Como fazer um coletor solar para aquecimento com as próprias mãos: um guia passo a passo
O aumento do custo das fontes de energia tradicionais incentiva os proprietários de casas privadas a procurar opções alternativas para aquecer as suas casas e aquecer água.Concordo, o componente financeiro da questão desempenhará um papel importante na escolha de um sistema de aquecimento.
Um dos métodos mais promissores de fornecimento de energia é a conversão da radiação solar. Para tanto, são utilizados sistemas solares. Compreender o princípio do seu design e o mecanismo de funcionamento, não será difícil fazer um coletor solar para aquecimento com as próprias mãos.
Iremos falar sobre as características de design dos sistemas solares, oferecer um diagrama de montagem simples e descrever os materiais que podem ser usados. As etapas do trabalho são acompanhadas por fotografias visuais, o material é complementado por vídeos sobre a criação e comissionamento de um colecionador caseiro.
O conteúdo do artigo:
Princípio operacional e recursos de design
Os sistemas solares modernos são um dos tipos de fontes alternativas recebendo calor. São utilizados como equipamento auxiliar de aquecimento que converte a radiação solar em energia útil aos proprietários das residências.
Eles são capazes de fornecer água quente e aquecimento integralmente durante a estação fria apenas nas regiões do sul. E somente se ocuparem uma área suficientemente grande e forem instalados em áreas abertas e não sombreadas por árvores.
Apesar do grande número de variedades, o princípio de funcionamento é o mesmo. Qualquer sistema solar É um circuito com disposição sequencial de dispositivos que fornecem energia térmica e a transmitem ao consumidor.
Os principais elementos de trabalho são painéis solares baseados em fotocélulas ou coletores solares. Tecnologia montagem de gerador solar em chapas fotográficas é um pouco mais complicado do que em um coletor tubular.
Neste artigo veremos a segunda opção - um sistema coletor solar.
Os coletores são um sistema de tubos conectados em série às linhas de saída e entrada ou dispostos em forma de bobina. Água de processo, fluxo de ar ou uma mistura de água e algum tipo de líquido não congelante circula pelos tubos.
A circulação é estimulada por fenômenos físicos: evaporação, mudanças de pressão e densidade da transição de um estado de agregação para outro, etc.
A coleta e acúmulo de energia solar são realizadas por absorvedores. Esta é uma placa de metal sólida com uma superfície externa enegrecida ou um sistema de placas individuais fixadas em tubos.
Para a confecção da parte superior do corpo, a tampa, são utilizados materiais com alta capacidade de transmissão de luz. Pode ser plexiglass, materiais poliméricos semelhantes, tipos temperados de vidro tradicional.
Deve-se dizer que os materiais poliméricos não toleram muito bem a influência dos raios ultravioleta.Todos os tipos de plástico têm um coeficiente de expansão térmica bastante alto, o que muitas vezes leva à despressurização da caixa. Portanto, o uso de tais materiais para a fabricação do corpo coletor deve ser limitado.
A água como refrigerante só pode ser utilizada em sistemas concebidos para fornecer calor adicional no período outono/primavera. Se você planeja usar o sistema solar durante todo o ano, antes da primeira onda de frio, troque a água do processo por uma mistura dela e anticongelante.
Se for instalado um coletor solar para aquecer um pequeno edifício que não tenha ligação com o aquecimento autônomo da casa ou com redes centralizadas, é construído um sistema simples de circuito único com um dispositivo de aquecimento no início.
A cadeia não inclui bombas de circulação e dispositivos de aquecimento. O esquema é extremamente simples, mas só funciona em verões ensolarados.
Quando um coletor está incluído em uma estrutura técnica de circuito duplo, tudo fica muito mais complicado, mas o intervalo de dias aptos para uso aumenta significativamente. O coletor processa apenas um circuito. A carga predominante é colocada na unidade de aquecimento principal, que funciona com eletricidade ou qualquer tipo de combustível.
Apesar da dependência direta do desempenho dos dispositivos solares do número de dias ensolarados, eles são muito procurados e a demanda por dispositivos solares está aumentando constantemente. Eles são populares entre os artesãos que procuram canalizar todos os tipos de energia natural em canais úteis.
Classificação de acordo com critérios de temperatura
Há um grande número de critérios pelos quais certos projetos de sistemas solares são classificados. Porém, para dispositivos que podem ser feitos com as próprias mãos e utilizados para abastecimento de água quente e aquecimento, a opção mais racional seria separá-los por tipo de refrigerante.
Portanto, os sistemas podem ser líquidos e aéreos. O primeiro tipo é mais frequentemente aplicável.
Além disso, uma classificação é frequentemente usada com base na temperatura à qual os componentes de trabalho do coletor podem ser aquecidos:
- Temperatura baixa. Opções capazes de aquecer o refrigerante até 50ºС. São utilizados para aquecer água em tanques de irrigação, em banheiras e chuveiros no verão e para melhorar as condições de conforto nas noites frescas de primavera-outono.
- Temperatura média. Fornece uma temperatura do líquido refrigerante de 80ºС. Eles podem ser usados para aquecer ambientes. Essas opções são mais adequadas para mobiliar residências particulares.
- Temperatura alta. A temperatura do líquido refrigerante nessas instalações pode atingir até 200-300ºС. São utilizados em escala industrial, instalados para aquecimento de oficinas de produção, edifícios comerciais, etc.
Os sistemas solares de alta temperatura utilizam um processo bastante complexo de transferência de energia térmica. Além disso, ocupam um espaço impressionante, que a maioria dos nossos amantes da vida no campo não pode pagar.
O processo de fabricação exige muita mão-de-obra e a implementação requer equipamentos especializados. É quase impossível fazer você mesmo essa versão de um sistema solar.
Coletor feito à mão
Fazer um dispositivo solar com as próprias mãos é um processo fascinante que traz muitos benefícios. Graças a ele, você pode usar racionalmente a radiação solar gratuita e resolver vários problemas econômicos importantes. Vejamos as especificidades da criação de um coletor de placa plana que fornece água aquecida ao sistema de aquecimento.
Materiais faça você mesmo
O material mais simples e acessível para a automontagem do corpo do coletor solar é um bloco de madeira com placa, compensado, placas OSB ou opções semelhantes. Como alternativa, você pode usar um perfil de aço ou alumínio com chapas semelhantes. Uma caixa de metal custará um pouco mais.
Os materiais devem atender aos requisitos para estruturas utilizadas ao ar livre. A vida útil de um coletor solar varia de 20 a 30 anos.
Isso significa que os materiais devem ter um determinado conjunto de características de desempenho que permitirão que a estrutura seja utilizada durante toda a sua vida útil.
Se o corpo for de madeira, a durabilidade do material pode ser garantida pela impregnação com emulsões hidropolímeras e revestimento com tintas e vernizes.
O princípio básico que deve ser seguido ao projetar e montar um coletor solar é a disponibilidade de materiais em termos de preço e disponibilidade. Ou seja, podem ser encontrados no mercado livre ou fabricados independentemente dos materiais disponíveis.
Nuances do isolamento térmico
Para evitar perda de energia térmica, é instalado material isolante na parte inferior da caixa. Pode ser espuma de poliestireno ou lã mineral. A indústria moderna produz uma gama bastante extensa de materiais isolantes.
Para isolar a caixa, você pode usar opções de isolamento de folha metálica. Desta forma, é possível fornecer isolamento térmico e reflexão da luz solar na superfície da folha.
Se espuma rígida ou placa de poliestireno expandido for usada como material de isolamento, ranhuras podem ser cortadas para acomodar a bobina ou o sistema de tubulação. Normalmente, o absorvedor coletor é colocado no topo do isolamento térmico e firmemente fixado na parte inferior da carcaça de uma maneira que depende do material utilizado na fabricação da carcaça.
Dissipador de calor com coletor solar
Este é um elemento absorvente. É um sistema de tubos nos quais o refrigerante é aquecido e peças geralmente feitas de chapa de cobre. Os materiais ideais para a fabricação de um dissipador de calor são considerados Tubos de cobre.
Os artesãos domésticos inventaram uma opção mais barata - um trocador de calor em espiral feito de tubos de polipropileno.
Uma solução econômica interessante é um absorvedor de sistema solar feito de um tubo flexível de polímero. Acessórios adequados são usados para conectar os dispositivos na entrada e na saída.A escolha de materiais disponíveis a partir dos quais um trocador de calor de coletor solar pode ser feito é bastante ampla. Pode ser o trocador de calor de uma geladeira antiga, canos de água de polietileno, radiadores de painel de aço, etc.
Um critério importante de eficiência é a condutividade térmica do material com o qual o trocador de calor é feito.
Para a autoprodução, o cobre é a melhor opção. Possui uma condutividade térmica de 394 W/m². Para o alumínio, esse parâmetro varia de 202 a 236 W/m².
No entanto, a grande diferença nos parâmetros de condutividade térmica entre tubos de cobre e polipropileno não significa que um trocador de calor com tubos de cobre produzirá volumes centenas de vezes maiores de água quente.
Em igualdade de condições, o desempenho de um trocador de calor feito de tubos de cobre será 20% mais eficiente do que o desempenho das opções metal-plástico. Portanto, os trocadores de calor feitos de tubos de polímero têm direito à vida. Além disso, essas opções serão muito mais baratas.
Independentemente do material dos tubos, todas as conexões, tanto soldadas quanto roscadas, devem ser vedadas. Os tubos podem ser colocados paralelamente entre si ou em forma de bobina.
O circuito tipo bobina reduz o número de conexões - isso reduz a probabilidade de vazamentos e garante um fluxo mais uniforme do líquido refrigerante.
A parte superior da caixa onde está localizado o trocador de calor é coberta com vidro.Como alternativa, você pode usar materiais modernos, como análogo acrílico ou policarbonato monolítico. O material translúcido pode não ser liso, mas estriado ou fosco.
Este tratamento reduz a refletividade do material. Além disso, este material deve suportar cargas mecânicas significativas.
Em amostras industriais de tais sistemas solares, é usado vidro solar especial. Este vidro caracteriza-se pelo baixo teor de ferro, o que garante menores perdas de energia térmica.
Tanque de armazenamento ou câmara anterior
Qualquer recipiente com volume de 20 a 40 litros pode ser utilizado como tanque de armazenamento. Uma série de tanques ligeiramente menores conectados por tubos em uma cadeia em série servirá. Recomenda-se isolar o tanque de armazenamento, pois A água aquecida pelo sol em um recipiente sem isolamento perderá rapidamente energia térmica.
Na verdade, o refrigerante do sistema de aquecimento solar deve circular sem acúmulo, pois A energia térmica recebida dele deve ser consumida durante o período de recebimento. O tanque de armazenamento serve antes como distribuidor de água aquecida e como câmara frontal que mantém a estabilidade da pressão no sistema.
Etapas da montagem do sistema solar
Depois de fabricar o coletor e preparar todos os elementos estruturais constituintes do sistema, pode-se iniciar a instalação direta.
A obra começa com a instalação de uma câmera frontal, que, via de regra, é colocada no ponto mais alto possível: no sótão, torre autônoma, viaduto, etc.
Durante a instalação, deve-se levar em consideração que após o enchimento do sistema com refrigerante líquido, esta parte da estrutura terá um peso impressionante. Portanto, você deve certificar-se de que o teto é confiável ou reforçá-lo.
Após instalar o contêiner, comece a instalar o coletor. Este elemento estrutural do sistema está localizado no lado sul. O ângulo de inclinação em relação ao horizonte deve ser de 35 a 45 graus.
Após a instalação de todos os elementos, eles são amarrados com tubos, conectando-os em um único sistema hidráulico. A estanqueidade do sistema hidráulico é um critério importante do qual depende o funcionamento eficiente do coletor solar.
Para conectar elementos estruturais em um único sistema hidráulico, são utilizados tubos com diâmetro de uma polegada e meia. O diâmetro menor é usado para construir a parte de pressão do sistema.
A parte de pressão do sistema refere-se à entrada de água na câmara frontal e à saída do refrigerante aquecido para o sistema de aquecimento e abastecimento de água quente. O restante é montado com tubos de maior diâmetro.
Para evitar perda de energia térmica, os tubos devem ser cuidadosamente isolados.Para isso, você pode usar espuma de poliestireno, lã de basalto ou versões em folha de materiais isolantes modernos. O tanque de armazenamento e a câmara frontal também estão sujeitos ao procedimento de isolamento.
A opção mais simples e econômica para isolamento térmico de um tanque de armazenamento é construir uma caixa de compensado ou tábuas ao seu redor. O espaço entre a caixa e o recipiente deve ser preenchido com material isolante. Pode ser lã de escória, uma mistura de palha e argila, serragem seca, etc.
Teste antes do comissionamento
Depois de instalar todos os elementos do sistema e isolar parte das estruturas, pode-se começar a encher o sistema com refrigerante líquido. O enchimento inicial do sistema deverá ser feito através da tubulação localizada na parte inferior do manifold.
Ou seja, o preenchimento é feito de baixo para cima. Graças a essas ações, a possível formação de congestionamentos de ar pode ser evitada.
Água ou outro líquido refrigerante entra na câmara frontal. O processo de enchimento do sistema termina quando a água começa a fluir do tubo de drenagem da câmara anterior.
Usando uma válvula flutuante, você pode ajustar o nível ideal de líquido na câmara anterior. Após encher o sistema com refrigerante, ele começa a aquecer no coletor.
O processo de aumento da temperatura ocorre mesmo em tempo nublado. O refrigerante aquecido começa a subir para a parte superior do tanque de armazenamento. O processo de circulação natural ocorre até que a temperatura do refrigerante que entra no radiador seja igual à temperatura do refrigerante que sai do coletor.
Quando a água flui para o sistema hidráulico, a válvula flutuante localizada na câmara frontal será ativada. Desta forma, um nível constante será mantido. Neste caso, a água fria que entra no sistema ficará localizada na parte inferior do reservatório. O processo de mistura de água fria e quente praticamente não ocorre.
No sistema hidráulico é necessário prever a instalação de válvulas de corte que impeçam a circulação reversa do líquido refrigerante do coletor para o tanque de armazenamento. Isso ocorre quando a temperatura ambiente cai abaixo da temperatura do líquido refrigerante.
Essas válvulas de corte são geralmente usadas à noite e à noite.
O abastecimento de água quente aos pontos de consumo é feito em misturadores convencionais. É melhor não usar torneiras simples convencionais. Em dias de sol, a temperatura da água pode atingir até 80°C - é inconveniente usar essa água diretamente. Assim, os misturadores economizarão significativamente água quente.
O desempenho de tal aquecedor solar de água pode ser aumentado adicionando seções coletoras adicionais. O design permite montar de duas a um número ilimitado de peças.
Este coletor solar para aquecimento e abastecimento de água quente baseia-se no princípio do efeito estufa e no chamado efeito termossifão. O efeito estufa é utilizado no projeto do elemento de aquecimento.
Os raios solares passam livremente pelo material transparente da parte superior do coletor e são convertidos em energia térmica.
A energia térmica acaba em um espaço confinado devido à estanqueidade da caixa da seção coletora. O efeito termossifão é usado em um sistema hidráulico quando o refrigerante aquecido sobe, deslocando o refrigerante frio e forçando-o a se mover para a zona de aquecimento.
Desempenho do coletor solar
O principal critério que afeta o desempenho dos sistemas solares é a intensidade da radiação solar. A quantidade de radiação solar potencialmente útil que incide sobre um determinado território é chamada de insolação.
A quantidade de insolação em diferentes partes do globo varia bastante. Existem tabelas especiais para determinar os indicadores médios deste valor. Eles exibem a insolação solar média para uma região específica.
Além da quantidade de insolação, o desempenho do sistema é afetado pela área e pelo material do trocador de calor. Outro fator que afeta o desempenho do sistema é o volume do tanque de armazenamento. A capacidade ideal do tanque é calculada com base na área dos adsorvedores coletores.
No caso de coletor plano, esta é a área total dos tubos que ficam na caixa coletora. Esse valor, em média, equivale a 75 litros de volume do tanque por m² de área do tubo coletor. O tanque de armazenamento é uma espécie de acumulador de calor.
Preços para dispositivos de fábrica
A maior parte dos custos financeiros para a construção de tal sistema recai sobre a fabricação de coletores. Isto não é surpreendente; mesmo em modelos industriais de sistemas solares, cerca de 60% do custo provém deste elemento estrutural. Os custos financeiros dependerão da escolha de um determinado material.
De referir que tal sistema não é capaz de aquecer a divisão, apenas ajudará a poupar custos ao ajudar a aquecer a água do sistema de aquecimento. Considerando os custos bastante elevados de energia gastos no aquecimento de água, um coletor solar integrado ao sistema de aquecimento reduz significativamente esses custos.
Para sua fabricação são utilizados materiais bastante simples e acessíveis. Além disso, este projeto é totalmente independente de energia e não requer manutenção técnica. O cuidado com o sistema se resume à inspeção periódica e limpeza do vidro coletor de sujeira.
Informações adicionais sobre como organizar o aquecimento solar na casa são apresentadas em Este artigo.
Conclusões e vídeo útil sobre o tema
Processo de fabricação de um coletor solar básico:
Como montar e comissionar um sistema solar:
Naturalmente, um coletor solar caseiro não poderá competir com os modelos industriais. Utilizando os materiais disponíveis, é bastante difícil alcançar a alta eficiência que os desenhos industriais possuem. Mas os custos financeiros serão muito menores em comparação com a compra de instalações prontas.
No entanto, sistema de aquecimento solar caseiro aumentará significativamente o nível de conforto e reduzirá o custo da energia gerada pelas fontes tradicionais.
Você tem experiência na construção de um coletor solar? Ou ainda tem dúvidas sobre o material apresentado? Por favor, compartilhe informações com nossos leitores. Você pode deixar comentários no formulário abaixo.
Tudo isso é bom, mas em nosso país como é isso legalmente, eu me pergunto? Suponha que eu construí tudo isso, fiz, tudo funciona, e então um vizinho, a quem uma vez não dei cem rublos, vê todo esse sistema e começa - algumas autoridades reguladoras, outras, se não a polícia. Não foi suficiente para receber uma multa ou pior ainda. Portanto, seria uma boa ideia conhecer primeiro o lado jurídico da questão.
Leonid, pelo que você pode ser condenado? Para consumo gratuito de calor solar?
Se ao menos houvesse uma pessoa, haveria algo para isso.
Olá!
Você levantou uma questão muito interessante e importante. Até agora, na Rússia não existe uma única lei que estabeleça claramente os direitos e responsabilidades dos proprietários de painéis solares. As pessoas jurídicas que utilizam energia solar referem-se à Lei Federal nº 7, de 10 de janeiro de 2002, sobre segurança ambiental dos empreendimentos produtivos e ao “Programa Estadual de Apoio à Pesquisa Científica e à Educação Ambiental dos Cidadãos”. Não há uma única palavra na Lei Federal sobre indivíduos como proprietários de equipamentos.
A prática jurídica mostra que os proprietários privados de painéis solares se deparam com o seguinte problema: a bateria está instalada na fachada ou telhado de um edifício residencial, o que suscita dúvidas por parte da Inspecção Territorial da Habitação.Nesse caso, os governantes se orientam pelo fato de que a bateria altera a aparência do prédio, o que nem sempre é possível. Portanto, se você instalou ou planeja instalar uma bateria solar em um prédio alto, recomendo que obtenha autorização do departamento de arquitetura da autoridade territorial. Via de regra, o problema é resolvido de forma positiva e rápida.
Tenha também em atenção que só pode utilizar a energia obtida a partir de painéis solares para satisfazer as necessidades da sua casa e da sua empresa. Se você vai vender o excesso de eletricidade, por exemplo, para um vizinho, então você precisa se registrar como participante do mercado varejista de eletricidade e firmar um acordo com o comprador. Essa norma está prevista no parágrafo 64 da Lei Federal nº 7.
Mais uma nuance: se a sua bateria estiver conectada ao sistema de alimentação, a conexão deve ser “depois do medidor”, caso contrário você poderá ser acusado de roubar recursos energéticos.
Olá. Não existem proibições legalmente documentadas sobre a instalação e utilização de coletores solares e outros recursos naturais - neve, ar, vento, chuva.
E você dá cem rublos ao seu vizinho e pronto, não haverá problemas.
Não se preocupe. Amanhã o vizinho voltará. Você está distribuindo 100 rublos, certo?
Economizar energia é uma obrigação. No entanto, tanto os colectores solares como os painéis solares têm uma série de limitações: são eficazes apenas em regiões com um número suficiente de dias ensolarados. Além disso, não devemos esquecer a necessidade de pensar e arranjar meios de proteger estas baterias do granizo. Entre outras coisas, também é necessário organizar e realizar adequadamente a limpeza regular.
Evgeny, mas não estamos necessariamente falando em substituir completamente todo o aquecimento por coletores solares. Na dacha, na aldeia no verão (principalmente onde há problemas de fornecimento de energia), este é um modelo totalmente funcional. Especialmente para aquecimento de água. Se o tanque de armazenamento estiver bem isolado, pela manhã haverá água morna para lavar ou tomar banho. E - de graça!
A conversa sobre o lado jurídico da questão me lembrou uma história engraçada sobre uma mulher que privatizou o Sol e agora pretende cobrar pelo seu uso :)) Brincamos que queríamos processá-la por danos à saúde causados pelo superaquecimento neste verão e para a seca :)
O estado não tolerará que pessoas consumam energia gratuita, incluindo energia solar.
Você pode rir, mas se fornecer totalmente energia solar à sua casa, haverá órgãos que impedirão isso.
Há cerca de 25 anos fiquei surpreso que na Europa usam água através de medidor, mas agora você acha engraçado?
Afinal, o que o estado tem a ver com isso? Durante quase 30 anos, todos os serviços públicos e administrativos operaram de forma independente e não são propriedade do Estado. Parece que “é hora de todos os guerrilheiros saírem da floresta”, o sistema mudou há muito tempo.
As empresas regionais de energia são responsáveis pelo fornecimento de energia. Os cálculos são feitos através da Energosbyt. São sociedades por ações que pagam impostos ao Estado, mas não obedecem. Aliás, você também paga impostos ao estado, mas ele não decide onde e como você vai trabalhar.
“Há 25 anos fiquei surpreso que...” Parece-me que mesmo naquela época havia contas de serviços públicos, ninguém as cancelava em nenhum caso.E você não precisa pagar a ninguém pela energia solar gerada pela sua usina pessoal. Bem, a menos que você possa vendê-lo. Somente neste caso você poderá ser obrigado a pagar IMPOSTOS sobre sua renda. Nada mais.