Hoe u zelf een zonnecollector voor verwarming maakt: stapsgewijze handleiding

De stijgende kosten van traditionele energiebronnen dwingen eigenaren van particuliere huizen om alternatieve mogelijkheden voor verwarming en waterverwarming te zoeken. U zult het ermee eens zijn, de financiële kant van de kwestie speelt een niet onbelangrijke rol bij de keuze van een verwarmingssysteem.

Een van de meest veelbelovende manieren van energievoorziening is de omzetting van zonnestraling. Hiervoor worden zonnesystemen gebruikt. Als u het principe van hun constructie en werkingsmechanisme begrijpt, zal het maken van een zonnecollector voor verwarming met eigen handen geen grote moeite kosten.

Wij vertellen u over de constructieve kenmerken van zonnesystemen, bieden een eenvoudig montageschema en beschrijven de materialen die kunnen worden gebruikt. De werkfasen worden begeleid door duidelijke foto's, het materiaal wordt aangevuld met video's over het maken en in gebruik nemen van een zelfgemaakte collector.

Werkingsprincipe en constructieve kenmerken

Moderne heliosystemen – een van de soorten alternatieve bronnen voor warmte. Ze worden gebruikt als aanvullende verwarmingsapparatuur die zonnestraling omzet in nuttige energie voor de huiseigenaren.

Ze kunnen alleen in zuidelijke regio's volledig voorzien in warm water en verwarming in het koude seizoen. En dan ook nog alleen als ze een voldoende groot oppervlak beslaan en zijn geplaatst op open plekken die niet door bomen worden overschaduwd.

Ondanks het grote aantal varianten is het werkingsprincipe hetzelfde. Elk heliosysteem is een circuit met een opeenvolgende opstelling van apparaten die zowel warmte-energie leveren als deze aan de verbruiker overdragen.

De belangrijkste werkelementen zijn zonnepanelen op fotocellen of zonnecollectoren. De technologie van de montage van een zonnegenerator op fotoplaten is iets complexer dan die van een buiscollector.

In dit artikel behandelen we de tweede optie: het collectorgebaseerde zonnesysteem.

Zonnecollectoren dienen voorlopig als aanvullende energiebronnen. Het is gevaarlijk om de verwarming van een huis volledig over te schakelen op een zonnesysteem vanwege de onmogelijkheid om het exacte aantal zonnige dagen te voorspellen.

Collectoren bestaan uit een systeem van buizen, die in serie zijn verbonden met de uitlaat- en inlaatleiding, of in de vorm van een spiraal zijn gelegd. Door de buizen circuleert proceswater, luchtstroom of een mengsel van water met een vorstvrije vloeistof.

De circulatie wordt gestimuleerd door fysische verschijnselen: verdamping, verandering van druk en dichtheid door overgang van de ene aggregatietoestand naar de andere, enz.

Het werkingsprincipe van zonnecollectoren is gebaseerd op het opvangen en opslaan van zonne-energie, die aan de warmtedrager wordt overgedragen (+)

Het opvangen en accumuleren van zonne-energie gebeurt door absorbers. Dit is ofwel een doorlopende metalen plaat met een zwartgemaakt buitenoppervlak, ofwel een systeem van afzonderlijke platen die aan de buizen zijn bevestigd.

Voor de vervaardiging van het bovenste deel van de behuizing, het deksel, worden materialen gebruikt met een hoog vermogen om licht door te laten. Dit kan plexiglas zijn, soortgelijke polymeermaterialen, geharde soorten traditioneel glas.

Om energieverlies aan de achterzijde van het apparaat te voorkomen, wordt in de doos thermische isolatie aangebracht.

Er moet worden opgemerkt dat polymeermaterialen de invloed van ultraviolette stralen vrij slecht verdragen. Alle soorten kunststof hebben een vrij hoge thermische uitzettingscoëfficiënt, wat vaak leidt tot lekkage van de behuizing. Daarom moet het gebruik van dergelijke materialen voor de behuizing van de collector worden beperkt.

Water als warmtedrager kan alleen worden gebruikt in systemen die bedoeld zijn voor het leveren van extra warmte in de herfst-/lenteperiode. Als het zonnesysteem het hele jaar door wordt gebruikt, wordt vóór de eerste koudeperiode het proceswater vervangen door een mengsel met antivries.

In luchtzonnesystemen wordt lucht als warmtedrager gebruikt. De kanalen voor de beweging ervan kunnen worden gemaakt van gewoon golfplaat (+)

Als een zonnecollector wordt geïnstalleerd voor het verwarmen van een klein gebouw dat geen verbinding heeft met de eigen verwarming van de woning of met centrale netwerken, wordt een eenvoudig eenkringssysteem gebouwd met een verwarmingstoestel aan het begin.

In de keten worden geen circulatiepompen en verwarmingstoestellen opgenomen. Het schema is uiterst eenvoudig, maar het kan alleen werken in een zonnige zomer.

Bij het aansluiten van de collector op een twee-circuit technische installatie is alles veel ingewikkelder, maar ook de reeks geschikte dagen voor gebruik is aanzienlijk vergroot. De collector behandelt slechts één circuit. De overwegende belasting wordt gelegd op het hoofdverwarmingstoestel, dat werkt op elektriciteit of elke vorm van brandstof.

Voor het maken van een zonnecollector kunt u een bestaand schema gebruiken, of u kunt uw eigen proefmodel bouwen en het in de praktijk testen (+).

Ondanks de directe afhankelijkheid van de prestaties van zonne-apparaten van het aantal zonnedagen, zijn ze gewild en neemt de vraag naar zonne-apparaten gestaag toe. Ze zijn populair onder doe-het-zelvers die ernaar streven alle vormen van natuurlijke energie in een nuttige richting te sturen.

Classificatie op basis van temperatuurcriteria

Er bestaat een vrij groot aantal criteria waarmee bepaalde constructies van zonne-energiesystemen worden geclassificeerd. Echter, voor apparaten die u zelf kunt maken en gebruiken voor warmwatervoorziening en verwarming, is de meest rationele indeling op basis van het type warmtedrager.

Systemen kunnen dus vloeistofgebaseerd en luchtgebaseerd zijn. Het eerste type wordt vaker toegepast.

Daarnaast wordt vaak een classificatie gebruikt op basis van de temperatuur tot welke de werkende onderdelen van de collector kunnen worden verwarmd:

1. Lage temperatuur. Varianten die de warmtedrager tot 50°C kunnen verwarmen. Worden gebruikt voor het verwarmen van water in containers voor irrigatie, in badkamers en douches in de zomer en voor het verbeteren van het comfort op koele lente-herfstavonden.
2. Middelmatige temperatuur. Zorgen voor een temperatuur van de warmtedrager van 80°C. Ze kunnen worden gebruikt voor het verwarmen van ruimtes. Deze varianten zijn het meest geschikt voor het inrichten van particuliere woningen.
3. Hoge temperatuur. De temperatuur van de warmtedrager in dergelijke installaties kan oplopen tot 200-300°C. Ze worden op industriële schaal gebruikt, geïnstalleerd voor het verwarmen van productiehallen, commerciële gebouwen, enz.

In hogetemperatuurzonnesystemen wordt een vrij complex proces van warmteoverdracht gebruikt. Bovendien nemen ze veel ruimte in beslag, wat de meeste van onze liefhebbers van het buitenleven zich niet kunnen veroorloven.

Het fabricageproces is arbeidsintensief en de uitvoering vereist gespecialiseerde apparatuur. Het is vrijwel onmogelijk om zelf een dergelijk zonnesysteem te maken.

Het is tamelijk moeilijk om hogetemperatuurzonnepanelen met fotovoltaïsche omzetters thuis te maken.

Eigenhandige vervaardiging van de collector

Het maken van een zonneapparaat met de eigen handen is een boeiend proces dat veel voordelen biedt. Hierdoor kunt u gratis zonnestraling rationeel benutten en een aantal belangrijke huishoudelijke taken oplossen. Laten we de specificiteit van het maken van een vlakke collector die verwarmd water aan het verwarmingssysteem levert, bekijken.

Materialen voor zelfmontage

De meest eenvoudige en betaalbare materialen voor het zelf in elkaar zetten van de behuizing van een zonnecollector – een houten balk met planken, multiplex, OSB-platen of vergelijkbare opties. Als alternatief kunt u stalen of aluminium profielen met vergelijkbare platen gebruiken. Een metalen behuizing zal iets duurder uitvallen.

De materialen moeten voldoen aan de eisen die gesteld worden aan constructies die buitenshuis worden gebruikt. De levensduur van de zonnecollector varieert van 20 tot 30 jaar.

En dat betekent dat de materialen over een bepaalde set prestatiekenmerken moeten beschikken waarmee de constructie gedurende de gehele periode kan worden gebruikt.

De goedkoopste en eenvoudigste materiaaloptie voor het maken van de behuizing – het gebruik van hout en spaanplaten.

Als de behuizing van hout wordt gemaakt, kan de duurzaamheid van het materiaal worden gegarandeerd door impregneren met water-polymeeremulsies en het aanbrengen van verflagen.

Het belangrijkste principe bij het ontwerpen en monteren van een zonnecollector is de beschikbaarheid van materialen in prijs en aankoopmogelijkheden. Dat wil zeggen, ze kunnen in de vrije handel worden gekocht of zelf worden gemaakt van beschikbare middelen.

Nuances van de warmte-isolatie

Om warmteverlies te voorkomen wordt op de bodem van de behuizing isolatiemateriaal aangebracht. Dit kan piepschuim of minerale wol zijn. De moderne industrie produceert een vrij uitgebreid assortiment isolatiematerialen.

Voor het isoleren van de behuizing kunt u folie-isolatievarianten gebruiken. Zo kunt u zowel thermische isolatie als reflectie van zonnestralen door het folieoppervlak realiseren.

Als isolatiemateriaal wordt een harde plaat van piepschuim of polystyreen gebruikt, dan kunnen er groeven worden uitgesneden voor het plaatsen van de spiraal of het buizensysteem. Gewoonlijk wordt de collectorabsorber bovenop de isolatie gelegd en stevig aan de bodem van de behuizing bevestigd, op een manier die afhangt van het materiaal dat voor de behuizing is gebruikt.

Thermische isolatie dient om warmteverlies via de bodem van de behuizing te verminderen. Het is niet rationeel om een apparaat in een metalen behuizing zonder thermische isolatie te vervaardigen (+)

Warmteontvanger van de zonnecollector

Dit is een absorberend element. Het bestaat uit een systeem van buizen waarin de verwarming van de warmtedrager plaatsvindt, en onderdelen die meestal van plaatkoper zijn gemaakt. Het optimale materiaal voor de vervaardiging van de warmteontvanger zijn koperen buizen.

Doe-het-zelvers hebben een goedkopere variant uitgevonden – een spiraalvormige warmtewisselaar van polypropyleen buizen.

Een interessante budgetoplossing – een absorber van het zonnestelsel gemaakt van flexibele polymeerbuis. Voor de aansluiting op de in- en uitlaatapparaten worden geschikte fittingen gebruikt. De keuze aan alledaagse materialen waaruit een warmtewisselaar voor een zonnecollector kan worden gemaakt, is vrij breed. Dit kan de warmtewisselaar van een oude koelkast zijn, polyethyleen waterleidingbuizen, stalen paneelradiatoren, enz.

Een belangrijke efficiëntiecriterium is de thermische geleidbaarheid van het materiaal waaruit de warmtewisselaar is gemaakt.

Voor zelfbouw is koper de optimale optie. Het heeft een thermische geleidbaarheid van 394 W/m². Bij aluminium varieert deze parameter van 202 tot 236 W/m².

Koperen buizen worden beschouwd als de meest optimale optie voor het vervaardigen van de warmteontvanger vanwege de thermische eigenschappen en slijtvastheid

Het grote verschil in thermische geleidbaarheid tussen koperen en polypropyleen buizen betekent echter niet dat de warmtewisselaar met koperen buizen honderden keren grotere hoeveelheden warm water zal leveren.

Bij gelijke omstandigheden is de prestatie van een warmtewisselaar van koperen buizen 20% efficiënter dan die van metaal-plastic varianten. Dus warmtewisselaars gemaakt van polymeerbuizen hebben bestaansrecht. Bovendien zijn dergelijke opties veel goedkoper.

Ongeacht het materiaal van de buizen moeten alle verbindingen, zowel gelaste als schroefdraadverbindingen, luchtdicht zijn. U kunt de buizen zowel parallel aan elkaar als in de vorm van een spiraal plaatsen.

Een spiraalvormig schema vermindert het aantal verbindingen – dit verkleint de kans op lekkages en zorgt voor een gelijkmatigere stroming van het verwarmingsmedium.

De bovenkant van de kast waarin de warmtewisselaar zich bevindt, wordt afgesloten met glas. Als alternatief kunt u moderne materialen gebruiken, zoals acryl of massief polycarbonaat. Het lichtdoorlatende materiaal kan niet glad zijn, maar geribbeld of mat.

In de klassieke versie wordt de kast met de collector afgesloten met gehard glas, plexiglas, polycarbonaat of soortgelijk materiaal. Handige doe-het-zelvers zijn eraan gewend om in plaats van glas polyethyleen te gebruiken.

Een dergelijke behandeling vermindert de reflecterende eigenschappen van het materiaal. Bovendien moet dit materiaal aanzienlijke mechanische belastingen kunnen weerstaan.

In industriële voorbeelden van dergelijke zonne-energiesystemen wordt speciaal zonneglaas gebruikt. Dit glas kenmerkt zich door een laag ijzergehalte, wat zorgt voor minder warmteverlies.

Opslagtank of voorkamer

U kunt als opslagtank elk vat met een inhoud van 20 tot 40 liter gebruiken. Ook een reeks kleinere reservoirs die met buizen in serie zijn verbonden, zijn geschikt. Het wordt aanbevolen de opslagtank te isoleren, omdat het door de zon verwarmde water in een niet-geïsoleerd vat snel warmte verliest.

In feite moet het verwarmingsmedium in een verwarmingszonnesysteem circuleren zonder accumulatie, omdat de verkregen thermische energie tijdens de opwekking moet worden verbruikt. Het opslagvat fungeert veeleer als distributie-unit voor verwarmd water en als buffervat dat de druk in het systeem stabiliseert.

Het opslagvat in zonne-energiesystemen functioneert als waterdistributeur en drukhandhavingsreservoir (+)

Fasen van de montage van het zonnesysteem

Nadat u de collector heeft gemaakt en alle structurele componenten van het systeem heeft voorbereid, kunt u beginnen met de daadwerkelijke installatie.

Een van de opties voor het construeren van een spiraal van polypropyleen buizen met fittingen en T-stukken helpt u snel een zonnecollector te monteren (+)

Het werk begint met de installatie van een buffervat, dat doorgaans op het hoogst mogelijke punt wordt geplaatst: op de zolder, een vrijstaande toren, een steiger, enz.

Bij de montage dient u er rekening mee te houden dat dit onderdeel van de constructie na het vullen van het systeem met vloeibare warmteoverdrachtsvloeistof een aanzienlijk gewicht zal hebben. Daarom moet u de betrouwbaarheid van de vloer controleren of deze versterken.

Na het installeren van het buffervat gaat u over tot het installeren van de collector. Dit constructieonderdeel van het systeem wordt aan de zuidzijde geplaatst. De hellingshoek ten opzichte van de horizon moet tussen 35 en 45 graden zijn.

Na installatie van alle elementen worden deze met buizen verbonden, waardoor één hydraulisch systeem ontstaat. De dichtheid van het hydraulisch systeem is een belangrijk criterium waarvan het efficiënte functioneren van de zonnecollector afhangt.

Volgens het montageschema van het zonneboilersysteem voor de watervoorziening van een buitendouche kunt u een constructie bouwen om water te verwarmen voor irrigatie of om comfortabele omstandigheden te creëren op koele avonden (+)

Voor het verbinden van constructieonderdelen tot één hydraulisch systeem worden buizen met een diameter van één inch en een halve inch gebruikt. De kleinere diameter wordt gebruikt voor het drukgedeelte van het systeem.

Onder het drukgedeelte van het systeem wordt verstaan de waterinlaat in het buffervat en de uitlaat van de verwarmde warmteoverdrachtsvloeistof naar het verwarmings- en warmwatervoorzieningssysteem. Het overige deel wordt gemonteerd met buizen van een grotere diameter.

Om warmteverlies te voorkomen moeten de buizen zorgvuldig worden geïsoleerd. Hiervoor kunt u piepschuim, basaltwol of met folie beklede varianten van moderne isolatiematerialen gebruiken. Ook het opslagvat en het buffervat moeten worden geïsoleerd.

De eenvoudigste en meest betaalbare optie voor thermische isolatie van het opslagvat is het bouwen van een kist van multiplex of planken eromheen. De ruimte tussen de kist en het vat moet worden gevuld met isolatiemateriaal. Dit kan slakkenwol, een mengsel van stro met klei, droog zaagsel, enz. zijn.

Het zonneboilersysteem wordt zodanig geïnstalleerd dat de zonnecollectoren zich aan de meest verlichte zijde van het huis of terrein bevinden (+)

Testen voor ingebruikname

Na de montage van alle systeemonderdelen en het isoleren van een deel van de constructies kunt u beginnen met het vullen van het systeem met vloeibare warmteoverdrachtsvloeistof. Het eerste vullen van het systeem dient te gebeuren via een pijp die zich aan de onderkant van de collector bevindt.

Dat wil zeggen, het vullen gebeurt van onder naar boven. Door dergelijke handelingen kunt u de mogelijke vorming van luchtbellen voorkomen.

Water of een andere vloeibare warmtedrager komt de voorkamer binnen. Het vullen van het systeem eindigt wanneer er water uit de afvoerpijp van de voorkamer begint te stromen.

Met behulp van een vlotterklep kunt u het optimale vloeistofniveau in de voorkamer regelen. Nadat het systeem met warmtedrager is gevuld, begint deze in de collector op te warmen.

Het proces van temperatuurverhoging vindt zelfs bij bewolkt weer plaats. De verwarmde warmtedrager begint naar het bovenste deel van de opslagtank te stijgen. Het natuurlijke circulatieproces duurt totdat de temperatuur van de warmtedrager die de radiator binnenkomt gelijk is aan de temperatuur van de drager die de collector verlaat.

Bij waterverbruik in het hydraulische systeem zal de vlotterklep in de voorkamer worden geactiveerd. Zo wordt een constant niveau gehandhaafd. Het koude water dat het systeem binnenkomt, bevindt zich in het onderste deel van de opslagtank. Er vindt vrijwel geen vermenging van koud en warm water plaats.

In het hydraulische systeem moet de installatie van afsluiters worden voorzien die terugcirculatie van de warmtedrager van de collector naar de opslagtank voorkomen. Dit gebeurt wanneer de omgevingstemperatuur lager is dan de temperatuur van de warmtedrager.

Dergelijke afsluiters worden doorgaans 's nachts en 's avonds gebruikt.

De aansluiting op de tappunten voor warm water gebeurt met standaard mengkranen. Gebruik geen gewone enkele kranen. Bij zonnig weer kan de watertemperatuur oplopen tot 80°C – het is niet comfortabel om dergelijk water direct te gebruiken. Mengkranen besparen dus aanzienlijk warm water.

De prestaties van een dergelijke zonnewaterverwarmer kunnen worden verhoogd door extra collectoren toe te voegen. De constructie maakt het mogelijk om twee tot een onbeperkt aantal stuks te monteren.

De prestaties van het zonnesysteem worden verhoogd door meer zonnecollectoren te installeren

De basis van een dergelijke zonnecollector voor verwarming en warmwatervoorziening is het broeikaseffect en het zogenaamde termosifoneffect. Het broeikaseffect wordt gebruikt in de constructie van het verwarmingselement.

Zonnestralen gaan ongehinderd door het transparante materiaal van het bovenste deel van de collector en worden omgezet in thermische energie.

Thermische energie wordt opgesloten in een afgesloten ruimte dankzij de luchtdichtheid van de behuizing van de collectorsegment. Het termosifoneffect wordt gebruikt in het hydraulische systeem, waarbij de verwarmde warmtedrager stijgt, de koude warmtedrager verdringt en deze naar de verwarmingszone dwingt te bewegen.

Dankzij het thermosifoneffect vindt er in het systeem een stabiele en continue natuurlijke circulatie van de warmtedrager plaats.

Prestaties van de zonnecollector

Het belangrijkste criterium dat de prestatie van zonnesystemen beïnvloedt, is de intensiteit van de zonnestraling. De hoeveelheid potentieel bruikbare zonnestraling die op een bepaald gebied valt, wordt insolatie genoemd.

De waarde van insolatie varieert sterk op verschillende plaatsen op aarde. Er bestaan speciale tabellen om de gemiddelde waarden van deze grootheid te bepalen. Deze geven de gemiddelde zonne-insolatie voor een bepaalde regio weer.

Gegevens over zonne-insolatie in een bepaalde regio kunnen worden verkregen uit speciale kaarten en tabellen (+)

Naast de insolatiewaarde wordt de prestatie van het systeem beïnvloed door de oppervlakte en het materiaal van de warmtewisselaar. Een andere factor die de prestatie van het systeem beïnvloedt, is het volume van de opslagtank. De optimale tankcapaciteit wordt berekend op basis van het oppervlak van de adsorbers van de collector.

In het geval van een vlakke collector is dit het totale oppervlak van de buizen die zich in de collectorkast bevinden. Deze waarde komt gemiddeld overeen met 75 liter tankinhoud per m² buisoppervlak van de collector. De opslagcapaciteit fungeert als een soort warmteaccumulator.

Prijzen van fabrieksapparaten

Het grootste deel van de financiële kosten voor de bouw van een dergelijk systeem gaat naar de productie van de collectoren. Dat is niet verwonderlijk, zelfs bij industriële zonne-energiesystemen is ongeveer 60% van de kosten voor dit constructie-element. De financiële kosten zijn afhankelijk van de keuze van het materiaal.

Opgemerkt moet worden dat een dergelijk systeem een ruimte niet kan verwarmen; het helpt alleen om kosten te besparen door water in het verwarmingssysteem voor te verwarmen. Gezien de vrij hoge energiekosten die worden verbruikt voor het verwarmen van water, vermindert een in het verwarmingssysteem geïntegreerde zonnecollector dergelijke kosten aanzienlijk.

Een zonnecollector is vrij eenvoudig te integreren in het verwarmings- en warmwatersysteem (+)

Voor de vervaardiging ervan worden vrij eenvoudige en betaalbare materialen gebruikt. Bovendien is een dergelijke constructie volledig energieonafhankelijk en vereist geen technisch onderhoud. Het onderhoud van het systeem beperkt zich tot periodieke inspectie en reiniging van het collectorglas van vervuiling.

Aanvullende informatie over het organiseren van zonneverwarming in huis staat in dit artikel.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Het proces van het vervaardigen van een eenvoudige zonnecollector:

Het monteren en in gebruik nemen van een zonnesysteem:

Natuurlijk kan een zelfgemaakte zonnecollector niet concurreren met industriële modellen. Met behulp van alledaagse materialen is het vrij moeilijk om een hoog rendement te bereiken, zoals industriële exemplaren dat hebben. Maar de financiële kosten zullen ook veel lager zijn in vergelijking met de aanschaf van kant-en-klare installaties.

Niettemin zal een zelfgemaakt zonneverwarmingssysteem het comfortniveau aanzienlijk verhogen en de energiekosten voor traditioneel opgewekte energie verlagen.

Heeft u ervaring met het bouwen van een zonnecollector? Of heeft u nog vragen over de gepresenteerde stof? Deel alstublieft informatie met onze lezers. U kunt opmerkingen achterlaten in het onderstaande formulier.