Sử dụng năng lượng mặt trời miễn phí là một cách tốt để tiết kiệm nhiên liệu và điện dành cho việc sưởi ấm nhà riêng. Việc sử dụng khổng lồ các hệ thống năng lượng mặt trời bị cản trở bởi giá cao của các máy thu nhiệt và thiết bị liên quan - bể chứa, bơm tuần hoàn, bộ điều khiển điện tử và các phụ kiện khác. Cách duy nhất để giảm chi phí là tạo ra một bộ thu năng lượng mặt trời bằng tay của chính bạn từ các vật liệu rẻ tiền và lắp ráp một sơ đồ đóng đai tiêu chuẩn.
Nguyên lý hoạt động của máy sưởi năng lượng mặt trời
Trước khi bắt tay vào sản xuất một hệ mặt trời tự chế, nên tìm hiểu thiết bị của các bộ thu năng lượng mặt trời do nhà máy sản xuất - không khí và nước. Cái trước được sử dụng để sưởi ấm trực tiếp của cơ sở, cái sau được sử dụng làm nước nóng hoặc chất làm mát không đóng băng - chất chống đông.
Tài liệu tham khảo. Cài đặt trên không không phổ biến do chức năng hạn chế. Máy nước nóng năng lượng mặt trời có nhu cầu nhiều hơn, bởi vì chúng có thể cung cấp sưởi ấm, nước nóng và tăng nhiệt độ trong bể bơi ngoài trời.
Yếu tố chính của hệ mặt trời là bộ thu năng lượng mặt trời, được cung cấp trong 3 phiên bản:
- Máy nước nóng phẳng. Nó là một hộp kín, cách nhiệt từ bên dưới. Bên trong là một bộ tản nhiệt (hấp thụ) được làm bằng một tấm kim loại trên đó một cuộn dây đồng được cố định. Mặt trên được phủ kính bền.
- Thiết kế của ống dẫn khí nóng tương tự như phiên bản trước, chỉ có không khí được quạt lưu thông lưu thông qua các ống thay vì chất làm mát.
- Thiết bị của ống chân không hình ống khác về cơ bản so với các mẫu phẳng. Thiết bị bao gồm các bình thủy tinh bền, nơi đặt ống đồng. Đầu của chúng được kết nối với 2 đường cao tốc - cung cấp và trở lại, không khí từ các bình được bơm ra.
Thêm vào. Có một loại máy nước nóng chân không khác, trong đó bình thủy tinh được đậy kín và chứa một chất đặc biệt bay hơi ở nhiệt độ thấp. Trong quá trình bay hơi, khí hấp thụ một lượng nhiệt lớn truyền vào nước. Trong quá trình truyền nhiệt, chất này ngưng tụ lại và chảy xuống đáy bình, như trong hình.
Các loại bộ thu được liệt kê sử dụng nguyên tắc truyền trực tiếp nhiệt của bức xạ mặt trời (nếu không - cách ly) vào chất lỏng hoặc không khí đang chảy. Máy nước nóng phẳng hoạt động như thế này:
- Nước hoặc chất chống đông di chuyển qua bộ trao đổi nhiệt bằng đồng với tốc độ 0,3-0,8 m / s, được bơm bằng bơm tuần hoàn (mặc dù có các mô hình trọng lực cho vòi sen ngoài trời).
- Các tia mặt trời làm nóng tấm hấp thụ và đường ống của cuộn dây liên kết chặt chẽ với nó. Nhiệt độ của chất làm mát chảy tăng 15-80 độ, tùy thuộc vào mùa, thời gian trong ngày và thời tiết đường phố.
- Để loại bỏ mất nhiệt, bề mặt đáy và mặt bên của thân máy được cách nhiệt bằng bọt polyurethane hoặc bọt polystyrene ép đùn.
- Mặt kính trong suốt có 3 chức năng: bảo vệ lớp phủ chọn lọc của chất hấp thụ, ngăn gió thổi cuộn dây và tạo khe hở không khí kín giữ nhiệt.
- Chất mang nhiệt nóng đi vào bộ trao đổi nhiệt của bể chứa - bể đệm hoặc nồi hơi sưởi ấm gián tiếp.
Do nhiệt độ nước trong mạch của thiết bị dao động theo mùa và ngày thay đổi, bộ thu năng lượng mặt trời không thể được sử dụng để sưởi ấm và nước nóng trực tiếp. Năng lượng nhận được từ mặt trời được truyền đến chất mang nhiệt chính thông qua cuộn dây của bể - pin (nồi hơi).
Một ngoại lệ - lắp đặt năng lượng mặt trời cho bể bơi, làm nóng nước bể trực tiếp hoặc thông qua bộ trao đổi nhiệt đơn giản.
Hiệu quả của thiết bị hình ống được tăng cường bằng chân không và một bức tường phản chiếu bên trong trong mỗi bình. Các tia mặt trời tự do xuyên qua lớp không có không khí và làm ấm ống đồng bằng chất chống đông, nhưng nhiệt không thể vượt qua chân không và đi ra ngoài, do đó tổn thất là rất nhỏ. Một phần khác của bức xạ đi vào gương phản xạ và tập trung vào dòng nước. Theo các nhà sản xuất, hiệu quả của việc cài đặt đạt tới 80%.
Chúng tôi làm một bộ thu nước
Một máy nước nóng loại chân không không thể được thực hiện tại nhà vì lý do rõ ràng. Do đó, chúng tôi có một thiết kế phẳng với bộ trao đổi nhiệt và bộ hấp thụ thu ánh sáng mặt trời. Tốt nhất, bạn cần tính diện tích của máy thu và nhiệt độ của nước đầu ra, điều này phụ thuộc vào nhiều yếu tố:
- khu vực cư trú và mức độ phơi nắng;
- nhiệt độ môi trường, đặc biệt là vào mùa đông;
- diện tích bề mặt trao đổi nhiệt nhận biết tiếp xúc với ánh nắng mặt trời;
- vật liệu cuộn và lớp phủ;
- nhiệt độ nước làm mát đầu vào;
- góc của bảng điều khiển liên quan đến mặt trời;
- tốc độ dòng nước qua ống trao đổi nhiệt.
Trên Internet không khó để tìm thấy các tính toán về hiệu suất của bộ thu năng lượng mặt trời, nhưng chúng tôi cảnh báo bạn - các tính toán rất không chính xác.
Thí dụ. Thực tế được lấy làm cơ sở: vào một ngày trời trong, 500-800 W năng lượng mặt trời lên 1 m2 bề mặt. Hơn nữa, sử dụng công thức trường m = Q / 1.163 x t, chúng tôi xác định khối lượng nước được làm nóng ở 40 ° C bằng bộ trao đổi nhiệt 1 mét vuông: 500 / 1.163 x 40 = 10,7 lít mỗi giờ. Với độ phân giải 800 W / m2, 17,2 l / h có thể được làm nóng. Nhưng ma quỷ nằm trong các chi tiết: con số ban đầu 0,5-0,8 kW mỗi mét vuông là một con số rất gần đúng.
Chúng tôi cung cấp một cách tiếp cận đơn giản hóa cho vấn đề được mô tả trong hướng dẫn từng bước:
- Xác định địa điểm và khu vực mà bạn đã sẵn sàng để cung cấp cho người thu gom.
- Dựa trên giá vật liệu, chọn tùy chọn thích hợp để lắp ráp cuộn dây và vỏ.
- Tạo một nguyên mẫu, kết nối với hệ thống sưởi hoặc cấp nước theo sơ đồ chính xác. Chúng tôi sẽ chỉ ra các phương pháp ràng buộc trong các phần sau của bài viết này.
- Kiểm tra mạch sưởi ấm tại nhà và đưa ra kết luận thêm về việc tăng / giảm công suất, thay đổi thiết kế, v.v.
Bây giờ chúng ta sẽ đi qua từng giai đoạn riêng biệt, tập trung vào những cạm bẫy.
Vị trí lắp đặt nhiệt
Trên thực tế, chỉ có hai lựa chọn cho vị trí của người sưu tầm nhà làm: trên nóc tòa nhà hoặc trong khu vực mở của khu vực nhà. Khi chọn một địa điểm, hãy làm theo các quy tắc đơn giản:
- Trang web nên được thắp sáng càng nhiều càng tốt trong ngày, không bị che khuất bởi cây cối và các nhà phụ khác.
- Khi được lắp đặt trên mái nhà, độ dốc nhẹ hơn được chọn, nơi bức xạ mặt trời luôn luôn có được. Rõ ràng là phần dốc của mái mansard bị hỏng sẽ không hoạt động.
- Không được lắp đặt nước nóng dành cho sưởi ấm hoặc cung cấp nước nóng ở xa nhà của bạn. Chiều dài của đường ống cung cấp, tổn thất nhiệt và chi phí lắp đặt sẽ tăng lên.
- Định hướng bộ thu đất để mặt trời, di chuyển trực quan từ đông sang tây, liên tục chiếu sáng các bộ tản nhiệt. Góc cài đặt của bảng là 60 ± 15 °.
Ghi chú. Hiệu quả của bộ phận làm nóng có thể được tăng lên với sự trợ giúp của bộ tập trung năng lượng mặt trời parabol thu thập các tia trong một chùm tia, được gửi đến bộ hấp thụ. Các phương pháp xây dựng và lắp ráp của gương lõm được hiển thị trong video.
Các nhà máy năng lượng mặt trời, được thiết kế để làm nóng nước trong một cơn mưa mùa hè, được đặt trên mái của tòa nhà này và được kết nối bằng trọng lực. Các thiết bị cho bể bơi sưởi ấm được đặt bên cạnh bát của bể.
Lựa chọn vật liệu
Chúng tôi đã lựa chọn các phụ kiện để sản xuất máy nước nóng năng lượng mặt trời trên cơ sở đánh giá và các chủ đề được thảo luận tại diễn đàn nổi tiếng Forumhouse. Vì vậy, hộp hình chữ nhật của máy thu thường được làm bằng một chùm gỗ hoặc khung làm sẵn của các cửa sổ cũ. Tường sau của vỏ được cách nhiệt bằng len bazan, bọt polystyrene hoặc bọt polystyrene ép đùn.
Tiền boa. Đáy hộp có thể được làm bằng vật liệu cách nhiệt polymer. Lớp kim loại sẽ đóng vai trò là chất hấp thụ - bạn không phải đặt thêm một tấm.
Thợ thủ công tại nhà thực hiện trao đổi nhiệt từ nhiều loại ống:
- polyetylen đen (HDPE);
- thép không gỉ
- đồng và nhôm;
- nhựa polypropylen và kim loại;
- polyetylen liên kết ngang;
- bảng tản nhiệt thép.
Từ quan điểm về hiệu quả và độ bền, tốt hơn là sử dụng các ống làm bằng nhôm, đồng và thép không gỉ, có độ dẫn nhiệt tốt nhất. Việc thiếu nguyên liệu là giá cao.
Ống nhựa rẻ hơn nhiều so với ống kim loại và dễ lắp đặt hơn. Nhưng khi sử dụng các polyme, một số sắc thái phải được tính đến:
- bất kỳ chất dẻo nào dần dần xuống cấp dưới ảnh hưởng của bức xạ cực tím;
- thành của ống PPR quá dày, dẫn nhiệt kém;
- nhựa chất lượng cao là quá đắt cho mục đích của chúng tôi, và giá rẻ thường phân tầng trên các khúc cua và nhanh chóng sụp đổ dưới ánh mặt trời;
- polyetylen liên kết chéo nhớ lại uốn cong ban đầu trong vịnh, thuận tiện để tạo ra một cuộn hình khuyên ra khỏi nó, và duỗi thẳng là không dễ dàng;
- Ống nhựa HDPE bạn cần mua một loạt thực phẩm (có dải màu xanh), nó được bảo vệ tốt hơn khỏi bức xạ cực tím.
Tài liệu tham khảo. Phiên bản đơn giản nhất của bộ trao đổi nhiệt bể bơi là một vòi vườn màu đen được đặt với một con ốc sên. Điểm trừ của vật liệu là nứt cao su do tiếp xúc lâu với ánh nắng mặt trời.
Ống vách mỏng HDPE là một lựa chọn tuyệt vời về tỷ lệ giá / chất lượng. Bề mặt màu đen hấp thụ nhiệt mặt trời tốt, phụ kiện kết nối không tốn kém. Đường ống được gắn vào bộ hấp thụ bằng kẹp nhựa hoặc dải thiếc trên ốc vít.
Là tấm thấm, thường được sử dụng hoặc thép không gỉ sơn màu đen. Lựa chọn lý tưởng là tấm nhôm hoặc đồng.
Phần trên cùng của hộp được đóng bằng các vật liệu trong suốt sau đây để lựa chọn:
- kính thông thường hoặc gia cố;
- bọc nhựa trong suốt;
- polycarbonate di động mỏng.
Tiền boa. Không sử dụng cửa sổ kính hai lớp làm sẵn từ cửa sổ nhựa như một yếu tố mờ. Vào mùa đông, với sự chênh lệch nhiệt độ lớn giữa không khí đường phố và buồng thu kín, gói hai lớp không chịu được và nứt vỡ.
Khuyến nghị hội
Quá trình sản xuất một bộ thu năng lượng mặt trời rõ ràng đến mức không có ý nghĩa gì khi vẽ các hướng dẫn từng bước. Nhiệm vụ là tạo ra khoang kín nhất bằng cách lắp đặt bộ trao đổi nhiệt trên bộ hấp thụ kim loại bên trong. Chúng tôi sẽ chỉ đưa ra một số lời khuyên để bảo vệ bạn khỏi những sai lầm:
- Các ống trao đổi nhiệt có thể được đặt dọc hoặc xoắn ốc (ốc sên). Làm cho khoảng cách giữa các đường liền kề (lượt) nhỏ - từ 1 đến 4 cm.
- Độ kín khí của vỏ được thực hiện bằng cách bôi trơn các khớp bằng keo silicone hoặc bằng gioăng cao su.
- Các ống được gắn vào đế theo bất kỳ cách thuận tiện nào - với kẹp nhựa, dải kim loại hoặc đơn giản được cố định ở hai bên bằng vít tự khai thác.
- Toàn bộ khoang bên trong được sơn bằng men đen chịu nhiệt (được bán trong lon aerosol).
- Độ dày của lớp cách điện ở mặt sau của máy nước nóng ít nhất là 50 mm.
- Nó dễ nhất để kéo một bộ phim trong suốt lên trên - đây là tùy chọn tốt nhất cho một nguyên mẫu. Sau đó, không khó để thay thế kính.
Một khuyến nghị khác. Các bộ phận bằng gỗ nên được xử lý bằng chất khử trùng.Che khung hàn từ hồ sơ thép bằng sơn lót và 2 lớp sơn sáng.
Sau khi lắp ráp bảng tản nhiệt, đổ đầy nước vào cuộn dây và kiểm tra rò rỉ. Sau đó kiểm tra bộ thu năng lượng mặt trời - kết nối đầu ra với bể, lắp đặt bảng điều khiển dưới ánh mặt trời và định kỳ đo nhiệt độ của nước, có tính đến thời gian làm nóng. Dựa trên các chỉ số thực, có thể dễ dàng xác định hiệu suất của máy nước nóng.
Sơ đồ hệ thống dây điện
Một bộ thu được thiết kế để làm nóng nước trong vòi hoa sen được kết nối với bể chứa bằng dòng trọng lực. Một điều kiện quan trọng: việc lắp đặt năng lượng mặt trời nên được đặt bên dưới bể chính để nước nóng có mật độ thấp hơn dâng lên qua đường ống và thay thế nước lạnh. Thiết kế của một hệ thống như vậy được thể hiện trong bản vẽ.
Khi được kết nối với nồi hơi hoặc bộ tích nhiệt, bộ thu năng lượng mặt trời hoạt động như một nguồn nhiệt chính thức. Các nhà sản xuất hệ thống năng lượng mặt trời đề nghị sử dụng sơ đồ áp suất hai ống, bao gồm các yếu tố ràng buộc cần thiết:
- bơm tuần hoàn phát triển áp suất 0,4 bar;
- loại màng bể mở rộng;
- Lỗ thông khí tự động;
- van an toàn, được thiết kế để hoạt động ở áp suất 2 bar;
- máy đo áp suất;
- nhiệt kế;
- van ngắt, van trang điểm;
- bộ điều khiển với hai cảm biến nhiệt độ;
- cách nhiệt cho đường ống cung cấp.
Một điểm quan trọng. Nếu pin của một số bộ thu được kết nối với bể đệm, công suất bơm và thể tích của bể giãn nở phải được tăng lên. Dung tích tối thiểu của bể màng là 10% tổng lượng chất làm mát trong mạch.
Đề án hoạt động như thế này:
- Tản nhiệt gắn vào cuộn dây dưới của bể đệm, nơi nước lạnh hơn.
- Bộ điều khiển bằng các cảm biến so sánh nhiệt độ của nước (chất chống đông) trong ống cung cấp và bộ tích nhiệt.
- Bộ phận điện tử dừng bơm khi nhiệt độ của nước trong bể bằng hoặc cao hơn nhiệt độ dòng chảy.
- Không khí đi vào mạch được thải qua một van tự động được lắp đặt ở đầu hệ thống.
- Trong trường hợp quá nhiệt của chất làm mát do dừng bơm (không thể tắt nắng), van an toàn sẽ hoạt động và giảm áp suất dư.
Phần tử mạch đắt nhất là một bộ điều khiển điện tử. Làm thế nào tôi có thể làm mà không có bộ điều khiển:
- mua trên Aliexpress một bộ điều nhiệt rẻ hơn, được kích hoạt bởi sự chênh lệch nhiệt độ;
- đặt bộ hẹn giờ ban ngày và bộ điều chỉnh nhiệt cơ học để tắt bơm khi bể đệm ở nhiệt độ tối đa.
Cách thức đơn vị kiểm soát giá rẻ của Trung Quốc hoạt động (giá - $ 15), xem video đánh giá:
Hệ thống sưởi năng lượng mặt trời
Việc lắp đặt hệ thống sưởi không khí được thực hiện theo cách tương tự, chỉ có bộ trao đổi nhiệt được làm bằng các ống có đường kính lớn hơn và quạt được cung cấp bởi quạt. Máy thu bức xạ được chế tạo bởi các thợ thủ công từ các vật liệu sau:
- nếp gấp nhôm cho thông gió;
- chai nhựa chèn cái này vào cái kia;
- lon bia khắc.
Trong hộp, có 2 lỗ được làm cho các ống dẫn khí, một lưới mịn được đặt bên trong, loại bỏ sự xâm nhập của côn trùng. Quạt - bộ làm mát từ máy tính - được lắp đặt trên một trong các khe hở, phần trao đổi nhiệt được sơn màu đen. Các ống cung cấp được cách nhiệt và đặt trong một căn phòng nóng. Thuật toán lắp ráp ống dẫn khí được hiển thị trong video:
Phần kết luận
Sự hấp dẫn của các nhà sưu tập năng lượng mặt trời là do giá năng lượng tăng. Mặc dù hiệu suất của máy nước nóng giảm vào mùa đông, nhiệt mặt trời giúp tiết kiệm đáng kể mức tiêu thụ nhiên liệu của nguồn chính - lò hơi. Nếu bạn muốn sưởi ấm ngôi nhà nông thôn của mình càng nhiều càng tốt bằng năng lượng mặt trời miễn phí, chúng tôi khuyên bạn nên chú ý đến việc lắp đặt với bộ tập trung gương.Những thiết bị cực kỳ hiệu quả này được sử dụng rộng rãi ở Châu Âu và Châu Mỹ.