Пасивни соларни системи

В тази статия ще ви предложим няколко начина по които можете да използвате неизчерпаемата слънчева енергия с цел повишаване на енергийната ефективност на местопребиванието ви.

Слънчев леген

В слънчевите дни на лятото, няма нужда да се мъчите да топлите вода, слънцето го прави сам само.

Необходими материали:

• 1 бр. леген или вана, чийто размер зависи от необходимото количество вода за топлене и
• 1 бр. стъкло за покриване на избрания съд.

Начин на изготвяне: в зависимост от необходимото количество вода имате нужда от един голям или малък леген, по възможност колкото се може по-тъмен от вътрешната страна, за да приема повече топлина. Например, една стара поцинкована вана, един тъмен пластмасов или емайлиран леген, или пък един бял леген, който можеш да боядисате в черно (това би било най-доброто!). Ваната би трябвало да е възможно най-плоска, така че ръбът при по-ниско слънце (сутрин рано и при залез) да не хвърля много сянка. Легените така или иначе имат добра форма. Освен това има нужда от едно стъкло или един стар прозорец. Напълнете ваната или легена с вода, постави я на слънце и постави стъклото върху ѝ. Като се постави сутрин водата, по обед вече е топла, или като се постави по обед до вечерта е готова. При променливо време или на ветровити дни, също може да се топли вода, като се сложат няколко чувала, парцала или слама около легена.

Стъклото не трябва да покрива 100%-во легена, за да може през малък отвор изпарената вода да излиза навън, иначе се кондензира на вътрешната повърхност на стъклото.

Варелът колектор

Необходими материали: 1 бр. варел, няколко стъкла, маркуч, 1 бр. душ, дървени плоскости.

Начин на изготвяне: слънчевият леген може да се подобри. Напълнете вода в един стар варел, или някой друг голям затворен съд, боядисайте го черен и го оставете на слънце. За да не се охлади от вятъра, може да поставите стари прозорци около него или от неприятното найлоново фолио. Така светлината влиза лесно, а топлината трудно излиза. Само от страната, която получава директно светлина, се затопля, а сенчестата страна губи топлина. Затова една изолация от страната на сянка подобрява значително действието на варела.

Отношението между повърхност и съдържание не трябва да е неподходящо; големи и дебели варели имат много съдържание и малко повърхност. Добри са плоски бидони и градинарски лейки.

Един още по-ефективен колектор, който действа не само при слънце, но и при леко облачно време, може да се направи по следния начин: сковете от някой стар и развален скрин една кутия, изолирайте я отвътре и я облечете най-добре с отразяващо фолио. За врата на тази кутия може да послужи един стар прозорец. В този шкаф, поставете черно боядисани консервни кутии или бутилки пълни с вода. Скоро можете спокойно да ползвате топла вода шише по шише.

Ако ползвате някой голям затворен съд (варел), можете да го свържете с един градинарски маркуч и да доведете водата направо до мястото където е необходима, или пък да сложите един душ най-накрая. Това е готовата почти перфектна слънчева топлоинсталация с комфорт.

Слънчев котлон

Начин на изготвяне: за да се изготви един слънчев котлон, трябва слънчевите лъчи да се концентрират в една точка. При нашата географска широчина, лъчите, които падатна площ от 1 м² се равняват на един малък електрически котлон. С по-малка повърхност готвенето продължава повече време или за по-малко количество храна. Това, което се предлага в търговската мрежа, можете да си го направите по-лесно и по-добре.

Вариант 1

Опъвате едно отразително алуминиево фолио (спасително одеало, от найлон, то стига за две печки) върху един възомжно голям и кръгъл съд (например леген или част от голяма и стара кофа) и го залепяте много плътно. Ако въздухът в празнината се изпомпи, с например един мях или просто с уста, фолиото се вдлъбва и вдлъбнатото огледало се получава. То трябва само да се насочи към слънцето и да се постави тенджерата в центъра (фокуса на полученото вдлъбнато огледало, където се пресичат падащите лъчи). Самата тенджера се провесва на точката.

Впечатляваща е точността на едно такова огледало. С едно фолио опънато над един стар полилей, 60 см в диаметър – почти ¼ м², толкова силно се концентрират лъчите, че само за секунди може да се запали дърво и да се разтопи калай или един кламер (1600°С).

По друг начин, на принципа на концентриращо огледало, могат да се направят още два вида котлони, с по-голяма гореща площ. Не е проблемно и това стига тази площ да не е по-голяма от самата тенджера.

Вариант 2

Тук се използва един гланциран лист или едно гланцирано фолио и залепено велапапе което е изрязано и завито в издигаща се спирална форма наподобяваща вдлъбнато огледало, също така и две летвички, в които са изрязани сферични сегменти с формата на огледалото. Цялото нещо се сковава заедно. Огледалната площ трябва по цялата си повърхнина така да бъде подготвена, че успоредно падащите от слънцето лъчи да се пресичат в една точка, и от всяка една част от огледалото да отговарят на оптичния закон „падащ ъгъл = отразен ъгъл“. Освен това, спиралообразната лента трябва да е тясна, в никакъв случай по-широка от най-малка тенджера, иначе самата гореща точка (фокуса) става много голяма. Тук нямаме едно истинско вдлъбнато огледало, а едно грубо опростяване.

Вариант 3

На боклука лесно се намират няколко стари огледала, които все още отразяват добре и се замъгляват по-трудно от огледалата от фолио или алуминий. Обаче изготвянето на едно вдлъбнато огледало е доста по-трудоемко. Отрежете първоначално остатъците от огледалата на линийки, после на триъгълни или трапецообразни форми, никоя обаче да е по голяма от тенджерата. Парчетата могат да се свържат по индийската метода с парчета алуминий от консервени кутий и жичка, да се монтират в рамката.

Слънчева кутия за готвене

Ако трябва различни продукти да се държат по дълго време топли или да се изсушават (сушени плодове), това лесно става с топлина от слънцето.

Една кутия се изолира, покрива се с парчета огледало или отразяващо фолио, върху изолацията, и там където слънчевите лъчи са най-силни, се поставя една телена решетка, а върху нея – ястията. Най-отдолу на дъното на кутията се поставят няколко камъка за да има малко пространство и да може въздухът вътре да циркулира, също така и един черен алуминиев лист, който допълнително да се нагрява. Стъклото, което се поставя пред кутията, може при сушене да не се затваря съвсем плътно, за да влиза въздух и същевременно влажността да излиза. За да се получи най-голяма топлина, при силно слънце се поставят два слоя стъкло. За такива сушилни лесно се пригодяват стари хладилници, за фурни обаче – не, понеже пластмасата вътре може да се разтопи.

Кутия за готвене – дъното на изолираната кутия се облича с черен алуминиев лист. Стените на вътрешната облицовка трябва да бъдат под такива ъгли една към друга, така че топлината да се концентрира в центъра. Там се слага черната тенджера. Върху кутията се поставя прозорец с двойно остъкление. Допълнително едно огледало отразява лъчи към кутията. То само на всеки час да се насочва към слънцето.

Слънчева сушилня – зад един прозорец се заковава един черно боядисан лист, така че въздух да може да влиза отдолу помежду им и да излиза отгоре, където се извежда към една кофа. В кофата са телени решетки с поставени плодове. Топлият въздух минава през решетките и през малък отвор на капака на кофата излиза отново навън. Тази сушилня работи и без следене на слънцето, само ако се остави в посока юг, но ако има следене работата му се подобрява значително.

Моделите са много удобни за ежедневна употреба, но подобрения винаги могат да бъдат въведени. При кутията за готвене има конденз между стъклата, но би било добре ако стъклата се почистват или пък им се направят малки отвори за проветряване. При сушилните е добре да се изолира зад листа, също и самата кофа.

Колектор от градински маркуч

При директно слънцегреене можете лесно да стоплите вода в един градински маркуч. Един тъмен, по възможност черен, сложен върху суха почва маркуч с дължина към 10м, на слънцето може бързо да достави забележимо топла течаща вода. Колкото по-дълъг е маркучът, и колкото по-бавно тече водата, толкова по се затопля тя. 30 метра маркуч стигат за едно по-икономично къпане. Ако поставите маркуча на затоплена стена или пък на някой покрив, водата в него получава допълнителна топлина от тази повърхност.

Значително подобрение: поставете маркуча в спирална форма в една кутия и я наклонете така към слънцето, че лъчите да падат вертикално върху маркуча. Покрийте кутията с някое стъкло или някой стар прозорец и така използвате оранжерийния ефект. За дъно на кутията е добре да се ползва един черна ламарина, например от стената на някоя перална машина. Една изолация на дъното би подобрил допълнително колектора.

Методи с двоен ефект: под нагорещени покриви директно под керемидите сложете навити маркучи, по този начин лесно се затоплят големи количества вода. Същевременно стаите на последния етаж се охлаждат. Освен това маркучите трябва да се свържат с някой голям съд, така че водата от съда да се качва към маркуча и после затоплената вода да се връща към съда.

Постройте си сами един плосък колектор

Основен елемент е една тъмночерна плоча, която се затопля от лъчите на слънцето като една асфалтирана улица. Плочата трябва да е прорязана с канали, през които да тече водата и да се затопля. Елементът е наречен абсорбер, заради способността си да поема слънчевата топлина.

Колко добре върши работата си този абсорбер зависи от следните неща: първо, той трябва да е от добър топлопроводим материал, например метал. Второ, плочата трябва да отдава лесно топлината, и водата да тече лесно през каналите, защото иначе плочата се затопля, но не предава топлина. Трето, ако черните повърхности отдават добре няма да има загуба на топлина (затова, белите домакински отоплителни уреди губят много топлина). Едно избирателно пропускливо уплътнение поема лесно топлината, но пък трудно я отдава, това подобрява ефекта при лошо или облачно време.

Кутията около самия абсорбер го пази от студен вятър, а едно добре почистено стъкло над него пропуска 90% от слънчевите лъчи. В абсорбера светлината се превръща в топлина и тя не може да излезе. Две стъкла намаляват допълнително отдаването, но пък намалят и слънчевите лъчи, които достигат до абсорбера. Полезно е при зимни условия, когато разликите в температурата вън и вътре в колектора са околко 50-60°C. Освен това, на гърба на абсорбера изолация пази допълнително от загуби на топлина. Когато всичко е готово, колекторът може да започне домашна експлоатация.

Тази конструкция е лесна, евтина и ефикасна – един прозорец, една черна метална плоча, една изолирана кутия и готово!

По изследвания на „Немския институт за въздушни и космически проучвания“ един квадратен метър колектор, при външна температура от около 10°C (февруари, март) и директно слънцегреене, могат да се стоплят 56 литра вода до температура от 52°C всеки ден. По наше мнение един такъв колектор може да даде между 50 и 100 литра топла вода (приблизително 40°C) в периода между март и октомври. През лятото тази температура може да надхвърля и 90°C. Особено през топлите месеци един колектор може да спести доста енергия в много домове.

Един колектор се изплаща за едно цяло лято, дори и когато отделните части са били закупувани нови.

През зимата, когато колекторът не е толкова ефикасен, се използват по-конвенционални начини за стопляне на вода, като тенджера върху печката или ползване на вода от бойлер и т.н.

Лесен за правене плосък колектор

1: Трябва ни стар еднокрил прозорец, чиято дървена част не е много голяма, за да не засенчва много стъклото. Големината на стъклото не трябва да е по голяма от 1 м², за да не се счупи от нагряването. Стари прозорци спестяват необходимостта от стъкло, но трябва да се вземе под внимание факта че уплътнението може да е слабо.

1a: Застрашени китосани фуги – трябва да се уплътнят.

1b: Минимален предпазител от дъжд за горната фуга между прозореца и кутията може да се направи с една дъска, която стои напречно.

1c: За да може да се разглобява лесно, е добре да се затегне прозорецът към кутията, с помощта на видии за дърво.

1d: Уплътнение срещу вятъра подобрява действието. Използвайки кече – или гумено, или друго водоустойчиво уплътнение по дължината на кутията, значително се подобрява ефектът.

2: Боядисайте в черно плоското отоплително тяло.

3: Свържете тръби за отоплителното тяло.

4: Фиксирайте тялото с няколко дъски, така че да лежи добре върху изолацията и да е на около 2 см от стъклото. Дъските предпазват и да не се приплъзва самото тяло.

5: Изолацията: минималната изолация за кутията е добре да се направи устойчива на различни видове климатични условия и да се уплътни с 4-6 см мека изолация. Така трябва да се подпълни тялото, че да не може никакъв въздух да преминава под него.

6: Кутията трябва да се направи от нелакирани дъски. Особено важна е сглобката на гърба, за да предпазва от навлизане на вода. Горната дъска, в този смисъл, трябва да стърчи малко в страни, припокривайки страничните, а страничните да излизат малко под долната, и едновременно задната част да е малко навътре, като всички дъски излизат по малко назад. Така гърбът се пази сух. За да се опази от вятър и насекоми, е добре да се залепят всички пролуки с лепило. За да сте сигурни че всичко е изолирано перфектно и вътре няма да влиза никакъв въздух, най-добре да покриете стените допълнително с два пласта хартия и да ги залепите към стената.

Свързване на радиатора

Във всеки случай тръбопроводът „студена (вода) от резервоара към колектора“ преминава под плоското отоплително тяло, а тръбопроводът „топла към резервоара“ се отклонява нагоре. Самото отоплително тяло трябва да бъде разположено така, че водата да може да се изкачва от студения към топлия край и да тече хоризонтално по възможно най-късия път. Тя не трябва да пада надолу, особено в горното събирателно ребро, в противен случай може да се събере въздух в най-високия ъгъл.

Отоплителни тела с квадратна форма, особено с по-голям размер, можете да скачите по предпочитание само на едната страна или на ъгъл, потокът се разпределя равномерно.

Отоплителни тела с ширина по-голяма от височината трябва да бъдат скачени на ъгъл, иначе водата ще циркулира само през едната част на плоскостта, а остатъкът остава неизползван.

Отоплителни тела с подобен формат, свързани на ъгъл, могат да се употребяват със същия успех и поставени на ребро, въпреки че в този случай водните ребра са в хоризонтално положение. В първия момент се възкачва само водата в сега отвесно стоящите събирателни ребра, повлича автоматично водата в хоризонталните ребра и така циркулацията е вече в ход.

Идеално би било да скачите отоплителното тяло на ъгъл и леко да повдигнете едната страна, така че хоризонталните събирателни ребра да се възкачат също малко в посока на течението и по този начин да подсилят циркулацията.

Отоплителните тела имат най-често три извода – затворете неизползвания с резбована тапа или го свържете с изпускателен клапан.

Можете да прикрепите отоплителното тяло в касата на дървени трупчета посредством винт и подложна шайба; тръбите, прокарани през стената на касата, също дават опора. Трябва да има още 1-2 мм луфт, за да може да се разширява при нагряване без да се разглобява касата. Пукнатините при прокарването на тръбите запълнете с еластичен кит (силикон) или по екологичен начин: коноп, пропит с ленено масло.

Много производители обвиват абсорбера в такава тайнственост, че човек би си помислил, че не може да си направи такова нещо сам. Фабричните абсорбери са най-често медни ламарини с отделни споени тръби и са много скъпи. Привидно става само с мед, тъй като желязото първо ръждясва и второ – зле провежда топлината. И двете са глупости. Желязото корозира само, когато е комбинирано с грешния метал (напр. с мед!). Истински конфликт: медният абсорбер разрушава железните части на останалата инсталация! Освен това медта действително провежда топлината шест пъти по-добре от желязото, но каква полза от това, щом тръбите над абсорбера се намират 10 см една от друга ? При плоски отоплителни тела водата почти навсякъде е директно зад ламарина с дебелина 1 мм, пътят на топлината следователно е 10 до 100 пъти по-къс…

Все пак фабричното брюниране действително е по-добро, там самата метална повърхност се брюнира химически, докато при собственоръчната изработка се задържа един лошо топлопроводим пласт боя. Но не се страхувайте, това не е от такова значение, но дори и да беше, то ще направим нашия колектор два пъти по-голям, така или иначе нищо не ни струва и ще надминем с много скъпото фабрично съоръжение. Имайте предвид също: Пазете природата, използувайте отпадъците!

В някои упътвания се препоръчват, освен фабричните абсорбери, също и например автомобилни радиатори или абсорбери от хладилници.

Монтиране на колектора

Подвижения колектор винаги можете да завъртите към слънцето и по този начин лесно да удвоите добива. Стабилно инсталираният колектор насочете точно на юг и го наклонете възможно най-добре към слънцестоенето: Колектори и за зимна експлоатация (по-ниско слънцестоене) наклонете около 75° отвесно, през лятото това не пречи много, защото тогава така или иначе има повече слънчева топлина. За употреба от пролетта до есента, по-добре го нагласете към приблизително 50°. По-хоризонталният наклон действително е по-ефективен през лятото, но в месеците с малко слънце допълнително влошава добива. Например ако поради конструкционни ограничения, напр. дървета и др. в част от деня пада сянка върху колектора, отклонете го от южната посока и го насочете така, че слънцето да може максимално дълго да грее косо отгоре и го конструирайте по-голям.

Монтажът в покрива действително опростява касата на колектора, но монтажът на покрива предотвратява наводнения при счупване на стъклото или др. Решетъчните снегодържатели са добри за закрепване, прокарайте тръбопроводите в къщата през отворите на покрива за проветрение, или през фронтонната стена, през капандурата, рамката на прозореца и др. Ако нямате южен покрив или искате да си спестите мъчителния покривен монтаж, конструирайте колектора като навес към къщата или близо до нея върху подставка. Той трябва да стои стабилен така, че единият край да не „виси във въздуха“, касата да се извие и стъклото да се счупи!

Как колекторът нагрява водата

Как колекторът нагрява водата – или напълно без воден акумулатор, или свързан с един акумулатор за топла вода в циркулационния поток, или акумулатор в циркулация.

Без акумулатор – минимални усилия по конструирането: Освен източник на студена вода, не е необходимо нищо друго. Така вече можете да се радвате на слънчева топла вода още преди да сте конструирали акумулатора. Водата се нагорещява бързо и дори при малко слънце, напр. в слънчеви зимни дни, разполагате с малко използваема топла вода. Но: щом слънцето се скрие, водата бързо се охлажда. Може да се нагрее само съдържанието в колектора, т.е. наистина малки количества. Веднага щом той стане горещ, слънцето вече не разполага с друга вода, която да стопли, т.е. в случай, че не източвате често малки количества вода съобразно инсолацията (количеството лъчиста слънчева енергия на единица площ за единица време – бел. прев.), по-голямата част от слънчевите лъчи остава неизползвана. И все пак по наше време във вилите-съборетини без водопроводна мрежа, преди да дойдат булдозерите, използвахме по този начин колектор с площ 1,2 м², и с горещото му съдържание, можехме да измием доста неща в умивалника например, а смесено със студена вода съдържанието стигаше колкото да се изкъпем в поцинкованата вана, поливайки се с каничка…

За да използвате колектора винаги докрай, трябва веднага щом вече може да нагрява, през него непрекъснато да преминава вода, а също и в добре изолирания събирателен резервоар.

В циркулационния поток водата трябва да тече много бавно, например при площ на колектора от 1 м² и пълно слънце – около 10 л/час, иначе няма да се нагрее достатъчно. В частни случаи се препоръчва: абсорбери, при които циркулацията се осъществява с помпа, сега могат да се използват без помпа. Колекторът не трябва винаги да нагрява цялото съдържание в акумулатора, което вероятно ще бъде хладко в дните на слабо слънце. Колекторът може да нагрее точно толкова вода, колкото горещо става през деня. Да се регулира количеството на циркулиращия поток без автоматика е трудно; от помощ би бил терморегулиращ вентил.

Важно: Изразходвайте съдържанието в акумулатора преди да се охлади, в противен случай студеният остатък ще охлади добива от следващата инсолация!

Изпитан пример за ендноконтурна инсталация

Безнапорна инсталация за една смесителна батерия (душ)

За това могат прекрасно да се използват стари електрически бойлери като вече изолиран резервоар, който да се свърже с колектора. Може да използвате наличните връзки за студена и топла вода, както са разположени на бойлера, които да свържете със смесителната батерия. Ако намерите и смесителната батерия, която е и за душ и за вана, тогава ще ви е много лесно.

Връзките с колектора трябва да се свържат с отделни отвори и тръби, които трябва да се направят или заварят на фланеца (капака на бойлера отдолу). Тръбата за топла вода на колектора трябва да влиза само до половината от височината на резервоара. Топлата вода се изкачва, дори и без тръба, ще се издигне до горната част на резервоара и ще се акумулира там.

1. Винаги отворен! При употреба през зимата (само колектор) оттук излиза топлата вода; 2. За зимна употреба следните допълнения; 3. Тук 2 крана; 4. Допълнителен маркуч/тръба-преливник, който трябва да се отклони на това място; 5. Кран за източване. При зимна употреба (само колектор) водата влиза оттук; 6. Колектор; 7. Абсорбер; 8. Навън; 9. Топла вода от колектора; 10. Студена вода към колектора; 11. В къщата; 12. Възвратна клапа; 13. Студена вода без налягане; 14. Студена вода с налягане (водопровод); 15. Топла вода; 16. По-високо от изхода на върха на бойлера; 17. Обшивка на бойлера; 18. Изолация на бойлера – често не е достатъчна и е препоръчително да се изолира допълнително; 19. Водосъдържател (казан) на бойлера; 20. При изстудяване нивото на водата спада! Тази тръба трябва винаги да остава под водата и само до половината да се вкарва в бойлера; 21. Допълнително инсталирани изводи; 22. Оригинални изводи/тръби; 23. Изходът да се държи винаги отворен; 24. Практично: Оригинална смесителна батерия от бойлера – без налягане. Най-добре да е превключваща от вана на душ. Иначе: нужен е кран между студената с налягане и студената вода без налягане на бойлера (пунктираните линии) или да си го направиш.

Обезопасяване

Трябва да имате тънка тръба или маркуч, която да е винаги отворена и е по-високо от върха на бойлера. В случай че водата в колектора заври, излишната вода, при разширението ѝ, ще се отведе извън системата, за да не се повреди последната.

През зимата

Ако станат отрицателни температурите навън, инсталацията трябва да се изпразни, за да не замръзне водата в колектора и да се спука. Но ако резервоара е в къщата и е защитен от замръзване, може да се инсталират два защитни крана (от вътрешната страна на стената ) и да се изпразва само колекторът, като бойлерът може да остане пълен.

Примери от наши работилници през годините

Карлово (2003)

Младежко обучение по изграждане на слънчев колектор.

Варна (2005)

Обучение по изграждане на соларни макети. Посещение в полигона на соларната лаборатория на ТУ-Варна и примери за различни термосифонни и вакуумно-тръбни системи от 80-те години на миналия век.

Бад Олдесло, Германия(2005)

Соларна инсталация на фургон. Бойлерът е постоянно монтиран вътре, където е разположена и душ-кабина за къмпингуващите лагерници. Слънчевите колектори се транспортират вътре и се монтират южно при паркиране и по-ниско от бойлера, способствайки естествена циркулация без ток.

Варна (2006)

Обучение по направи си сам активна слънчева инсталация. На снимката – боядисване на меден абсрбер.

Влахи (2006)

Направи си сам соларна инсталация от отпадни, природни и подръчни материали. Използваме сено като изолация, стари прозорци за бойлер-колектор и стар радиатор. Проблеми: използването на черни маркучи, които не са термоустойчиви замърсява водата. Железните радиатори също пускат ръжда при отворени термосифонни системи и се дефектират бързо от корозия.

Самуилово (2008)

Соларни акумулатори с двойна прозрачна изолация за сезонна употреба и с неръждаеми водосъдържатери за максимална дългосрочност.

Гудевица (2010)

Изработване на колектор с изолация от вълна и монтаж на пасивна гравитационна система.

Наръчник

Пълните текстове и още съвети може да намерите в нашия наръчник «Слънчеви инсталации на принципа „Направи си сам»