Бесплатная консультация юриста:
8 (800) 500-27-29 (доб. 553)
СПб и Лен. область:Санкт-Петербург и область:
+7 (812) 426-14-07 (доб. 318)
Москва и МО:
+7 (499) 653-60-72 (доб. 296)
Получить консультацию

Самый эффективный солнечный коллектор

Принцип работы и конструкционные особенности

Современные гелиосистемы – один из видов альтернативных источников получения тепла. Они применяются в качестве вспомогательного отопительного оборудования, перерабатывающего солнечное излучение в полезную владельцам дома энергию.

Они способны полностью обеспечить горячее водоснабжение и отопление в холодное время года только в южных регионах. И то, если занимают достаточно большую площадь и установлены на открытых, не затененных деревьями площадках.

Несмотря на большое количество разновидностей, принцип работы у них одинаковый. Любая гелиосистема представляет собой контур с последовательным расположением приборов, и поставляющих тепловую энергию, и передающих ее потребителю.

Основными рабочими элементами являются солнечные батареи на фотоэлементах или солнечные коллекторы.  Технология сборки солнечного генератора на фотопластинах несколько сложнее, чем трубчатого коллектора.

В этой статье мы рассмотрим второй вариант – коллекторную гелиосистему.

Коллекторы представляют собой систему трубок, соединенных последовательно с выходной и входной магистралью или выложенных в виде змеевика. По трубкам циркулирует техническая вода, воздушный поток или смесь воды с какой-либо незамерзающей жидкостью.

Циркуляцию стимулируют физические явления: испарение, изменение давления и плотности от перехода из одного агрегатного состояния в другое и др.

Сбор и аккумуляция солнечной энергии производится абсорберами. Это либо сплошная металлическая пластина с зачерненной наружной поверхностью, либо система отдельных пластин, присоединенных к трубкам.

Для изготовления верхней части корпуса, крышки, используются материалы с высокой способностью к пропусканию светового потока. Это может быть оргстекло, подобные полимерные материалы, закаленные виды традиционного стекла.

Надо сказать, что полимерные материалы довольно плохо переносят влияние ультрафиолетовых лучей. Все виды пластика имеют достаточно высокий коэффициент теплового расширения, что часто приводит к разгерметизации корпуса. Поэтому использование подобных материалов для изготовления корпуса коллектора стоит ограничить.

Вода в качестве теплоносителя может применяться только в системах, предназначенных для поставки дополнительного тепла в осенне/весенний период. Если планируется круглогодичное использование гелиосистемы перед первым похолоданием техническую воду меняют на смесь ее с антифризом.

Если солнечный коллектор устанавливается для обогрева небольшого строения, не имеющего связи с автономным отоплением коттеджа или с централизованными сетями, сооружается простейшая одноконтурная система с нагревательным прибором в начале ее.

В цепочку не включают циркуляционные насосы и нагревательные устройства. Схема предельно проста, но работать она может лишь солнечным летом.

При включении коллектора в двухконтурное техническое сооружение все гораздо сложнее, но и диапазон пригодных для применения дней существенно увеличен. Коллектор обрабатывает только один контур. Преобладающая нагрузка возлагается на основной отопительный агрегат, работающий на электроэнергии или любом виде топлива.

Несмотря на прямую зависимость производительности солнечных приборов от количества солнечных дней, они востребованы, и спрос на солнечные устройства стабильно повышается. Популярны они среди народных умельцев, стремящихся направить все виды природной энергии в полезное русло.

Какие материалы потребуются вам, чтобы изготовить самодельный абсорбер

Обычному обывателю кажется, что самостоятельно изготовить абсорбер на солнечной энергии для отопления своего дома, проведя собственноручное изготовление каждой детали, составляющей устройство, невероятно сложная задача. Однако, для того чтобы сделать подобный абсорбер, который будет выступать как устройство для нагрева воды в системе отопления дома, не нужно приобретение или поиск каких-то экзотических материалов. Вам не придется объездить уйму магазинов в поисках нужного шланга, разыскивая вакуумные трубки. Не переживайте – это все домыслы лентяев и людей, боящихся взяться за дело. Главное, взвешенно подойти к решению проблемы, правильно все спланировать, нарисовать схему и подобрать необходимые материалы.

Самодельный плоский воздушный абсорбер с нанесенным селективным покрытием можно изготовить из обычных материалов и компонентов ПНД. Вакуумные трубы из поликарбоната и другие детали можно приобрести по небольшим ценам в любом хозяйственном магазине или супермаркете. Схема для сборки довольно простая, в целях обучения можно просмотреть видео во всемирной сети (таких видео там более чем достаточно). На самом деле в глобальной сети можно найти много специализированной литературы по данной проблеме. Если вы решили сделать задуманную работу на качественно высоком уровне, прочтение определенного количества литературы не станет лишним.

Основная трудность в процессе сборки состоит в том, как именно сделать змеевик (это трубка в извилистой форме, по которой циркулирует жидкость, осуществляя накопление энергии). Здесь есть несколько вариантов исходя из которых, будет составлена схема сборки. Самый простой вариант собрать абсорбер на основе готового змеевика (можно попробовать поискать что ни будь, подходящее для этих целей, важно, чтобы он был вакуумный). Как вариант, может подойти система циркуляции, расположенная на задней стенке холодильника. Второй вариант – это подобрать нужные вакуумные трубки, два-три шланга, пару пластиковых бутылок воды (из них собирается теплоноситель). Для большей уверенности еще раз просмотрите обучающее видео. Трубки для нагрева воды лучше использовать медные. Далее вам потребуется заняться пайкой непосредственно змеевика.

Второй очень значимый элемент, который входит в абсорбер – это верхняя сторона из прозрачного поликарбоната. В условиях промышленного производства покрытие из поликарбоната не используется, лицевое покрытие отливают из закаленного стеклянного сплава. Однако в нашем случае рассматривается самодельный воздушный коллектор, тепловая схема и требуемая эффективность которого допускает использование поликарбоната, так как собирать устройство мы будем из подручных недорогих материалов. Стоит отметить, что существуют схемы сборки где применяют материалы начиная от пивных банок, и заканчивая применением пластиковых бутылок.

Как сделать солнечный коллектор своими руками

Сделать коллектор солнечного тепла на основе теплового насоса или тепловой трубы можно только при наличии хорошей базы знаний о физических процессах, хотя, по сути, они мало чем отличаются от тепловых трубок, охлаждающих плату ноута или видеокарту.

Сделать водяной солнечный коллектор можно, но потребуется не менее 150дол капитала и неделя времени.

Преимущества воздушных солнечных коллекторов

Самым удачным сочетанием характеристик, стоимости и надежности обладает воздушный солнечный коллектор. Мало того, капиталисты умудряются продавать абсолютно простое и примитивное устройство за очень немаленькие деньги.

В чем преимущества «воздушника»:

  • В конструкции коллектора просто нечему ломаться. Здесь он даже опережает солнечные концентраторы на основе зеркал, параболоидов и всякой подобной фантастики;
  • Даже если в задумке вы сделали огреху или слабину, такой солнечный коллектор, заботливо сложенный своими руками все равно будет работать, его можно будет менять, модифицировать или совершенствовать, пока не достигнете нужного результата;
  • Внешний вид солнечного коллектора вряд ли поразит воображение, но тот факт, что на выходе можно получить поток под 70оС, у любого скептика вызовет уважение.

Совет! Прежде чем приступать к решению головоломки, как сделать солнечный коллектор своими руками, задумайтесь о месте его расположения с максимальным уровнем освещения и необходимой защитой от действий завистников-вандалов.

Иногда в запасниках в гараже или сарае без дела и пользы валяются остатки строительных материалов, которые при желании можно использовать при сборке.

Многочисленные видео о материалах для солнечного коллектора своими руками говорят, что проще всего сделать устройство, используя листовой профнастил из оцинкованного железа.

Самые умные пытаются изготовить солнечный коллектор из стальных труб, профиля, алюминиевых банок, бутылок из-под газировки, в общем, из любого хлама, оказавшегося под рукой.

На самом деле, чтобы сделать серьезный тепловой эффект, необходим подходящий материал — медь, алюминий или профнастил, без покраски или полимерного покрытия. От меди откажемся сразу в силу ее дороговизны и высокого риска кражи любителями цветмета.

Какие материалы сделают коллектор самым эффективным

Остановимся на конструкции солнечного коллектора из профнастила или листового алюминия, применение стальных труб снижает эффективность солнечного накопителя, использование тонкостенных алюминиевых профилей дает самый лучший эффект, но требует денег и оборудования. Конкретно, 30мм труба ПАС-1828 ценою потянет на доллар за метр, кроме того, большой объем сварочных работ с использованием электросварки с аргоном, что тоже будет стоить примерно половину всех затрат.

Коллектор из профнастила примерно вдвое хуже собирает тепло, но в разы дешевле. Уменьшение эффективности легко компенсируется, если сделать площадь поверхности конструкции больше.

Кроме профнастила, можно использовать алюминиевый лист, применяемый для термоизоляции печей или нагревательных контуров. Если сделать из него профиль, аналогичный профнастилу, получим конструкцию, при всей дешевизне и простоте работ не уступающую солнечному коллектору из алюминиевых труб.

Этапы изготовления солнечного коллектора

Получив максимум знаний из всего, что доступно в интернете, посчитаем свои материальные возможности и сделаем выбор для первой своей конструкции коллектора.

Совет! При отсутствии опыта и практических результатов оптимальным будет сделать солнечный коллектор из профнастила небольшого размера. Такая постройка благодаря использованию обрезков и остатков материалов может дать неоценимый опыт и избежать ошибок при изготовлении мощных устройств.

После определения примерных размеров коллектора, на основании имеющихся в распоряжении материалов, приступаем к сборке теплообменника. Основание коллектора проще всего сделать из ОСБ плиты толщиной 8-10мм. Кроме того, из этого же материала сделаем подводящие и отводящие воздушные каналы.

Сделаем ряд основных технологических операций в следующей последовательности:

  1. На заготовку листа ОСБ уложим сверху лист профнастила или алюминиевого самодельного профиля и сделаем разметку расположения подвода и отвода воздуха, боковых стенок короба. Заготовка из прессованной древесины должна быть больше листа профнастила на 10-15мм на боковые стороны и на 100мм для монтажа верхнего и нижнего воздуховодов;
  2. Вырезаем из ОСБ две заготовки шириной 50-60мм, в зависимости от высоты ребра профнастила, размер доски нужно сделать под ширину будущего теплообменника. Ставим заготовку на ребро и прикладываем к торцу стального листа, карандашом или маркером обводим контур профиля на заготовке. Далее электролобзиком сделаем вырез на заготовке ломаной лини, при необходимости подгоняем шлифовальным инструментом так, чтобы контур выреза совпадал с изгибами профнастила. Аналогичную операцию выполним для второго торца листа профиля;
  3. Из полученных заготовок сделаем из остатков ОСБ коробчатые воздуховоды, торцы стенок следует сделать с минимальными щелями. Если подвод–отвод воздуха в теплообменник будет осуществляться через боковые окна, для второго отверстия следует сделать заглушку. Как вариант, поток можно подводить-отводить через дополнительное окно в центре воздуховода;
  4. Заднюю стенку – основу из ОСБ тщательно грунтуем и окрашиваем несколькими слоями светлой краски или оклеиваем алюминиевой фольгой, используемой для кулинарных целей. Лучшим вариантом будет сделать покрытие из цельного листа металла, лучше оцинкованного.
  5. Поверх покрытия, точно по разметке, устанавливаем лист профнастила, края листа и ребра, прилегающие к покрытию основы, можно обработать масляной краской или герметиком. По периметру листа сделаем дополнительное крепление саморезами по дереву.

После высыхания краски монтируем коробчатые воздуховоды и боковые стенки. Торцы боковых стенок и стенки воздуховодов должны находиться в одной плоскости, что позволит наклеить сверху лист стекла или монолитного поликарбоната. После установки стекла, его торцы стоит заклеить матерчатой лентой, чтобы сделать менее чувствительными к случайным ударам или сколам.

Совет! Непростой операцией является чернение поверхности профнастила. Зачастую используют химическое чернение, но если нет опыта, лучше прибегнуть к старой технике с использованием лака и сажи.

Чтобы сделать построенный солнечный коллектор полноценным тепловым прибором, к окнам подвода и отвода воздуха необходимо прикрепить гофровые трубы и электровентилятор, можно позаимствовать с кухонной вытяжки или сушилки. На выбранном месте установки заведите гофру в отапливаемое помещение и подключите вентилятор к электропитанию.

Испытание солнечного коллектора следует сделать при самых разнообразных погодных условиях и положении солнца. Устройство обладает низкой инерцией, в течение 10-15мин пребывания под прямым солнечным светом температура выходящего воздуха должна подняться минимум до 70оС и выше.

Варианты исполнения солнечного коллектора

Чаще всего воздушные солнечные коллекторы строятся своими руками с целью сделать отопление помещения менее затратным, используются для подогрева жилых домов и складов.

Чемпионами по популярности среди солнечных коллекторов являются самые разнообразные подогреватели для гаражей.

Хитом и высшей точкой целесообразности применения воздушного солнечного коллектора является использование поверхности крыши. Установив коллектор на скатах крыши, хозяин сделает защиту дома от летнего зноя и получит огромный поток теплого воздуха, который по каналам направляется на алюминиевый водный теплообменник, смонтированный на коньке крыши.

Такая схема дает примерно 400Вт/ч с квадрата в период с 9 по 18 часов летом. При наличии теплоаккумулятора вопрос обеспечения горячей водой будет решен без дорогостоящего вакуумного или водяного солнечного коллектора.

Источник: http://bouw.ru/article/samodelyniy-solnechniy-kollektor

Солнечный коллектор для нагрева воды своими руками

Солнечные коллекторы – это отличный способ сэкономить 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 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.

Существуют различные типы солнечных водонагревателей, но все они основаны на простом принципе: темная поверхность «впитывает» солнечную энергию, потом это тепло передается теплоносителю (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 электрических приборов. Горячая жидкость перемещается между коллектором и баком по принципу конвекции, благодаря простому правилу: нагретая жидкость всегда поднимается вверх.

Принцип работы такого солнечного коллектора заключается в следующем:

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

Пока на коллектор светит солнце, жидкость в трубах абсорбера 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 отопления – абсорбер. Он состоит из металлического листа, приваренного к металлическим трубам. Несколько труб устанавливаются вертикально и привариваются к двум трубам большего 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 в 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. Используется 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 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.

Больше подробностей о создании дешевого солнечного коллектора, перечень необходимых материалов и правила установки нагревателя можно узнать, загрузив Практическое руководство по сооружению солнечных коллекторов для горячей воды.