Chauffe-eau solaire: installation DIY

Le niveau de développement des technologies et des matériaux modernes est si élevé que ne pas utiliser l'énergie du soleil est déraisonnable d'un point de vue financier et criminel par rapport à l'environnement. Malheureusement, l'acquisition d'installations industrielles pour produire de l'électricité et de la chaleur est irrationnelle en raison de leur coût élevé. Néanmoins, il existe une solution: fabriquer un capteur solaire productif de vos propres mains à partir de matériaux disponibles dans la quincaillerie la plus proche.
Contenu
Objectif du capteur solaire, ses avantages et ses inconvénients
Un chauffe-eau solaire (capteur solaire liquide) est un appareil qui utilise l'énergie du soleil pour chauffer le liquide de refroidissement. Il est utilisé pour le chauffage des locaux, l'organisation de l'approvisionnement en eau chaude, le chauffage de l'eau dans les piscines, etc.
Les conditions préalables à l'utilisation d'un chauffe-eau respectueux de l'environnement sont le fait que le rayonnement solaire tombe sur la Terre toute l'année, bien qu'il diffère en intensité en hiver et en été. Ainsi, pour les latitudes moyennes, la quantité d'énergie quotidienne pendant la saison froide atteint 1-3 kW * h pour 1 m2, tandis que pendant la période de mars à octobre, cette valeur varie de 4 à 8 kW * h / m2. Si nous parlons des régions du sud, alors les chiffres peuvent être augmentés en toute sécurité de 20 à 40%.
Comme vous pouvez le voir, l'efficacité de l'installation dépend de la région, mais même dans le nord de notre pays, le capteur solaire fournira le besoin d'eau chaude - l'essentiel est qu'il y ait moins de nuages dans le ciel. Si nous parlons de la voie médiane et des régions du sud, alors l'installation fonctionnant depuis le Soleil pourra remplacer la chaudière et couvrir les besoins du fluide caloporteur en hiver. Bien sûr, nous parlons de chauffe-eau productifs de plusieurs dizaines de mètres carrés.
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Tableau: Répartition de l'énergie solaire par région
La quantité quotidienne moyenne de rayonnement solaire, kW * h / m2 | |||||||||
Mourmansk | Arkhangelsk | Saint-Pétersbourg | Moscou | Novossibirsk | Ulan-Ude | Khabarovsk | Rostov-sur-le-Don | Sotchi | Trouver |
2,19 | 2,29 | 2,60 | 2,72 | 2,91 | 3,47 | 3,69 | 3,45 | 4,00 | 3,99 |
La quantité quotidienne moyenne de rayonnement solaire en décembre, kW * h / m2 | |||||||||
0 | 0,05 | 0,17 | 0,33 | 0,62 | 0,97 | 1,29 | 1,00 | 1,25 | 2,04 |
La quantité quotidienne moyenne de rayonnement solaire en juin, kW * h / m2 | |||||||||
5,14 | 5,51 | 5,78 | 5,56 | 5,48 | 5,72 | 5,94 | 5,76 | 6,75 | 5,12 |
Les capteurs solaires construits à la maison ne peuvent pas être comparés à des appareils fabriqués en usine, mais une installation solaire faite maison réduira le coût du chauffage de l'eau à des fins domestiques et économisera de l'électricité lorsqu'elle est connectée à une machine à laver et à un lave-vaisselle.
Avantages des chauffe-eau solaires:
- conception relativement simple;
- grande fiabilité;
- fonctionnement efficace quelle que soit la saison;
- longue durée de vie;
- la possibilité d'économiser du gaz et de l'électricité;
- la permission d'installer l'équipement n'est pas requise;
- poids léger;
- facilité d'installation;
- pleine autonomie.
Quant aux aspects négatifs, aucune installation de production d'énergie alternative ne peut s'en passer. Dans notre cas, les inconvénients incluent:
- coût élevé des équipements d'usine;
- dépendance de l'efficacité du capteur solaire à la période de l'année et à la latitude géographique;
- exposition à la grêle;
- les coûts supplémentaires pour l'installation d'un réservoir de stockage de chaleur;
- dépendance de l'efficacité énergétique de l'appareil à la nébulosité.
Types de chauffe-eau solaires: le choix du design pour l'auto-fabrication
En fonction de la température que développent les chauffages solaires, ils distinguent:
- appareils à basse température - conçus pour chauffer des liquides jusqu'à 50 ° C;
- capteurs solaires à température moyenne - augmenter la température de l'eau de sortie à 80 ° C;
- installations à haute température - chauffez le liquide de refroidissement à un point d'ébullition.
À la maison, vous pouvez construire un chauffe-eau solaire du premier ou du deuxième type. Pour la fabrication d'un collecteur de températures élevées, des équipements industriels, de nouvelles technologies et des matériaux coûteux seront nécessaires.
De par leur conception, tous les capteurs solaires liquides sont divisés en trois types:
- chauffe-eau plats;
- dispositifs de thermosiphon à vide;
- hélioconcentrateurs.
Le capteur solaire plat est un boîtier à faible isolation thermique. Une plaque absorbant la lumière et un contour tubulaire sont installés à l'intérieur. Le panneau absorbant (absorbeur) a une conductivité thermique accrue. De ce fait, il est possible d'obtenir un transfert d'énergie maximal vers le liquide de refroidissement circulant le long du circuit du chauffe-eau. La simplicité et l'efficacité des plantes plates se reflètent dans de nombreux designs développés par des artisans.
Le principe de fonctionnement des chauffe-eau solaires à vide est basé sur l'effet d'un thermos. La conception est basée sur des dizaines de flacons en verre double. Le tube extérieur est en verre trempé résistant aux chocs et résistant aux degrés et au vent. Le tube intérieur a un revêtement spécial pour augmenter l'absorption de la lumière. L'air est pompé hors de l'espace entre les éléments de l'ampoule, ce qui évite les pertes de chaleur. Au centre de la structure, il y a un circuit thermique en cuivre rempli d'un liquide de refroidissement à faible point d'ébullition (fréon) - c'est le chauffage du capteur solaire à vide. Dans le processus, le fluide de processus s'évapore et transfère l'énergie thermique du fluide de processus au circuit principal. À ce titre, l'antigel est plus souvent utilisé. Cette conception garantit les performances du système à des températures allant jusqu'à -50 ° C. Il est difficile de construire une telle installation à la maison, il existe donc quelques structures de type vide maison.
L'hélioconcentrateur a essentiellement un miroir sphérique capable de focaliser le rayonnement solaire en un point. Le chauffage du liquide a lieu dans un circuit métallique en spirale, qui est placé au centre de l'installation. L'avantage des concentrateurs solaires est leur capacité à développer des températures élevées, mais la nécessité d'un système de suivi du soleil réduit leur popularité auprès des fabricants de produits artisanaux.
Pour la fabrication à domicile, les réchauffeurs solaires plats construits à l'aide de matériaux calorifuges, le verre à haute transmittance et les absorbeurs en cuivre sont les mieux adaptés.
Le dispositif et le principe de fonctionnement d'un capteur solaire plat
Un chauffe-eau solaire fait maison se compose d'un cadre en bois plat (conduit) avec un mur arrière vierge. En bas se trouve l'élément principal de l'appareil - l'absorbeur. Le plus souvent, il est constitué d'une tôle attachée à un collecteur tubulaire. L'efficacité du transfert d'énergie dépend du contact de la plaque absorbante avec les tuyaux de l'échangeur de chaleur, donc ces pièces sont soudées ou soudées avec un joint continu.
Le circuit liquide lui-même est un réseau de tubes montés verticalement. Dans les parties supérieure et inférieure, ils sont connectés à des tuyaux horizontaux de diamètre accru, qui sont destinés à l'alimentation et à la sélection du liquide de refroidissement. L'entrée et la sortie du liquide sont disposées en diagonale - de ce fait, une évacuation complète de la chaleur des éléments de l'échangeur de chaleur est assurée. L'antigel pour les systèmes de chauffage ou d'autres solutions antigel est utilisé comme caloporteur.
L'absorbeur est recouvert de peinture absorbant la lumière, le verre est placé sur le dessus et la boîte est protégée par une couche d'isolation thermique. Pour simplifier la tâche, la zone de vitrage est divisée en parties et afin d'augmenter la productivité, des fenêtres à double vitrage sont utilisées. La conception fermée crée un effet thermique dans le capteur solaire et empêche en même temps la perte de chaleur due au vent, à la pluie et à d'autres facteurs externes.
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Le chauffe-eau solaire fonctionne comme ceci:
- Le fluide antigel chauffé dans le capteur solaire monte à travers les tubes et entre dans le réservoir de stockage de chaleur par la branche de transfert de chaleur.
- Se déplaçant le long de l'échangeur de chaleur installé à l'intérieur du réservoir de stockage, l'antigel dégage de la chaleur dans l'eau.
- Le fluide de travail refroidi pénètre dans la partie inférieure du circuit du chauffe-eau solaire.
- L'eau chauffée dans le ballon monte et est prélevée pour les besoins d'approvisionnement en eau chaude. La reconstitution du liquide dans le réservoir de stockage de chaleur se produit en raison de l'alimentation en eau connectée à la partie inférieure. Si le capteur solaire fonctionne comme un chauffage de système de chauffage, une pompe de circulation est utilisée pour faire circuler l'eau dans un circuit secondaire fermé.
Le mouvement constant du liquide de refroidissement et la présence d'un accumulateur de chaleur vous permettent d'accumuler de l'énergie pendant que le soleil brille et de la dépenser progressivement même lorsque l'étoile se cache derrière l'horizon.
Options d'installation solaire maison
Une caractéristique des chauffe-eau solaires à faire soi-même est que presque tous les appareils ont la même conception qu'une boîte isolée thermiquement. Souvent, le cadre est assemblé à partir de bois et recouvert de laine minérale et d'un film réfléchissant la chaleur. Quant à l'absorbeur, des tuyaux en métal et en plastique sont utilisés pour sa production, ainsi que des composants prêts à l'emploi à partir d'équipements ménagers inutiles.
Depuis un tuyau d'arrosage
Un tuyau d'arrosage ou un tuyau d'eau en PVC plié par un escargot a une grande surface, ce qui vous permet d'utiliser un circuit similaire à un chauffe-eau pour les besoins d'une douche extérieure, d'une cuisine ou d'un chauffage de piscine. Bien sûr, à ces fins, il est préférable de prendre des matériaux noirs et assurez-vous d'utiliser le réservoir de stockage, sinon l'absorbeur surchauffera au pic de la chaleur estivale.
Du condenseur d'un vieux réfrigérateur
Un échangeur de chaleur externe d'un réfrigérateur ou d'un congélateur qui a expiré est un absorbeur prêt à l'emploi d'un capteur solaire. Il ne reste plus qu'à l'équiper d'une feuille absorbant la chaleur et à l'installer dans le boîtier. Bien sûr, la performance d'un tel système sera faible, mais pendant la saison chaude, le chauffe-eau des détails de l'équipement de réfrigération couvrira les besoins en eau chaude dans une petite maison de campagne ou un chalet.
À partir d'un radiateur plat du système de chauffage
La fabrication d'un capteur solaire à partir d'un radiateur en acier ne nécessite même pas l'installation d'une plaque absorbante. Il suffit de recouvrir l'appareil d'une peinture noire résistante à la chaleur et de le monter dans un boîtier étanche. La productivité d'une installation est plus que suffisante pour un système d'eau chaude. Si vous faites plusieurs chauffe-eau, vous pouvez économiser sur le chauffage de la maison par temps froid et ensoleillé. Soit dit en passant, une installation solaire assemblée à partir de radiateurs chauffera des pièces de service, un garage ou une serre.
À partir de tuyaux en polypropylène ou en polyéthylène
Les tuyaux en métal-plastique, en polyéthylène et en polypropylène, ainsi que les raccords et les dispositifs pour leur installation, vous permettent de construire les contours des systèmes solaires de toutes tailles et configurations. Ces plantes ont de bonnes performances et sont utilisées pour chauffer des pièces et produire de l'eau chaude pour les besoins domestiques (cuisine, salle de bain, etc.).
De tubes en cuivre
Les absorbeurs construits à partir de plaques et de tubes en cuivre ont le transfert de chaleur le plus élevé, ils sont donc utilisés avec succès pour chauffer le fluide caloporteur des systèmes de chauffage et dans l'approvisionnement en eau chaude. Les inconvénients des collecteurs en cuivre comprennent les coûts de main-d'œuvre élevés et le coût des matériaux.
La méthode de calcul du capteur solaire
Le calcul de la performance du capteur solaire solaire est basé sur le fait que pour 1 M² d'installation par temps clair représente 800 à 1 000 watts d'énergie thermique. Les pertes de cette chaleur sur l'envers et les murs de la structure sont calculées par le coefficient d'isolation thermique de l'isolant utilisé. Si vous utilisez du polystyrène expansé, le coefficient de perte de chaleur est alors de 0,05 W / m × ° C. Avec une épaisseur de matériau de 10 cm et une différence de température de 50 ° C à l'intérieur et à l'extérieur de la structure, la perte d'énergie thermique est de 0,05 / 0,1 × 50 = 25 W. Compte tenu des parois latérales et des tuyaux, cette valeur est doublée. Ainsi, la quantité totale d'énergie sortante sera de 50 W pour 1 m2 de surface du chauffe-eau solaire.
Pour chauffer 1 litre d'eau par degré, 1,16 W d'énergie thermique sera nécessaire, donc, pour notre modèle de capteur solaire avec une surface de 1 mètre carré et une différence de température de 50 ° C, nous pourrons obtenir un coefficient de performance conditionnel de 800 / 1,16 = 689,65 / kg × ° C. Cette valeur montre qu'une installation de 1 mètre carré chauffera 20 litres d'eau à 35 ° C en une heure.
Le calcul de la productivité requise d'un chauffe-eau solaire est effectué selon la formule W = Q × V × δT, où Q est la capacité calorifique de l'eau (1,16 W / kg × ° C); V - volume, l; δT - différence de température à l'entrée et à la sortie de l'installation.
Les statistiques indiquent que pour un adulte, 50 litres d'eau chaude par jour sont nécessaires. En moyenne, pour l'approvisionnement en eau chaude, il suffit d'augmenter la température de l'eau de 40 ° C, ce qui, calculé selon cette formule, nécessite une consommation d'énergie W = 1,16 × 50 × 40 = 2,3 kW. Pour connaître la surface du capteur solaire, cette valeur doit être divisée par la quantité d'énergie solaire pour 1 mètre carré de surface à une latitude géographique donnée.
Réalisation d'un chauffe-eau solaire avec un absorbeur en cuivre
Le capteur solaire proposé à la fabrication par une journée d'hiver ensoleillée chauffe l'eau à des températures supérieures à 90 ° C, et par temps nuageux - jusqu'à 40 ° C. Cela suffit pour fournir de l'eau chaude à la maison. Si vous souhaitez chauffer votre maison à l'énergie solaire, vous aurez besoin de plusieurs de ces installations.
L'énergie solaire est idéale pour faire fonctionner une pompe de pompage d'eau. Les nuances de fabrication d'une telle unité sont décrites ici:https://aquatech.tomathouse.com/fr/vodosnab/nasos/nasosy-montazh/samodelnyj-nasos-dlya-otkachki-vody.html
Matériaux et outils nécessaires
Pour fabriquer un chauffe-eau, vous aurez besoin de:
- feuille de cuivre d'une épaisseur d'au moins 0,2 mm en taille 0,98 × 2 m;
- tuyau en cuivre Ø10 mm, longueur 20 m;
- Tube en cuivre Ø22 mm de 2,5 m de long;
- Filetage 3 / 4˝ - 2 pièces;
- Fiche 3 / 4˝ - 2 pièces;
- brasage tendre SANHA ou POS-40 - 0,5 kg;
- flux;
- produits chimiques pour noircir l'absorbeur;
- Plaque OSB de 10 mm d'épaisseur;
- coins de meubles - 32 pièces;
- Laine de basalte de 50 mm d'épaisseur;
- feuille isolante thermoréfléchissante d'une épaisseur de 20 mm;
- rail 20x30 - 10m;
- joint de porte ou fenêtre - 6 m;
- verre à vitre épaisseur 4 mm ou fenêtre à double vitrage 0,98x2,01 m;
- vis autotaraudeuses;
- peindre.
De plus, préparez les outils suivants:
- perceuse électrique;
- un ensemble de forets pour le métal;
- “Couronne” ou fraise pour boiseries Ø20 mm;
- Coupe-tuyau;
- brûleur à gaz;
- respirateur;
- pinceau;
- jeu de tournevis ou tournevis;
- scie sauteuse électrique.
Pour sertir le circuit, vous aurez également besoin d'un compresseur et d'un manomètre conçus pour des pressions allant jusqu'à 10 atmosphères.
Instructions pour l'avancement des travaux
- À l'aide d'un coupe-tube, un tube en cuivre est coupé en morceaux. Vous obtiendrez 2 pièces Ø22 mm 1,25 m de long et 10 éléments Ø10 mm 2 m de long.
- Dans des tuyaux épais, indentez du bord de 150 mm et effectuez 10 perçages de Ø10 mm tous les 100 mm.
- Des tubes minces sont insérés dans les trous obtenus de sorte qu'ils ne dépassent pas de 1 à 2 mm vers l'intérieur. Sinon, une résistance hydraulique excessive apparaîtra dans le radiateur.
- À l'aide d'un brûleur à gaz, d'un pistolet à air chaud et d'une soudure, toutes les pièces du radiateur sont interconnectées.
Pour assembler le radiateur, vous pouvez utiliser des raccords spéciaux, mais dans ce cas, le coût du système solaire augmentera considérablement. De plus, les joints pliables ne garantissent pas l'étanchéité de la structure sous des charges thermodynamiques variables.
- Les bouchons et les filetages sont soudés par paires aux tuyaux 3/4 заг le long des diagonales du radiateur.
- Après avoir fermé le filetage de sortie avec un bouchon, un raccord est vissé sur l'entrée du collecteur assemblé et un compresseur est connecté.
- Le radiateur est placé dans un récipient rempli d'eau et une pression de 7 à 8 atm est pompée par le compresseur. Par les bulles qui montent au niveau des joints, ils jugent de l'étanchéité des joints soudés.
Si un réservoir approprié pour vérifier le collecteur n'a pas été trouvé, vous pouvez l'assembler de vos propres mains. Pour ce faire, à partir des moyens improvisés (bois scié, brique, etc.), faites une boîte ou une simple clôture et recouvrez-la d'une pellicule plastique.
- Après vérification de l'étanchéité, le radiateur est séché et dégraissé. Ensuite, procédez à la soudure de la feuille de cuivre. Souder la feuille absorbante aux tubes doit être une couture continue sur toute la longueur de chaque élément du circuit de cuivre.
- Étant donné que l'absorbeur de capteur solaire est en cuivre, un noircissement chimique peut être utilisé au lieu de la peinture.Cela vous permettra d'obtenir un véritable revêtement sélectif sur la surface, comme ce qui est obtenu en usine. Pour cela, une solution chimique chauffée est versée dans le réservoir pour vérifier l'étanchéité et l'absorbeur est placé face vers le bas. Pendant la réaction, maintenez la température des réactifs de toutes les manières possibles (par exemple, en pompant constamment la solution à travers un récipient avec une chaudière).
En tant que liquide pour le noircissement chimique, vous pouvez utiliser une solution d'hydroxyde de sodium (60 g) et de persulfate de potassium ou de sulfate d'ammonium (16 g) dans de l'eau (1 l). N'oubliez pas que ces substances sont dangereuses pour l'homme et que le processus d'oxydation du cuivre est associé à la libération de gaz nocifs. Par conséquent, l'utilisation d'un équipement de protection - un respirateur, des lunettes et des gants en caoutchouc est obligatoire, et le travail lui-même est préférable de le faire à l'extérieur ou dans un endroit bien ventilé.
- Les pièces pour assembler le corps du capteur solaire sont découpées dans la feuille OSB - le bas est de 1x2 m, les côtés sont de 0,16x2 m, le haut de 0,18x1 m et le bas de 0,17x1 m du panneau, ainsi que 2 murs de support de 0,13x0,98 m.
- Un rail de 20 x 30 mm est coupé en morceaux: 1,94 m - 4 pièces. et 0,98 m - 2 pièces.
- Dans les parois latérales, des trous Ø20 mm sont réalisés pour les tuyaux d'entrée et de sortie, et 3-4 trous Ø8 mm pour la microventilation sont pratiqués dans la partie inférieure du collecteur.
- Dans les cloisons, des coupes sont effectuées sous les tubes absorbeurs.
- Un cadre de support est assemblé à partir de rails de 20x30 mm.
- À l'aide de coins de meubles et de vis autotaraudeuses, le cadre est gainé de panneaux OSB. Dans ce cas, les parois latérales doivent reposer sur le fond - cela empêchera le corps de dévier. Le panneau inférieur est abaissé de 10 mm du reste pour le recouvrir de verre. Cela empêchera les précipitations de pénétrer dans le cadre.
- Installez les partitions internes.
- Le bas et les côtés du corps sont isolés avec de la laine minérale et recouverts d'un rouleau de matériau réfléchissant la chaleur.
- L'absorbeur est placé sur l'espace préparé. Pour ce faire, démontez l'un des panneaux latéraux, qui sont ensuite mis en place.
- À une distance de 1 cm du bord supérieur de la boîte, le périmètre intérieur de la structure est gainé d'un rail en bois de 20x30 mm afin que son large côté touche les murs.
- Autour du périmètre de la gomme d'étanchéité collée.
- Ils placent du verre ou une fenêtre à double vitrage, dont le contour est également collé avec un joint de fenêtre.
- La structure est pressée avec un coin en aluminium dans lequel des trous pour vis autotaraudeuses sont pré-percés. A ce stade, l'assemblage du collecteur est considéré comme terminé.
Pour éviter les fuites d'humidité et de chaleur, à tous les stades, les joints et les jonctions des pièces sont traités avec du mastic silicone. Pour protéger la structure des précipitations, le bois est recouvert d'une composition spéciale et peint d'émail.
Caractéristiques de l'installation et du fonctionnement des collecteurs de chauffage liquide
Pour placer le capteur solaire, un endroit spacieux est choisi qui n'obscurcit pas toute la journée. Le support de montage ou le faux-châssis est en lattes de bois ou en métal de telle sorte que l'inclinaison du chauffe-eau soit réglable de 45 à 60 degrés par rapport à l'axe vertical.
Connexion à la chaudière à chauffage indirect ou l'accumulateur de chaleur est réalisé à l'aide de raccords filetés et de tuyaux en cuivre, en métal-plastique ou en polypropylène multicouche. Ils sont recouverts d'une couche d'isolation thermique.
Le réservoir de stockage pour réduire les pertes de chaleur est placé le plus près possible de l'installation. Selon les conditions, une circulation naturelle ou forcée du liquide de refroidissement est organisée. Dans ce dernier cas, un contrôleur est utilisé avec un capteur de température intégré dans le tuyau de sortie. Le pompage du fluide de travail le long du circuit démarre lorsque sa température atteint la valeur programmée.
Un système fonctionnant de façon saisonnière est chargé d'eau, tandis que l'utilisation à l'année d'un chauffe-eau solaire nécessite l'utilisation de liquide non glaçant. Une option idéale est un antigel spécial pour les systèmes solaires, mais des liquides destinés aux radiateurs automobiles ou aux systèmes de chauffage domestique sont également utilisés pour économiser.
Vidéo: chauffe-eau solaire à faire soi-même
Construire un capteur solaire n'est pas seulement une activité intéressante et passionnante. Un chauffe-eau solaire économisera votre budget familial et prouvera qu'il est possible de protéger l'environnement non seulement en paroles, mais aussi en actes réels.