Hogyan készítsünk napkollektort fűtéshez saját kezűleg: lépésről lépésre útmutató

A hagyományos energiaforrások drágulása arra készteti a magánházak tulajdonosait, hogy alternatív megoldásokat keressenek otthonuk fűtésére és a víz melegítésére. Egyetért abban, hogy a kérdés anyagi oldala nem utolsó szempont a fűtési rendszer kiválasztásakor.

Az egyik legígéretesebb energiaellátási mód – a napsugárzás átalakítása. Ehhez napelemes rendszereket használnak. Ha megérti felépítésük elvét és működési mechanizmusukat, a napkollektor saját kezű elkészítése fűtésre nem jelent nagy nehézséget.

Bemutatjuk Önnek a napelemes rendszerek szerkezeti sajátosságait, egyszerű összeszerelési sémát kínálunk, és leírjuk a felhasználható anyagokat. A munkafázisokat szemléletes fényképek kísérik, az anyagot pedig kiegészítik a házi készítésű kollektor elkészítéséről és üzembe helyezéséről szóló videók.

Működési elv és szerkezeti jellemzők

A modern napelemes rendszerek – a hőszerzés alternatív forrásainak egyik fajtáját jelentik. Segédfűtő berendezésként használják őket, amely a napsugárzást a háztulajdonosok számára hasznos energiává alakítja.

Csak a déli régiókban képesek teljes mértékben biztosítani a melegvíz-ellátást és a fűtést a hideg évszakban. És akkor is, ha kellően nagy területet foglalnak el, és nyílt, fáktól nem árnyékolt helyen vannak felállítva.

A sokféle változat ellenére működési elvük azonos. Bármely napelemes rendszer egy körfolyam, amelyben a berendezések sorba vannak kapcsolva, és amelyek hőenergiát termelnek, majd azt a fogyasztóhoz továbbítják.

A legfontosabb működő elemek a fotoelemes napelemek vagy a napkollektorok. A napelemes generátor összeszerelésének technológiája fotólemezekkel valamivel bonyolultabb, mint a csöves kollektoré.

Ebben a cikkben a második lehetőséget vizsgáljuk meg – a kollektoros napelemes rendszert.

A napkolektorok jelenleg kiegészítő energiaforrásként szolgálnak. Teljesen átállítani a ház fűtését napenergia-rendszerre veszélyes, mivel nem lehet pontosan előre jelezni a napsütéses napok számit.

A kollktorok csőrendszerből állnak, amalek sąrba vannak kötve a bemeneti é kimeneti vezetékel, vag tkkers formájában vannak elrendezve. A csővekben műzzaki víz, légárám vag víz é valamilyen fagyálló folyadék keveréke kering.

A keringést fzki jelsenések serkentik: páolgás, nyomás- és sűűiségváltozás az egyik halmázllapotból a másikba való átmenet során, stb.

A napkolektorok működési elve a napenergia felvételén és tárloásán alaapul, amey a hőordozóra kerül átadásra (+).

A napenergia gyűjtését és tárloását abszorberek végzik. Ez lehet egy folyamatos fémlemez, amelynek külső felülete feketített, vagy a csövekhez kapcsolt egyedi lemezek rendszere.

A ház felső részének, a fedélnek az elkészítéséhez olyan anyagokat használnak, amelyek nagy fényáteresztő képességgel rendelkeznek. Ez lehet pleiüveg, hasonló polimer anyagok, edzett hagyományos üvegfajták.

A készülék hátoldalán keletkező energiaveszteségek kiküszöbölése érdekében a dobozba hőszigetelést helyzenek.

El kell mondani, hogy a polimer anyagok meglehetősen rosszul viselik az ultraibolya sugárák hatását. Minden műanyagfajta meglehetősen magas hőtágálsi együtthátóval rendelkezik, ami gyakran a ház tömítetlenségéhez vezet. Ezér az ilyen anyagok használatát a kollktor házának gyártásához korlátzni kell.

A víz hőordozóként csak zokban a rendszerekben használható, amelket az őszi/tavszi időszakban kiegészítő hőellátásra terveztek. Ha a napenergia-rendszer egész éves használatát tervezik, az első lehűlés előtt a műzzaki vízet fagyállóval kevert oldatra cserélik.

A légnapenergia-rendszerekben hőordozóként levegőt használnak. A levegő mozgásának csátornáit hagyományos prolítozott lemezből lehet elkészíteni (+).

Ha a napkolektor egy kis épület fűtésére van telepítve, amely nincs kapcsolatban a ház autónom fűtésével vag a központi hálózattal, akkor a legegyszerűbb egkörős rendszert alaktíják k, amlynek elején egy fűtőberendezés található.

A körbe nem építenek be keringtető szivattyúkat és fűtőberendezéseket. A séma rendkívül egyszerű, de csak napsütéses nyári időben működhet.

Amikor a kollektort egy kétkörűs müszaki léteítménybe kapcsolják, minden sokkal bonyolultab, de a használatra alkalmas napok köre is jelentősen megnő. A kollektor cak egy kört kezel. A túlnyomó terhelés az elsődleges fűtőberendeésre hárul, amely elektromos árammal vagy bármilyen üzemanyaggal működik.

A napkollektor elkészítéshöz használható kész séma, építhető saját kísérleti modell, és kipróbálható a gyakorlatban (+).

Annak ellenére, hógy a napeneergia-berendezések teljesítménye közvetlenűl függ a napos napok számától, zek kersettek, és a napeneergia-berendezések iránti kerslet folyamatoan nő. Népserűek a barkásolók körében, akik minden térmészetes eneargiafajtát hasznos irányba szeretnék terelni.

Osztályozás hőmérsékleti szempontok szerint

Meglehetően nagy számú kritérium létezik, amlyek alapján a napkollektor-rendszerek küönböző konstrkcióit osztályozzák. Azonban a saját kezűleg elkészíthető és melegvíz-elátásra és fűtésre használható készülékek esetébn a legcélszerűbb a hőhordozó típusa szretni felosztás.

Így a redszerek lehetnek folyadékosak és levegősek. Az elsô típus gyakrabban alkalmazható.

Ezen kívül gyakran alkalmazzák a hőmérséklet szerinti osztályozást, ameddig a kollektor munkarészei felmelegedhetnek:

1. Alacsony hőmérsékletűek. Olyan opciók, amelyek 50°C-ig képesek melegíteni a hőhordozót. Öntözőedényekben, fürdőkben és zuhanyzókban használják a víz melegítésére nyári időszakban, valamint a komfortos körülmények javítására hűvős tavaszi-őszi estéken.
2. Közepes hőmérsékletűek. 80°C-os hőhordozó hőmérsékletet biztosítanak. Használhatók helyiségek fűtésére. Ezek a variánsok a legalkalmasabbak magánházak kialakításához.
3. Magas hőmérsékletűek. Az ilyen rendszerekben a hőhordozó hőmérséklete elérheti a 200-300°C-ot. Ipari méretekben használják, termelőcsarnokok, kereskedelmi épületek stb. fűtésére telepítik.

A magas hőmérsékletű napenergia-rendszerekben meglehetősen bonyolult hőenergia-átadási folyamatot alkalmaznak. Ráadásul tekintélyes helyet foglalnak el, amit a legtöbb vidéki élet szerelmese nem engedhet meg magának.

Gyártásuk munkaigényes, a megvalósításhoz speciális berendezésekre van szükség. Az ilyen napenergia-rendszert önállóan elkészíteni gyakorlatilag lehetetlen.

Magas hőmérsékletű, fotovoltaikus átalakítókra épülő napelemeket otthoni körülmények között meglehetősen nehéz elkészíteni.

A kollektor saját kezű elkészítése

A napenergia-készülék saját kezű elkészítése – izgalmas folyamat, amely rengeteg előnnyel jár. Segítségével ésszerűen lehet alkalmazni az ingyenes napsugárzást, és meg lehet oldani néhány fontos háztartási feladatot. Vegyük szemügyre a lapos kollektor készítésének sajátosságait, amely a fűtési rendszerbe meleg vizet szállít.

Anyagok az önálló összeszereléshez

A napelemes kollektor házának önálló összeszereléséhez a legegyszerűbb és legolcsóbb anyag a fa gerenda deszkával, rétegelt lemezzel, OSB lapokkal vagy hasonló változatokkal. Alternatívaként acél vagy alumínium profilt is használhat hasonló lemezekkel. A fémház valamivel drágább lesz.

Az anyagoknak meg kell felelniük a szabadban használt szerkezetekkel szemben támasztott követelményeknek. A napelemes kollektor élettartama 20 és 30 év között változik.

Ez azt jelenti, hogy az anyagoknak rendelkezniük kell bizonyos üzemeltetési jellemzőkkel, amelyek lehetővé teszik a szerkezet használatát a teljes időtartam alatt.

A legolcsóbb és legegyszerűbb anyagváltozat a ház készítéséhez – a fűrészáru és a forgácslapok alkalmazása.

Ha a házat fából készítik, az anyag tartóssága biztosítható víz-polimer emulziókkal való impregnálással és festékbevonatokkal.

A napelemes kollektor tervezése és összeszerelése során követendő alapelv az anyagok árának és beszerezhetőségének elérhetősége. Vagyis azokat vagy szabadkereskedelemben meg lehet vásárolni, vagy könnyen hozzáférhető anyagokból saját kezűleg el lehet készíteni.

A hőszigetelés kialakításának finomságai

A hőenergia-veszteség megelőzése érdekében a doboz aljára szigetelőanyagot szerelnek. Ez lehet polisztirolhab vagy ásványgyapot. A modern ipar meglehetősen széles választékban gyárt szigetelőanyagokat.

A doboz szigeteléséhez fóliázott szigetelőanyagok is használhatók. Ezzel egyszerre biztosítható a hőszigetelés és a napsugarak visszaverődése a fóliázott felületről.

Ha szigetelőanyagként kemény polisztirolhab vagy expandált polisztirol lapot használnak, a tekercs vagy a csőrendszer elhelyezéséhez hornyokat lehet kivágni. A kollektor abszorberét általában a hőszigetelés tetejére helyezik, és szorosan rögzítik a ház aljához, a ház gyártásához használt anyagtól függő módszerrel.

A hőszigetelés a hőenergia-veszteség csökkentésére szolgál a ház alján keresztül. A fémházas készüléket hőszigetelés nélkül gyártani nem ésszerű (+)

A napkollektor hőelnyelője

Ez egy abszorbeáló elem. Csőrendszerből áll, amelyben a hőhordozó felmelegszik, és leggyakrabban lemezrézből készült alkatrészekből. A hőfogadó gyártásához optimális anyagnak a rézcsöveket tartják.

A házi mesterek olcsóbb változatot találtak ki – spirális hőcserélőt polipropilén csövekből.

Érdekes költségvetés-barát megoldás – a napkollektor abszorbere hajlékony polimer csőből. A bemeneti és kimeneti eszközökhöz való csatlakoztatáshoz megfelelő idomokat használnak. A napkollektor hőcserélőjének elkészítéséhez felhasználható kéznél lévő eszközök választéka elég széles. Lehet ez egy régi hűtő hőcserélője, polietilén vízvezetékcsövek, acél panelradiátorok stb.

A hatékonyság fontos kritériuma a hővezetőképessége annak az anyagnak, amelyből a hőcserélő készült.

A saját készítéshez az optimális választás a réz. Hővezetőképessége 394 W/m². Alumínium esetében ez a paraméter 202 és 236 W/m² között változik.

A rézcsövek a legoptimálisabb választásnak számítanak a hőfogadó gyártásához a hőtechnikai tulajdonságok és a kopásállóság szempontjából.

Azonban a nagy különbség a hővezetőképességi paraméterekben a réz- és polipropilén csövek között egyáltalán nem jelenti azt, hogy a rézcsöves hőcserélő több százszor nagyobb mennyiségű meleg vizet adna.

Azonos feltételek mellett a rézcsöves hőcserélő teljesítménye 20%-kal hatékonyabb lesz, mint a fémműanyag változatoké. Tehát a polimer csövekből készült hőcserélőknek létjogosultságuk van. Ráadásul ezek a változatok sokkal olcsóbbak lesznek.

A csövek anyagától függetlenül minden csatlakozásnak, legyen az hegesztett vagy menetes, tömítettnek kell lennie. A csövek elhelyezhetők párhuzamosan egymással vagy tekercs alakban is.

A tekercs típusú elrendezés csökkenti a csatlakozások számát – ez csökkenti a szivárgások esélyét és biztosítja a hőhordozó áramlásának egyenletesebb mozgását.

A doboz tetejét, amelyben a hőcserélő található, üveggel fedik le. Alternatívaként modern anyagok használhatók, mint például akril analóg vagy monolit polikarbonát. A fényáteresztő anyag lehet nem sima, hanem bordázott vagy matt.

A klasszikus változatban a kollektoros dobozt edzett üveggel, műanyag üveggel, polikarbonáttal vagy hasonló anyaggal fedik le. A népi kézművesek megszokták, hogy üveg helyett polietilént használnak.

Az ilyen kezelés csökkenti az anyag visszaverő képességét. Ezenkívül ennek az anyagnak jelentős mechanikai terheléseket kell elviselnie.

Az ilyen napenergia-rendszerek ipari mintáiban speciális szolárüveget használnak. Az ilyen üveget alacsony vastartalom jellemzi, ami kisebb hőenergia-veszteséget biztosít.

Tárolótartály vagy előkamra

Tárolótartályként bármilyen 20–40 literes tartály használható. Több kisebb űrtartalmú tartály is megfelelő, amelyek csövekkel sorba kapcsolva alkotnak egy láncot. A tárolótartályt ajánlott szigetelni, mivel a napon felmelegített víz a szigetelés nélküli tartályban gyorsan elveszíti a hőenergiát.

Lényegében a hőhordozónak a fűtés napenergia-rendszerben akkumuláció nélküli kell cirkulálnia, mivel a tôle nyert hőenergiát a megszerszés időszakában kell felhasználni. A tárolótartály inkaább a felmelegített víz elosztójának és a nyomás stabilitását fenntartó előkamrának a funkcióját tölti be.

A tárolótartály a napenergia-rendszerekben vízelosztóként és a nyomást fenntartó tartályként működik (+)

A napelemes rendszer összeszerelésének lépései

A kollektor elkészítése és a rendszer összes szerkezeti elemének előkészítése után hozzá lehet kezdeni a tényleges szereléshez.

A polipropilén csövekből, szerelvényekből és T-idomokból készült tekercs egyik változata segít gyorsan összeszerelni a napkollektort (+)

A munka az előkamra telepítésével kezdődik, amelyet rendszerint a lehető legmagasabb ponton helyeznek el: a padláson, különálló tornyon, emelvényen stb.

A szerelésnél figyelembe kell venni, hogy a rendszer folyékony hőközeggel történő feltöltése után a szerkezet ezen része jelentős súlyú lesz. Ezért ellenőrizni kell a födém szilárdságát, illetve meg kell erősíteni.

A tartály felszerelését követően hozzálátnak a kollektor felszereléséhez. Ezt a szerkezeti elemet a déli oldalon helyezik el. A horizontvonalhoz viszonyított dőlésszög 35 és 45 fok között legyen.

Az összes elem telepítése után csővezetékekkel kötik össze, egy egységes hidraulikus rendszerbe foglalva. A hidraulikus rendszer tömítettsége fontos szempont, amelytől a napkollektor hatékony működése függ.

A nyári zuhany vízellátására szolgáló napelemes rendszer összeszerelési sémája alapján olyan szerkezet építhető, amely vizet melegít öntözéshez, vagy kellemes körülményeket teremt a hűvös estéken (+)

A szerkezeti elemek egységes hidraulikus rendszerbe való összekapcsolásához 1 col és fél col átmérőjű csöveket használnak. A kisebb átmérőt a rendszer nyomás alatti részének kialakítására alkalmazzák.

A rendszer nyomás alatti része alatt a víz bevezetését az előkamrába és a felmelegített hőhordozó kivezetését a fűtési és melegvíz-ellátó rendszerbe értjük. A fennmaradó részt nagyobb átmérőjű csövekkel szerelik.

A hőenergia-veszteségek elkerülése érdekében a csöveket gondosan szigetelni kell. Erre a célra használható hungarocell, bazaltgyapot vagy fóliázott modern szigetelőanyagok. A tárolótartályt és az előkamrát is szigetelni kell.

A tárolótartály hőszigetelésének legegyszerűbb és legolcsóbb módja, ha köré egy rétegelt lemezből vagy deszkából készült dobozt építenek. A doboz és a tartály közötti teret szigetelőanyaggal kell kitölteni. Ez lehet salakgyapot, szalma és agyag keveréke, száraz fűrészpor stb.

A napelemes rendszer telepítésekor ügyelni kell arra, hogy a napkollektorok a ház vagy a telek legvilágosabb oldalán helyezkedjenek el (+)

Próbaüzem az üzembe helyezés előtt

Az összes rendszerelem telepítése és a szerkezetek egy részének szigetelése után megkezdhető a rendszer feltöltése folyékony hőközeggel. A rendszer első feltöltését a kollektor alsó részén található csonkon keresztül kell elvégezni.

Azaz a feltöltést alulról felfelé végzik. Az ilyen műveletekkel elkerülhető a légzsákok esetleges kialakulása.

Víz vagy más folyékony hőhordozó áramlik az előkamrába. A rendszer feltöltési folyamata akkor ér véget, amikor az előkamra vízelvezető csövéből elkezd folyni a víz.

Az úszószelep segítségével beállítható az előkamrában a folyadék optimális szintje. Miután a rendszert feltöltötték hőhordozóval, az elkezd felmelegedni a kollektorban.

A hőmérséklet növekedése borús időben is megtörténik. A felmelegedett hőhordozó elkezd felemelkedni a tárolótartály felső részébe. A természetes cirkuláció addig tart, amíg a radiátorba belépő hőhordozó hőmérséklete ki nem egyenlítődik a kollektorból kilépő hőhordozó hőmérsékletével.

A hidraulikus rendszerben a vízfogyasztáskor az előkamrában lévő úszószelep működésbe lép. Ezáltal állandó szint marad fenn. Eközben a rendszerbe belépő hideg víz a tároló edény alsó részében marad. A hideg és meleg víz keveredése gyakorlatilag nem történik meg.

A hidraulikus rendszerben gondoskodni kell egy elzáró szerelvény felszereléséről, amely megakadályozza a hőhordozó fordított cirkulációját a kollektorból a tárolóba. Ez akkor történik, amikor a környezeti hőmérséklet a hőhordozó hőmérséklete alá süllyed.

Az ilyen elzáró szerelvényeket általában éjszaka és este használják.

A melegvíz-felhasználási helyekre a csatlakozást szabványos keverőcsapokkal biztosítják. A hagyományos egykaros csapokat jobb nem használni. Napos időben a víz hőmérséklete elérheti a 80°C-ot – az ilyen víz közvetlen használata kényelmetlen. Így a keverőcsapok jelentősen megtakaríthatják a meleg vizet.

Az ilyen napkollektoros vízmelegítő teljesítménye növelhető további kollektorszakaszok hozzáadásával. A szerkezet lehetővé teszi kettőtől korlátlan számú darab felszerelését.

A hélioszisztéma teljesítménye növekszik több napkollektor telepítésével

Az ilyen, fűtésre és melegvíz-ellátásra szolgáló napkollektor alapja az üvegházhatás elve és az úgynevezett termoszifon hatás. Az üvegházhatást a fűtőelem szerkezetében használják fel.

A napsugarak akadálytalanul áthatolnak a kollektor felső részének átlátszó anyagán, és hőenergiává alakulnak.

A hőenergia zárt térben marad a kollektorszakasz dobozának tömítettségének köszönhetően. A termoszifon hatást a hidraulikus rendszerben használják, amikor a felmelegedett hőhordozó felemelkedik, ezzel kiszorítva a hideg hőhordozót, és arra kényszerítve, hogy a fűtési zónába mozogjon.

A termoszifon hatásának köszönhetően a rendszerben stabil és folyamatos természetes keringés zajlik a hőhordozó számára.

A napkollektor teljesítménye

A napkollektor-rendszerek teljesítményét befolyásoló fő kritérium a napsugárzás intenzitása. Az adott területre érkező potenciálisan hasznos napsugárzás mennyiségét inszolációnak nevezzük.

Az inszoláció mértéke a Föld különböző pontjain elég széles tartományban változik. Ezen érték átlagos mutatóinak meghatározására speciális táblázatok állnak rendelkezésre. Ezek egy-egy régió átlagos napenergia-besugárzását mutatják.

Egy adott régió napenergia-besugárzására vonatkozó adatok speciális térképekből és táblázatokból szerezhetők be (+)

Az inszoláció mértékén kívül a rendszer teljesítményét befolyásolja a hőcserélő területe és anyaga. A rendszer teljesítményét befolyásoló másik tényező a tároló tartály űrtartalma. A tartály optimális kapacitását a kollektor abszorbereinek területe alapján számítják ki.

Sík kollektor esetén ez a kollektor dobozában lévő csövek teljes területe. Ez az érték átlagosan 75 liter tartálytérfogatnak felel meg kollektorbelső csőterület négyzetméterenként. A tárolókapacitás egyfajta hőtároló.

Gyári készülékek árai

Az ilyen rendszer építésének pénzügyi költségeinek oroszlánrészét a kollektorok gyártása teszi ki. Ez nem meglepő, még a napkollektor-rendszerek ipari mintáinál is a költségek mintegy 60%-a erre a szerkezeti elemre esik. A pénzügyi költségek az egyes anyagok kiválasztásától függnek.

Meg kell jegyezni, hogy egy ilyen rendszer nem képes felfűteni a helyiséget, csupán a költségek megtakarításában segít azáltal, hogy hozzájárul a fűtési rendszer vizének felmelegítéséhez. Tekintettel a víz melegítésére fordított meglehetősen nagy energiafelhasználásra, a fűtési rendszerbe integrált napkollektor jelentősen csökkenti az ilyen jellegű kiadásokat.

A napkollektor viszonylag egyszerűen integrálható a fűtési és melegvíz-ellátó rendszerbe (+)

Az előállításához meglehetősen egyszerű és hozzáférhető anyagokat használnak. Ráadásul az ilyen kialakítás teljesen energiafüggetlen, és nem igényel műszaki karbantartást. A rendszer karbantartása a kollektor üvegének időszakos ellenőrzésére és a szennyeződések eltávolítására korlátozódik.

További információk a napenergiával történő házfűtés megszervezésével kapcsolatban ebben a cikkben találhatók.

Következtetések és hasznos vidéó a témából

Az egyszerű napkollektor elkészítésének folyamata:

Hogyan szereljük össze és helyezzük üzembe a napenergia-rendszert:

Természetesen egy házilag készített napkollektor nem veheti fel a versenyt az ipari modellekkel. Kézi anyagok felhasználásával meglehetősen nehéz elérni a magas hatásfokot, amellyel az ipari példányok rendelkeznek. De a pénzügyi költségek is sokkal alacsonyabbak lesznek a kész berendezések megvásárlásához képest.

Mindazonáltal a házilag készített napenergiás fűtési rendszer jelentősen növeli a kényelmet és csökkenti a hagyományos forrásokból előállított energia költségeit.

Van tapasztalata napkollektor építésében? Vagy maradtak kérdései a bemutatott anyaggal kapcsolatban? Kérjük, ossza meg információit olvasóinkkal! Hozzászólásokat az alábbi űrlapon hagyhat.