

Po instalaci všech prvků se svážou trubkami a spojí do jediného hydraulického systému. Těsnost hydraulického systému je důležitým kritériem, na kterém závisí efektivní provoz solárního kolektoru.

Podle schématu sestavení solárního systému pro dodávku vody do letní sprchy lze postavit konstrukci pro ohřev vody na zalévání nebo pro vytvoření příjemných podmínek za chladných večerů (+)

Pro spojení konstrukčních prvků do jediného hydraulického systému se používají trubky o průměru jeden palec a půl palce. Menší průměr se používá pro tlakovou část systému.

Pod tlakovou částí systému se rozumí přívod vody do předkomory a odvod ohřátého nosiče tepla do systému vytápění a teplé vody. Zbývající část se montuje pomocí trubek většího průměru.

Aby se zabránilo ztrátám tepelné energie, je třeba trubky pečlivě izolovat. K tomuto účelu lze použít polystyren, čedičovou vatu nebo fóliové varianty moderních izolačních materiálů. Akumulační nádrž a předkomora také podléhají procesu zateplení.

Nejjednodušší a nejdostupnější možností tepelné izolace akumulační nádrže je postavit kolem ní bednu z překližky nebo prken. Prostor mezi bednou a nádrží je třeba vyplnit izolačním materiálem. Může to být strusková vlna, směs slámy s hlínou, suché piliny atd.

Solární systém se instaluje tak, aby solární kolektory byly umístěny na nejvíce osluněné straně domu nebo pozemku (+)

Zkouška před uvedením do provozu

Po montáži všech prvků systému a zateplení části konstrukcí lze přistoupit k plnění systému kapalným nosičem tepla. Prvotní naplnění systému je třeba provést přes hrdlo umístěné ve spodní části kolektoru.

To znamená, že plnění se provádí zdola nahoru. Díky takovým opatřením lze předejít možnému vzniku vzduchových kapes.

Voda nebo jiné kapalné teplonosné médium vstupuje do předkomory. Proces plnění systému končí, když z odtokové trubky předkomory začne vytékat voda.

Pomocí plovákového ventilu lze nastavit optimální hladinu kapaliny v předkomoře. Po naplnění systému teplonosným médiem se začne ohřívat v kolektoru.

Proces zvyšování teploty probíhá i za oblačného počasí. Ohřáté teplonosné médium začne stoupat do horní části akumulační nádrže. Proces přirozené cirkulace probíhá, dokud se teplota teplonosného média vstupujícího do radiátoru nevyrovná s teplotou média vystupujícího z kolektoru.

Při spotřebě vody v hydraulickém systému bude aktivován plovákový ventil umístěný v předkomoře. Tím bude udržována stálá hladina. Studená voda vstupující do systému bude přitom zůstávat ve spodní části zásobní nádrže. K procesu míchání studené a teplé vody téměř nedochází.

V hydraulickém systému je třeba zajistit instalaci uzavírací armatury, která bude bránit zpětnému oběhu teplonosného média z kolektoru do zásobníku. K tomu dochází v případě, kdy teplota okolního prostředí klesne pod teplotu teplonosného média.

Takto uzavírací armatura se obvykle používá v noci a večer.

Přívod k místům spotřeby teplé vody se provádí pomocí standardních směšovacích baterií. Běžné jednoduché kohoutky je lepší nepoužívat. Za slunečného počasí může teplota vody dosahovat až 80°C – používání takové vody přímo je nepohodlné. Směšovací baterie tak umožní výrazně ušetřit teplou vodu.

Výkon takového solárního ohřívače vody lze zvýšit přidáním dalších sekcí kolektorů. Konstrukce umožňuje montovat od dvou do neomezeného počtu kusů.

Výkon solárního systému se zvyšuje instalací většího počtu solárních kolektorů

Základem takového solárního kolektoru pro vytápění a ohřev teplé vody je princip skleníkového efektu a tzv. termosifonový efekt. Skleníkový efekt je využit v konstrukci topného prvku.

Sluneční paprsky volně procházejí průhledným materiálem horní části kolektoru a přeměňují se na tepelnou energii.

Tepelná energie je uzavřena v uzavřeném prostoru díky těsnosti skříně sekce kolektoru. Termosifonový efekt je využit v hydraulickém systému, kdy ohřáté teplonosné médium stoupá vzhůru, přičemž vytlačuje studené teplonosné médium a nutí ho pohybovat se do zóny ohřevu.

Díky termosifonovému efektu dochází v systému ke stabilní a nepřetržité přirozené cirkulaci teplonosného média.

Výkon solárního kolektoru

Hlavním kritériem, které ovlivňuje výkon solárních systémů, je intenzita slunečního záření. Množství potenciálně užitečného slunečního záření dopadajícího na určité území se nazývá insolace.

Hodnota insolace se v různých místech zeměkoule pohybuje v poměrně širokém rozmezí. Pro stanovení průměrných hodnot této veličiny existují speciální tabulky. Zobrazují průměrnou hodnotu sluneční insolace pro daný region.

Údaje o sluneční insolaci v určité oblasti lze získat ze speciálních map a tabulek (+)

Kromě hodnoty insolace ovlivňuje výkon systému plocha a materiál výměníku tepla. Dalším faktorem ovlivňujícím výkon systému je objem zásobníku. Optimální kapacita zásobníku se vypočítává na základě plochy adsorbérů kolektoru.

V případě plochého kolektoru se jedná o celkovou plochu trubek, které jsou v krabici kolektoru. Tato hodnota se v průměru rovná 75 litrům objemu nádrže na jeden m² plochy trubek kolektoru. Akumulační kapacita je jakýmsi tepelným akumulátorem.

Ceny továrních přístrojů

Lví podíl finančních nákladů na stavbu takového systému připadá na výrobu kolektorů. Není divu, i u průmyslových vzorků solárních systémů připadá asi 60 % nákladů na tento konstrukční prvek. Finanční náklady budou záviset na výběru konkrétního materiálu.

Je třeba poznamenat, že takový systém není schopen vytopit místnost, pouze pomůže ušetřit náklady tím, že pomáhá ohřívat vodu v topném systému. Vzhledem k poměrně velkým nákladům na energii, které se spotřebují na ohřev vody, solární kolektor integrovaný do topného systému tyto náklady výrazně snižuje.

Solární kolektor se poměrně jednoduše integruje do topného systému a systému ohřevu teplé vody (+)

Pro její výrobu se používají poměrně jednoduché a dostupné materiály. Kromě toho je taková konstrukce zcela nezávislá na energii a nevyžaduje technickou údržbu. Údržba systému spočívá v pravidelném prohlížení a čištění skla kolektoru od nečistot.

Další informace o organizaci solárního vytápění v domě jsou uvedeny v tomto článku.

Závěry a užitečné video k tématu

Proces výroby základního solárního kolektoru:

Jak sestavit a uvést do provozu solární systém:

Přirozeně, vlastnoručně vyrobený solární kolektor nebude schopen konkurovat průmyslovým modelům. S použitím dostupných materiálů je poměrně obtížné dosáhnout vysoké účinnosti, kterou mají průmyslové vzorky. Ale finanční náklady budou mnohem nižší ve srovnání s pořízením hotových zařízení.

Nicméně, domácí solární topný systém výrazně zvýší úroveň komfortu a sníží náklady na energii, která je vyráběna tradičními zdroji.

Máte zkušenosti se stavbou solárního kolektoru? Nebo máte dotazy k uvedenému materiálu? Podělte se prosím o informace s našimi čtenáři. Komentáře můžete zanechat ve formuláři níže.