Chauffe-eau Solaire DIY: Schéma, Appareil, Etc. + Vidéo

2024 Auteur: Bailey Albertson | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-17 12:59

Chauffe-eau solaire: possibilité d'utiliser un géo-collecteur et auto-fabrication de l'appareil

Le soleil est la plus grande source d'énergie sûre et gratuite. Et si les gens d'autrefois ne pouvaient pas l'utiliser, il existe maintenant des technologies qui aident à fournir de la chaleur et de l'eau chaude à une maison uniquement au détriment du soleil. L'utilisation de collecteurs est un moyen économique et abordable de rendre une maison de campagne plus confortable. Il vous suffit de choisir le bon capteur solaire (ou de le fabriquer vous-même), puis de l'introduire dans le système de chauffage existant.

Contenu

• 1 Qu'est-ce qu'un chauffe-eau solaire

  1.1 Domaine d'utilisation des centrales solaires

• 2 types de capteurs solaires

  • 2.1 Tableau: Caractéristiques comparatives des capteurs plats et sous vide
  • 2.2 Caractéristiques des chauffe-eau solaires à panneau plat
  • 2.3 Caractéristiques des capteurs sous vide

• 3 Dans quel système intégrer un chauffe-eau solaire

  • 3.1 Types de circulation
  • 3.2 Sélection du type de circuit de circulation

• 4 Comment fabriquer un capteur solaire plat de vos propres mains

  • 4.1 Outils et matériaux pour le travail
  • 4.2 Vidéo: comment fabriquer un chauffe-eau solaire à tube de cuivre plat
  • 4.3 Installation du capteur solaire
  • 4.4 Maintenance des capteurs solaires
• 5 Vidéo: instructions pour assembler un capteur solaire à partir de canettes en aluminium

Qu'est-ce qu'un chauffe-eau solaire

Un collecteur (chauffe-eau) est un appareil qui collecte l'énergie des rayons du soleil et la convertit en chaleur. Le soleil chauffe le liquide de refroidissement dans le collecteur, qui est ensuite utilisé pour l'approvisionnement en eau chaude et le chauffage ou la production d'électricité.

Les chauffe-eau solaires modernes peuvent être complexes, mais tout propriétaire d'une maison privée peut fabriquer indépendamment un appareil pour ses propres besoins. L'essentiel est de comprendre à quoi sert cet appareil.

Trois capteurs répondent pleinement aux besoins de la famille en eau chaude et en chauffage

Domaine d'utilisation des centrales solaires

Dans notre pays, l'expression chauffe-eau solaire est toujours associée à un réservoir noir sur le toit d'une cabine de douche d'été, mais cette technologie est utilisée avec succès partout dans le monde. Les capteurs solaires sont courants dans les régions du sud de l'Europe. Les résidents de maisons privées en Italie, en Espagne et en Grèce sont tenus par la loi d'utiliser des chauffe-eau solaires. La Chine n'est pas non plus à la traîne de l'Occident. Là, des chauffe-eau solaires sont installés sur les toits des immeubles de grande hauteur et fournissent de l'eau chaude à tous les appartements. En 2000, il y avait tellement de centrales solaires dans le monde que, réunies, elles occuperaient plus de 71 millions de m ². Près de 15 millions de m ² seraient européens.

Les capteurs solaires sous vide occupent presque entièrement les toits des nouveaux bâtiments chinois

Ces appareils sont utilisés pour l'alimentation en eau chaude des locaux domestiques et des bâtiments industriels, le chauffage des maisons privées, des bâtiments administratifs, des ateliers. Ils sont les plus demandés dans les industries alimentaires et textiles, car c'est dans ce domaine que de nombreux procédés de production utilisent de l'eau chaude.

Dans le secteur privé, chaque personne allemande dispose de 0,14 m ² de surface de capteurs solaires, de l'Autriche - 0,45 m ², de Chypre - 0,8 m ² et de la Russie - 0,0002 m ². L'intensité de la lumière du soleil en Russie seulement 0,5 kWh / m ^{2 de} moins que dans le sud de l'Allemagne. Cela signifie que la faible popularité des capteurs solaires dans les régions du nord n'est pas due à des raisons géographiques.

Même l'eau de la piscine peut être chauffée avec un vaste système de collecteur

Types de capteurs solaires

Les ingénieurs ont développé des concentrateurs plats, tubulaires à vide, à réflecteur parabolique, des tours aériennes, solaires et d'autres types d'installations. Les chauffe-eau plats et sous vide sont les plus utilisés à des fins domestiques.

Tableau: Caractéristiques comparatives des capteurs plats et sous vide

Collecteur plat	Collecteur de vide
Facile à faire de vos propres mains à partir de matériaux de rebut.	Fabriqué dans un environnement industriel ou assemblé à partir de pièces d'usine.
Paye rapidement.	Paye trois fois plus longtemps que plat.
Moins susceptible de surchauffer par temps chaud.	Empêche la chaleur accumulée de retourner dans l'environnement.
Fonctionne efficacement en été ou dans les pays à climat chaud.	Convient aux régions froides, fonctionne en hiver à des températures allant jusqu'à -30 o C.
Il a un vent élevé, donc une forte rafale de vent peut le souffler du toit.	Le vent passe librement entre les tubes à vide, de sorte que la probabilité que le collecteur ne soit pas touché par la tempête est plus élevée.
Il se nettoie de la neige, du gel et de la glace.	La productivité est 2 à 3 fois supérieure à celle d'un collecteur plat (à surfaces égales).

Caractéristiques des chauffe-eau solaires à panneau plat

L'appareil est un panneau, à l'intérieur duquel se trouvent des tubes de cuivre avec un revêtement sombre. Ils chauffent l'eau, qui est ensuite collectée dans un ballon et utilisée pour l'alimentation en eau chaude (alimentation en eau chaude). Si vous fabriquez le collecteur vous-même, les composants coûteux peuvent être remplacés par des matériaux disponibles:

• au lieu de tuyaux en cuivre, vous pouvez prendre de l'acier, du polyéthylène ou simplement un radiateur d'un vieux réfrigérateur;
• un cadre en bois peut remplacer un cadre en métal, bien qu'il pèse plus;
• l'absorbeur chromé remplacera la peinture noire habituelle;
• une feuille de verre ou de polycarbonate alvéolaire servira bien de couverture de protection, et la mousse servira de chauffage.

L'essentiel est d'assurer l'étanchéité du panneau, mais pour cela, il suffit de sceller toutes les coutures avec du silicone de construction. Le principal inconvénient de tels dispositifs est que le réfrigérant chauffé irradie de la chaleur dans l'air et se refroidit un peu avant d'entrer dans le réservoir de stockage. L'utilisation de l'isolation thermique et le scellement des coutures sont conçus pour lutter précisément contre cet effet.

Les pièces coûteuses d'un collecteur industriel peuvent être remplacées par des homologues moins chers, par exemple, des tuyaux en acier peuvent être utilisés à la place de tuyaux en cuivre et le cadre de l'appareil peut être en bois

Si l'eau n'est pas prélevée du collecteur plat, par une journée chaude et ensoleillée, elle peut chauffer jusqu'à 190–210 ^o C, ce qui peut entraîner la rupture des tuyaux avec un liquide de refroidissement ou des éléments de raccordement. Pour ceux qui utilisent occasionnellement un chauffe-eau solaire, il est important d'installer un réservoir de stockage qui peut éliminer la surpression dans les tuyaux. Une autre option consiste à utiliser de l'huile minérale plutôt que de l'eau comme dissipateur thermique. Son point d'ébullition est plus élevé, ce qui réduit le risque d'endommagement du système. Dans ce cas, un échangeur de chaleur est nécessaire, dans lequel l'huile transférera la chaleur accumulée à l'eau sans contact direct.

Caractéristiques des collecteurs sous vide

Ce type de chauffe-eau solaire se compose de tubes individuels, dont chacun est dans un environnement sans air. Cette conception a permis de réduire les pertes de chaleur sur le chemin du capteur vers le réservoir de stockage et d'augmenter l'efficacité du système. Grâce à cela, les collecteurs sous vide fonctionnent parfaitement au changement de saison (automne, printemps) et en hiver.

Le collecteur de vide se compose de tubes placés dans un environnement sans air

Les tubes en cuivre sont également utilisés dans les chauffe-eau solaires sous vide, car ce matériau assure un bon transfert de chaleur et une bonne hygiène en même temps. Le reste des éléments est similaire: du verre (borosilicate pour une meilleure transmission de la chaleur), sous celui-ci se trouve une couche absorbante noire, un tube avec un liquide de refroidissement et un substrat. Il est plus facile d'assurer l'étanchéité du système, car il n'y a qu'un seul joint - la connexion entre le tube et le réservoir de stockage.

Des tuyaux séparés sont connectés au tuyau principal du chauffe-eau à vide

L'eau froide se réchauffe progressivement à partir d'un contact alterné avec des tuyaux en cuivre chauds. C'est le seul moyen de dissiper la chaleur d'une centrale solaire sous vide, il est donc important de lui fournir un débit régulier d'eau froide, c'est-à-dire d'utiliser de l'eau chaude tout au long de la journée. L'antigel est utilisé comme liquide de refroidissement dans les capteurs solaires sous vide pour augmenter la durabilité du système. Il tolère le chauffage à 300 ^du C et ne gèle pas quand un jour nuageux, la température de l' appareil est réduite à -40 ^à S.

Il est impossible de créer un capteur solaire sous vide à part entière de ses propres mains: fabriquer un tube à paroi épaisse en verre borosilicaté est impensable dans des conditions artisanales. Par conséquent, une option plus fiable serait d'acheter des flacons d'usine (des variétés coaxiales et à plumes sont proposées) et d'assembler le chauffe-eau solaire sur place. Mais comme même un tel travail nécessite des compétences de serrurier remarquables, il est préférable d'acheter un produit fini avec une garantie du fabricant.

Dans quel système intégrer un chauffe-eau solaire

Pour que l'eau chaude commence à s'écouler du robinet, il est important non seulement de choisir un collecteur, mais également de créer un système complet pour celui-ci à partir d'un réservoir de stockage, de tuyaux de raccordement, de robinets et d'autres éléments.

Types de circulation

Déterminez si vous pouvez installer le réservoir de stockage au-dessus du niveau du collecteur. Cela dépend de laquelle des deux types de circulation se trouvera dans le système.

1. Une circulation naturelle est créée en raison de la différence de densité entre l'eau froide et l'eau chaude. Le liquide chauffé a tendance à monter, ce qui détermine l'emplacement du réservoir de stockage. Si le toit est complexe, choisissez un endroit bien éclairé pour le collecteur et placez le réservoir sous la crête.

   

   Avec la circulation naturelle, l'eau circule dans le système en raison de la différence de densité entre l'eau froide et l'eau chaude.

2. Les systèmes à circulation forcée fonctionnent grâce à une pompe qui pompe de l'eau chaude dans un réservoir préparé. Dans ce cas, il devient possible de placer les éléments du système loin les uns des autres, par exemple, pour mettre un réservoir de stockage dans le grenier ou au sous-sol. Il est meilleur pour l'extérieur et nécessite moins d'efforts pour isoler le réservoir lui-même. Mais les tuyaux menant du collecteur au réservoir doivent être munis d'une isolation thermique, sinon il y a un risque de perdre toute la chaleur en cours de route. La circulation forcée nécessite l'utilisation d'électricité, donc s'il n'y a pas d'électricité à la datcha, ou si l'électricité est souvent coupée, cette option ne fonctionnera pas.

   

   Dans les systèmes à circulation forcée, l'eau chaude est déplacée par une pompe

Si vous décidez d'utiliser une huile de transfert de chaleur dans le collecteur, prévoyez une pompe pour la circulation forcée. Sinon, en raison du faible coefficient de dilatation de l'huile, le système ne fonctionnera tout simplement pas.

Sélection du type de circuit de circulation

Trois types de systèmes sont courants:

1. Boucle ouverte. C'est le moyen le plus simple de fournir de l'eau chaude à votre maison. Sa principale différence est que le liquide de refroidissement dans le collecteur est nécessairement de l'eau. Tout d'abord, il chauffe dans des tubes, puis entre dans le réservoir de stockage, puis directement dans le robinet de la cuisine ou de la salle de bain. Autrement dit, l'eau ne circule pas en cercle, mais une nouvelle partie est chauffée à chaque fois dans un circuit ouvert.

   

   Dans un système d'eau chaude en boucle ouverte, l'eau ne circule pas en cercle

2. Circuit unique. Il est préférable lorsqu'il est supposé chauffer la maison à l'aide de la chaleur solaire ou rendre le fonctionnement du chauffage électrique moins cher. Sa différence est que l'eau chauffée par le soleil pénètre dans les tuyaux de chauffage. Le liquide de refroidissement se déplace en cercle dans le système. Il s'agit d'un cycle de circulation fermé. Étant donné que le capteur solaire est utilisé en hiver et hors saison, choisissez des modèles à vide et incluez un chauffage supplémentaire dans le système. Une chaudière électrique ou à gaz permet d'amener le liquide de refroidissement à la température souhaitée par temps froid et nuageux, ainsi que la nuit.

   

   Dans un système de circulation à circuit unique, le capteur solaire fonctionne en parallèle avec la chaudière

3. Double circuit. Cette option implique le transfert de chaleur du collecteur vers le système via un échangeur de chaleur spécial. Comme il n'y a pas de contact direct entre le liquide de refroidissement et l'eau, de l'huile ou de l'antigel est utilisé dans le collecteur. Le système est optimal pour les maisons de campagne dans lesquelles les gens vivent toute l'année. Dans celui-ci, le collecteur est utilisé à la fois pour l'alimentation en eau chaude et pour le chauffage. En règle générale, une chaudière et / ou une chaudière y sont également intégrées pour le chauffage supplémentaire de l'eau, et plusieurs capteurs sont utilisés (en fonction du nombre d'habitants et des caractéristiques climatiques de la région).

   

   Dans un système de circulation à double circuit, il n'y a pas de contact direct entre le liquide de refroidissement du chauffe-eau solaire et l'eau

Comment fabriquer un capteur solaire plat de vos propres mains

Cela nécessite un dessin. Vous devrez également calculer la superficie du chauffe-eau en fonction des besoins de la famille. Ce paramètre est déterminé par la formule: A = K * F * SF / (G * η) AW = 1 / (G * η) A = K * F * SF * AW, où:

• A - surface du collecteur, m2;
• AW est la surface réduite capable de générer 1 kW * heure par jour, m2 * jour / (kW * heure);
• Η - efficacité d'un collecteur,%;
• G - rayonnement solaire total par jour, typique pour une zone donnée, kW * heure / (m2 * jour);
• K - coefficient prenant en compte la valeur de l'angle d'inclinaison des collecteurs et leur orientation par rapport aux points cardinaux;
• F est l'énergie nécessaire pour chauffer l'eau par jour, kW * heure / jour;
• SF est la part de l'énergie solaire dans la couverture de la demande de chaleur, en%.

Pour la construction d'un collecteur, vous aurez besoin d'un dessin détaillé indiquant le nombre et la taille des pièces

Outils et matériaux pour le travail

Pour la fabrication d'un capteur solaire plat mesurant 2,28x1,9x0,1 m avec des tuyaux métal-plastique et un cadre en bois, il vous faudra:

• scie à métaux ou scie sauteuse pour couper du bois et du contreplaqué;
• ciseaux pour tuyaux en métal-plastique;
• Tournevis;
• des pinceaux et un pistolet pulvérisateur ou une bombe de peinture pour noircir les tuyaux montés.

Séquençage:

1. Assemblez une boîte pour la base du collecteur à partir de deux feuilles de contreplaqué mesurant 1,52x1,52 m, 1 cm d'épaisseur, dont l'une découpée pour créer des côtés pour plus de détails: 0,76x0,38 m de taille - 4 pièces, 1,52x0 Taille de 0,76 m - 1 PC.

   

   Des feuilles de contreplaqué sont utilisées pour créer une boîte collector

2. Peignez la surface intérieure de la boîte obtenue avec de la peinture noire mate et la surface extérieure avec du blanc ou couvrez-la avec un vernis protecteur.

3. Créez un cadre pour attacher une boîte à partir d'une barre de 5x5 cm, selon le schéma ci-joint. Au total, 60 m de bois seront nécessaires. Avant l'assemblage, il est important de traiter les pièces avec un produit de préservation du bois pour protéger le matériau des précipitations et des températures extrêmes. Fixez les pièces avec des vis à bois en utilisant des coins métalliques de 5x5 cm.

   

   Un support (cadre) pour la boîte est constitué d'une barre

4. Fixez la boîte sur le support préparé et procédez à un assemblage supplémentaire sur ce support incliné.

5. Faites des marques où les tuyaux iront et où les tuyaux s'adapteront. Colorez-les également en noir pour ne pas augmenter les pertes de chaleur.

   

   Pour une fixation sûre, les tubes de montage sont placés sur quatre rangées

6. Coupez les tuyaux en plastique renforcé de 0,5 po d'épaisseur en morceaux à la longueur désirée. Pour éviter de faire une erreur, utilisez le premier extrait de code comme référence. Vous devriez obtenir 45 pièces de 2,14 m chacune.
7. Assemblez le serpent des tuyaux sur le support, en utilisant des raccords pour tuyaux en métal-plastique dans les virages. Un total de 44 coudes angulaires de type «maman-maman» et «maman-papa» et 88 adaptateurs du tuyau métal-plastique au raccord sont nécessaires. Utilisez un filetage d'étanchéité pour sceller les joints. Au début et à la fin du serpent, fixez les adaptateurs pour connecter les tuyaux d'alimentation en eau et de drainage.

8. Peignez la structure en noir à l'aide d'un pistolet ou d'une bombe.

   

   La bobine du collecteur est peinte avec de la peinture noire

9. Connectez le serpentin à la pompe et assurez-vous qu'il n'y a pas de fuite lors du pompage de l'eau. Si une connexion n'est pas suffisamment serrée, vidangez-la et remontez-la, puis vérifiez à nouveau.

10. Couvrir le dessus de la boîte avec du verre transparent ou du polycarbonate solide. S'il n'est pas possible d'utiliser une feuille solide, faites un cadre en aluminium de la taille des fragments disponibles (de préférence pas plus de quatre) et fixez les panneaux de manière sûre. Traitez soigneusement chaque joint avec du silicone transparent afin que le chauffe-eau soit étanche.

    

    Le bouclier du collecteur peut être assemblé à partir de plusieurs pièces, renforçant ainsi les joints

Selon le schéma décrit, un collecteur d'une capacité de 1,6 à 2 kW est assemblé.

Vidéo: comment fabriquer un chauffe-eau solaire à tube de cuivre plat

Installation de capteurs solaires

L'appareil est installé sur le toit. Cette option convient aux maisons de campagne et aux immeubles de grande hauteur. Il vaut mieux que le toit soit en pente et que l'angle d'inclinaison soit proche de la latitude de cette région. Dans ce cas, vous devrez fixer les supports aux planches sur son côté sud à travers le matériau de toiture. Le collecteur sera placé 15-20 cm au-dessus du niveau du toit, parallèlement à la rampe. C'est la solution la plus harmonieuse, surtout si plusieurs chauffe-eau sont utilisés dans la maison. Parfois, le collecteur est encastré dans le toit de sorte que l'écran de protection affleure le revêtement décoratif du toit. Mais cette méthode est beaucoup plus coûteuse et peut affaiblir la structure du toit.

Il est préférable de monter le système de capteurs à plaque plate sur un toit en pente

Sur les toits plats, les collecteurs sont montés sur des structures spéciales qui les maintiennent à un angle donné. Les supports peuvent être achetés prêts à l'emploi ou soudés seuls à partir des coins. La structure métallique est fixée à la base avec de gros boulons d'ancrage.

Sur un toit plat, les collecteurs sont montés sur des structures spéciales

Dans les chalets d'été, des capteurs solaires sont installés à côté de la maison ou de la piscine dans un espace ouvert et ensoleillé. Dans ce cas, ils choisissent une place sur un site déjà créé ou équipent séparément une base fiable. Pour ce faire, vous aurez besoin d'une plate-forme rectangulaire avec un coussin en vrac percé, une imperméabilisation et un revêtement de dalles de pavage, de grès cérame et d'autres matériaux durables, durs et résistants aux intempéries. Par la suite, un support de chevalet en métal ou en bois est monté dessus, sur lequel le capteur solaire est fixé.

L'installation d'un capteur solaire sur des supports qui n'ont pas de base commune est considérée comme moins fiable, mais permet de gagner de la place

Maintenance des capteurs solaires

Comme tout autre équipement, l'appareil doit être réparé. Les œuvres les plus courantes:

1. Lavage du verre. Le panneau de protection du collecteur devient trouble avec le temps à cause de la poussière et des dépôts. Pour éviter que cela n'affecte l'efficacité du système, il vaut la peine de le nettoyer une fois par mois (pendant la période de travail) avec un nettoyant pour vitres ordinaire ou simplement de l'eau savonneuse (si le panneau transparent n'est pas en verre). Le boîtier étant scellé, aucun travail préparatoire n'est requis pour arrêter le système.
2. Vidange des collecteurs plats s'ils ne sont pas utilisés en hiver. L'eau gelée par temps nuageux en hiver peut rompre les tuyaux et les raccords. Par conséquent, avec l'arrivée du temps froid, il est nécessaire de couper l'alimentation en eau et de vidanger complètement le liquide des tuyaux. Puis au prochain chalet d'été, le collectionneur sera de nouveau prêt à travailler. Le reste du chauffe-eau solaire est résistant aux intempéries, il n'est donc pas nécessaire de les retirer du toit de la maison de campagne.
3. Remplacement du liquide de refroidissement s'il se détériore en raison d'une violation des règles de fonctionnement. L'antigel utilisé dans les capteurs solaires sous vide est très sensible à la surchauffe. Si le chauffe-eau ne pouvait pas transférer la chaleur à l'eau (aucune eau chaude n'a été utilisée dans la maison, le système de chauffage a été éteint), des flocons se forment dans le liquide et des tubes de cuivre minces et un filtre sont obstrués. En conséquence, le collecteur est incapable de remplir ses fonctions normalement. Dans ce cas, vidangez complètement l'antigel de chaque flacon, rincez le tube et remplissez le système avec un nouvel antigel spécialisé (pour les collecteurs, pas pour les voitures). Le filtre doit également être nettoyé et la cartouche remplacée. Après le démarrage du système, des flocons accidentellement restants peuvent réapparaître dans le filtre. Par conséquent, pour le premier jour de fonctionnement du collecteur, il est nécessaire de le contrôler et, si nécessaire, de nettoyer la cartouche.

4. Remplacement du verre brisé. Le panneau de protection se brise parfois à cause de la grêle, des vandales et d'autres raisons. Il n'est pas difficile de remplacer le verre dans un collecteur plat: il suffit de retirer l'ancien et de fixer le nouveau avec un mastic silicone. Le travail ne prendra pas plus d'une demi-heure, vous n'avez pas besoin d'éteindre le système. Dans le collecteur de vide, l'ampoule entière devra être remplacée. Vous devrez le commander auprès du même fabricant.

   

   Il est préférable de confier le remplacement d'un flacon collecteur sous vide endommagé à des professionnels.

Si le collecteur a été acheté, lors de la première panne, il vaut la peine d'appeler le capitaine et, pendant la période de garantie, de contacter le représentant du fabricant. Un chauffe-eau solaire fait maison devra être réparé seul, mais trouver une panne et la réparer dans un produit fait maison est beaucoup plus facile que dans un produit d'usine. L'expérience des réparateurs de capteurs suggère que vous devez d'abord vérifier l'état des vannes, des capteurs, du réservoir de stockage et de la pompe, car ils sont moins fiables que la centrale solaire elle-même.

Dans les systèmes ECS avec capteur solaire, les vannes et les capteurs échouent le plus souvent.

Vidéo: instructions pour assembler un capteur solaire à partir de canettes en aluminium

Les propriétaires de capteurs solaires en sont sûrs: une fois que vous aurez évalué les capacités de cet appareil, il sera tout simplement impossible de s'en passer. Vous pouvez désormais fournir à votre maison ou à votre chalet d'été un chauffage sûr et bon marché.