Coletor solar de garrafas plásticas: um guia passo a passo para montar um dispositivo solar

O que é um coletor solar

Vários designs foram desenvolvidos e patenteados:

1. Apartamento.
2. Tubular.
3. tubos a vácuo.
4. Termossifões.

Um coletor solar faça você mesmo é mais fácil de fazer em um design plano ou tubular.

Como montar a instalação? Um bloco coletor (seu número já é aproximadamente conhecido a partir dos cálculos realizados de acordo com o método acima) consiste nos seguintes elementos:

• Um conjunto de elementos tubulares de cobre ou alumínio;
• placa absorvente;
• Carcaça selada com isolamento térmico;
• Tampas, que podem ser feitas de polímero transparente resistente ao calor ou vidro temperado.

A eficácia do isolamento determina a eficiência do coletor. Pode ser aumentado se for fornecido um circuito de armazenamento no circuito, que pode fornecer calor em dias nublados ou para operação de sistemas de refrigeração.

O processo de fabricação e posterior instalação de coletores solares é possível não apenas para o telhado, mas também para as paredes sul do edifício. Neste caso, as carcaças são providas de perfurações para facilitar o fluxo de ar. Quando o ar aquecido sobe até o topo da parede, ele será direcionado para os dutos de ventilação do prédio para posterior distribuição.

Tipos de coletores solares

O dispositivo padrão tem a forma de uma placa de metal, que é colocada em uma caixa de plástico ou vidro. A superfície desta placa acumula energia solar, retém o calor e o transfere para várias necessidades domésticas: aquecimento, aquecimento de água, etc. Existem vários tipos de coletores integrados.

Cumulativo

Os coletores de armazenamento também são chamados de termossifão. Esse coletor solar faça você mesmo sem bomba é o mais lucrativo. Suas capacidades permitem não apenas aquecer a água, mas também manter a temperatura no nível necessário por algum tempo.

Esse coletor solar para aquecimento consiste em vários tanques cheios de água, localizados em uma caixa de isolamento térmico. Os tanques são cobertos com uma tampa de vidro, através da qual os raios do sol atravessam e aquecem a água. Esta opção é a mais econômica, fácil de operar e manter, mas sua eficiência no inverno é quase zero.

apartamento

P representa uma grande placa de metal - absorvedor, que está localizada dentro de uma caixa de alumínio com tampa de vidro. Um coletor solar plano faça você mesmo será mais eficiente ao usar uma tampa de vidro. Absorve a energia solar através do vidro resistente ao granizo, que transmite bem a luz e praticamente não a reflete.

Dentro da caixa há isolamento térmico, o que pode reduzir significativamente a perda de calor. A placa em si tem uma baixa eficiência, por isso é revestida com um semicondutor amorfo, o que aumenta significativamente a taxa de acúmulo de energia térmica.

Ao fazer um coletor solar para uma piscina com suas próprias mãos, geralmente é preferível um dispositivo integrado plano. No entanto, ele também lida com outras tarefas, como: aquecimento de água para necessidades domésticas e aquecimento de ambientes. Flat é a opção mais utilizada. É preferível fazer um absorvedor de bricolage para um coletor solar de cobre.

líquido

Pelo nome, fica claro que o principal refrigerante neles é o líquido. Um coletor solar de água faça você mesmo é feito de acordo com o seguinte esquema. Por meio de uma placa metálica que absorve a energia solar, o calor é transferido por meio de tubos ligados a ela para um tanque com água ou líquido não congelante ou diretamente para o consumidor.

Existem dois tubos ligados à placa. Através de um deles, a água fria é fornecida do tanque e, através do segundo, o líquido já aquecido entra no tanque. Os tubos devem ter aberturas de entrada e saída. Esse esquema de aquecimento é chamado de fechado.

Quando a água aquecida é fornecida diretamente para atender às necessidades do usuário, esse sistema é chamado de aberto.

Os não vitrificados são mais frequentemente usados ​​​​para aquecer a água da piscina, portanto, a montagem desses coletores solares térmicos com as próprias mãos não requer a compra de materiais caros - borracha e plástico servem. Os envidraçados têm maior eficiência, por isso são capazes de aquecer a casa e fornecer água quente ao consumidor.

Ar

Os dispositivos de ar são mais econômicos do que os análogos acima que usam água como refrigerante. O ar não congela, não vaza e não ferve como a água. Se ocorrer um vazamento em tal sistema, não traz tantos problemas, mas é bastante difícil determinar onde aconteceu.

A produção do tipo “faça você mesmo” não é cara para o consumidor. O painel solar, que é coberto com vidro, aquece o ar que está entre ele e a placa de isolamento térmico. Grosso modo, este é um coletor plano com espaço para ar no interior. O ar frio entra e, sob a influência da energia solar, o ar quente é fornecido ao consumidor.

Essas opções são duráveis, confiáveis ​​e mais fáceis de manter do que os dispositivos que usam líquido como refrigerante. Para manter a temperatura do ar desejada na adega ou aquecer a estufa com um coletor solar, essa opção é adequada.

Construção de tubo flexível

Para criar um coletor solar confiável, apenas materiais de alta qualidade são usados. Para isso, são adequados tubos de metal-plástico ou mangueiras comuns usadas para irrigação. O coletor pode ser composto por vários módulos. Os tubos devem ser colocados e firmemente fixados neles.

Este projeto é o mais simples. Sua principal desvantagem é a necessidade de usar uma bomba.Uma vez que a circulação natural é impossível em tal projeto. Se os tubos forem muito longos, a resistência hidráulica será maior que a força de cabeça criada pela diferença de temperatura.

Observe que a instalação da bomba não apresenta nenhum problema. Além disso, tal sistema compensa muito rapidamente.

Instalação da piscina

A versão considerada do coletor também pode ser usada para aquecer a água da piscina. Deve ser conectado a um sistema de filtragem com equipamento de bombeamento. O líquido que circula no interior será aquecido antes de entrar no tanque da piscina.

Existem opções nas quais é permitido recusar a instalação de um tanque de armazenamento. Esta abordagem pode ser implementada se a água aquecida for destinada exclusivamente para uso durante o dia em um pequeno volume. Por exemplo, o comprimento do circuito é de cento e cinquenta metros. Neste caso, o indicador do diâmetro interno é de dezesseis milímetros. Neste projeto, são colocados trinta litros de líquido. Se o projeto consistir em vários compartimentos conectados em um sistema, haverá muito mais água aquecida.

Coletor solar - água ou ar

Cada um dos aquecedores é eficaz, apenas o objetivo principal e o princípio de operação diferem:

• Coletor de água - usado para atender às necessidades de água quente e sistemas de piso radiante de baixa temperatura. A eficiência do trabalho no período de inverno é significativamente reduzida. Coletores de painel e vácuo aquecidos indiretamente conectados a um tanque de armazenamento continuam a acumular calor ao longo do ano.A principal desvantagem é o alto custo do coletor solar, instalação e tubulação.
• Coletor de ventilação de ar - possui um design simples e um dispositivo que, se desejado, pode ser feito de forma independente. Finalidade principal: aquecimento ambiente. Obviamente, existem esquemas que permitem usar o calor recebido para o fornecimento de água quente, mas, ao mesmo tempo, a eficiência dos coletores de ar cai quase pela metade. Vantagens: baixo custo de kit e instalação.

Os sistemas de aquecimento solar de ar só funcionam durante o dia. O aquecimento do ar começa mesmo com tempo nublado, com nuvens pesadas e durante a chuva. A operação de aquecedores de ar no inverno não para.

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De tubos de cobre

Um coletor com serpentina de cobre, estofado por dentro com lâminas do mesmo material, é extremamente eficaz. Talvez o mais eficaz dos que encontramos na rede. Tubos e tiras são soldados com um ferro de solda autógeno especial nas costuras, juntas, então o absorvedor de cobre foi a etapa mais trabalhosa, que levou 2 dias.

O cobre foi escurecido colocando-o em um banho de persulfato de potássio:

A caixa foi isolada, uma folha foi presa à parede traseira para refletir o calor. Todas as lacunas são cuidadosamente seladas:

A estrutura foi movida para o lugar, para isso foi envolvida com filme plástico comum, e somente após o transporte e a conexão foi instalado o vidro:

Resultado: em um clima quente do sul, sob raios diretos, o cobre ficou quente, a água ferveu, houve até vestígios perceptíveis de fusão dos elementos estruturais do polímero. É aconselhável misturar o líquido frio em um chuveiro com um absorvedor solar desse tipo, para o qual é necessário fornecer um barril separado ou fornecer uma torneira.

Fabricação de absorventes

Montamos os tubos da seguinte forma:

1. A parede que cobre o topo do frasco (no qual há um buraco) é cortada com tesoura de metal em “pétalas”, que são dobradas para dentro. É conveniente dobrar as “pétalas” colocando a lata em um tubo plástico de diâmetro máximo possível (para passar dentro da lata).
2. No fundo de cada lata com uma broca cônica, você precisa fazer 3 furos com diâmetro de 20 mm, de modo que seus centros fiquem nos vértices de um triângulo equilátero.
3. Agora você pode coletar tubos de latas - 8 peças. em cada. As latas devem ser seladas com um selante de chaminé de alta temperatura, como argamassa de alta temperatura. Esta composição deve ser aplicada em uma superfície previamente desengordurada e umedecida. A composição é nivelada com os dedos, usando luvas de borracha, que também devem ser umedecidas com água.

Para que os tubos fiquem perfeitamente nivelados, durante a montagem, as latas devem ser colocadas em um gabarito derrubado de duas tábuas e com a forma de um canto de ângulo igual. Ele é instalado em um pequeno ângulo em relação à vertical (você pode se encostar na parede).

No tubo recém-montado, localizado no gabarito, deve-se instalar um peso por cima até que o selante esteja completamente curado.

O que é um coletor solar?

Na sua essência, este é o equipamento climático que é usado para produzir água quente com seu posterior uso no sistema de encanamento e aquecimento. O princípio de operação de tal sistema é alterar a densidade da água durante o aquecimento, devido ao qual o líquido quente é empurrado para cima.

A principal diferença entre esses sistemas é que os recursos naturais são usados ​​para aquecimento, em particular, a energia solar, que é absolutamente gratuita. E um coletor solar adequadamente projetado permite extrair essa energia mesmo em um dia gelado ou com tempo nublado. Portanto, o uso de tal dispositivo é possível não apenas no verão, mas também no outono e inverno.

Dispositivo coletor solar

O projeto de um sistema completo de coletores solares inclui necessariamente vários elementos básicos - são eles:

• um dispositivo para extração de energia solar;
• recipiente para acumular água quente;
• trocador de calor;
• estrutura de isolamento térmico, o que reduz a taxa de resfriamento do refrigerante.

Fazendo um dispositivo de papelão ondulado

Este é um projeto de coletor solar ainda mais simples. Você vai construí-lo muito mais rápido.

Primeira etapa. Primeiro, faça uma caixa de madeira da mesma forma que na versão anterior. Em seguida, coloque uma viga ao longo do perímetro da parede traseira (aproximadamente 4x4 cm) e coloque lã mineral no fundo.

Segunda fase. Faça um orifício de saída na parte inferior.

Terceira etapa. Coloque papelão ondulado na viga e repinte o último de preto. Claro, se fosse originalmente uma cor diferente.

Quarta etapa. Faça perfurações em toda a área do papelão ondulado para fluxo de ar.

Quinta etapa. Se desejar, você pode esmaltar toda a estrutura com policarbonato - isso aumentará a temperatura de aquecimento do absorvedor. Mas não esqueça que você também precisa fornecer uma saída para o fluxo de ar do lado de fora.

Características de um coletor solar a vácuo para aquecimento doméstico no inverno

O coletor solar a vácuo é um dispositivo bastante complicado.O principal elemento de trabalho é representado por uma lâmpada cara de absorção de luz com uma superfície transparente, na qual o tubo está localizado. A base do trabalho é o princípio de uma garrafa térmica. O frasco de vácuo permite que a luz solar passe para o tubo interno, onde não há ar, o que permite economizar até 95% do calor.

Coletores solares a vácuo. Mais caro, mas funciona mesmo no inverno

A parte inferior do vácuo interno tubos para coletor solar ocupa anticongelante, que passa para um estado gasoso quando aquecido. Em sua parte superior, o calor é transferido para um coletor com um refrigerante. Ao mesmo tempo, o anticongelante esfria e condensa, retornando ao seu estado original.

O coletor solar a vácuo é caracterizado por alta eficiência em condições de pouca luz e temperaturas abaixo de -37 °C. Ele foi especialmente projetado para latitudes do norte e pode funcionar na ausência de radiação solar direta. Para uma operação eficiente, a estrutura precisa de cuidados constantes, que consistem em limpar sua superfície de contaminação.

A principal desvantagem é o alto custo de construção. Se pelo menos um tubo falhar, o reparo será problemático, pois todos os produtos são montados em série.

Esquema de "verão"

Esta opção é conveniente para um banho de verão. Se estiver localizado na rua, o recipiente que acumula água quente deve ser montado lá.

Se estamos falando de fiação dentro do prédio, o recipiente com o líquido deve ser instalado na casa.

O regime em apreço funciona com base na circulação natural.O coletor deve ser montado abaixo do tanque, onde se acumulará água morna, cerca de um metro. Isto é devido às diferentes densidades de líquidos frios e quentes. Para conectar o coletor ao tanque, é necessário usar tubos com seção transversal de 0,75 polegadas e acima.

Para manter efetivamente a água em um estado quente, as paredes do recipiente devem ser isoladas. Com esta finalidade é necessário usar lã mineral. Sua espessura deve ser de pelo menos dez centímetros. Se um telhado estiver localizado acima da caldeira, é necessário usar polietileno adicionalmente para isolamento.

Este esquema não é chamado de "verão" à toa. É capaz de aquecer a água apenas na estação quente. Durante o período frio, o líquido deve ser drenado do sistema. Caso contrário, congelá-lo pode danificar a tubulação usada.

O processo de montagem de um coletor solar caseiro

O início da montagem deste produto de energia solar começa com a fabricação da bobina. Se você conseguiu pegar uma bobina pronta, a montagem final levará muito menos tempo. A bobina selecionada deve ser lavada muito bem em água corrente (de preferência quente) para lavar todos os bloqueios por dentro e eliminar os resíduos de freon. Se você não encontrou tubos adequados, poderá comprar a quantidade certa na loja. Mas neste caso, você terá que fazer a própria bobina. Para fazê-lo, corte os tubos no comprimento necessário. Em seguida, usando transições de canto, solde-as na forma de uma estrutura de bobina. Além disso, para que o coletor possa ser conectado ao sistema de abastecimento de água, solde ¾ transições de tubulação nas bordas da bobina.Existem várias opções para a forma e o design da bobina, por exemplo, você pode soldar tubos na forma de uma "escada" (se você for implementar essa opção, compre adaptadores que não sejam de canto, você precisará de tês) .

Montagem do coletor solar

Então, em uma folha de metal pré-preparada, você aplica um revestimento seletivo com tinta preta fosca, é aconselhável fazer isso em pelo menos algumas camadas. Aguarde o fluxo de ar secar a tinta e comece a soldar a bobina (lado não pintado). Toda a estrutura da bobina deve ser soldada ao longo de todo o comprimento dos tubos, assim você garante a transferência de calor mais eficiente e, como resultado, a máxima transferência de calor para o sistema de abastecimento de água. Se você fizer tudo certo, o coletor solar que você montou funcionará como foi planejado.

Coletores planos

Os coletores solares planos são uma estrutura metálica na qual, quando vistos de baixo para cima, são fixados:

• placa do corpo;
• camada de isolamento térmico;
• camada refletiva (não presente em todos os modelos);
• placa coletora de calor (dissipador de calor ou também chamada de placa adsorvente), à ​​qual os tubos de troca de calor são soldados;
• tampa transparente de transmissão de luz (vidro temperado com 95% de transmissão de luz ou policarbonato não menos transparente).

Também no corpo há uma saída e um tubo de entrada - o refrigerante circula através deles.

Existem modelos abertos - sem tampa. Sua única vantagem é o baixo preço, mas são muito ineficientes e completamente inoperantes em baixas temperaturas.Devido ao fato de não haver cobertura, o revestimento de absorção é rapidamente destruído, de modo que os coletores abertos servem por várias estações e, devido às suas características, podem ser usados ​​para aquecer a água de uma piscina ou de um chuveiro. Eles são inúteis para aquecimento.

O princípio de funcionamento de um coletor solar plano é o seguinte: os raios do sol passam quase completamente pelo vidro protetor superior. A partir desses raios, o dissipador de calor aquece. O calor, é claro, é irradiado, mas quase não sai: o vidro é transparente aos raios do sol, não deixa passar o calor (posição "c" nos diagramas). Acontece que a energia térmica não é dissipada, mas armazenada dentro do painel. A partir desse calor, os tubos de troca de calor são aquecidos e, a partir deles, o calor é transferido para o refrigerante que circula por eles.

Regras para a localização de coletores planos

Coletores deste tipo devem ser posicionados em um ângulo de 90o em relação aos raios de luz incidentes. Quanto mais precisamente esse ângulo for definido, mais calor o sistema coletará. É claro que não é realista manter constantemente esse ângulo em um telhado fixo, mas você precisa posicionar o painel para que a luz incida sobre ele o maior tempo possível. Existem aparelhos bastante caros que alteram a posição do painel em relação ao sol, mantendo o ângulo ideal de incidência dos raios solares. Eles são chamados de sistemas de rastreamento.

Do que depende o preço

O preço de um coletor plano depende em grande parte dos materiais utilizados. Assim, o corpo pode ser de alumínio ou aço galvanizado. Um corpo de alumínio é o preferido, mas custa mais. Há também caixas de polímero. Eles são caracterizados por alta resistência e confiabilidade.

Os tubos de troca de calor e o material da placa coletora de calor têm grande influência na eficiência. Eles são de alumínio (tais painéis são mais baratos) e cobre. Os de cobre são mais caros, mas também mais duráveis, também têm uma eficiência maior. Para a Rússia, mesmo para as regiões do sul, é desejável usá-los. Como a insolação, mesmo no sul, raramente é excessiva, nem sempre é suficiente para o aquecimento.

O revestimento da placa do coletor de calor também é importante: quanto mais próximo estiver do preto absoluto, menos raios serão refletidos e mais calor resultará. Portanto, os tecnólogos estão trabalhando constantemente para melhorar esse revestimento.

Nos primeiros modelos era uma tinta preta normal, mas hoje é um revestimento de níquel preto.

Coletores de plástico

Em um tipo separado, os coletores solares de plástico podem ser distinguidos. Na versão mais simples, são dois painéis de policarbonato montados em uma estrutura de alumínio. Entre eles, nervuras são soldadas ou soldadas, criando um labirinto para o fluxo de água no painel. A entrada está localizada na parte superior do painel e a saída está na parte inferior. A água fria é despejada no superior, que, passando pelo labirinto, aquece e sai com maior temperatura pelo inferior. O sistema é usado para aquecer a água no verão. Devido à baixa resistência hidráulica, funciona muito bem em um sistema de fluxo por gravidade. Este tipo de aquecedor solar de água é uma opção ideal para fornecer água quente a uma casa de verão durante a estação do jardim.

Mas às vezes os coletores completos para aquecimento são chamados de coletores solares de plástico.É que neles a tampa superior não é feita de vidro, mas do mesmo policarbonato ou outro plástico que transmite bem a luz do sol. Esses modelos correm menos riscos: os plásticos são mais duráveis ​​que o vidro (mesmo temperado).

Equipando sistemas que trabalham com coletores solares com automação

As especificidades do funcionamento das instalações solares, dados iniciais em constante mudança (estação do ano, condições meteorológicas, etc.) esquema de instalação.

Dispositivos eletrônicos como um controlador, com base na análise de temperatura em determinados locais do diagrama de instalação, dão comandos para abrir/fechar válvulas, ligar/desligar unidades de bombeamento para selecionar o movimento ideal do refrigerante ao longo do circuito. Assim, por exemplo, se a temperatura da água no tanque de armazenamento do refrigerante for excedida, o controlador interromperá seu movimento ao longo do circuito, interrompendo a perda de calor que poderia ser descarregada no ambiente através do coletor.

Princípio de funcionamento dos aquecedores solares

Antes de iniciar a fabricação de um sistema solar caseiro, vale a pena estudar o projeto de coletores solares fabricados na fábrica - ar e água. Os primeiros são usados ​​para aquecimento direto do ambiente, os últimos são usados ​​como aquecedores de água ou refrigerante não congelante - anticongelante.

O elemento principal do sistema solar é o próprio coletor solar, que é oferecido em 3 versões:

1. Aquecedor de água plano. É uma caixa selada, isolada por baixo. No interior há um receptor de calor (absorvedor) feito de uma folha de metal, na qual é fixada uma bobina de cobre.De cima, o elemento é fechado por vidro forte.
2. O desenho do coletor de aquecimento do ar é semelhante à versão anterior, apenas o ar bombeado pelo ventilador circula pelos tubos em vez do refrigerante.
3. O dispositivo de um coletor de vácuo tubular é fundamentalmente diferente dos modelos planos. O dispositivo consiste em frascos de vidro duráveis, onde são colocados tubos de cobre. Suas extremidades estão conectadas a 2 linhas - suprimento e retorno, o ar é bombeado para fora dos frascos.

Adição. Existe outro tipo de aquecedor de água a vácuo, onde os frascos de vidro são hermeticamente fechados e preenchidos com uma substância especial que evapora a baixa temperatura. Durante a evaporação, o gás absorve uma grande quantidade de calor transferido para a água. No processo de troca de calor, a substância condensa novamente e flui para o fundo do frasco, como mostra a figura.

O dispositivo de um tubo de vácuo aquecido diretamente (esquerda) e um frasco funcionando por evaporação / condensação de líquido

Os tipos listados de coletores usam o princípio da transferência direta do calor da radiação solar (caso contrário - insolação) para um líquido ou ar que flui. Um aquecedor de água plano funciona assim:

1. A água ou anticongelante bombeado por uma bomba de circulação se move através de um trocador de calor de cobre a uma velocidade de 0,3-0,8 m / s (embora também existam modelos de gravidade para um chuveiro ao ar livre).
2. Os raios do sol aquecem a folha absorvente e o tubo da bobina firmemente conectado a ela. A temperatura do líquido refrigerante que flui aumenta de 15 a 80 graus, dependendo da estação, hora do dia e clima da rua.
3. Para excluir perdas de calor, as superfícies inferior e lateral do corpo são isoladas com espuma de poliuretano ou espuma de poliestireno extrudado.
4. O vidro superior transparente desempenha 3 funções: protege o revestimento seletivo do absorvedor, não permite que o vento sopre sobre a bobina e cria uma camada hermética que retém o calor.
5. O refrigerante quente entra no trocador de calor do tanque de armazenamento - tanque de armazenamento ou caldeira de aquecimento indireto.

Uma vez que a temperatura da água no circuito do aparelho varia com a mudança das estações e dos dias, o colector solar não pode ser utilizado directamente para aquecimento e água quente sanitária. A energia recebida do sol é transferida para o refrigerante principal através da bobina do tanque - acumulador (caldeira).

A eficiência dos aparelhos tubulares é aumentada devido ao vácuo e à parede refletiva interna em cada frasco. Os raios do sol passam livremente pela camada sem ar e aquecem o tubo de cobre com anticongelante, mas o calor não consegue superar o vácuo e sair, então as perdas são mínimas. Outra parte da radiação entra no refletor e é focada na linha de água. Segundo os fabricantes, a eficiência da instalação chega a 80%.

Quando a água no tanque é aquecida à temperatura certa, os trocadores de calor solares mudam para a piscina usando uma válvula de três vias