Из чего можно сделать солнечный коллектор. Как сделать солнечный коллектор своими руками? Вариант крепления системы

Альтернативные источники тепла, хотя и являются достаточно эффективными и экономными в эксплуатации, полностью занять собой нишу не могут. Причина - высокая стоимость, которая отличается от традиционных источников отопления в разы. Так, например, солнечный коллектор стандартного типа с площадью поглощения 1,66 кв. м. обойдется в среднем в 3 000 долларов с учетом затрат на монтаж и стоимость самого оборудования, тогда как самый простой котел - в 15 000 рублей, в том числе установка и обвязка. Выход только один - изготовить солнечный коллектор своими руками, для чего могут быть использованы вполне доступные по цене материалы. Как правильно сделать и в какой последовательности - в нашей статье.

Принцип работы

В основе работы данного агрегата лежит абсорбция тепловой энергии солнца и передача ее теплоносителю практически без потерь. Прием энергии осуществляет т.н. приемник, в качестве которого выступают металлические трубки, выкрашенные в черный или темно-коричневый цвет. В качестве теплоносителя - вода, в очень редких случаях - воздух.

Темный цвет используется для усиления абсорбции, так как именно он позволяет интенсивно накапливать тепло.

Исходя из конструктивных особенностей, выделяют следующие типы солнечных коллекторов:

• воздушные;
• водяные.

В свою очередь водяные коллекторы подразделяются на:

• вакуумные;
• плоские.

Вне зависимости от конструкции, все коллекторы, по сути, это простая металлическая панель, заключенная в герметичный бокс, принимающая, аккумулирующая и передающая тепловую энергию.

Для усиления теплоотдачи приемник оснащается ребрами, а сам бокс теплоизолируется специальными материалами. Лицевая сторона представлена в виде прозрачного стекла, исключающего задержание солнечной энергии, по бокам - проем с фланцем, куда может подключаться либо другая панель, либо воздухоотвод.

Схема солнечного коллектора:

Установка солнечных коллекторов рациональна только в случае использования нескольких панель. От одной теплоотдача будет минимальной. Для нагнетания теплого воздуха из коллектора понадобится мощный вентилятор, так как сам по себе он не будет двигаться.

Принципиальная схема воздушной системы показана ниже на рисунке:

Схема работы

Изготовить такой коллектор очень просто, но «самоделки», даже в количестве нескольких экземпляров, не обеспечат дом необходимым объемом горячей воды, особенно в пасмурную погоду. Для того, чтобы в доме было не только отопление, но и ГВС, рекомендуем установить . Какой выбрать для дачи - вы узнаете в соответствующей статье.

Плоский водяной коллектор

Это самый простой вид оборудования, который несложно сделать своими руками даже без предварительной подготовки. В данном случае корпус изготавливается из металла или алюминия, куда вставляется тепловой приемник — пластина с врезанным медным змеевиком. Пластина покрыта черным цветом для усиления абсорбции, а в качестве крышки используется обычное оконное стекло. С нижней стороны сделана теплоизоляция на пластине, которая выступает прослойкой между приемником и дном корпуса.

Конструкция данного типа коллектора включает в себя следующие элементы:

1. Приемник - пластина, окрашенная в черный цвет, абсорбирующая тепло и передающая его теплоносителю.
2. Стекло предназначено для выполнения сразу 3х задач:

• защиты от ветра, осадков и мусора;
• исключение выветривания тепла из бокса;
• пропуск ультрафиолетовых лучей к приемнику.

Вся конструкция должна быть полностью герметичной, в противном случае тепло будет выходить сквозь щели и оставшегося объема будет недостаточно для нагрева теплоносителя.

Учитывая простоту конструкции и минимум материалов, в соотношении цена-качество данный вид является самым популярным и выгодным.

Использовать такие типы обогревателей целесообразно лишь в южных и юго-восточных регионах, где количество солнечных дней превышает 60% за год. При снижении температуры эффективность обогревателя снижается до минимума ввиду высоких теплопотерь через корпус.

Как изготовить самому

Перед тем, как приступить к собственно изготовлению, необходимо определить размер будущего агрегата. Здесь действует золотое правило - чем больше, тем лучше. Понятно, что размер коллектора будет ограничен площадью крыши, но лучше задействовать ее по максимуму, чтобы этот обогреватель стал действительно эффективным альтернативным оборудованием.

Для корпуса устройства лучше всего подойдет древесина с минимальным коэффициентом теплоотдачи. На слой коробки следует положить теплоизоляцию. Это может быть минвата или пенопласт слоем не менее 5-7 см. В качестве крышки используется обычное оконное стекло - толщина в данном случае не важна. Самым простым материалом для будущего коллектора станет старая оконная рама с сохранившимся стеклом. Единственное, что от вас потребуется - сделать приемник и змеевик.

Как сделать коллектор из балконной двери:

Перечень материалов для приемника очень обширен, но наиболее популярными являются:

• медная тонкостенная трубка, которая легко гнется и принимает любую нужную форму;
• полимерные трубы с тонкой стенкой и небольшим диаметром;
• полиэтиленовые трубы для водопровода минимального диаметра;
• теплообменник от б/у холодильника;
• панельный радиатор;
• обычный садовый шланг.

Любой из перечисленных материалов должен быть выкрашен в черный цвет. Повторимся, это необходимо для увеличенного и ускоренного накопления солнечной тепловой энергии и передачи ее теплоносителю.

Некоторые умельцы умудряются использовать самые неподходящие материалы для приемника, начиная от бутылок ПВХ и заканчивая банками из-под пива или кока-колы. Это не самое рациональное решение, которое обеспечит лишь 25-30% передачи тепла.

Процесс изготовления

Собираете деревянный корпус без верхней крышки. На дно укладываете теплоизоляцию - минеральную вату, пенопласт, полистирол и т.д., сверху закрываете металлическим листом, который должен по площади соответствовать габаритам деревянного корпуса. Это основа приемника, которую следует окрасить в черный цвет.

Медные трубки являются наиболее подходящим вариантом, поскольку отличаются высокой степенью теплоотдачи.

Крепите трубки к основанию металлическими скобами, прикручиваете проволокой или выбираете иной, приемлемый для себя способ. Выводите за пределы коробки 2 штуцера, к которым будет подведена вода.

Учитывая то, что данный вид именуется плоским, закрывается он герметично стеклом. Нигде не должно быть ни зазоров, ни щелей, ни неплотно прилегающей створки.

Стекло можно заменить на прозрачный сотовый поликарбонат, который более устойчив к осадкам, не разобьется при ливне или граде и не лопнет при сильном снегопаде.

После того, как вся конструкция собрана, устанавливаете ее на крышу под углом 30-450 и подключаете посредством штуцеров к емкости с водой. Если речь идет о небольшом объеме бака, можно создать естественную циркуляцию воды, но лучше установить циркуляционный насос, которые обеспечивает принудительное движение воды по замкнутой системе.

Работа солнечного коллектора с циркуляционным насосом:

Солнечные коллекторы - один из немногих видов отопительного оборудования, эксплуатация которого не обходится владельцам даже в несколько копеек. Использование солнечной энергии для отопления дома и подогрева воды - идеальное решение для тех, кто привык рационально использовать бюджет.

К сожалению, такой способ подходит далеко не всем. В северных, западных и восточных регионах такое приобретение нецелесообразно ввиду малого количества солнечных дней. Зато для жителей южных районов этот вариант идеален, главное - оптимальная теплоизоляция корпуса. В этом случае можно говорить даже об отоплении дома в холодное время года.

Солнечный коллектор своими руками - обзор, обвязка:

Отопление частного дома можно организовать различными способами. Чаще всего это подключение к центральной системе теплоснабжения или установка индивидуальных отопительных приборов, которые нагревают теплоноситель путем сжигания газа, жидкого или твердого топлива. Реже владельцы небольших коттеджей для обогрева используют электрические котлы и различные типы тепловентиляторов, направляя воздушный поток в жилое помещение.

Сегодня существуют альтернативные методы отопления, например, устройства, которые превращают солнечное излучение в тепловую энергию. Солнечные коллекторы для отопления дома достаточно эффективны, полностью экологичны и не требуют особого ухода.

Почему использовать солнечное отопление выгодно

Система отопления от солнечных коллекторов имеет несколько очень значимых достоинств:

• солнечное тепло бесплатно и им можно пользоваться во всех уголках планеты, несмотря на климатические условия;
• использование энергии солнца предполагает затраты исключительно на приобретение установки, все остальное время солнечный коллектор работает полностью автономно;
• конструкция системы автономного отопления с солнечным коллектором достаточно проста, поэтому ее можно даже сделать своими руками.

Важно понимать, что самодельный коллектор и аккумулятор тепловой энергии будет иметь достаточно низкий КПД по сравнению с промышленными образцами, но все равно позволит значительно сэкономить средства на горячем водоснабжении дома.

Самый простой расчет показывает, что коллектора площадью 3 м2 достаточно не только для создания источника горячей воды в небольшом частном доме, но и для его отопления в период межсезонья. Это ощутимо снижает затраты на использование энергоресурсов, а следовательно, и ваш семейный бюджет.

Устройство гелиоустановки

Солнечные коллекторы для отопления и создания горячего водоснабжения дома состоят из следующих компонентов:

• устройство для нагрева воды или другого теплоносителя;
• аккумулятор тепловой энергии;
• контур для перемещения тепловой энергии теплоносителем.

Солнечный коллектор для обустройства отопления представляет собой систему трубок с теплоносителем, в качестве которого выступает воздух, вода, пропилен-гликоль или любая другая незамерзающая жидкость. В качестве аккумулятора тепловой энергии выступает емкость со змеевиком, по которому циркулирует поступивший из коллектора теплоноситель. Тепловой контур служит для объединения устройства нагрева воды, воздуха или антифриза с аккумулятором тепла.

Солнечная энергия попадает в коллектор, где нагревает теплоноситель, который циркулирует в гелиоустановке. После нагрева он попадает в аккумулятор тепла, где происходит теплообмен между змеевиком и водой. Нагретая вода из аккумулятора поступает в систему отопления или горячего водоснабжения дома.

Циркуляция воды в гелиосистеме происходит самотеком или при помощи циркуляционного насоса (в зависимости от назначения системы и способа установки бака-аккумулятора по отношению к коллектору).

Естественное движение воды или воздуха по контуру обусловлено принципом конвекции, когда после нагрева жидкость стремится вверх от коллектора к аккумулятору тепла.

Если брать в расчет, что гелиосистема будет использоваться только для горячего водоснабжения, то кроме солнечного коллектора и аккумулятора тепла больше ничего не нужно. Если систему планируется использовать для отопления дома, то для прокачки теплоносителя через радиаторы может потребоваться насос.

Типы поглотителей тепла

Современная промышленность освоила производство нескольких типов нагревательных теплообменников для солнечных отопительных систем:

• воздушный;
• плоский;
• вакуумный.

Все они работают по одному принципу, но имеют некоторые конструктивные особенности и разницу в КПД. Для правильного выбора того или иного типа гелиоустановки необходимо знание их особенностей и грамотный расчет. Рассмотрим каждый тип солнечного коллектора более подробно.

Плоский нагревательный теплообменник

Такой тип солнечного коллектора для отопления состоит из плоского, теплоизолированного с трех сторон короба, заполненного адсорбирующим тепло веществом. Внутри этого вещества находится теплообменник из тонкостенных металлических труб, по которому циркулирует вода или пропилен-гликоль.

Конструкция плоского поглотителя солнечной энергии и расчет необходимых его параметров достаточно просты, поэтому именно этот вид «нагревателя», используют для изготовления отопительной гелиосистемы своими руками.

Вакуумный поглотитель тепла состоит из стеклянных труб, внутри которых находятся трубки меньшего диаметра с адсорбентом, аккумулирующим солнечное тепло. Внутри трубок с адсорбентом проложены металлические трубочки, по которым движется теплоноситель.

Между стеклянной трубкой большого диаметра и трубкой с аккумулирующим тепло веществом создан вакуум, который препятствует утечке тепла из адсорбента в атмосферу.

КПД такой установки самый высокий среди всех типов солнечных коллекторов. Исходя из мощности устройства производят расчет его необходимой площади для нагрева теплоносителя.

Воздушный коллектор для обогрева дома

В таком устройстве в качестве теплоносителя используется воздух, циркуляция которого осуществляется как естественным способом, так и при помощи вентилятора. Как правило, воздушный коллектор используют исключительно для обогрева в период межсезонья небольших дачных построек, так как такая конструкция имеет достаточно низкий КПД. Кроме того, для нагрева воды и создания горячего водоснабжения дома эта установка не подходит, поэтому используется нашими соотечественниками крайне редко.

Несмотря на низкую эффективность воздушный поглотитель имеет два достоинства: простую конструкцию и отсутствие теплоносителя (воды), а вместе с ней и коррозии, течей, проблем с замерзанием и пр.

Создание солнечного коллектора своими руками

Для создания плоского поглотителя солнечного тепла потребуется достаточно сложный расчет необходимой площади теплообменника, объема емкости и длины контура. Самостоятельный расчет требует соответствующих знаний, опыта и исходных данных. Для упрощения задачи вам будет представлено три основных типоразмера гелиосистемы:

• объем аккумуляторного бака в 100-150 л длина трубы теплообменника 7 м, площадь коллектора 2 м2;
• объем аккумуляторного бака в 150-300 л длина трубы теплообменника 9 м, площадь коллектора 3 м2;
• объем аккумуляторного бака в 200-400 л длина трубы теплообменника 12 м, площадь коллектора 4 м2.

Инструкция по самостоятельной сборке.

Короб

Сделать его можно из фанерного или пластикового листа и деревянных реек, закрепленных по его периметру в качестве бортов.

Для его изготовления необходимо сварить решетку или согнуть из металлических труб, которые и будут использоваться для нагрева теплоносителя. Готовое изделие закрепить скобами на второй лист пластика или фанеры и окрасить черной матовой краской.

Приклеить утеплитель по всей площади короба.

Сборка

Установить теплообменник в подготовленный короб. Сверху поглотителя установить стекло, предварительно промазав места его соприкосновения с коробом герметиком на основе силикона. Самодельный поглотитель солнечного тепла готов.

Изготовление аккумулятора тепла

Из медной трубы следует сделать змеевик, после чего поместить его в подготовленную емкость, предварительно проделав отверстия для входа и выхода теплоносителя. Вывести через уплотнения из аккумулятора концы теплообменника.

Утепление

Необходимо тщательно утеплить бак-аккумулятор минеральной ватой.

Для сохранности утеплительного слоя закрыть его листом оцинкованного металла, создав своеобразный «чехол».

Монтаж

Следует изготовить опорную конструкцию под аккумулятор тепла и установить рядом с ним готовый солнечный коллектор. После чего все устройства соединить тепловым контуром.

Запуск системы

Для нагрева воды и подачи ее в здание следует заполнить систему антифризом, а аккумулятор тепла водой. Через 20-30 минут вода в баке начнет нагреваться, после чего ее можно использовать для отопления помещения или других нужд.

Содержание

Современный рынок предлагает большое разнообразие нагревательных приборов, но их стоимость бывает слишком высока. Особенно если нужен не один, а два-три нагревательных бака. Цены на коммунальные услуги постоянно растут, люди вынуждены искать способы сэкономить на отоплении, и подогреве горячей воды. Есть альтернативный источник отопления, поэтому можно сделать солнечный коллектор своими руками, который будет использовать энергию солнца для домашних нужд. Это экономичный вариант для отопления помещений и обеспечения жилых домов теплой водой.

Солнечный коллектор для отопления дома

В отечественных магазинах можно найти подобное оборудование, но цена будет даже выше, чем сумма, потраченная на установку привычной системы отопления. Солнечный коллектор можно изготовить самостоятельно, используя подручные материалы, которые всегда найдутся в арсенале запасливого хозяина: жестяные листы, банки, пластиковые бутылки, листы поликарбоната, стеклянные трубки, прочее.

Принцип работы

Самодельные коллекторы прекрасно подходят для отопления, подогрева воды в небольших домах, коттеджах, подогрева бассейнов. Решив собрать дома своими руками подобный агрегат, нужно вспомнить физические законы, разобраться в принципе его работы:

• Приемное устройство поглощает (абсорбирует) солнечную энергию: в качестве таковых могут быть использованы медные или стеклянные поверхности черного либо темного цвета. Именно эти материалы обладают большей абсорбцией и оптимальны для подогрева воды или других жидкостей.
• Тепло от абсорбера передается на бак с теплоносителем: водой, антифризом, другой специальной жидкостью, которая будет обогревать ваш дом.
• Теплоноситель по трубам подается в радиаторы, используется для хозяйственных нужд (горячая вода на кухне, в ванной комнате).

Принцип работы самодельного солнечного коллектора

Летний вариант конструкции

Можно сделать солнечный коллектор своими руками достаточно быстро, это не очень сложная работа. Для применения его на даче, в летнее время, вам не понадобятся сложные схемы и особое оборудование:

• Если вода нужна только на улице (летний душ, горячая вода для стирки, бассейна, мытья посуды, прочих хозяйственных потребностей), бак тоже устанавливается на улице.
• Когда вода нужна в доме, бак будет установлен внутри.
• В такой системе происходит естественная циркуляция жидкости, поэтому бак нужно устанавливать на 8-10 сантиметров выше уровня батареи.
• Для соединения бака с батареей (абсорбером) понадобятся трубы определенного диаметра.
• При большой протяженности системы лучше установить насос, который будет усиливать движение теплоносителя.

Солнечный коллектор из металлопластиковых труб

Важно! Если планируете применять солнечный коллектор для нагрева воды не только летом, но и в холодное время года, схема будет другой, нужно учесть некоторые нюансы.

Можно ли использовать солнечный коллектор зимой

Для круглогодичного использования устройства, нужно подробнее узнать, как работает солнечный коллектор зимой. Главное отличие - теплоноситель. Поскольку вода может замерзать в трубах контура, ее нужно заменить антифризом. Работает принцип косвенного нагрева с установкой дополнительно бойлера. Далее схема такова:

• После того как антифриз нагреется, он поступит от батареи, расположенной на улице, в змеевик бака с водой и нагреет ее.
• Затем теплая вода будет подаваться в систему, остывшая возвращаться обратно.
• Обязательно нужно установить датчик давления (манометр), воздухоотводчик, расширительный клапан для сброса избыточного давления.
• Как и в летнем варианте, для улучшения циркуляции необходимо предусмотреть наличие циркуляционного насоса.

Солнечный коллектор на крыше дома в зимнее время года

Нужно знать! Существуют разные схемы коллекторов, которые можно изготовить самостоятельно, они различаются конструкционными особенностями, имеют достоинства и недостатки.

Устройство и виды

Условно данные системы можно классифицировать на два вида :

• жидкостные (о которых мы говорим в данном материале);
• воздушные солнечные коллекторы, в которых используется не жидкость, а нагретый воздух.

Также они разделяются по КПД, ведь обеспечивают различную теплоотдачу. Это зависит от материалов, используемых для изготовления батареи, ее площади. Оптимальным местом расположения абсорбера является крыша :

• попадает максимальное количество солнечного света,
• имеет большую площадь,
• установленная на крыше батарея не занимает полезное пространство, никому не мешает.

Воздушный солнечный коллектор

Конструкция солнечного коллектора может быть нескольких видов, основные :

• вакуумный отопительный коллектор, имеющий самую сложную конструкцию. Вакуумные солнечные коллекторы отлично подходят для обогрева помещений, нагрева воды в любое время года, они полностью обеспечат небольшой дом, коттедж;
• плоский солнечный коллектор может быть жидкостным и вакуумным. Это наиболее распространенный тип поскольку достаточно прост в монтаже, при этом эффективен, может обеспечивать дом необходимым количеством тепла для обогрева помещений, водой для хозяйственных нужд;
• термосифонный - в качестве абсорбера используются стеклянные или металлические трубки;
• трубчатый - самый простой тип, изготовить который можно для дачи, достаточно примитивный, не подходит для использования в зимнее время.

Нас интересует конструкция, которая обеспечивает наличие горячей воды и отопления в доме в любое время года, остановимся на двух оптимальных вариантах, рассмотрим устройство вакуумного солнечного коллектора и плоского.

Плоский коллектор

Это наиболее распространенный вид коллектора, который можно изготовить самостоятельно. Хорошо подходит для использования в теплое время года для подогрева воды, зимой коэффициент полезного действия снижается.

Особенность конструкции состоит в следующем :

• корпус имеет плоскую прямоугольную или квадратную форму, выполнен из металла или другого материала, имеющего высокий показатель теплопроводности, покрыт черной краской;
• внутри располагают пластину, в которой уложен змеевик из медной трубки небольшого сечения;
• по трубкам циркулирует теплоноситель: вода, пропилен-гликоль, антифриз, другие подходящие жидкости;
• также внутри корпуса укладывают теплоизоляционный материал, который минимизирует потери тепла;
• собирая коллектор такого типа, нужно запастись листом поликарбоната или стекла, который будет служить крышкой и выполнять две функции: препятствовать проникновению мусора, осадков, усиливать подогрев.

Составная часть плоского солнечного коллектора

Важно! Перед тем как собрать конструкцию, нужно проверить швы на герметичность, дабы не допустить попадания влаги, пыли внутрь агрегата, выветривания теплого воздуха.
Совет по уходу! Чтобы избежать снижения КПД, нужно регулярно протирать стеклянную поверхность от пыли, загрязнений.

Вакуумный коллектор

Для водяного отопления можно использовать солнечные коллекторы вакуумного типа. Благодаря конструкционным особенностям они являются более мощными: способны вырабатывать тепловую энергию, которой хватит на подогрев воды и отопление помещений.

Особенности конструкции :

• минимизировать потери позволяют трубки, которые помещаются в колбах с выкачанным воздухом;
• сверху трубки покрыты абсорбционным материалом, поглощающим световую энергию, внутри - наполнены антифризом (хладагентом);
• концы трубок соединены с трубой, по которой проходит теплоноситель;
• при нагреве антифриз закипает, преобразуется в пар, который, в свою очередь, поднимается вверх и нагревает теплоноситель;
• у данной конструкции есть недостаток: если хоть одна трубка выйдет из строя, ремонт становится довольно проблематичным, так как они соединены последовательно. Придется производить замену всех «внутренностей».

Воздушная солнечная система из вакуумных трубок

Такой воздушный солнечный коллектор для отопления будет более эффективен и пригоден для того, чтобы поддерживать температуру в системе в любой сезон. Хотя в холодное время КПД работающего коллектора может незначительно снижаться из-за короткого светового дня и малой световой активности.

Совет по уходу! Обратите внимание на внутреннюю поверхность накопительного бака для воды, она со временем покрывается накипью, нужна очистка. Периодичность зависит от качества воды в местности.

Примите к сведению: изготовить в кустарных условиях вакуумные трубки с выкачанным воздухом нереально, их придется купить. Это несколько увеличит затраты на обустройство такого типа коллектора.

Изготовление самодельного солнечного коллектора

Если вы заинтересовались вопросом, как сделать солнечный коллектор, рассмотрим основные этапы изготовления плоских конструкций :

• Для начала нужно рассчитать габариты будущего обогревателя, исходя из площади отапливаемого помещения. Они также будут зависеть от уровня активности солнца в конкретном регионе, расположения дома, местности, используемых материалов и других факторов. Но отправная точка - все-таки площадь поверхности, на которой он будет установлен.
• Продумать, из чего будет изготовлен абсорбер (приемник). Для этих целей можно использовать медные и алюминиевые трубки, стальные плоские батареи, свернутый резиновый шланг и др.
• Приемник должен быть окрашен в черный цвет.
• Затем нужно изготовить корпус коллектора, для этого подойдут различные материалы. Наиболее распространенный - древесина, можно использовать стекло. Если есть старые окна с остеклением - идеальный вариант.
• Между днищем корпуса и абсорбером нужно проложить теплоизоляционный материал (минеральную вату или пенопласт), который будет препятствовать потерям тепла.
• Всю площадь нагревателя закрыть металлическим листом (из алюминия или тонкой стали), который будет усиливать эффект.
• Сверху уложить трубы змеевика, прикрепить к металлическому листу при помощи строительных скоб или другими способами, концы змеевика вывести наружу.
• Сверху тепловые солнечные коллекторы накрывают светопропускающим материалом, чаще всего стеклом. Можно использовать прозрачный поликарбонат, который более практичен: стоек к механическим ударам, неприхотлив в уходе.
• Бак для воды нужно покрыть изолирующим материалом или покрасить черной краской, чтобы замедлить процесс остывания воды.
• Смонтировать нагревательный элемент на месте и подключить при помощи труб к накопительному баку с водой.
• Провести пусковые работы, проверить разводку по всей длине на наличие течи из-за некачественных соединений.

Схема размеров и расположения солнечного воздушного коллектора

Важно! Для лучшего теплообмена необходимо оставлять между стеклом и нагревательными трубками расстояние примерно 10-15 мм. Все стыки должны быть хорошо загерметизированы.

Подведем итоги

В условиях тотального подорожания коммунальных услуг можно использовать альтернативные способы обогрева помещений, подогрева воды для хозяйственных нужд. В других странах солнечные коллекторы применяются для отопления довольно давно.

Если вы не хотите платить большие деньги за промышленный водяной коллектор, его можно собрать самостоятельно, используя подручные материалы. Хотите, чтобы конструкция была более солидной и действительно могла удовлетворять потребности в горячей воде и отапливала ваш дом? Тогда придется посетить строительный магазин, подготовиться к сборке более основательно: приобрести вакуумные колбы, специальные трубки, листы стекла или поликарбоната, другие комплектующие.

Резка и зачистка медных труб для солнечного коллектора

Когда будете решать вопрос, какая система оптимальная, принимайте во внимание: солнечные коллекторы, как любое техническое решение, имеют плюсы и минусы, которые обязательно нужно учитывать.

Плюсы и минусы гелиосистемы

Из положительных сторон выделяют :

• экологически чистый вид энергии, получаемый бесплатно;
• снижение расходов на оплату коммунальных услуг за централизованный подогрев воды до 40-50 %;
• небольшой срок окупаемости;
• возможность подогревать воду для хозяйственных нужд и отапливать небольшие помещения d зимний период;
• широкий выбор материалов, простота сборки конструкций.

К отрицательным моментам можно отнести :

• трудозатраты на создание светового коллектора;
• понижение коэффициента полезного действия в зимнее время, что делает практически невозможным использование таких систем в северных широтах;
• нужны профилактический уход и очистка;
• в холодное время необходимо использовать антифриз, что влечет дополнительные расходы.

Использовать солнечную энергию для бытовых нужд мечтали всегда. Особенно актуально эта идея стала развиваться в последние пятьдесят лет, когда появились новые материалы, позволяющие конструировать довольно эффективные конструкции. Появились и инструменты, с помощью которых можно в домашних условиях производить изготовление сложных технологичных конструкций.

Идея нагревать воду с помощью солнца реализовывалась еще в древности. Обычные бочки, выставленные на солнце или в тени, в течение определенного времени поглощали тепловой поток из окружающей среды. Температура жидкости увеличивалась с ростом интенсивности солнечного излучения.

В семидесятых-восьмидесятых годах XIX века Йозеф Стефан и Людвиг Больцман открыли закон теплового излучения. Ими были выведены расчетные формулы, на основании которых определяется тепловой поток, получаемый от Солнца, на поверхности Земли. Для объектов, расположенных на Земле, используют следующую формулу:

где σ = 5,670367·10 -4 , Вт/(м 2 ·К 4) – постоянная Стефана-Больцмана;

F – площадь поверхности тепловосприятия, м 2 ;

С 2 – степень черноты поверхности тепловосприятия;

Т 1 – температура теплового излучателя, для поверхности Солнца принято считать, что она составляет Т 1 = 6000 К;

Т 2 – температура теплоприемника – это поверхность нагреваемая солнечным излучением, (T 2 = t 2 + 273), K;

где t 2 – температура теплоприемник (тела на Земле), °С;

ϕ – угол падения солнечных лучей, °.

Что такое коллектор и назначение солнечных коллекторов

Под солнечным коллектором понимают устройство, которое собирает энергию излучения, а затем перемещает накопленную теплоту потребителям. На практике используют еще один термин – гелиоколлектор.

По назначению солнечные установки (гелиоустановки) использования подразделяют:

• гелиоконцентраторы – устройства, собирающие солнечную энергию в узкий поток. Их используют для плавки металла. В институте НПО «Физика-Солнце» (г. Ташкент) были разработаны и изготовлены плавильные печи, в которых достигнуты температуры более 5000…5500 °С;
• солнечные батареи – устройства для преобразования излучения от Солнца в электрическую энергию;
• гелиоопреснительные установки – машины, предназначенные для получения пресной воды из воды с высоким содержанием минеральных солей;
• гелиосушильные установки – тепловые устройства, в которых осуществляется удаление влаги из овощей и фруктов с использованием энергии Солнца;
• гелионагреватели (воздушный солнечный коллектор) – установки для передачи теплового потока от инфракрасного излучения к теплоносителям.

Как работает солнечный коллектор

Солнечное излучение кроме видимого света имеет еще и невидимый инфракрасный спектр. Именно он и переносит тепловую энергию. На основании исследований установлено, что в зоне умеренного климата интенсивность теплового излучения в полдень достигает более 5 кВт/м 2 . На рис. 1 представлена зависимость суммарной инсоляции для 48 ° северной широты.

Рис. 1 Суммарная инсоляция солнечного излучения для разных периодов умеренной зоны Европы

Информация к размышлению! Тепловую радиацию разделяют на: прямую и рассеянную. Поэтому даже в пасмурный день ощущается поступление солнечного теплового потока. Из представленной иллюстрации видно, что количество поступающей теплоты в летний и зимний периоды имеет значительные различия. Поэтому при проектировании устройств учитывают возможную эффективность, сообразуясь с затратами.

Принципиальная схема гелиоколлектора представлена на рис. 2. Солнечная радиация поступает внутрь коллектора через светопрозрачное ограждение. На приемной панели, окрашенной в черный цвет, происходит поглощение теплоты. В результате происходит нагрев черного тела. Последующий процесс теплопередачи происходит конвекцией. Теплота передается от нагретой стенки к потоку жидкости (газа), перемещаемого по трубопроводам. Подвижная среда нагревается.

Внимание! Для предотвращения тепловых потерь ограждение коллектора теплоизолируется. Так как внутри полученная теплота используется на нагревание потока, то интенсивность отраженного излучения от панели, воспринимающей излучение, невысока.

Солнечные коллекторы - хороший способ сэкономить энергоресурсы.Солнечная энергия - бесплатная, так по крайней мере 6-7 месяцев в году можно получать теплую воду для хозяйственных нужд. А в остальные месяцы - еще и помогать системе отопления.

Солнечный коллектор можно изготовить самостоятельно. Для этого вам понадобятся материалы и инструменты, которые можно купить в большинстве строительных магазинов. Или то, что вы найдете в своем гараже.

Приведенная ниже технология использовалась в проекте "Включи солнце - живи комфортно". Она была разработана специально для проекта немецкой компанией Solar Partner Sued, которая профессионально занимается продажей, монтажом и сервисом солнечных коллекторов и фотоэлетрических панелей.

Главная идея - дешево и сердито. Для изготовления коллектора используются довольно простые и распространенные материалы, которые можно купить в ближайшем магазине, или даже найти у себя в гараже. При этом эффективность коллектора остается на приличном уровне. Она ниже, чем в фабричных моделей, но разница в цене полностью компенсирует этот недостаток.

Существуют различные типы солнечных водонагревателей, но все они основаны на простом принципе: черная поверхность поглощает солнечное тепло, потом это тепло передается воде. Простейшие модели могут быть построены из доступных материалов и не требуют насосов или иного электрооборудования. Эффективный солнечный коллектор может использоваться даже в зимнее время благодаря применению незамерзающих жидкостей - антифризов.

Описанная система солнечного коллектора является пассивной и не зависит от электроэнергии. Она обходится без насосов. Горячая жидкость перемещается между коллектором и баком по принципу конвекции, благодаря простому правилу - нагретая жидкость всегда поднимается вверх.

Принцип работы такого солнечного коллектора таков:

1. Солнце нагревает жидкость в коллекторе
2. Нагретая жидкость поднимается по коллектору и трубе в бак-аккумулятора
3. Когда горячая жидкость поступает в теплообменник, установленный в бак с водой, тепло передается от теплообменника воде в баке
4. Жидкость в теплообменнике, охлаждаясь, перемещается вниз по спирали и поступает из отверстия в нижней части бака обратно в коллектор
5. Вода, нагретая в баке, аккумулируется в верхней части бака
6. Холодная вода из водопроводной сети / резервуара поступает в нижнюю часть бака
7. Нагретая вода отбирается через выходное отверстие в верхней части бака.

Пока на коллектор светит солнце, жидкость в трубах абсорберу нагревается, перемещается в бак и таким образом постоянно циркулирует. Этот процесс обеспечивает нагрев воды в баке всего за несколько часов при интенсивном солнечном излучении.

Основной элемент коллектора - абсорбер. Он состоит из металлического листа, который приварен к металлическим трубам. Несколько труб устанавливаются вертикально и привариваются к двум трубам большого диаметра, расположенных горизонтально. Эти толстые трубы для входа и выхода жидкости должны быть расположены параллельно друг другу. А входное отверстие для жидкости (нижняя часть абсорбера) и выходное отверстие (верхняя часть абсорбера) должны располагаться с разных сторон панели (диагонально). Для соединения более толстых трубах необходимо просверлить отверстия под диаметр вертикальных труб.

Для лучшей передачи тепла от металлической пластины к трубам очень важно обеспечить максимальный контакт пластины с трубами. Сварка должна быть вдоль всего элемента. Важно, чтобы металлический лист и трубы плотно прилегали друг к другу.

Абсорбер укладывается в деревянную раму и накрывается стеклом, которое защищает коллектор и создает внутри эффект теплицы.

Применяется обычное оконное стекло. Оптимальная толщина - 4 мм, при этом сохраняется хорошее соотношение надежности и веса. Желательно нужную площадь стекла разделять на несколько частей. Так удобнее и безопаснее работать с ним.

Использование нескольких слоев стекла или стеклопакета даст прирост эффективности, но увеличит вес конструкции и стоимость системы.

Солнечные лучи проходят через стекло и нагревают коллектор, а остекление предотвращает утечку тепла. Стекло также препятствует движению воздуха в абсорбере без него коллектор быстро терял бы тепло из-за ветра, дождя, снега или низкие внешние температуры в целом.

Раму следует обработать антисептиком и краской для наружных работ.

В корпусе делаются сквозные отверстия для подачи холодной и отвода нагретой жидкости из коллектора.

Сам абсорбер красят жаростойким покрытием. Обычные черные краски при высоких температурах начинают шелушиться или испаряться, что приводит к потемнению стекла. Краска должна полностью высохнуть, прежде чем вы закрепите стеклянное покрытие (для предотвращения конденсации).

Под абсорбером закладывается утеплитель. Чаще всего используется минеральную вату. Главное, чтобы он выдерживал довольно высокие температуры в течение лета (иногда более 200 градусов).

Снизу раму закрывают ОСБ плитой, фанерой, досками и т.п. Основное требование к этому этапу - убедиться, что низ коллектора надежно защищен от попадания влаги внутрь.

Для закрепления стекла в раме делают пазы, или крепят планки по внутренней стороне рамы. При расчете размеров рамы следует учитывать, что при изменении погоды (температуры, влажности) в течение года ее конфигурация будет немного меняться. Поэтому на каждой стороне рамы оставляют несколько миллиметров запаса.

На паз или планку крепится резиновый оконный уплотнитель (D- или Е-образный). На него кладется стекло, на которое таким же образом наносится уплотнитель. Сверху это все закрепляется оцинкованной жестью. Таким образом, стекло надежно закреплено в раме, уплотнитель защищает абсорбер от холода и влаги, а именно стекло не повредится, когда деревянная рама будет "дышать".

Стыки между листами стекла изолируются уплотнителем или силиконом.

Накопительный бак. Здесь хранится нагретая коллектором вода, поэтому стоит позаботиться о его термоизоляции.

В качестве бака можно использовать:

• неработающие электрические бойлеры
• кислородные баллоны
• бочки для пищевого использования

Главное - помнить, что в герметичном баке будет создаваться давление в зависимости от давления водопроводной системы, к которой он будет подключен. Не каждая емкость способна выдерживать давление в несколько атмосфер.

В баке делают отверстия для входа и выхода теплообменника, ввода холодной воды, и забора нагретой.

В баке размещается спиральный теплообменник. Для него используют медь, нержавеющую сталь, или пластик. Нагретая через теплообменник вода будет подниматься вверх, поэтому его следует поместить в нижней части бака.

Коллектор соединяется с баком с помощью труб (например металлопластиковых или пластиковых), проведенные от коллектора к баку через теплообменник и обратно в коллектор. Здесь очень важно предотвратить утечку тепла: путь от баке до потребителя должен быть максимально коротким, и трубы должны быть очень хорошо изолированными.

Расширительный бачок - это очень важный элемент системы. Он представляет собой открытый резервуар, расположенный в крайней верхней точке контура циркуляции жидкости. Для расширительного бачка можно использовать как металлическую, так и пластиковую посуду. С ее помощью контролируется давление в коллекторе (из-за того, что жидкость от нагрева расширяется, могут треснуть трубы). Для снижения потерь тепла бачок также необходимо изолировать. Если в системе присутствует воздух, то оно также может выходить через бачок. Через расширительный бачок происходит также наполнения коллектора жидкостью.

Более особенностей строения, необходимые материалы и правила установления солнечного коллектора можно узнать, загрузив практическое пособие на веб-сайте проекта. опубликовано