Солнечный коллектор - это устройство, предназначенное для поглощения солнечной энергии и преобразования её в тепловую с целью дальнейшей её передаче теплоносителю. Классическое устройство представляет собой чёрную металлическую пластину, помещённую в стеклянный или пластмассовый корпус, поверхность которой поглощает радиацию. Их существует несколько видов и предназначение может быть разное. Давайте рассмотрим подробнее принцип работы этого устройства, а также поэтапное изготовление этого объекта своими руками.
Какие существуют
В зависимости от температуры, которую могут достигать пластины, коллекторы бывают:
- низких температур - не дают энергии большой мощности, они нагревают воду не более 50 градусов по Цельсию;
- средних температур - прогревают воду уже до 80 градусов, поэтому их можно использовать для обогрева помещений;
- высоких температур - используются в основном на промышленных предприятиях, и в домашних условиях их сделать невозможно.
Интегрированные коллекторы делятся на:
- накопительные интегрированные;
- плоские;
- жидкостные;
- воздушные.
Накопительный интегрированный или по-другому термосифонный коллектор. Он может не только нагревать воду, но и какое-то время поддерживать некоторое время нужную температуру. В нем нет насосов, поэтому он гораздо экономичнее остальных вариантов. Устройство-накопитель представляет собой конструкцию из одного или нескольких баков, заполненный водой и помещённых в теплоизоляционный ящик. Сверху на баках лежит стеклянная крышка, которая проходит через стекло и нагревает воду. Это недорогой, лёгкий в обслуживании и простой в эксплуатации вариант. Однако зимой его применение весьма затруднительно.
Плоский коллектор внешне напоминает обычный плоский металлический ящик, внутри которого помещена чёрная пластина, поглощающая солнечный свет. Стеклянная крышка ящика усиливает его, стекло имеет низкое содержание железа, такие образом способствуя поглощению всех лучей. Сам ящик термоизолирован, а чёрная пластина тепловоспринимающая, благодаря чему и выделяется тепло. Однако КПД пластины всего 10%, поэтому она дополнительно покрывается слоем аморфного полупроводника. Плоские коллекторы используются для , отопления помещений и иных бутовых нужд.
В жидкостных накопителях основным теплоносителем становится жидкость.Они бывают остеклёнными и неостеклёнными, с замкнутой и разомкнутой системой теплообмена.
Воздушные коллекторы гораздо дешевле своих водных собратьев. Они не замерзают зимой, не подтекают. Их используют для сушки сельскохозяйственных продуктов.
Существует еще один вид - концентраторы, они отличаются концентрацией солнечных лучей. Это происходит благодаря зеркальной поверхности, которая направляет свет на поглотители. Главный их недостаток - это невозможность работы в пасмурные дни, поэтому их используют в странах с жарким климатом.
Солнечные печи и дистилляторы. Дистилляторы работают на принципе испарения воды, тем самым не только дают теплоэнергию, но и очищают воду. Печи также используют как для обогрева, так и для стерилизации воды.
Фотогалерея: различные виды коллекторов
В конструкции накопительного коллектора может быть несколько баков Плоские коллекторы чаще используют для отопления помещений и подогрева воды в бассейнах В жидкостном коллекторе носитель тепла вода Воздушные коллекторы можно также применять для сушки фруктов
Схема работы
Коллектор состоит из двух главных частей: светоулавливателя и теплообменного аккумулятора, который преобразует энергию радиации в тепловую энергию и передаёт её теплоносителю. Накопители могут быть вакуумными, трубными и плоскими. В первых конструкция похожа на термос: одна труба вставлена в другую, а между ними имеется вакуум, создающий идеальную теплоизоляцию. Благодаря цилиндрической форме труб, солнечные лучи попадают на них перпендикулярно и передают максимум энергии.
Солнечный коллектор состоит из двух главных частей: светоулавливателя и теплообменного аккумулятора
Теплоносителем в таких конструкциях является обыкновенная вода. Она может не только отапливать помещение, но и служить для бытовых нужд. При этом нет выделений углекислого газа в атмосферу, что весьма актуально в наши дни. К тому же не требуется никаких затрат на топливо, а эффективность коллектора составляет 80%. На большей части России в период с марта по октябрь в среднем в сутки солнцем вырабатывается 4−5 кВтч/м 2 , что позволяет небольшим устройством размером 2м 2 нагревать ежедневно до 100 л воды.
Для всесезонного использования коллектор должен иметь обширную поверхность, два контура с антифризом и дополнительные теплообменники . Таким образом, благодаря грамотно использованной энергии можно получать бесплатное тепло 7 месяцев в году, независимо от того ясно на улице или нет.
Тепловая энергия для вашего дома: как сделать коллектор своими руками?
Для изготовления устройства в ход могут идти листы поликарбоната, медные или полипропиленовые трубы.
Самой универсальной конструкцией является разработка болгарского инженера Станислава Станилова. Основной принцип действия этого коллектора - это использование парникового эффекта. Накопитель представляет собой помещённый в теплоизолированную деревянную коробку трубчатый радиатор, сваренный их стальных труб. Для подведения и отведения воды используются водопроводные трубы диаметром 1 или ¾ дюйма.
Коробка теплоизолируется со всех сторон при помощи пенопласта, пенополистирола , минеральной или эковатой. Особенно тщательно изолируется дно, куда поверх изоляции кладётся лист оцинкованного кровельного железа, на который ставится сам радиатор. Он закрепляется в коробке стальными хомутами. Металлический лист и радиатор красятся чёрной матовой краской, а коробка со всех сторон, кроме стеклянной крышки, покрывается белой краской. Покровное стекло, через которое будет проходить к радиатору солнечный свет, хорошо герметизируется. Накопителем тепла может служить металлическая бочка, помещённая в дощатой или фанерной коробке, в полости которой заполняется эковатой, сухими опилками, керамзитом, песком.
Необходимые инструменты и материалы
Основной принцип действия такого коллектора - использование парникового эффекта
- стекло (например, 1700/750 мм);
- рама под стекло;
- оргалит для дна;
- доска сечением 120/25 мм;
- стальная полоса сечением 20/2,5 мм, длина 3 м;
- накладка-уголок;
- деревянный брусок сечением 50/30 мм;
- соединительная муфта;
- труба радиатора;
- приёмная труба радиатора;
- хомуты для крепления;
- оцинкованное железо в качестве отражателя;
- теплоизолятор;
- бак на 200−300 литров.
Изготовление: пошаговые действия
Конструкция солнечного коллектора проста
- Из досок сколачивается короб, днище которого усиливается брусом.
- На дно укладывается теплоизоляция (пенопласт, пенополистирол, минеральная вата), поверх которой кладётся лист железа или жести.
- Сверху ставится радиатор и закрепляется хомутами из стальной полосы.
- Все соединения герметизируются, стыки и щели замазываются.
- Трубы радиатора и металлический лист выкрашиваются в чёрный цвет.
- Короб и бак для воды выкрашивается в серебристый цвет. Бак для воды помещается в теплоизолированный короб или бочку (между баком и стенами короба насыпается теплоизоляционный материал).
- Для создания постоянного небольшого давления приобретается аквакамера с поплавковым клапаном, как в бочке унитаза. Её можно приобрести в магазине сантехники.
- На чердаке дома, под крышей размещается аквакамера и накопитель воды (бак). Аквакамера помещена выше бака как минимум на 0,8 м.
- Коллектор размещается на крыше южной стороны дома под углом 45 0 к горизонту.
- Далее идёт соединение всей системы между собой трубами: полудюймовыми трубами монтируется высоконапорная часть системы от аквакамеры до водопроводного ввода. Дюймовыми трубами монтируются низконапорные части. Минимальное количество труб - 12 штук, но, в зависимости от расстояний между частями коллектора, понадобится 18−15 труб, но не менее 12.
- Чтобы избежать воздушных пробок, система заполняется водой с нижней части радиатора. Как только вся система наполнится водой, из дренажной трубки аквакамеры польётся вода.
- Открываем вентиль в трубе для заполнения бака.
- Вода начинает нагреваться сразу же. Тёплая вода поднимается вверх, вытесняя холодную, и та автоматически поступает в радиатор.
- Как только часть воды будет использована, поплавковый клапан в аквакамере сработает, и холодная вода снова поступит в нижнюю часть системы. Смешивания воды при этом не происходит.
В ночное время желательно перекрывать доступ воды в бак, чтобы не возникли теплопотери.
Видео: устройство воздушного солнечного коллектора для отопления дома
Видео: используем солнечную энергию для подогрева бассейна
Видео: изготовление и установка коллектора для обогрева теплицы
Видео: простое устройство для сбора солнечной энергии из пивных банок
Используйте солнечную энергию для отопления дома, обогрева теплицы или бассейна. Солнечный коллектор поможет вам сэкономить немало средств и прослужит очень долго.
Энергоресурсы. Бесплатная солнечная энергия сможет как минимум 6-7 месяцев в году обеспечивать теплую воду для хозяйственных нужд. А в остальные месяцы – еще и помогать системе отопления.
Но самое главное, что простой солнечный коллектор (в отличии, например, от ) можно изготовить самостоятельно. Для этого вам понадобятся материалы и инструменты, которые можно купить в большинстве строительных магазинов. В некоторых случаях будет достаточно даже того, что найдется в обычном гараже.
Представленная ниже технология сборки солнечного нагревателя 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 фотоэлектрических систем.
Главная идея – все должно получиться дешево и сердито. Для изготовления коллектора используются довольно простые и распространенные материалы, но его эффективность получается вполне приемлемого уровня. Она ниже, чем у фабричных моделей, но разница в цене полностью компенсирует этот недостаток.
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 низких внешних температур.
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 минеральная вата. 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.
Чтобы организовать солнечное отопление дома понадобиться накопительный бак. Здесь хранится нагретая коллектором вода, поэтому стоит позаботиться о его термоизоляции.
В качестве бака можно использовать:
- неработающие электрические бойлеры
- различные баллоны для газов
- 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), проведенных от коллектора к баку через теплообменник и обратно в коллектор. Здесь очень важно предотвратить утечку тепла: путь от бака 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 емкость. 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 он также может выходить через бачок. Через расширительный бачок происходит также наполнения коллектора жидкостью.
Использовать бесплатную солнечную энергию для отопления и горячего водоснабжения дома довольно заманчиво. Сделать это можно с помощью гелиоустановки, главным элементом которой является солнечный коллектор. Но одним из сдерживающих факторов использования гелиоустановок является их относительно большая стоимость. Но ведь их можно сделать самостоятельно. Поэтому, в этой статье мы расскажем о принципе их работы, видах, а также как собрать и изготовить солнечный коллектор своими руками для отопления дома и обеспечения его горячей водой из разных подручных материалов.
Принцип работы и виды солнечных коллекторов
Солнечные коллекторы представляют собой теплообменники, которые улавливают энергию Солнца и превращают ее, в зависимости от их вида, в тепловую энергию жидкости или воздуха, циркулирующих в них. Нагретые в коллекторе жидкость или воздух используются для горячего водоснабжения или отопления дома напрямую или через дополнительные теплообменники, например, через бойлеры косвенного нагрева. Главная задача любого такого коллектора: как можно больше «поймать» солнечной энергии и с наименьшими потерями передать его циркулирующему в нем теплоносителю.
Виды гелиоколлекторов
По виду циркулирующего и нагреваемого в них теплоносителя солнечные коллекторы могут быть:
- Жидкостными;
- Воздушными.
По конструктивным особенностям и виду теплообменной поверхности они могут быть:
- В виде емкости;
- Трубными;
- Плоскими;
- Вакуумными.
Жидкостные солнечные коллекторы, как следует из их названия, в рабочем состоянии заполнены жидкостью, которая циркулирует и нагревается в них. Это может быть обычная вода или незамерзающая жидкость (антифриз). В первом случае, нагретая вода может подаваться напрямую в систему горячего водоснабжения, в накопительную емкость или в бойлер косвенного нагрева, а во втором случае – только в бойлер. Такие коллекторы могут использоваться как для обеспечения дома горячей водой, так и для его отопления. Все зависит от мощности гелиоустановки.
Воздушные гелиоколлекторы используются, главным образом, для отопления дома. Холодный воздух из помещения подается в такой коллектор, нагревается там и подается назад в помещение с помощью естественной или принудительной циркуляции.
Большинство из этих видов солнечных коллекторов можно изготовить самостоятельно. Проявив фантазию, для их изготовления можно использовать разные подручные материалы: пластиковые или металлические емкости, трубы, шланги, б/у радиаторы и даже пивные банки. Ниже, мы рассмотрим несколько конструкций солнечных коллекторов, которые можно изготовить своими руками, используя эти и другие подручные материалы.
Солнечный коллектор из металлической или пластиковой емкости
Простейший солнечный коллектор можно изготовить своими руками из металлической или пластиковой емкости объемом 50-100 л. Это так называемый летний душ, который довольно распространен в сельской местности и на дачах.
Солнечный коллектор для нагрева воды из металлических бочек
Лучшим металлическим вариантом такого коллектора будет емкость из нержавеющей стали, покрашенная снаружи в черный цвет. Правда, стоимость такой новой емкости довольно высокая. Поэтому можно использовать б/у емкости. Например, сварить бак из двух нержавеющих емкостей от старых стиральных машин. Можно использовать и емкости из черного металла, оцинкованные или окрашенные водостойкой краской. Пластиковые емкости хороши тем, что имеют небольшой вес и не подвергаются коррозии, но они недолговечны, так как пластик плохо переносит ультрафиолетовое излучение.
Бочка устанавливается на южной стороне крыши дома или непосредственно над летним душем. Если бочка не герметична, то подвод холодной и забор нагретой осуществляется снизу. Давление теплой воды в точке забора будет определяться высотой установки и уровнем воды в бочке. Она наполняется холодной водой, которая в течении некоторого времени нагревается, а потом используется.
Если бочка герметична, то подача холодной воды осуществляется снизу, а забор теплой — вверху. Такая емкость подключается к системе холодного водоснабжения (насосной станции) и при заборе нагретой воды в бочку поступает из системы холодная, вытесняя теплую в верхнюю часть.
Преимущество такого солнечного коллектора в простоте. Его несложно сделать своими руками. Если бочка цилиндрической формы, то она хорошо освещается солнечными лучами на протяжении всего дня.
Недостатки данной конструкции:
- Использовать можно только в теплое время года;
- малоэффективна в ветреную погоду и когда солнце закрыто облаками;
- Большая инерционность — относительно длительный нагрев воды;
- Нагретая днем вода ночью остывает.
Как изготовить и собрать солнечный коллектор из металлических труб
Простой и эффективный солнечный коллектор можно изготовить своими руками из тонкостенных металлических трубок: стальных, медных или алюминиевых. Он представляет собой трубчатый теплообменник (радиатор), который помещается в теплоизолированную коробку из досок, фанеры или ДСП.
Лучшим материалом для изготовления радиатора гелиоколлектора безусловно является медь. Она обладает отличной теплопередачей и не подвержена коррозии. Но этот материал довольно дорогой. Алюминиевые трубки, хотя дешевле медных, но могут возникнуть трудности при их сварке.
Дешевле и проще всего изготовить теплообменник из стальных труб. Их можно сварить при помощи обычного сварочного аппарата. Для изготовления такого радиатора могут быть использованы стальные трубы диаметром ½ — 1″. При этом, для подвода холодной и отвода нагретой воды используются трубы большего диаметра и с большей толщиной стенок, а для самого теплообменника — меньшего диаметра и с меньшей толщиной стенок.
Схема радиатора солнечного коллектора из труб
Размеры радиатора солнечного коллектора, а следовательно длинна труб зависит от требуемой мощности. Но если сделать его слишком большим и громоздким, то могут возникнуть трудности с его сборкой и установкой. Поэтому, лучше всего, если его размеры будут в пределах: ширина — 0,8-1 м, а высота 1,5-1,6 м. Мощность такого коллектора будет в пределах 1,2-1,4 кВт. Если же вам необходимо увеличить мощность гелиоустановки, то можно изготовить несколько таких коллекторов и соединить их между собой.
В этом случае для изготовления радиатора солнечного коллектора нам понадобятся две толстостенные трубы диаметром ¾ — 1″ длиной 0,8-1м и 12-18 тонкостенных трубок диаметром ½ — ¾ » и длиной 1,5-1,6 м.
В толстостенных трубах, которые будут служить для подвода и отвода воды, сверлятся отверстия под тонкостенные трубы меньшего диаметра с шагом 3-4,5 см. Один конец такой трубы глушится, а к другому приваривается или нарезается в нем резьба.
Трубы свариваются в одну конструкцию радиатора и красятся черной матовой краской.
Теперь необходимо изготовить теплоизолированный короб для радиатора. Для этого можно использовать влагоустойчивую фанеру, плиты ДСП, OSB или обрезные доски. Но лучше всего подошла бы водостойкая фанера (ФСФ).
Размеры короба рассчитываются с учетом размеров радиатора, слоя утеплителя и зазоров между ними. Высота бортов короба должна учитывать толщину утеплителя, самих труб, а также расстояние их от днища и закрывающего короб стекла или поликарбоната (10-12 мм). В верхнем торце бортов делается выборка (паз) под стекло или поликарбонат. В одном из боковых бортов делаются отверстия для труб подвода и отвода воды. Элементы короба в одну конструкцию соединяются с помощью саморезов.
В качестве утеплителя можно взять пенополистирол, обычный (пенопласт) или экструдированный, а также минеральную вату плотностью не менее 25. Слой утеплителя (не менее 5 см) монтируется изнутри на днище и по бокам короба. Сверху на него укладывается лист оцинкованного металла или слой толстой фольги, которые также окрашиваются в черный матовый цвет.
Радиатор крепится в коробе с помощью хомутов или зажимов, наличие которых необходимо предусмотреть еще на этапе изготовления короба. Место расположения и размеры хомутов зависят от конструкции радиатора и размера труб.
Сверху короб накрывается стеклом или поликарбонатом. Накрытие укладывается в пазы (выборку) и надежно крепится. Все стыки герметизируются.
Солнечный коллектор готов. Его необходимо установить на южной стороне дома с наклоном к горизонту 35-45 ⁰. На его базе можно изготовить гелиоустановку, которая включает в себя теплоизолированный накопитель теплой воды емкостью 100-200 литров или бойлер косвенного нагрева.
Установка готового солнечного коллектора
Коллектор из пластиковых или металлопластиковых труб
Солнечный коллектор своими руками можно также изготовить используя пластиковые ПНД или ПП трубы. Теплопередача пластика хотя и меньше, чем у металлических на 13-15%, но зато он намного дешевле меди и не подвержен коррозии, как черная сталь.
Для изготовления простого солнечного коллектора своими руками трубы ПНД диаметром 13-20 мм можно уложить в коробе в виде спирали, закрепить с помощью хомутов и покрасить в черный цвет.
Вариант солнечного коллектора из пластиковых ПНД труб
Полипропиленовые трубы гнутся плохо, но их просто соединять с помощью пайки, используя специальные фитинги. Подводные трубы (горизонтальные коллекторы) можно изготовить из ПП труб диаметром 25 мм, а сам теплообменник из труб диаметром 20 мм. Готовый радиатор солнечного коллектора красим в черный цвет и монтируем в короб, который изготавливается также, как и в варианте с металлическими трубами.
Можно также изготовить радиатор для солнечного коллектора из металлопластиковых труб. При этом их можно соединить с помощью фитингов, по той же схеме, что и ПП-трубы или же уложить зигзагами («змейкой») или в виде спирали. Второй вариант проще. Но необходимо помнить, что радиус изгиба металлопластиковых труб не должен быть меньше 7 диаметров трубы.
Вариант солнечного коллектора из металлопластиковых труб
Солнечный коллектор из радиатора холодильника
Если у вас есть радиатор от старого холодильника, то его тоже можно использовать для изготовления своими руками солнечного коллектора. Для этого необходимо его тщательно промыть, чтобы очистить от остатков фреона. Во время промывки следует также проверить его герметичность – нет ли протечек. Если они есть, эти места необходимо загерметизировать холодной сваркой или запаять.
Радиатор от старого холодильника
Сам радиатор необходимо покрасить черной матовой краской.
Необходимо предусмотреть также способ соединения входной и выходной трубок с накопительным баком гелиоустановки или другими элементами, в зависимости от ее вида. Для этого, например, можно припаять на концах трубок резьбу требуемого размера или натянуть резиновые шланги, закрепив их хомутами.
Подготовленный таким образом радиатор солнечного коллектора крепится с помощью хомутов в теплоизолированном коробе, изготовленном с учетом его размеров. Сам короб может быть изготовлен также, как и предыдущих случаях.
Воздушные солнечные коллекторы для отопления дома
Кроме вышеописанных солнечных коллекторов в которых с помощью солнечной энергии нагревается жидкость можно изготовить своими руками конструкции в которых нагревается воздух. Такой солнечный коллектор можно использовать для дополнительного отопления дома. Холодный воздух из помещения подается в его теплообменник, нагревается там и подается обратно в помещение.
Теплообменник для такой гелиоустановки может быть изготовлен из листового металла, тонкостенных металлических труб, а также даже из банок от пива или других напитков. Сами конструкции таких коллекторов мы рассмотрим в другой статье этой рубрики.
Как я сделал солнечный коллектор своими руками: Видео
Всевозможные солнечные коллекторы разрабатываются с применением новейших технологий и современных материалов. Благодаря таким устройствам происходит преобразование солнечной энергии . Полученная энергия может нагревать воду, отапливать помещения, теплицы и оранжереи.
Аппараты можно укреплять на стенах, крышах частного дома, теплицы . Для больших помещений рекомендовано приобретать фабричные устройства. Сейчас гелиосистемы постоянно совершенствуются. Поэтому солнечные батареи сильно подают в цене, привлекая внимание потребителей. Стоимость фабричных устройств почти равноценна финансовым затратам, потраченным на их изготовление. Повышение цены происходит только из-за финансовой накрутки перекупщиков. Стоимость коллектора соизмерима с денежными затратами, которые потребуются на установку классической системы отопления.
Аппараты можно соорудить своими руками.
На сегодняшний момент изготовление таких устройств набирает все большую популярность. Стоит заметить, что эффективность самодельного аппарата по своему качеству сильно уступает фабричным устройствам . Но обогреть небольшое помещение, частный дом или хозяйственные постройки агрегат, выполненный своими руками, может легко и быстро.
Вводное видео об устройстве водонагревателя
Принцип работы
На сегодняшний момент разработаны различные виды гелиоколлекторов.Но принцип водонагрева идентичен – все устройства работают по одной разработанной схеме . В хорошую погоду лучи солнца начинают нагревать теплоноситель. Он проходит по тонким изящным трубочкам, попадая в бак с жидкостью. Теплоноситель и трубочки размещаются по всей внутренней поверхности бака. Благодаря такому принципу происходит нагревание жидкости, находящейся в аппарате. Позже нагретую воду разрешено применять на бытовые нужды. Таким образом, можно отапливать помещение, использовать нагретую жидкость для душевых кабин как горячее водоснабжение.
Температуру воды можно контролировать разработанными датчиками. Если произошло слишком сильное охлаждение жидкости, ниже заданного уровня, то автоматически включится специальный резервный подогрев. Солнечный коллектор можно подключить к электрическому или газовому котлу.
Представлена схема работы, подходящая для всех солнечных водонагревателей. Такое устройство отлично подойдет для отопления небольшого частного дома. На сегодняшний момент разработано несколько устройств: плоские, вакуумные и воздушные приспособления. Принцип действия таких устройств очень схож. Происходит нагрев теплоносителя от солнечных лучей с дальнейшей отдачей энергии. Но в работе наблюдается очень много различий.
Видео о различных видах альтернативных источниках отопления
Плоский коллектор
Нагревание теплоносителя в таком устройстве происходит благодаря пластинчатому абсорберу. Он представляет собой плоскую пластину теплоемкого металла. Верхняя поверхность пластины в темный оттенок специально разработанной краской. К нижней части устройства приварена змеевидная трубка.
Альтернативные источники возобновляемой энергии пользуются огромной популярностью. В некоторых странах ЕС автономное теплоснабжение покрывает более 50% потребностей в энергии. В РФ солнечные коллекторы пока не получили широкого распространения. Одна из основных причин: дороговизна оборудования. За гелиопанель отечественного изготовителя потребуется отдать не менее 16-20 тыс. руб. Продукция европейских брендов обойдется еще дороже, начиная с 40-45 тыс. руб.
Изготовление солнечного коллектора своими руками будет дешевле, по крайней мере в половину. Самодельный гелиоколлектор обеспечит достаточным количеством тепла для нагрева душевой воды на 3-4 человек. Для изготовления понадобятся строительные инструменты, смекалка и подручные средства.
Из чего можно сделать гелиосистему
Для начала следует разобраться в том, какой принцип работы использует солнечный водонагреватель. Во внутреннем устройстве блока присутствуют следующие узлы:- корпус;
- абсорбер;
- теплообменник, внутри которого будет циркулировать теплоноситель;
- отражатели для фокусировки солнечных лучей.
- Абсорбция тепла - солнечные лучи проходят сквозь стекло, расположенное поверх корпуса, либо через вакуумные трубки. Внутренний абсорбирующий слой, контактирующий с теплообменником окрашен селективной краской. При попадании солнечных лучей на абсорбер выделяется большое количество тепла, которое собирается и используется для нагрева воды.
- Теплопередача - абсорбер расположен в тесном контакте с теплообменником. Аккумулируемое абсорбером и передаваемое теплообменнику тепло нагревает жидкость, движущуюся по трубкам к змеевику внутри бака теплонакопителя. Циркуляция воды в водонагревателе осуществляется принудительным или естественным способом.
- ГВС
- используется два принципа подогрева горячей воды:
- Прямой нагрев - горячая вода после нагрева попросту сбрасывается в теплоизолированную емкость. В моноблочной гелиосистеме в качестве теплоносителя используется обычная бытовая вода.
- Второй вариант
- обеспечение ГВС с пассивным водонагревателем по принципу косвенного нагрева. Теплоноситель (часто антифриз) под давлением направляется в теплообменник гелиоколлектора. После нагрева разогретая жидкость подается в накопительный бак, внутри которого встроен змеевик (играющий роль нагревательного элемента), окруженный водой для системы горячего водоснабжения.
Теплоноситель разогревает змеевик, посредством чего и передает тепло воде, находящейся в емкости. При открытии крана нагретая вода из теплоаккумулирующей ёмкости поступает к точке водоразбора. Особенность гелиосистемы с косвенным нагревом в способности работать в течение всего года.
Рабочие конструкции солнечных водонагревателей имеют схожее устройство. Только изготавливаются из подручных материалов. Существуют схемы производства коллекторов из:
- поликарбоната;
- вакуумных трубок;
- ПЭТ бутылок;
- пивных банок;
- радиатора холодильника;
- медных трубок;
- ПНД и ПВХ труб.
Коллектор из поликарбоната
Изготавливают из сотовых панелей, отличающихся хорошими теплоизоляционными свойствами. Толщина листов от 4 до 30 мм. Выбор толщины поликарбоната зависит от необходимой теплоотдачи. Чем толще лист и ячейки в нем, тем больше воды сможет нагреть установка.Чтобы самому сделать гелиосистему, в частности самодельный солнечный водонагреватель из поликарбоната, понадобятся следующие материалы:
- две штанги с нарезанной резьбой;
- пропиленовые уголки, на фитингах должно быть наружное резьбовое соединение;
- пластиковые трубы ПВХ: 2 шт, длина 1,5 м, диаметр 32;
- 2 заглушки.
Чтобы увеличить теплоэффективность коллектора из сотового поликарбоната, лист покрывают любой селективной краской. Нагрев воды после нанесения селективного покрытия ускоряется приблизительно в два раза.
Коллектор из вакуумных трубок
В этом случае не получится обойтись исключительно подручными средствами. Для изготовления солнечного коллектора придется купить вакуумные трубки. Их продают компании, занимающиеся обслуживанием гелиосистем и непосредственно производители гелиоводонагревателей.Для самостоятельного производства лучше выбирать колбы с перьевыми стержнями и тепловым каналом heat-pipe. Трубки легче монтировать и менять в случае необходимости.
Также нужно приобрести блок-концентратор для вакуумного солнечного коллектора. При выборе обращают внимание на производительность узла (определяется по количеству трубок, которые можно одновременно подключить к устройству). Раму изготавливают самостоятельно, собирая деревянный каркас. Экономия при изготовлении в домашних условиях, с учетом приобретения готовых вакуумных трубок, составит не менее 50%.
Гелиосистема из пластиковых бутылок
Для приготовления потребуется около 30 шт. ПЭТ бутылок. При сборке удобнее использовать тару одинакового размера на 1 или 1,5 л. На подготовительном этапе с бутылок снимают этикетки, поверхность тщательно промывают. Кроме пластиковой тары понадобится следующее:- 12 м шланга для полива растений, диаметром 20 мм;
- 8 Т-образных переходников;
- 2 колена;
- рулон тефлоновой пленки;
- 2 шаровых крана.
В ясный день уже через 15 мин. вода нагреется до температуры 45°С. Учитывая высокую производительность солнечный водонагреватель из пластиковых бутылок имеет смысл подключить к накопительной емкости в 200 л. Последнюю хорошо утепляют для предотвращения теплопотерь.
Коллектор из алюминиевых пивных банок
Алюминий отличается хорошими теплотехническими характеристиками. Не удивительно, что металл используют для изготовления радиаторов отопления.Алюминиевые банки можно применять при изготовлении самодельных гелиосистем. Для производства не подойдут банки из жести и любого другого металла.
Для одной гелиопанели будут необходимы следующие комплектующие:
- банки, около 15 шт. на линию, в корпус вмещается 10-15 рядов;
- теплообменник - используется коллектор из резинового шланга, или пластиковых труб;
- клей для склеивания банок между собой;
- селективная краска.
Солнечный коллектор из алюминиевых банок чаще изготавливают для воздушного отопления. При использовании водяного теплоносителя снижается теплоэффективность устройства.
Гелиосистема из холодильника
Еще одно популярное решение, требующее минимальных затрат времени и средств. Солнечный коллектор делают из радиатора старого холодильника. Змеевик уже окрашен в черный цвет. Достаточно только уложить решетку в деревянный корпус с изоляцией и подключить его к ГВС, при помощи пайки.Существует вариант изготовления из конденсатора кондиционера. Для этого несколько радиаторов соединяют в единую сеть. Если существует возможность приобрести дешево около 8 шт. конденсаторов, изготовление коллектора вполне возможно.
Коллектор из медных трубок
Медь отличается хорошими теплотехническими свойствами. При изготовлении медного солнечного коллектора используют:- трубы диаметром 1 1/4", используемые при монтаже систем отопления и горячего водоснабжения;
- трубы на 1/4", используемые в системах кондиционирования;
- газовая горелка;
- припой и флюс.
Солнечный бойлер из ПНД труб и ПВХ шлангов
При производстве гелиосистем используют практически любой подручный материал. Существуют решения, позволяющие изготовить коллектор из гофрошланга, резинового шланга, используемого для полива растений.Из металлопластиковой трубы гелиосистемы не делают из-за резиновых уплотнителей фитингов, не выдерживающих сильного нагрева. При интенсивном солнечном излучении нагрев в коллекторе достигает 300°С. При перегреве уплотнительные прокладки обязательно дадут течь.
Существует возможность изготовления солнечного коллектора из гофрированной нержавеющей трубы. Популярность решения обусловлена скоростью и простотой монтажа. Гофротруба из нержавейки укладывается кольцами или змейкой. Недостаток, относительная дороговизна нержавеющей гофрированной трубы.
Несмотря на существующие варианты, описанные выше, наиболее популярными остаются солнечные коллекторы из пропиленовых и ПНД труб. У каждого варианта есть свои преимущества:
- Солнечный коллектор из ПНД трубы - для изготовления выбирают материал, устойчивый к нагреванию. Продается большое количество фитингов, облегчающих сборку теплоаккумулирующего радиатора. Трубы из полиэтилена низкого давления изначально имеют черный или темно-синий цвет, поэтому не требуют окрашивания.
- Солнечный коллектор из ПВХ труб - популярность решения в простоте монтажа конструкции, осуществляемого с помощью пайки. Наличие большого количества уголков, тройников, американок и других фитингов облегчает процесс сборки. С помощью пайки можно создать теплообменник коллектора любой конфигурации.
Изготовление солнечного водогрейного коллектора из PEX трубы:
Все описанные трубы с той или иной эффективностью используются в качестве сердечника при изготовлении самодельного гелиоколлектора из пластиковых бутылок и алюминиевых банок.
Как сделать селективное покрытие
Высокоэффективный коллектор имеет высокую степень поглощения солнечной энергии. Лучи попадают на темную поверхность, после чего нагревают ее. Чем меньше излучения отталкивается от абсорбера солнечного коллектора, тем больше тепла остается в гелиосистеме.Чтобы обеспечить достаточную аккумуляцию тепла требуется создать селективное покрытие. Вариантов производства несколько:
- Самодельное селективное покрытие коллектора - используют любые черные краски, которые после высыхания оставляют матовую поверхность. Есть решения, когда в качестве абсорбера коллектора применяют непрозрачную темную клеенку. На трубы теплообменника, поверхность банок и бутылок наносят черную эмаль, с матовым эффектом.
- Специальные абсорбирующие покрытия - можно пойти другим путем, приобретя для коллектора специальную селективную краску. В состав селективных ЛКМ входят полимерные пластификаторы и присадки, обеспечивающие хорошую адгезию, теплостойкость и высокую степень поглощения солнечных лучей.
Гелиосистемы, используемые исключительно для нагрева воды летом, вполне могут обойтись окрашиванием абсорбера в черный цвет при помощи обычной краски. Самодельные солнечные коллекторы для отопления дома зимой должны иметь качественное селективное покрытие. Экономить на краске нельзя.
Самодельная или заводская гелиосистема - что лучше
Изготовить в домашних условиях солнечный коллектор, способный по техническим характеристикам и показателям сравниться с заводской продукцией нереально. С другой стороны, если требуется просто обеспечить достаточным количество воды для летнего душа, солнечной энергии будет достаточно для работы простейшего самодельного водонагревателя.Что касается жидкостных коллекторов, работающих зимой - то даже не все заводские гелиосистемы могут работать при низких температурах. Всесезонные системы, это чаще всего устройства с вакуумными тепловыми трубками, с повышенным КПД, способные работать до температуры –50°С.
Заводские гелиоколлекторы часто укомплектовываются поворотным механизмом, автоматически подстраивающим угол наклона и направленность панели по сторонам света, в зависимости от расположения Солнца.
Эффективный солнечный водонагреватель тот, что полностью соответствует поставленным перед ним задачам. Для подогрева воды на 2-3 человек летом, можно обойтись обычным гелиоколлектором, изготовленным своими руками из подручных средств. Для отопления зимой, несмотря на первоначальные затраты, лучше установить заводскую гелиосистему.
Видеокурс по изготовлению панельного солнечного водонагревателя