従来のエネルギー源の価格の上昇により、個人の住宅所有者は、住宅を暖房したり、給湯したりするための代替オプションを探すように促されています。同意すると、問題の財政的要素は暖房システムを選択する上で重要な役割を果たすでしょう。
エネルギー供給の最も有望な方法の1つは、太陽放射の変換です。これを行うには、太陽光発電システムを使用します。彼らの装置の原理と操作のメカニズムを理解し、あなた自身の手で加熱するためのソーラーコレクターを作ることは難しくありません。
ソーラーシステムの設計機能、簡単な組み立て方法、使用可能な材料について説明します。作業の段階には視覚的な写真が伴い、素材には自家製コレクターの作成と試運転に関するビデオクリップが追加されます。
作業原理と設計機能
現代の太陽系は、代替熱源の一種です。それらは住宅の所有者にとって有用なエネルギーに太陽放射を処理する補助暖房装置として使用されます。
彼らは、南部地域でのみ、寒い季節に十分な温水と暖房を提供することができます。そして、それらが十分に広い面積を占め、木陰になっていないオープンエリアに設置されている場合。
品種は多数ありますが、同じように機能します。すべてのヘリオシステムは、熱エネルギーを供給してそれを消費者に送信するデバイスが順次配置された回路です。
主な動作要素は、太陽電池またはソーラーコレクターのソーラーパネルです。写真プレート上に太陽光発電機を組み立てる技術は、管状のコレクターよりもやや複雑です。
この記事では、2番目のオプションであるコレクターソーラーシステムについて検討します。
これまでのところ、ソーラーコレクターは補助エネルギーサプライヤーとして機能しています。晴れた日の明確な日数を予測できないため、家の暖房をソーラーシステムに完全に切り替えることは危険です
コレクターは、出力および入力ラインと直列に接続された、またはコイルの形で配置されたチューブのシステムです。工業用水、空気の流れ、または水の不凍液との混合物がチューブを循環します。
物理現象は循環を刺激します:蒸発、ある凝集状態から別の状態への移行による圧力と密度の変化など。
ソーラーコレクターの動作原理は、冷却剤に伝えられる太陽エネルギーの受け取りと蓄積に基づいています(+)
太陽エネルギーの収集と蓄積は吸収体によって行われます。これは、外面が黒くなった中実の金属板か、チューブに取り付けられた個々の板のシステムです。
本体上部、カバーの製作には、光透過性の高い素材を使用。それはプレキシガラス、類似の高分子材料、従来のガラスの強化されたタイプにすることができます。
デバイスの背面からのエネルギー損失を排除するために、ボックス内に断熱材が配置されています
高分子材料は紫外線の影響を許容しないと言わざるを得ません。すべてのタイプのプラスチックは、十分に高い熱膨張係数を持っているため、多くの場合、ハウジングが減圧されます。したがって、コレクター本体の製造のためのそのような材料の使用は制限されるべきである。
熱媒体としての水は、秋/春の期間に追加の熱を供給するように設計されたシステムでのみ使用できます。最初の冷却の前に年間を通じてソーラーシステムを使用する予定の場合は、プロセス水を交換して不凍液と混合します。
空気ソーラーシステムでは、空気は熱媒体として使用されます。その動きのチャネルは、通常のプロファイルシートから作成できます(+)
ソーラーコレクターがコテージの自律暖房または中央集中型ネットワークに接続されていない小さな建物を暖房するために設置されている場合、シンプルな単回路システムは、最初に暖房装置を備えて構築されます。
チェーンには、循環ポンプと加熱装置は含まれていません。スキームは非常にシンプルですが、晴れた夏にしか機能しません。
コレクターが2回路の技術構造に含まれている場合、すべてがはるかに複雑になりますが、使用に適した日数の範囲が大幅に広がります。コレクターは1つの回路のみを処理します。主な負荷は、電気または任意のタイプの燃料で動作するメインヒーティングユニットに割り当てられます。
ソーラーコレクターの製造では、完成したスキームを使用できます。独自のパイロットモデルを作成し、実際にテストできます(+)
太陽デバイスの性能は晴天の日数に直接依存するにもかかわらず、それらは需要があり、太陽デバイスの需要は着実に増加しています。それらは、あらゆる種類の自然エネルギーを有用なチャネルに向けようとする職人の間で人気があります。
温度分類
これらまたはこれらの設計のソーラーシステムを分類する基準はかなり多数あります。ただし、自分の手で行うことができ、給湯と暖房に使用できる器具の場合、最も合理的なのは、冷却剤の種類による分離です。
したがって、システムは液体でも空気でもかまいません。最初のタイプはより頻繁に適用できます。
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手順1:コルゲートパイプマニホールドの組み立て
ステップ2:ソーラーパネルを黒く染色する
ステップ3:空気取り入れ口の取り付け
ステップ4:ソーラーデバイスのカバーを作成する
さらに、コレクターの動作ノードが加熱できる温度に応じて、分類がよく使用されます。
- 低温。 クーラントを50ºСに加熱できるオプション。それらは、灌漑用コンテナの水を温めるため、夏のバスルームとシャワーで使用され、涼しい春と秋の夜の快適性を高めるために使用されます。
- 中温。 クーラント温度を80ºСにします。それらは暖房に使用することができます。これらのオプションは、個人の家の配置に最適です。
- 高温。 このような設備でのクーラントの温度は200〜300ºСに達することがあります。工業規模での使用、熱製造工場、商業ビル等への設置。
高温の太陽系では、熱エネルギーを伝達するかなり複雑なプロセスが使用されます。さらに、彼らは印象的なスペースを占めており、私たちの田舎の生活愛好家のほとんどはこれを買う余裕はありません。
製造プロセスには時間がかかり、実装には特殊な機器が必要です。太陽系のそのような変形を独立して作ることはほとんど不可能です。
自宅の太陽光発電コンバーターで高温の太陽電池を作ることは非常に困難です
手作りマニホールド
自分の手でソーラーデバイスを作ることは、多くの利点をもたらす刺激的なプロセスです。彼のおかげで、いくつかの重要な経済問題を解決するために、無料の日射を合理的に適用することが可能です。暖房システムに温水を供給するフラットコレクターの作成の詳細を分析します。
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吸収パネルは黒いペンキで塗られた細胞性ポリカーボネートでできています。パネルの上端と下端、つまりポリカーボネートシートのチャネルの開口端は、下水道管に沿って挿入されます
パイプラインを接続するために必要なコーナーは、パイプの端に接着されています。理想的には、ポリマーパイプの溶接機である鉄でそれらを溶接することをお勧めします。グルーガンで満たされたパイプの縦断面
下水道管で作られたアキュムレータ管は断熱材が装備されています。これの前に、継ぎ目と角の周りの接着剤は、はんだごてまたは建設用ドライヤーで平らにされます
吸収パネルは、それに接着されたチューブとともに、ポリスチレンまたは他の堅い断熱材の上に置かれます。上部の構造は、縁に沿って曲げられたポリカーボネートで覆われています
フレームを組み立てるには、適切な金属プロファイルが購入されます。幅を計算するとき、剛性断熱材の厚さが考慮されます
フレームの組み立て用のブランクで、吸収パネルのサイズに応じてプロファイルからカットされ、コレクターの接続ポイントの出力用に穴がカットされます
フレームパーツは、このプロファイルで動作するように設計されたねじで組み立てられています
コレクターを太陽に対して最適な角度に向けるために、スタンドは木材または金属で構成されています
ステップ1:自家製ソーラーコレクターの吸収パネル
ステップ2:アキュムレータチューブに接続する方法
ステップ3:コレクターストレージチューブの断熱材
ステップ4:太陽エネルギーを使用するためのデバイスの組み立て
ステップ5:フレームデバイスのメタルプロファイル
ステップ6:水接続ポイントの出口用の穴
ステップ7:ソーラーコレクターフレーム要素の接続
ステップ8:組み立てられたソーラーコレクター用のラックを作る
DIY素材
ソーラーコレクターボディの自己組み立て用の最も単純で最も手頃な材料は、ボード、合板、OSBボードまたは同様のオプションを備えた木製のブロックです。あるいは、同様のシートを備えたスチールまたはアルミニウムのプロファイルを使用できます。金属製のケースはもう少し費用がかかります。
材料は屋外構造物の要件を満たしている必要があります。ソーラーコレクターの寿命は20年から30年です。
したがって、材料は、期間全体を通して構造を使用できる特定の一連の運用特性を備えている必要があります。
ケース製造用の材料の最も安価で最も単純なバージョンは、木材とチップボードの使用です
ケースが木製の場合、素材の耐久性は、水ポリマーエマルジョンを含浸させ、塗料とワニスをコーティングすることで実現できます。
ソーラーコレクターを設計して組み立てるときに従うべき基本的な原則は、価格と購入能力の点で材料の可用性です。つまり、それらは無料で販売されているか、利用可能な即興の手段とは独立して作られています。
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製造中の継手付き硬質PVCパイプ
柔軟なHDPEソーラーエネルギーレシーバー
古い冷蔵庫の熱交換器からの熱交換器
ソーラーコレクターの曲がった銅管
アルミニウム缶の重要な使用
コレクターの構築におけるペットボトル
暗いペットボトルで作られたビーム吸引装置
曲がった金属パイプ受熱器
保温のニュアンス
熱エネルギーの損失を防ぐため、ボックスの底面には断熱材が取り付けられています。ポリスチレンまたはミネラルウールを使用できます。現代の産業はかなり広範囲の断熱材を生産しています。
ボックスを絶縁するには、ホイル絶縁オプションを使用できます。したがって、箔表面からの太陽光の断熱および反射を提供することが可能である。
発泡スチロールまたは発泡スチロールの硬質プレートを断熱材として使用する場合、溝をカットしてコイルまたはパイプシステムを配置できます。典型的には、コレクター吸収体は断熱材の上に置かれ、本体の製造に使用される材料に依存する方法で本体の底部にしっかりと固定されます。
断熱材は、ハウジングの底からの熱損失を減らすのに役立ちます。断熱なしの金属ケースでデバイスを製造することは不合理です(+)
ソーラーコレクターヒートシンク
これは吸収要素です。これは、冷却液が加熱されるパイプのシステムであり、部品の多くは板金から作られています。ヒートシンクの製造に最適な材料は、銅パイプと見なされます。
家庭の職人がより安価なオプションを発明しました-ポリプロピレンパイプで作られたスパイラル熱交換器。
興味深い予算ソリューションは、柔軟なポリマーパイプからのソーラーシステムの吸収体です。入口と出口でデバイスを接続するために適切なフィッティングが使用されますソーラーコレクター熱交換器を作ることができる即興の手段の選択は非常に広いです。古い冷蔵庫の熱交換器、ポリエチレンの水道管、スチールパネルのラジエーターなどに使用できます。
効率の重要な基準は、熱交換器を構成する材料の熱伝導率です。
自己生産では、銅が最適なオプションです。熱伝導率は394 W /m²です。アルミニウムの場合、このパラメーターは202〜236 W /m²です。
銅パイプは、熱性能と耐久性のためのヒートシンクの製造に最適なオプションと見なされています
ただし、銅パイプとポリプロピレンパイプの熱伝導率の大きな違いは、銅パイプを備えた熱交換器が何百倍もの大量の温水を生成することをまったく意味しません。
同等の条件下で、銅パイプ熱交換器のパフォーマンスは、金属プラスチックオプションのパフォーマンスよりも20%高くなります。したがって、ポリマーパイプでできた熱交換器には、寿命があり、さらに、そのようなオプションははるかに安価です。
パイプの材質に関係なく、溶接とねじ込みの両方のすべてのジョイントは気密でなければなりません。パイプは互いに平行に配置することも、コイルの形で配置することもできます。
コイルタイプスキームは、接続数を減らします-これは、漏れの可能性を減らし、クーラントフローのより均一な動きを提供します。
熱交換器が配置されているボックスの上部はガラスで閉じられています。または、アクリルアナログやモノリシックポリカーボネートなどの最新の材料を使用することもできます。半透明の素材は滑らかではないかもしれませんが、波形またはマットです。
クラシックバージョンでは、コレクター付きのボックスは強化ガラス、プレキシガラス、ポリカーボネート、または同様の素材で閉じられています。職人はガラスの代わりにポリエチレンを使用するように自分自身を適応させました
この処理により、材料の反射率が低下します。さらに、この材料は大きな機械的応力に耐えなければなりません。
そのようなソーラーシステムの工業デザインでは、特別なソーラーガラスが使用されています。このようなガラスは、鉄分が少なく、熱損失が少ないという特徴があります。
貯蔵タンクまたは事前タンク
貯蔵タンクとして、容量は20〜40リットルで任意の容量を使用できます。直列チェーンのパイプで接続された、やや小型の一連のタンクで十分です。貯蔵タンクを断熱することをお勧めします。断熱材のないタンクで太陽の下で加熱された水は、熱エネルギーをすぐに失います。
実際、ソーラーヒーティングシステムの冷却剤は、蓄積することなく循環する必要があります。そこから受け取った熱エネルギーは、受け取り期間中に消費されなければなりません。貯蔵タンクはむしろ、システム内の圧力安定性を維持する、温水と排水溝の分配器として機能します。
太陽光発電システムの貯蔵タンクは、水の分配器として機能し、圧力を維持する貯水池(+)
ソーラー組み立て手順
コレクターの製造とシステムのすべての構成要素の準備ができたら、直接設置に進むことができます。
フィッティングとT字型のポリプロピレンパイプからコイルを取り付けるためのオプションの1つは、ソーラーコレクターをすばやく組み立てるのに役立ちます(+)
作業は、原則として、屋根裏部屋、自立式タワー、高架など、できるだけ高い場所に配置されるアドバンスチャンバーの設置から始まります。
設置中、システムに液体クーラントを充填した後、構造のこの部分の重量が非常に大きくなることに注意してください。したがって、オーバーラップの信頼性を確認するか、強化する必要があります。
タンクを取り付けた後、コレクターを取り付けます。システムのこの構造要素は南側にあります。地平線に対する傾斜角度は35〜45度にする必要があります。
すべてのエレメントを取り付けた後、それらをパイプで結び、単一の油圧システムに接続します。油圧システムの気密性は、ソーラーコレクターの効果的な動作が依存する重要な基準です。
屋外シャワーに水を供給するためのソーラーシステムの組み立てスキームに従って、灌漑用に水を加熱する構造を構築したり、涼しい夜(+)に快適な条件を作成したりできます
構造要素を単一の油圧システムに接続するには、直径1インチと1/2インチのパイプが使用されます。より小さい直径を使用して、システムの圧力部分を配置します。
システムの圧力下では、チャンバー内への水の流入と、加熱された冷却剤の加熱システムと給湯への回収を意味します。残りはより大きな直径のパイプを使用して取り付けられます。
熱エネルギーの損失を防ぐには、パイプを注意深く断熱する必要があります。この目的のために、最新の断熱材のポリスチレン、玄武岩ウールまたはホイルバージョンを使用できます。貯蔵タンクとアドバンスチャンバーも加温手順の対象となります。
貯蔵タンクの断熱のための最も単純で最も手頃なオプションは、合板またはボードからその周りにボックスを構築することです。ボックスとコンテナの間のスペースは断熱材で満たされている必要があります。これは、スラグ、ストローと粘土の混合物、乾燥したおがくずなどです。
ヘリシステムは、太陽光コレクターが家または区画の最も照らされた側に配置されるように設置されています(+)
試運転前のテスト
システムのすべての要素を取り付け、一部の構造物を暖めた後、システムに液体冷却剤を充填し始めることができます。システムの初期充填は、コレクターの下部にあるノズルから行う必要があります。
すなわち、下から上に向かって充填が行われる。このようなアクションのおかげで、エアジャムが発生する可能性を回避できます。
水または他の液体冷却剤がチャンバーに入る。システムの充填プロセスは、チャンバーの排水管から水が注がれ始めると終了します。
フロートバルブを使用して、前部チャンバーの最適な液面を調整できます。システムにクーラントを充填した後、コレクタ内で加熱が始まります。
気温が上昇するプロセスは、曇天でも発生します。加熱されたクーラントは貯蔵タンクの上部に上がり始めます。自然循環のプロセスは、ラジエーターに入る冷媒の温度が、コレクターを出るキャリアの温度と一致するまで発生します。
油圧システム内の水の流れで、前部チャンバーにあるフロートバルブが作動します。したがって、一定のレベルが維持されます。この場合、システムに入る冷水は貯蔵タンクの下部に配置されます。冷水と温水を混ぜるプロセスは実際には起こりません。
油圧システムでは、コレクターからドライブへのクーラントの逆循環を防ぐシャットオフバルブを取り付ける必要があります。これは、周囲温度が冷却液の温度よりも低くなると発生します。
このようなバルブは通常、夜間と夕方に使用されます。
お湯の消費場所への接続は、標準的なミキサーを使用して行われます。従来のシングルタップは回避するのが最善です。晴天時には、水温は80°Cに達することがあります。このような水を直接使用するのは不便です。したがって、蛇口はお湯を大幅に節約します。
そのような太陽熱温水器の性能は、追加のコレクターセクションを追加することによって向上させることができます。このデザインでは、2個から無制限の個数までマウントできます。
ソーラーコレクターを増設することにより、ソーラーシステムのパフォーマンスが向上します
このような暖房と給湯のためのソーラーコレクターの基礎は、温室効果といわゆる熱サイフォン効果の原理です。温室効果は、発熱体の設計に使用されます。
太陽光線は、コレクター上部の透明な素材を自由に通過し、熱エネルギーに変換されます。
熱エネルギーは、コレクターのダクト部分が密閉されているため、限られたスペースにあります。熱サイフォン効果は、加熱された冷却液が上昇するときに油圧システムで使用され、冷却液を移動させて強制的に加熱ゾーンに移動させます。
熱サイフォン効果により、冷却液の安定した継続的な自然循環がシステムで発生します
ソーラーコレクターの性能
太陽系の性能に影響を与える主な基準は、太陽放射の強度です。特定の領域に入射する潜在的に有用な日射量を日射量と呼びます。
地球のさまざまな場所での日射量の値は、かなり広い範囲で異なります。この値の平均指標を決定するために、特別な表があります。特定の地域の日射量の平均値が表示されます。
特定の地域の日射量に関するデータは、特別な地図と表から取得できます(+)
日射量に加えて、熱交換器の面積と材質もシステムのパフォーマンスに影響を与えます。システムのパフォーマンスに影響を与える別の要因は、貯蔵タンクの容量です。最適なタンク容量は、コレクター吸着器の面積に基づいて計算されます。
フラットコレクターの場合、これはコレクターボックスにあるパイプの合計面積です。この平均値は、コレクターチューブ面積のm²m²あたり75リットルのタンク容量です。ストレージ容量は一種の熱電池です。
工場価格
このようなシステムを構築するための金銭的費用の大部分は、コレクターの製造にあります。これは当然のことですが、ソーラーシステムの工業デザインでも、コストの約60%がこの構造要素にかかっています。財務コストは、材料の選択に依存します。
そのようなシステムは部屋を加熱することができず、コストを節約するのに役立ち、暖房システムの水を加熱するのに役立つことに注意してください。水を加熱するために費やされるかなり高いエネルギーコストを考えると、暖房システムに統合されたソーラーコレクターは、そのようなコストを大幅に削減します。
ソーラーコレクターは、暖房と給湯システムに非常に簡単に統合できます(+)
その製造には、かなりシンプルで手頃な材料が使用されています。さらに、このような設計は完全に不揮発性であり、技術的なメンテナンスを必要としません。システムのメンテナンスは、定期的な検査と汚染からのコレクターガラスの洗浄に限定されます。
家の太陽熱の組織に関する追加情報は、この記事で紹介されています。
基本的なソーラーコレクターを製造するプロセス:
ソーラーシステムを組み立てて試運転する方法:
当然のことながら、自作のソーラーコレクターは工業モデルと競合することはできません。即興の材料を使用して、工業デザインが持っている高い効率を達成することは非常に困難です。しかし、既成の植物を購入する場合と比較して、財務コストははるかに少なくなります。
それにもかかわらず、自家製の太陽熱暖房システムは、快適さのレベルを大幅に高め、従来のエネルギー源によって生成されるエネルギーのコストを削減します。
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