يعد استخدام الطاقة الشمسية المجانية طريقة جيدة لتوفير الوقود والكهرباء التي يتم إنفاقها على تدفئة منزل خاص. يعيق الاستخدام الهائل للأنظمة الشمسية ارتفاع أسعار أجهزة استقبال الحرارة والمعدات ذات الصلة - خزان التخزين ومضخة الدوران ووحدة التحكم الإلكترونية والتجهيزات الأخرى. الطريقة الوحيدة لتقليل التكاليف هي صنع مجمّع شمسي بيديك من مواد رخيصة الثمن وتجميع مخطط ربط قياسي.
مبدأ تشغيل السخانات الشمسية
قبل الشروع في تصنيع نظام شمسي محلي الصنع ، يجدر استكشاف جهاز مجمعات الطاقة الشمسية المصنوعة في المصنع - الهواء والماء. تستخدم الأولى للتدفئة المباشرة للمباني ، وتستخدم الأخيرة سخانات المياه أو المبرد غير المتجمد - مضاد للتجمد.
مرجع. لا تحظى المنشآت الجوية بشعبية كبيرة بسبب الوظائف المحدودة. هناك حاجة أكبر إلى سخانات المياه الشمسية ، لأنها يمكن أن توفر التدفئة والماء الساخن ورفع درجات الحرارة في حمامات السباحة الخارجية.
العنصر الرئيسي في النظام الشمسي هو المجمع الشمسي نفسه ، المقدم في 3 إصدارات:
- سخان ماء مسطح. إنه صندوق مغلق ، معزول من الأسفل. بالداخل يوجد بالوعة حرارية (ممتصة) مصنوعة من صفائح معدنية مثبت عليها ملف نحاسي. الجزء العلوي مغطى بالزجاج المتين.
- تصميم مشعب سخان الهواء مشابه للإصدار السابق ، فقط الهواء الذي يدور بواسطة المروحة يدور عبر الأنابيب بدلاً من المبرد.
- يختلف جهاز مشعب التفريغ الأنبوبي اختلافًا جوهريًا عن الموديلات المسطحة. يتكون الجهاز من قوارير زجاجية متينة حيث يتم وضع الأنابيب النحاسية. ترتبط نهاياتها بطريقين سريعين - العرض والعودة ، يتم ضخ الهواء من القوارير.
إضافة. هناك نوع آخر من سخانات المياه الفراغية ، حيث تكون القوارير الزجاجية محكمة الغلق ومملوءة بمادة خاصة تتبخر عند درجة حرارة منخفضة. أثناء التبخر ، يمتص الغاز كمية كبيرة من الحرارة المنقولة إلى الماء. في عملية نقل الحرارة ، تتكثف المادة مرة أخرى وتتدفق إلى قاع القارورة ، كما هو موضح في الصورة.
تستخدم الأنواع المجمعة المدرجة مبدأ النقل المباشر لحرارة الإشعاع الشمسي (خلاف ذلك - التشمس) إلى السائل أو الهواء المتدفق. يعمل سخان المياه المسطح على النحو التالي:
- يتحرك الماء أو التجمد من خلال مبادل حراري نحاسي بسرعة 0.3-0.8 م / ث ، يتم ضخه بواسطة مضخة دوران (على الرغم من وجود نماذج جاذبية للاستحمام في الهواء الطلق).
- تقوم أشعة الشمس بتسخين الصفيحة الماصة وأنبوب اللفة المتصل بها بإحكام. ترتفع درجة حرارة سائل التبريد بمقدار 15-80 درجة ، اعتمادًا على الموسم والوقت من اليوم وطقس الشارع.
- لاستبعاد فقدان الحرارة ، يتم عزل الأسطح السفلية والجانبية للجسم برغوة البولي يوريثين أو رغوة البوليسترين المبثوقة.
- يحتوي الزجاج العلوي الشفاف على 3 وظائف: فهو يحمي الطلاء الانتقائي للامتصاص ، ويمنع الرياح من نفخ الملف ويخلق فجوة هواء محكمة الإغلاق تحتفظ بالحرارة.
- يدخل ناقل الحرارة الساخنة المبادل الحراري لخزان التخزين - الخزان العازلة أو غلاية التدفئة غير المباشرة.
نظرًا لأن درجة حرارة الماء في دائرة الجهاز تتقلب مع تغير المواسم والأيام ، لا يمكن استخدام المجمع الشمسي للتدفئة والماء الساخن مباشرة. يتم نقل الطاقة المستلمة من الشمس إلى ناقل الحرارة الرئيسي من خلال ملف الخزان - البطارية (المرجل).
استثناء - التركيبات الشمسية لحمامات السباحة ، وتسخين مياه الخزان مباشرة أو من خلال مبادل حراري بسيط.
يتم تعزيز كفاءة الجهاز الأنبوبي عن طريق الفراغ وجدار عاكس داخلي في كل قارورة. تمر أشعة الشمس بحرية من خلال الطبقة الخالية من الهواء وتسخن الأنبوب النحاسي بمضاد التجمد ، لكن الحرارة لا يمكنها التغلب على الفراغ والخروج ، لذلك تكون الخسائر ضئيلة. يدخل جزء آخر من الإشعاع العاكس ويركز على خط الماء. وفقًا للمصنعين ، تصل كفاءة التثبيت إلى 80 ٪.
نصنع جامع مياه
لا يمكن صنع سخان الماء من النوع الفراغي في المنزل لأسباب واضحة. لذلك ، نأخذ تصميمًا مسطحًا مع مبادل حراري وامتصاص يجمع ضوء الشمس. من الناحية المثالية ، تحتاج إلى حساب مساحة جهاز الاستقبال ودرجة حرارة مياه المخرج ، والتي تعتمد على العديد من العوامل:
- منطقة الإقامة ومستوى التشمس ؛
- درجة الحرارة المحيطة ، خاصة في فصل الشتاء ؛
- منطقة سطح التبادل الحراري التي تدرك التعرض للشمس ؛
- لفائف المواد والطلاء ؛
- مدخل درجة حرارة سائل التبريد ؛
- زاوية اللوحة بالنسبة للشمس ؛
- معدل تدفق المياه من خلال أنابيب المبادل الحراري.
على الإنترنت ، ليس من الصعب العثور على حسابات لأداء المجمع الشمسي ، ولكننا نحذرك - الحسابات غير دقيقة للغاية.
مثال. يتم أخذ الحقيقة كأساس: في يوم صاف ، تصل 500-800 واط من الطاقة الشمسية إلى 1 متر مربع من السطح. علاوة على ذلك ، باستخدام صيغة المدرسة m = Q / 1.163 x Δt ، نحدد كتلة الماء المسخن عند 40 درجة مئوية بواسطة مبادل حراري مساحته 1 متر مربع: 500 / 1،163 × 40 = 10.7 لتر في الساعة. مع تشمس 800 واط / متر مربع ، يمكن تسخين 17.2 لتر / ساعة. لكن الشيطان يكمن في التفاصيل: الرقم الأولي 0.5-0.8 كيلو واط لكل متر مربع هو رقم تقريبي للغاية.
نقدم طريقة مبسطة للمشكلة الموضحة في التعليمات خطوة بخطوة:
- حدد المكان والمساحة التي أنت على استعداد لإعطائها للمجمع.
- بناءً على أسعار المواد ، حدد الخيار المناسب لتجميع الملف والإسكان.
- قم بعمل نموذج أولي ، قم بالتوصيل بالتسخين أو إمدادات المياه وفقًا للمخطط الصحيح. سنعرض طرق الربط في الأقسام التالية من هذه المقالة.
- اختبر دائرة التسخين في المنزل واستخلص المزيد من الاستنتاجات حول زيادة / تقليل الطاقة وتغيير التصميم وما إلى ذلك.
الآن سنمر كل مرحلة على حدة ، مع التركيز على المزالق.
وضع التثبيت الحراري
في الواقع ، هناك خياران فقط لموقع جامع محلي الصنع: على سطح المبنى أو في المنطقة المفتوحة لمنطقة المنزل. عند اختيار مكان ، اتبع القواعد البسيطة:
- يجب أن يكون الموقع مضاءًا قدر الإمكان خلال النهار ، وليس محجوبًا بالأشجار والمباني الملحقة الأخرى.
- عند التثبيت على السطح ، يتم اختيار منحدر أكثر رقة ، حيث يحصل الإشعاع الشمسي دائمًا. من الواضح أن الجزء الحاد من السقف المكسور لن يعمل.
- لا تأخذ تركيب الماء الساخن المخصص للتدفئة أو إمداد الماء الساخن بعيدًا عن منزلك. سيزيد طول أنابيب الإمداد وفقدان الحرارة وتكاليف التركيب.
- وجّه المجمع الأرضي بحيث تضيء الشمس ، التي تتحرك بشكل مرئي من الشرق إلى الغرب ، بالوعة الحرارة باستمرار. زاوية تركيب اللوحة 60 ± 15 °.
ملحوظة. يمكن زيادة كفاءة عنصر التسخين بمساعدة مكثف شمسي مكافئ يجمع الأشعة في حزمة واحدة ، والتي يتم إرسالها إلى جهاز الامتصاص. يتم عرض طرق البناء والتجميع للمرآة المقعرة في الفيديو.
تقع النباتات الشمسية المصممة لتسخين المياه في الحمام الصيفي على سطح هذا المبنى وتتصل بالجاذبية. توجد أجهزة لمسابح التدفئة بجوار وعاء الخزان.
اختيار المواد
لقد اخترنا مجموعة من الملحقات لتصنيع سخانات المياه بالطاقة الشمسية على أساس المراجعات والمواضيع التي نوقشت في منتدى Forumhouse الشهير. لذلك ، عادة ما يكون الصندوق المستطيل لجهاز الاستقبال مصنوعًا من شعاع خشبي أو إطارات جاهزة من النوافذ القديمة. يتم عزل الجدار الخلفي للإسكان بصوف البازلت أو رغوة البوليسترين أو رغوة البوليسترين المبثوقة.
تلميح. يمكن صنع الجزء السفلي من الصندوق من مادة عازلة من البوليمر. ستعمل الطبقة المعدنية كممتص - ليس عليك وضع ورقة إضافية.
يصنع الحرفيون المنزليون مبادلات حرارية من مجموعة متنوعة من الأنابيب:
- البولي إيثيلين الأسود (HDPE) ؛
- الفولاذ المقاوم للصدأ المموج.
- النحاس والألمنيوم
- البولي بروبلين والبلاستيك المعدني.
- مادة البولي ايثيلين المتشابكة
- مشعات لوحة الصلب.
من وجهة نظر الكفاءة والمتانة ، من الأفضل استخدام أنابيب الألمنيوم والنحاس والفولاذ المقاوم للصدأ مع أفضل التوصيل الحراري. نقص المواد هو الثمن الباهظ.
الأنابيب البلاستيكية أرخص بكثير من الأنابيب المعدنية وأسهل في التركيب. ولكن عند استخدام البوليمرات ، يجب مراعاة عدد من الفروق الدقيقة:
- تتدهور أي مواد بلاستيكية تدريجيًا تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية ؛
- جدران أنابيب PPR سميكة للغاية ، وتوصل الحرارة بشكل سيئ ؛
- البلاستيك عالي الجودة مكلف للغاية لأغراضنا ، ورخيصة في كثير من الأحيان يتم تقسيمها على الانحناءات وتنهار بسرعة في الشمس ؛
- البولي إيثيلين المتشابك "يتذكر" الانحناء الأولي في الخليج ، من الملائم عمل ملف حلقي للخروج منه ، والاستقامة ليست سهلة ؛
- أنابيب HDPE تحتاج إلى شراء سلسلة طعام (بشريط أزرق) ، فهي محمية بشكل أفضل من الأشعة فوق البنفسجية.
مرجع. أبسط نسخة من مبادل حراري للمسبح هو خرطوم الحديقة السوداء الموضوعة مع "الحلزون". ناقص المادة هو تشقق المطاط من التعرض الطويل للشمس.
أنابيب HDPE ذات الجدران الرقيقة هي خيار ممتاز من حيث نسبة السعر / الجودة. يمتص السطح الأسود الحرارة الشمسية جيدًا ، وتكون تجهيزات التوصيل غير مكلفة. خط الأنابيب متصل بالممتص بمشابك بلاستيكية أو شريط من القصدير على المسامير.
بصفتها ورقة ماصة ، يمكن استخدام الأسود العادي أو الفولاذ المقاوم للصدأ المطلي. الخيار المثالي هو صفائح الألمنيوم أو النحاس.
يتم إغلاق الجزء العلوي من الصندوق بالمواد الشفافة التالية للاختيار من بينها:
- زجاج عادي أو مقوى
- غلاف بلاستيكي شفاف ؛
- البولي الخلوي الرقيق.
تلميح. لا تستخدم نوافذ زجاجية مزدوجة جاهزة من النوافذ البلاستيكية كعنصر شفاف. في فصل الشتاء ، مع وجود اختلاف كبير في درجة الحرارة بين هواء الشارع وغرفة التجميع المغلقة ، لا تتحمل العبوة المكونة من طبقتين وتتصدع.
توصيات الجمعية
إن عملية تصنيع مجمعات الطاقة الشمسية واضحة لدرجة أنه لا معنى لرسم تعليمات خطوة بخطوة. وتتمثل المهمة في جعل معظم غرفة محكمة الإغلاق عن طريق تثبيت مبادل حراري على امتصاص المعادن في الداخل. سنقدم لك بعض النصائح فقط للحفاظ على سلامتك من الأخطاء:
- يمكن وضع أنابيب مبادل حراري طوليًا أو حلزونيًا (حلزون). اجعل المسافة بين الخطوط (المنعطفات) المجاورة صغيرة - من 1 إلى 4 سم.
- يتم تحقيق ضيق الهواء للحالة عن طريق تشحيم المفاصل بمانع تسرب السيليكون أو عن طريق وضع أختام مطاطية.
- يتم توصيل الأنابيب بالقاعدة بأي طريقة مناسبة - مع المشابك البلاستيكية أو شريط معدني أو مثبت ببساطة على الجوانب باستخدام مسامير ذاتية التنصت.
- يتم طلاء التجويف الداخلي بأكمله بالمينا السوداء المقاومة للحرارة (تباع في علب الهباء الجوي).
- يبلغ سمك الطبقة العازلة على الجزء الخلفي من سخان المياه 50 مم على الأقل.
- من الأسهل سحب فيلم شفاف في الأعلى - هذا هو الخيار الأفضل للنموذج الأولي. وبالتالي ، ليس من الصعب استبدال الزجاج.
توصية أخرى. يجب معالجة الأجزاء الخشبية بمطهر.تغطية الإطار الملحومة من التشكيلات الفولاذية مع التمهيدي وطبقتين من الطلاء الخفيف.
بعد تجميع لوحة المشتت الحراري ، املأ الملف بالماء وتحقق من وجود تسرب. ثم اختبر المجمع الشمسي - قم بتوصيل الإخراج بالخزان ، وقم بتثبيت اللوحة في الشمس وقياس درجة حرارة الماء بشكل دوري ، مع مراعاة وقت التسخين. بناءً على مؤشرات حقيقية ، من السهل تحديد أداء سخان المياه.
الاسلاك الرسم البياني
يتم توصيل جامع مصمم لتسخين المياه في الحمام بخزان التخزين عن طريق تدفق الجاذبية. شرط مهم: يجب أن يكون التركيب الشمسي أسفل الخزان الرئيسي بحيث يرتفع الماء الساخن منخفض الكثافة من خلال الأنبوب ويحل محل الأنبوب البارد. يظهر تصميم مثل هذا النظام في الرسم.
عند توصيله بغلاية أو مجمع حرارة ، يعمل المجمع الشمسي كمصدر حراري كامل. يقترح مصنعو النظام الشمسي استخدام مخطط ضغط ذي أنبوبين ، والذي يتضمن عناصر الربط المطلوبة:
- مضخة دوران تتطور ضغط 0.4 بار ؛
- نوع غشاء خزان التوسع
- تنفيس الهواء التلقائي.
- صمام أمان ، مصمم للعمل عند ضغط 2 بار ؛
- مقياس الضغط؛
- ميزان الحرارة؛
- صمامات الإغلاق ، صمام المكياج ؛
- تحكم مع مستشعرين لدرجة الحرارة
- عزل حراري لخطوط انابيب الامداد.
نقطة مهمة. إذا تم توصيل بطارية لعدة مجمعات بخزان التخزين المؤقت ، فيجب زيادة سعة المضخة وحجم خزان التمدد. السعة الدنيا لخزان الغشاء هي 10٪ من إجمالي كمية سائل التبريد في الدائرة.
يعمل المخطط على النحو التالي:
- يتم توصيل المشتت الحراري بالملف السفلي من الخزان العازل ، حيث يكون الماء أكثر برودة.
- يقارن جهاز التحكم عن طريق أجهزة الاستشعار درجة حرارة الماء (التجمد) في أنبوب الإمداد ومراكم الحرارة.
- تقوم الوحدة الإلكترونية بإيقاف المضخة عندما تكون درجة حرارة الماء في الخزان مساوية أو أعلى من درجة حرارة التدفق.
- يتم تفريغ الهواء الداخل إلى الدائرة من خلال صمام أوتوماتيكي مركب في الجزء العلوي من النظام.
- في حالة ارتفاع درجة حرارة سائل التبريد بسبب توقف المضخة (من المستحيل إيقاف تشغيل الشمس) ، يعمل صمام الأمان ويخفف الضغط الزائد.
أغلى عنصر في الدائرة هو وحدة تحكم إلكترونية. كيف يمكنني الاستغناء عن وحدة تحكم:
- شراء على ترموستات أرخص على Aliexpress ، ينشأ عن اختلاف في درجة الحرارة ؛
- اضبط مؤقت الليل والنهار والثرموستات الميكانيكي لإيقاف تشغيل المضخة عندما يكون الخزان العازل في أقصى درجة حرارة.
كيف تعمل وحدة التحكم الصينية الرخيصة (السعر - 15 دولارًا) ، راجع مراجعة الفيديو:
التسخين بالطاقة الشمسية
يتم تركيب تدفئة الهواء بطريقة مماثلة ، فقط المبادل الحراري مصنوع من أنابيب ذات قطر أكبر ، ويتم توفير المنفاخ بواسطة المروحة. يتكون جهاز استقبال الإشعاع من قبل الحرفيين من المواد التالية:
- تمويج الألمنيوم للتهوية ؛
- أدخلت زجاجات بلاستيكية واحدة في الأخرى ؛
- علب البيرة المنحوتة.
في الصندوق ، يتم عمل فتحتين لأنابيب الهواء ، ويتم وضع شبكة دقيقة في الداخل ، مما يلغي دخول الحشرات. يتم تثبيت المروحة - وهي عبارة عن مبرد من الكمبيوتر - على إحدى الفتحات ، ويتم طلاء جزء التبادل الحراري باللون الأسود. يتم عزل أنابيب الإمداد ووضعها في غرفة ساخنة. يتم عرض خوارزمية تجميع مشعب الهواء في الفيديو:
استنتاج
يرجع جاذبية جامعات الطاقة الشمسية إلى ارتفاع أسعار الطاقة. على الرغم من انخفاض أداء سخانات المياه في فصل الشتاء ، توفر الحرارة الشمسية وفورات كبيرة في استهلاك الوقود من المصدر الرئيسي - المرجل. إذا كنت ترغب في تسخين منزلك الريفي قدر الإمكان باستخدام الطاقة الشمسية المجانية ، فإننا ننصحك بالاهتمام بالمنشآت التي تحتوي على مركّزات مرايا.يتم استخدام هذه الأجهزة عالية الكفاءة على نطاق واسع في أوروبا وأمريكا.