Солнечный коллектор своими руками.

Постоянный рост стоимости энергоносителей становится основной движущей силой того, что потребитель все чаще задумывается об использовании альтернативных или нетрадиционных способов получения энергии, в первую очередь, тепловой.

Самым простым и, главное, доступным вариантом для этого является солнечный коллектор, изготовить который можно из подручных или даже ненужных материалов, отслуживших свой срок службы по прямому назначению.

Гелиоустановки для систем горячего водоснабжения и отопления

Большое распространение и популярность приобрели именно солнечные коллекторы, которые применяются в качестве устройства для нагрева какой-либо жидкости (чаще всего, воды) с целью ее использования в системах горячего водоснабжения или отопления.

Другой вид оборудования для преобразования энергии солнца – батареи, которые принципиально отличаются от коллекторов тем, что сначала вырабатывают и аккумулируют электрическую энергию, а в дальнейшем ее можно использовать для хозяйственных нужд.

Но данный вид получения и переработки солнечной энергии требует приобретения дорогостоящего оборудования, главными конструктивными единицами которого являются фотоэлементы, что не всегда оправданно, особенно в регионах с небольшим количеством солнечных дней в году.

В отличие от них, солнечные коллекторы для нагрева воды или отопления дома имеют быструю окупаемость, особенно если изготовить их самостоятельно, так как в этом случае расходы составят лишь стоимость материалов, в число которых дорогие фотоэлементы не входят.

Использование солнечных коллекторов имеет очевидные преимущества:

• снижение затрат на отопление и подогрев воды для системы горячего водоснабжения;
• экологичность данного вида энергии.

Чаще всего использование коллекторов оправданно для использования в системах отопления небольших коттеджей или организации горячего водоснабжения в летний период в загородном доме или на даче. Оправдан солнечный коллектор для бассейна в качестве устройства для подогрева воды.

Объясняется это относительно невысоким КПД таких установок, который может значительно уменьшаться в пасмурные дни.

Поэтому для оптимизации расходов на отопление частного дома лучше всего использовать коллекторы совместно с традиционным оборудованием, которое изначально может быть рассчитано для этого, либо имеет возможности для переоборудования или согласования параллельного функционирования двух систем теплоснабжения.

Также стоит отметить, что, кроме регулярного обслуживания и очистки поверхности коллекторов от грязи и мусора, некоторые из них не предназначены для работы при низких температурах, поэтому перед началом зимы их нужно законсервировать, предварительно слив из системы теплоноситель.

Основные разновидности солнечных коллекторов

Солнечный коллектор представляет собой устройство, главной функцией которого является превращение поглощенной солнечной энергии в тепловую с целью ее дальнейшего использования для нагрева теплоносителя в системах отопления, в том числе и в «теплых полах» и ГВС дома.

КПД коллектора напрямую зависит от двух факторов: типа устройства и его площади, поэтому нередко для его монтажа выбирается крыша здания.

Солнечные коллекторы условно можно классифицировать, используя разные критерии. Прежде всего, они делятся по типу теплоносителя на:

• водяные (жидкостные);
• воздушные.

По уровню предельных температур коллекторы бывают:

• низкотемпературными – предел до 50°C, средний показатель 35-45 °C;
• среднетемпературными до 80°C;
• высокотемпературными – более 80°C.

Последние чаще всего являются промышленными образцами, сделать их своими руками не представляется возможным.

Конструктивно солнечные нагреватели воды могут быть:

• плоскими, которые могут быть как воздушными, так и жидкостными;
• вакуумными, использующими в качестве теплоносителя воду или иной вид жидкости;
• трубчатыми – бывают и жидкостными, и воздушными;
• термосифонными, или так называемыми накопительными интегрированными коллекторами, главным отличием которых является способность не только нагревания жидкости, но и поддержания ее температуры определенное время.

Последний вариант является самым простым как по устройству, так и по сложности изготовления и представляет собой несколько теплоизолированных емкостей с водой, а нагрев жидкости происходит через стеклянные крышки баков.

Данный тип коллекторов можно считать и самым простым в обслуживании, так как для того, чтобы он работал, необходимо лишь периодически очищать крышку емкости, но использовать его в холодное время года невозможно.

Плоские воздушные коллекторы тоже довольно просты и имеют вид специальной панели в виде герметичной коробки с теплоприемником с подключенными воздуховодами, по которым движется и нагревается воздух.

Для повышения эффективности их работы требуется увеличение их площади, например, за счет использования нескольких панелей в одной системе, а также использование вентилятора.

Солнечный коллектор своими руками, видео:

Каким должен быть самодельный солнечный коллектор?

Из-за невысокой эффективности воздушных коллекторов домашние мастера отдают предпочтение водяным устройствам, которые бывают вакуумными или плоскими, с замкнутой или открытой системой теплообмена.

Плоский коллектор – довольно простой для самостоятельного изготовления прибор. Состоит из металлического корпуса прямоугольной формы, внутрь которого интегрирован теплоприемник, чаще всего в виде медного или алюминиевого трубчатого змеевика.

Для лучшего поглощения солнечных лучей (абсорбции) его покрывают селективной краской черного цвета. Снизу обязательно укладывается слой теплоизоляционного материала или резины, а сверху конструкция накрывается крышкой, для изготовления которой используется стекло или, например, поликарбонат, хотя возможно применение и других светопропускающих материалов.

Принцип работы плоского коллектора довольно простой: поглощенное тепло передается теплоносителю (в данном случае жидкости), циркулирующему по змеевику.

Прозрачная крышка выполняет одновременно несколько функций: защищает теплообменник от негативных природных явлений (осадков, ветра), а также грязи и пыли, при этом свободно пропускает солнечные лучи.

Герметичность конструкции исключает возможность попадания грязи под стекло на теплоприемник и не допускает выветривания накопленного тепла через естественные щели.

Наиболее эффективен данный вид коллекторов при эксплуатации в теплое или межсезонное время года, зимой его КПД значительно снижается.

Проблема потери тепла решена в вакуумном коллекторе. В нем трубки помещаются в светопрозрачные стеклянные колбы, из которых предварительно выкачивается воздух. Трубки в этой конструкции обязательно имеют абсорбционное покрытие и дополнительно заполняются хладагентом.

Непосредственно трубки соединяются своими концами с магистралью, по которой движется теплоноситель. Под воздействием солнечных лучей хладагент закипает и превращается в пар, который, по законам физики, поднимается вверх по трубке и при контакте с теплоносителем остужается, отдавая накопленное тепло.

Следует отметить: вакуумный солнечный коллектор в сравнении с плоскими более эффективен за счет того, что удельная теплота вещества в парообразном состоянии выше, чем в жидком.

Именно из-за такой особенности вакуумные коллекторы эффективны и в зимнее время, при минусовых температурах, хотя их КПД может несколько снизиться за счет уменьшения светового дня и увеличения пасмурности.

Вариантом вакуумного коллектора можно считать и конструкции, в которых трубки сразу заполняются теплоносителем. Но они обладают одним существенным недостатком – сложностью проведения ремонтных работ. В этом случае, если из строя вышла какая-либо из трубок, потребуется полная замена всей конструкции.

Какими бывают солнечные коллекторы, собранные самостоятельно?

Прежде чем приступить к самостоятельному изготовлению гелиоустановки, потребуется заранее подготовить некоторые материалы. Список их в зависимости от выбранного вида и типа может отличаться, но в любом случае потребуются:

• готовый змеевик или металлические трубки, предпочтительнее из меди или стали;
• материал для теплоизоляции конструкции и накопительного бака с водой;
• стекло или другой светопрозрачный материал. Например, можно сделать солнечный коллектор из поликарбоната своими руками, который обладает некоторыми преимуществами перед стеклянными образцами: имеет меньший вес, что актуально при установке на крыше дома, и более устойчив перед механическими повреждениями. Но при этом по светопропускной способности не уступает стеклу, к которому предъявляются повышенные требования по прочности (как правило, рекомендуется изготавливать крышку из ударопрочного материала), а это значит, что и по цене поликарбонат имеет перед ним преимущества;
• лист OSB, оргалита или металла;
• материал для изготовления каркаса (подойдут различные пиломатериалы, в том числе даже рамы старых деревянных окон);
• бак для накопительной емкости;
• хомуты, заглушки и другие изделия для монтажа и крепления установки;
• краска или другой химический материал для нанесения селективного покрытия для теплоприемника.

Самым главным элементом солнечного коллектора является теплоприемник, или абсорбер, который при самостоятельном изготовлении установки может иметь самый разнообразный, в некоторых случаях даже экзотический внешний вид:

1. самый простой и доступный вариант — использовать для него змеевик вышедшего из строя холодильника;
2. коллектор можно изготовить и из обычного полипропиленового шланга, но такой вариант более подходящим является в условиях дачи, так как вполне способен обеспечить горячей водой в летнее время.

Но изготовление солнечного коллектора из подручных средств, среди которых можно назвать и пластиковые бутылки, способно лишь в некоторой степени решить проблему с производством горячей воды.

Для того чтобы гелиоустановка могла быть использована в качестве альтернативного источника ГВС дома или отопления, ее конструкция, хоть и не отличающаяся особой сложностью, требует большего внимания и, главное, трудозатрат при изготовлении.

Коллектор Станилова: «солнечное отопление» в доме

Установки для отопления дома или решения проблем горячего водоснабжения (полного или частичного), собираемые на основе чертежей изобретателя из Болгарии С. Станилова, относятся к универсальным конструкциям, работа которых основана на парниковом эффекте.

Поэтому солнечные лучи, попадая в замкнутое и герметично изолированное пространство, не имеют выхода, что и порождает термосифонный эффект, при котором нагретая жидкость в трубках начинает свое движение вверх, вытесняя при этом жидкость с более низкой температурой к месту нагрева.

Основным преимуществом работы такой установки является то, что накопленная ей энергия не теряется, а аккумулируется и сохраняется определенное время.

Представляет собой конструкцию трубчатого типа, заключенную в специальную деревянную раму. Как правило, одновременно применяется два коллектора в союзе с накопителем и аванкамерой.

Для изготовления радиатора-коллектора используются стальные трубки, которые обязательно соединяются сваркой. Поэтому применение медных или алюминиевых изделий, особенно при изготовлении конструкции своими руками, представляется проблематичным.

Для соединения коллектора с накопительной емкостью рекомендуется использовать также стальные трубы диаметром от ³/⁴ до 1 дюйма.

Элементы установки и особенности монтажа

Для изготовления солнечного водонагревателя своими руками также потребуются:

1. деревянная рама;
2. стекло для изготовления светопрозрачной крышки;
3. оргалит или металлический лист для дна коллектора, который впоследствии обязательно потребуется теплоизолировать;
4. усилитель для днища, в роли которого можно использовать брус с размерами не более 30?50 мм;
5. металлические трубки, из которых будет свариваться радиатор коллектора из расчета, что для изготовления одного требуется в среднем 15 единиц при длине 1,60 м;
6. теплоотражатель, для изготовления которого вполне пригоден оцинкованный лист;
7. соединительные муфты и хомуты;
8. теплоизоляционные материалы (пенопласт, минеральная вата и любые другие).

Потребуется и накопительный бак, для которого в зависимости от потребностей и мощности самого коллектора используются емкости от 150 до 400 л. В принципе, можно установить не один бак, а несколько, суммарным объемом соответствующих расчетному.

Обязательно емкости следует теплоизолировать, например, изготовив для них специальный утепленный короб, установить который можно не только на крыше здания, но и на чердаке.

Функции аванкамеры, составного элемента данной конструкции, сводятся к созданию избыточного давления, составляющего не менее 80-100 мм рт. ст. Она представляет собой емкость объемом 30-40 л, оснащенную поплавковым клапаном, обеспечивающим ее работу в автономном режиме.

При монтаже аванкамеры обязательно должно соблюдаться условие, при котором уровень жидкости в ней превышал бы уровень воды в накопителе на 0,8-1,1 м, кроме того, располагаться они должны в непосредственной близости друг от друга.

Короб, в котором будет располагаться коллектор, должен обязательно теплоизолироваться, а для уменьшения теплопотерь внешние его стороны рекомендуется окрашивать в белый цвет, стеклянная крышка обязательно должна быть герметичной.

Сами трубы и днище должны иметь селективный слой краски для увеличения светопоглощающей способности.

Как работает солнечный коллектор?

Установку коллектора предпочтительнее выполнять на южной стороне скатной крыши, на плоской кровле его следует монтировать под углом от 35° до 45°. Далее можно приступать к заполнению системы.

После этого аванкамеру нужно соединить с водопроводным вводом и открыть кран для снижения уровня воды. Как только сработает поплавковый клапан, расходный кран закрывают. Нагретая вода поступает в верхнюю часть накопителя, откуда она уже может отбираться, а ее место заполняет новая порция холодной.

Регулирует этот процесс поплавок, который и запускает процесс долива воды в систему, как только уровень в аванкамере снизится. Для того чтобы исключить возможность обратной отдачи тепла используется вентиль, который следует перекрывать ночью или в пасмурные дни.

Непосредственно к сантехническим приборам вода подключается с обязательным использованием смесителей, так как пиковые значения температур могут достигать 70 °C и даже выше.

Селективное покрытие для солнечных коллекторов

Независимо от того, какие конструктивные особенности будет иметь солнечный коллектор, эффективность его работы определяется селективным покрытием, влияющим на светопоглощающие способности теплоприемников.

При самостоятельном изготовлении коллектора для нанесения селективного слоя можно приобрести специальную краску, но вполне подходит и использование других химических материалов, наносить которые следует тонким слоем:

• черный хром;
• оксиды металлов и, прежде всего, оксид меди;
• газовая сажа;
• черная краска, которую для большего эффекта лучше наносить на какой-либо утеплитель;
• можно выполнить так называемое «воронение» стали, при котором создается зеркальная поверхность.

Но следует учитывать, что не все виды покрытия обладают одинаковым коэффициентом селективности, то есть у них разное поглощение солнечной энергии и способность к ее теплоотдаче.

Когда выбирается селективная краска для солнечных коллекторов, то нужно ориентироваться на показатели поглощения солнечной энергии от 8,5 до 16, которые являются оптимальными.

Также при выборе следует учитывать и срок службы покрытия, который определяется способностью сопротивления таким негативным факторам, как влажность, воздействие солнечных лучей и высоких температур.

Солнечный коллектор для отопления частного дома, видео:

Как правильно сделать расчет солнечного коллектора?

Чаще всего при изготовлении солнечных коллекторов своими руками расчет их мощности и производительности осуществляется эмпирическим путем.

Конечно, можно обратиться к специалистам за помощью или, используя сложные формулы, сделать расчеты самостоятельно, но такой вариант является в этом случае маловероятным.

Но учитывать общие правила и особенности данных установок необходимо.

Как сделать бетономешалку своими руками? - здесь больше полезной информации.

В первую очередь следует обратить внимание на количество солнечных дней (часов) в данной конкретной местности. Данный параметр влияет как на КПД установки, так и определяет конструктивные особенности выбранной модели.

Далее, в зависимости от того, для каких целей планируется использовать коллектор (для отопления дома или организации горячего водоснабжения или того и другого одновременно), определяются максимальные потребности.

Вас заинтересует эта статья - Как сделать камин своими руками из кирпича или гипсокартона?

И, исходя из данных об инсоляции, то есть количества солнечной энергии на 1 м², реальных потребностей в тепле или горячей воде и КПД коллектора, можно определить необходимую площадь установки.

Потребность в горячей воде можно рассчитать, используя для этого данные о количестве проживающих в доме людей, хотя при наличии водомерного счетчика удастся получить более точные показатели.

А расчеты по затратам на отопление будут зависеть от климатического региона, теплоизоляции дома и других факторов, но можно использовать и общие значения, по которым для обогрева 10 м² площади потребуется 1 кВт мощности установки.

Но для того чтобы эффективность от использования гелиоустановок была максимальной, их часто интегрируют в общую домовую систему отопления и/или горячего водоснабжения. В этом случае, в те месяцы или дни, когда КПД коллектора будет понижаться, недостаток тепла можно компенсировать из традиционных источников.