Солнечный коллектор своими руками - несколько эффективных вариантов

Выбираем солнечный коллектор

Конструкция солнечного коллектора

Для эффективной работы отопления с помощью солнечной энергии рекомендуется установка коллекторов. Они представляют собой систему трубопроводов, по которым протекает теплоноситель. Для защиты и лучшего фокусирования солнечной энергии конструкция защищена прозрачной стеклянной панелью.

Для повышения эффективной работы оборудования в нем можно использовать различные типы теплоносителя, которые не изменят своих свойств под воздействием отрицательных температур

Это важно для регионов с холодной зимой. Кроме этого необходимо тщательно проанализировать предложения на рынке и выбрать оптимальную конструкцию

В настоящее время производители предлагают несколько способов организации отопления частного дома солнечными коллекторами:

Вакуумные коллектора. Оптимальный вариант для организации пассивной системы солнечного отопления. Характеризуются практически полным отсутствием тепловых потерь;
Плоские коллектора. Экономный вариант солнечного отопления. Представляют собой систему труб, защищенных прозрачным материалом. Чаще всего используются для горячего водоснабжения в летний период. Применение для комбинированного солнечного отопления требует учета графика температур в зимний период и тщательный выбор теплоносителя.

Выбор во многом определяется предварительными расчетами – требуемой мощности и периодичностью работы теплоснабжения. В качестве эконом варианта можно рассматривать возможность самостоятельного изготовления плоских коллекторов для отопления солнечной энергией своими руками.

Вакуумные коллекторы для отопления

Конструкция вакуумного солнечного коллектора

Одной из проблем эксплуатации солнечных радиаторов для отопления дома являются большие тепловые потери. Они обусловлены особенностями эксплуатации – панель должна находиться вне отапливаемого помещения для поглощения солнечной энергии. Для решения этого вопроса был разработан вакуумный солнечный коллектор для системы отопления.

Конструкция вакуумных коллекторов состоит из внешнего корпуса и внутренней системы стеклянных труб. Для лучшей изоляции трубопроводы отделены от внешней среды вакуумной прослойкой с разряженным воздухом. Фактически вся установка представляет собой большой прозрачный термос.

Специфика вакуумного солнечного коллектора в системе отопления заключается в следующем:

Использование в качестве теплоносителя специальной жидкости с низким порогом закипания. При этом происходит более эффективная передача тепловой энергии через теплообменник основному теплоносителю отопления – воде;
Нанесение на внутреннюю поверхность специального покрытия, увеличивающего поглощательную способность тепловой солнечной энергии;
Независимость работы от внешней температуры воздуха.

Для нормального функционирования системы потребуется обеспечить надежную теплоизоляцию теплообменника. Также следует утеплить трубопровод в местах прохождения через неотапливаемые помещения – чердак, кровельный пирог. Для расчета солнечного коллектора для отопления можно применять стандартные схемы. Но нужно учитывать, что его работа будет неэффективной при снижении температуры теплоносителя в контуре до +22°С.

Плоские солнечные коллекторы для отопления

Плоский солнечный коллектор

Для создания солнечной системы отопления частного дома с минимальными затратами чаще всего устанавливают плоские коллектора. Они отличаются от вакуумных упрощенной конструкцией. Однако при этом увеличиваются требования к их эксплуатации.

Плоский коллектор также имеет внутреннюю систему трубопроводов. Однако она изготавливается из медных или полимерных труб. Для защиты используется поликарбонат или каленое стекло. Внутренняя поверхность изолируется утеплителем – минеральной ватой или пенопластом. Под воздействием солнечных лучей происходит нагрев трубок и как следствие – повышение температуры теплоносителя.

Для плоского солнечного коллектора в системе отопления существуют жесткие эксплуатационные ограничения:

В качестве теплоносителя можно использовать только антифриз. В противном случае произойдет замерзание воды и разрушение трубопровода;
Для лучшей циркуляции при передаче тепла необходим монтаж насоса;
При температуре ниже -10°С эффективность работы системы сильно падает.

Из-за последнего фактора не рекомендуется организация теплоснабжение дома солнечной энергией с помощью плоских коллекторов в регионах с низкими температурами в зимний период. Поэтому чаще всего делают плоский солнечный коллектор для отопления своими руками для горячего водоснабжения летом, весной или осенью.

Как это работает

Коллектор собирает энергию с помощью светонакопителя или, другим словами, солнцеприемной панели, которая пропускает свет к аккумулирующей металлической пластине, где солнечная энергия преобразуется в тепловую. Пластина передает тепло теплоносителю, которым может быть как жидкость, так и воздух. Вода отправляется по трубам к потребителю. С помощью такого коллектора можно отопить жилище, нагреть воду для различных домашних целей или бассейна.

Воздушные коллекторы используются, в основном для отопления помещения или подогрева воздуха внутри него. Экономия при использовании таких устройств очевидна. Во-первых, не нужно использовать какое-либо топливо, а во-вторых, снижается потребление электроэнергии.

Создание солнечного коллектора своими руками

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.

Теплообменник

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.

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

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

Каким должен быть угол наклона коллектора

Угол установки плоского солнечного коллектора зависит от следующих факторов:

Регион проживания. Для южных регионов – 30-35°, для средней полосы – от 40°.
Время года, когда планируется использовать установку (летний или зимний сезон, круглогодично). Для всесезонного применения выбирают угол, которые примерно равен географической широте региона. Летом это значение уменьшают на 15°. Зимой, наоборот, увеличивают.
Климатические условия и количество осадков. Если гелиосистема используется в зимой, угол наклона делают крутым, чтобы снег не скапливался на ее поверхности.

В сопроводительной инструкции производитель указывает оптимальные показатели угла наклона для каждого солнечного нагревателя. Соблюдение всех условий для определения значений углового наклона способствует максимально эффективной работе оборудования.

Особенности сборки систем с применением солнечного коллектора

В проектировании автономных систем для горячего водоснабжения и отопления на базе солнечных коллекторов следует всегда предусматривать наличие накопительного бака, который будет выступать в качестве аккумулятора тепловой энергии. Это связано с неравномерным как поступлением энергии, так и ее расходом.

Существуют следующие проверенные на практике схемы подключения в систему солнечного коллектора.

С естественной циркуляцией. В данной схеме накопительный бак располагается выше уровня солнечного коллектора.

Схема для отопления дома с участием солнечного коллектора. Интенсивность солнечного излучения зависит от географической широты. На северных широтах России его может быть недостаточно для обогрева помещения в зимних условиях. Наиболее эффективна его работа будет в паре с традиционным источником тепла, работающего на твердом топливе или газе. В представленной ниже схеме отопительный котел обозначен за номером 12.
Схема использования гелиоустановки для одновременного снабжения дома горячим водоснабжением и отоплением.Отличительной особенностью этой схемы является наличие дополнительной накопительной емкости. Ее необходимость вызвана разделением питьевой воды и технической, поступающей исключительно в систему отопления.

Солнечный коллектор для нагрева воды в бассейне.Солнечный коллектор позволяет поддерживать оптимальную температуру в бассейне в течение всего времени суток.

Общее понятие о гелиоколлекторах

Для кустарного солнечного коллектора можно использовать любые трубы, шланги, б/у или ненужные радиаторы с внутренними полостями и даже секции отопительных батарей.

Преимущество самоделки в том, что она чрезвычайно слабо подвержена поломкам, в ней ничего не перегорает, все детали можно набрать даже со свалок.

Что такое гелиоколлектор

Солнечные коллекторы — это секции с системой трубок, секций нагревающихся солнцем, аккумулирующие его тепловую энергию и передающие ее воде. Заводские приборы данного типа могут быть сложными — специальные вакуумные трубки или плоские вакуумные блоки, наполненные особой жидкостью — теплоносителем.

Вверху (наконечники) — медные колбы теплообменники, указанное нагретое вещество поднимается из полости трубок/секций в них, концентрирует там тепло. Эти элементы объединяются частью (строго говоря — коллектором), в которую поступает обрабатываемая вода, она омывает их, происходи передача ей тепла. Сверху секция может накрываться материалом (характерно для плоских моделей), способствующим притяжению и концентрированию солнечных лучей или же трубки могут оставаться не накрытыми (достаточно свойств их материала).

Не только летний душ обеспечит солнечный коллектор, для душа повседневного, хорошо теплого он тоже подойдет.

Заводская продукция, конечно же, сложнее, но в основе всех таких систем аналогичный принцип: циркуляция воды по солнечному абсорберу или его теплообменнику.

Есть более простые конструкции: вода движется в системе трубок (змеевике) в секции, накрытой притягивающем солнечные лучи материалом. Внутри обычно устанавливают черный материал, часто используют зеркальное покрытие (фольгу) — лучи будут отражаться и еще раз нагревать внутреннее пространство. Такой блок имеет определенную степень герметичности — кроме того, что нагреваются трубки, в самой среде там концентрируется тепло (как в духовке).

В самом элементарном виде солнечный коллектор — это горизонтальная плоская спираль из черного резинового шланга, накрытая притягивающем солнце темным прозрачным матовым полотном. Часто добавляют небольшой насос и фильтр. Модификаций может быть много: система ПВХ трубок, небольших пластиковых/резиновых секций — но принцип аналогичный.

Принцип работы самодельного солнечного коллектора с душем

Циркуляция основывается на естественной конвекции: более теплое вещество внутри змеевика коллектора расширяясь, приобретая меньшую плотность, поднимается, через выходной патрубок поступает в верхнюю часть цистерны-аккумулятора. Более холодный слой у днища вытесняется, перемещается по другой трубе в нижний сегмент змеевика, нагревается, снова поднимается.

Пока солнце светит, жидкость постоянно движется по описанному контуру, причем с каждым циклом внутрь змеевика она попадает уже не совсем холодная, таким образом, все более нагреваясь. Бак приподнят над солнечным абсорбером, поэтому циркуляции при ночном охлаждении теплоносителя не опрокидывается — холодный слой просто скапливается на нижней точке схемы (дно коллектора), а теплая — остается в бочке.

В среднем коллекторы выдают +50…+60° C, особо удачные конструкции — +70, качественные изделия из металла в южных районах (ниже рассмотрен медный абсорбер) могут обеспечить температуру кипения.

Как располагаются трубы, необходимость насоса

Расположение труб:

горячая труба от коллектора — присоединяется на верхнюю часть цистерны, холодный сброс в него — внизу;
питающая труба на случай, если бочка будет наполняться помпой, дворовым или домашним краном — с противоположной стороны вверху;
внутри бака для подачи на душевую лейку устанавливают вертикальный отрезок трубы верхний конец оканчивается вначале верхней трети бака, чтобы забирать поступающую горячую воду, которая на верхних слоях. Можно его заменить более эффективным гибким шлангом с поплавком. Приспособить его так, чтобы конец всегда был погруженным, но сам шланг находился около поверхности — так при снижении уровня жидкости он всегда будет ее отбирать.

В систему можно добавить небольшой маломощный насос, он обязательный, если элементы расположены так, что не обеспечивают естественную циркуляцию. Если есть помпа, то бочку и коллектор по отношению друг к другу можно ставить на любой высоте.

Особенности солнечного коллектора как прибора для отопления дома

Солнечный коллектор — это устройство, работающее за счёт поглощения солнечного излучения и передачи его энергии с помощью жидкости-теплоносителя.

Конструкция гелиосистемы состоит из следующих элементов:

Солнечный абсорбер(панель).
Резервуар-накопитель.
Узлы подачи и слива воды.
Регуляторы и датчики.

Принцип работы заключается в улавливании солнечных лучей панелью и преобразование их в теплоэнергию. Накопленная энергия воздействует на жидкость-теплоноситель (воду или антифриз). Теплоноситель поступает к резервуару с водой и отдаёт энергию. Запуск системы осуществляется специальным регулятором.

Проходя по контуру теплообмена — системе труб, нагретая жидкость отдаёт тепло в воздух. И за счёт этого отапливает помещение. В резервуаре-накопителе из-за подаваемого тепла происходит запас горячей воды впрок. За счёт системы теплоизоляции нагретая солнцем вода хранится до того момента, когда её необходимо будет использовать.

Для поддержания нужной температуры воды в резервуаре система снабжается специальными датчиками и насосами для принудительной циркуляции. В более простых вариантах циркуляция происходит за счёт естественного самотёка.

Современные гелиосистемы в настоящее время используются как основные и вспомогательные элементы отопительного оборудования. В качестве главного источника тепла гелиосистема может использоваться исключительно в южных регионах, где солнца достаточно круглый год.

Установка в доме солнечного коллектора позволяет извлечь следующую выгоду:

Приобретение энергонезависимости.
Снижение затрат на закупку газа и электричества для отопления и горячего водоснабжения.
Доступность.
Долговечность. Срок службы одного коллектора не менее 20-25 лет.
Отсутствие грязи и отходов.
Снижение нагрузки на электросеть дома.

У гелиосистем есть и некоторые недостатки:

Высокая стоимость оборудования. Срок окупаемости системы равен примерно 7-10 годам.
Зависимость от климатических условий. В некоторых регионах солнечная энергия поступает не регулярно, поэтому система не сможет работать в нужном режиме. В северных регионах КПД солнечного коллектора слишком низкий, и затраты на установку не окупаются.

Клипсы могут применяться для крепления труб к раме

Далее, с помощью такой же клипсы свободный от бутылок участок трубы закрепляется на противоположной, правой стойке.

Если есть необходимость положение бутылок корректируется, так, чтобы фольгированная их половина оказалась снизу, у каркаса коллектора.
Затем трубе придается плавный поворот, и она снова защелкивается на клипсу.
Следующим этапом на трубу снова надеваются бутылки, и она закрепляется уже на левой стойке. Такую последователь соблюдают и дальше, пока вся рама не будет заполнена змеевиком коллектора.
Теперь осталось только «запаковать» фитинги, через которые будет осуществлена врезка получившегося коллектора к подаче холодной воды и к накопительной емкости горячей.

Подготовка к сборке абсорбера

Итак, в сборке своего устройства вам лучше прибегнуть к использованию сотового прозрачного поликарбоната. Применение такого вида поликарбоната позволит добиться максимальной эффективности нагрева от создаваемого устройства. Сделать выбор в пользу этого поликарбоната стоит еще и потому, что он очень прочный

Это немаловажно, учитывая возможные погодные катаклизмы, такие как крупный град, ураганный воздушный поток, который срывает ветки с деревьев – эти случайности надо учитывать, так как они способны повредить слабое покрытие. Сотовая структура покрытия поможет вам сделать воздушный эффект парника, в результате создавая усиленный момент нагрева воды в трубках. Проще говоря, применив этот материал и в дополнение к нему селективное покрытие, вы значительно повысите эффективность изделия

Проще говоря, применив этот материал и в дополнение к нему селективное покрытие, вы значительно повысите эффективность изделия.

Сотовый поликарбонат

Для абсорбирующей панели вам будет нужен лист металла толщиной около 0,8 миллиметров (однако, лучше подойдет медный материал). В принципе сойдет и стальной лист. На внешнюю поверхность надо будет нанести так называемое селективное покрытие (выкрасить матовой черной краской, краска должна быть стойкой к высоким температурам). Если не соблюдать эти рекомендации (черное покрытие тоже имеется в виду), устройство не будет функционировать в правильном режиме.

Корпус устройства вы тоже сможете собрать самостоятельно, для этого вам надо использовать алюминиевые материалы или использовать менее долговечный, но легче поддающийся обработке деревянный материал. Работая с деревом, вы потратите значительно меньше времени на создание обогревателя, а с фанерой работать еще легче. Но все-таки лучше использовать раму из алюминия, ее долговечность, в сравнении с деревом, не идет ни в какое сравнение.

Необходимые инструменты и материалы для монтажа солнечного коллектора

Установка солнечных коллекторов осуществляется под открытым небом. Следовательно, сама конструкция, трубопроводная система и все вспомогательные крепления со временем подвергаются разрушающему воздействию окружающей среды. На них могут появиться коррозии и деформации. Поэтому для установки используют только нержавеющие материалы.

Для монтажа солнечного коллектора используют следующие вспомогательные инструменты: