Делаем солнечный коллектор своими руками

Солнечный водонагреватель представляет собой систему подогрева воды с помощью солнечной энергии. Этот вид коллектора является теплообменником, который преобразует солнечную энергию в тепловую. Такой способ аккумуляции энергии позволяет получать горячую воду с минимальными затратами финансовых средств.

Стандартное устройство имеет вид металлической пластины, которая помещена в пластмассовый или стеклянный корпус. Поверхность этой пластины аккумулирует солнечную энергию, задерживает тепло и передаёт его для различных бытовых нужд: отопление, подогрев воды и т.д. Интегрированные коллекторы бывают нескольких видов.

Накопительные

Накопительные коллекторы ещё называют термосифонными. Такой солнечный коллектор своими руками без насоса получается наиболее выгодным. Его возможности позволяют не только подогревать воду, но и поддерживать температуру на необходимом уровне некоторое время.

Такой солнечный коллектор для отопления состоит из нескольких баков, наполненных водой, которые находятся в теплоизоляционном ящике. Баки накрыты стеклянной крышкой, через которую пробиваются солнечные лучи и подогревают воду. Этот вариант наиболее экономичен, прост в эксплуатации и в обслуживании, но его эффективность в зимнее время практически равна нулю.

Плоские

Ппредставляет собой большую металлическую пластину – абсорбер, который находится внутри алюминиевого корпуса со стеклянной крышкой. Плоский солнечный коллектор своими руками будет более эффективен при использовании именно крышки из стекла. Поглощает солнечную энергию через градостойкое стекло, которое хорошо пропускает свет и практически его не отражает.

Внутри ящика присутствует термоизоляция, что позволяет значительно снизить теплопотери. Сама пластина имеет низкий КПД, поэтому она покрыта аморфным полупроводником, который значительно увеличивает показатель аккумуляции тепловой энергии.

При изготовлении солнечного коллектора для бассейна своими руками, часто отдают предпочтение именно плоскому интегрированному устройству. Впрочем, он не хуже справляется и с другими задачами, такими как: подогрев воды для домашних нужд и отопление помещения. Плоский – самый широко используемый вариант. Абсорбер для солнечного коллектора своими руками предпочтительно делать из меди.

Жидкостные

Из названия понятно, что главным теплоносителем в них выступает именно жидкость. Водяной солнечный коллектор своими руками делается по следующей схеме. Через поглощающую солнечную энергию металлическую пластину, тепло передаётся по прикрепленным к ней трубам в бак с водой или незамерзающей жидкостью или прямо к потребителю.

К пластине подходят две трубы. Через одну из них подаётся холодная вода из бака, а через вторую в бак поступает уже подогретая жидкость. У труб обязательно должны присутствовать отверстия входа и выхода. Такую схему подогрева называют замкнутой.

Когда же подогретая вода напрямую подаётся для удовлетворения нужд пользователя – такую систему называют разомкнутой.

Неостекленные чаще применяются для нагрева воды в бассейне, поэтому сборка таких тепловых солнечных коллекторов своими руками не требует закупки дорогих материалов – сгодится резина и пластмасса. У остекленных КПД выше, поэтому они способны отапливать дом и обеспечивать потребителя горячей водой.

Воздушные

Воздушные устройства экономичнее вышеперечисленных аналогов, использующих воду в качестве теплоносителя. Воздух не замерзает, не подтекает и не кипит как вода. Если в такой системе происходит утечка, она не приносит столько проблем, однако определить где она произошла довольно сложно.

Самостоятельное изготовление не обходится потребителю дорого. Солнцеприемная панель, которая накрывается стеклом, нагревает воздух, который находится между ней и теплоизоляционной пластиной. Грубо говоря, это плоский коллектор, имеющий внутри пространство для воздуха. Внутрь поступает холодный воздух и под действием солнечной энергии подаётся потребителю тёплый.

Вентилятор, который крепится в воздуховод или непосредственно на пластину, улучшает циркуляцию и улучшает воздухообмен в устройстве. Для работы вентилятора требуется использование электричества, что не очень-то экономно.

Такие варианты долговечны и надёжны и обслуживать их проще, чем устройства, которые используют жидкость в качестве теплоносителя. Для поддержания нужной температуры воздуха в погребе или для отопления теплицы солнечным коллектором подойдёт как раз такой вариант.

Использование солнечной энергии для теплоснабжения

Пример солнечного отопления

Одним из определяющих принципов построения любой отопительной системы является целесообразность. Т.е. все капиталовложения должны окупиться за определенный промежуток времени. В этом плане отопление дома солнечной энергией является наиболее эффективным и финансово выгодной инвестицией.

Солнечная энергия по сути является бесплатным источником для получения тепла. Его можно использовать несколькими способами – обустроить систему отопления или сделать автономную систему горячего водоснабжения. Если внимательно изучить отзывы об отоплении от солнечных батарей – можно выявить интересную зависимость. Чем профессиональнее сделано отопление (заводские коллекторы, дополнительное обогревание, электронное управление) – тем выше эффективность работы теплоснабжения.

Читайте также:  Вытяжка для газовой колонки в квартире или частном доме

Какими способами может происходить трансформация солнечной энергии в тепловую?

  • Солнечная батарея отопления – как один из способов получения электрической энергии. Излучение воздействует на матрицу из резисторных фотоэлементов, в результате чего в цепи возникает напряжение. В дальнейшем этот ток можно использовать для подключения к электроприборам отопления;
  • Современное отопление частного дома солнечными коллекторами. В этом случае происходит прямая передача тепловой энергии от солнечного излучения теплоносителю. Последний располагается в системе трубопроводов, расположенных в специальном герметичном корпусе.

Наиболее эффективным является отопление с помощью солнечной энергии последним способом. Таким образом можно избежать дополнительного преобразования энергии. Солнце будет напрямую воздействовать на теплоноситель, повышая его температуру. Однако отопление солнечной энергией своими руками с помощью электрических батарей более универсальное, так как электроэнергия может использоваться для работы других электроприборов в доме. Выбор определяется бюджетом и требуемой мощностью системы.

Во время установки солнечной батареи необходимо соблюдать определённый угол наклона. В зависимости от времени года он должен составлять 30° (лето) и 70° (зима).

Как работает солнечный коллектор зимой в пасмурные дни, покрытый снегом и льдом

С удорожанием природных ресурсов, используемых на освещение и обогрев дома, всё чаще приходится искать им замену – появляются альтернативные источники. Одним из таких вариантов для отопления домов стали солнечные коллекторы.

Их работа основана на поглощении излучения солнца и переработки её в тепло. Использование их летом в ясную погоду понятно. А как работает солнечный коллектор зимой, давайте попробуем разобраться вместе.

Разновидности коллекторов

Особой популярностью пользуются два вида батарей: плоские пластинчатые и вакуумные.

Плоский пластинчатый коллектор

Устройство состоит из пластины (абсорбера), которая улавливает излучение, прозрачного покрытия, пропускающего свет, и теплоизоляционного слоя. Лицевая часть пластины покрывается черной краской, потому что тёмный цвет лучше притягивает лучи солнца. Это может быть также специальное покрытие – например, оксид титана или чёрный никель. Самые производительные абсорберы изготавливают медными.

Прозрачное покрытие делают из поликарбоната, гладкого или рифлёного, либо из укреплённого стекла, у которого содержание металла очень низкое.

Теплоизоляция состоит из трубок, изготовленных из меди или сшитого полиэтилена. По ним разносится теплоноситель. Внутри панели создаётся вакуум, чтобы не было потерь тепла. Если не отбирать тепло, то воду накапливателя можно нагреть до температуры 190–210 градусов.

 Вакуумные коллекторы

Трубка этого устройства, по которой течёт теплоноситель, является абсорбером. Она помещается в вакуумный сосуд из прозрачного закалённого стекла.

Такая модель дороже пластинчатого прибора, но она более продуктивна. Здесь можно нагреть воду уже до 250–300 градусов.

Применение коллекторов

Несмотря на высокую стоимость, применение гелиосистем очень популярно как в промышленности, так и в быту.

Владельцы гелиосистем используют солнечные коллекторы не только для отопления домов. Они плодотворно работают для нагрева воды в душе, подогревания бассейнов.

Для производственных целей использование этих устройств более распространено. С их помощью отапливают гостиницы и рестораны. Парогенераторы, работающие на принципе солнечных батарей, приводят в движение разные агрегаты. Опреснители воды тоже делают на основе гелиосистем.

Производительность работы гелиосистем зимой

Использование экосистем летом ни у кого не вызывает сомнений. А вот как работают солнечные батареи зимой, остаётся больным вопросом у пользователей.

Можно с уверенностью сказать, что солнечные коллекторы зимой работают. Разумеется, эффективность их снижается, и требуется дополнительный источник обогрева. Ведь зимой солнце тоже ясно светит, а в пасмурные дни абсорбер собирает отражённый солнечный свет, проходящий сквозь тучи.

Производительность батареи зависит и от угла наклона её по отношению к горизонту. Его выставляют так, чтобы максимально использовать свет в течение короткого зимнего дня.

Снегопады значительно ухудшают работу коллектора, поэтому очистка его от налипания снега – главное условие эксплуатации зимой. Снег – враг для плоского устройства. Вакуумные батареи имеют свойство нагревать всю колбу и самоочищаться. Но иногда и их приходится чистить принудительно.

Преимущества и недостатки коллектора

Главное преимущество гелиосистемы – экологическая чистота.

  • При выработке тепла в солнечных батареях не образуются никакие вредные вещества. Он абсолютно безвреден как для человека, так и для природы.
  • Очень экономичная установка. Затраты на покупку и монтирование системы возвращаются в течение нескольких лет. В последующие годы батарея работает только в плюс, экономя затраты на обогрев помещения и нагрев воды.
  • Использование системы круглый год. Зимой солнце светит не так ярко, но даже сквозь тучи к нам доходит до 75% солнечного излучения, что даёт возможность использовать гелиосистему в любое время года. Несмотря на то что в зимнее время эффективность работы снижается, установка вырабатывает до 50% необходимой энергии.
Читайте также:  Автономная система отопления: как всё устроено

Единственным недостатком коллектора является его высокая стоимость. Не каждый может позволить себе такую роскошь.

Заключение

Солнечные батареи работают не от прямых солнечных лучей, а от самого света. Даже когда на панели лежит снег, она продолжает работать и вырабатывать энергию, пусть и в меньших количествах. А в солнечные морозные дни воду можно нагреть до кипения.

Прежде чем установить у себя гелиосистему, внимательно изучите особенности погоды в вашей местности, правильно установите угол наклона, и солнечный коллектор не подведёт ни летом, ни зимой.

Коллекторы вакуумного типа

В коллекторе этого типа поглощающий солнечные лучи элемент разделен с окружающей средой объемом, где создан вакуум. Благодаря этому теплопотери оказываются устранены практически полностью. Использование селективного покрытия, в свою очередь, намного снижает энергопотери на излучение.

Трубчатые системы способны эффективно собирать энергию рассеянного солнечного излучения, фактически в этом случае они работают как плоские модели, обустроенные возможностью поворота вслед за солнцем. Применение отражателей также может значительно увеличить рабочее пространство коллектора вакуумного типа.

Практически полное отсутствие пустого расхода энергии в функционировании вакуумного коллектора делает его незаменимым для использования в морозы, а приоритет перед плоскими гелиопанелями он получает уже при температуре ниже 15ºC.

Вакуумный коллектор с прямой передачей тепла жидкости

Конструкции из трубочек в вакуумном коллекторе с непосредственной теплопередачей жидкости располагаются под конкретным углом. Они подсоединяются к баку-накопителю, вода из которого течет непосредственно в трубки, где прогревается и затем возвращается. Отсутствие иных элементов служит важным достоинством агрегата. Коллекторы этой разновидности могут работать также и без бака-накопителя.

Вакуумный коллектор с прямой передачей тепла жидкости и встроенным теплообменником

Коллекторы этой разновидности устроены, в целом, так же, как и приборы с непосредственной передачей тепла жидкости, однако имеют эффективный теплообменник, подсоединенный изнутри бака. Такой аппарат допустимо встраивать в напорную систему снабжения водой.

Для использования оборудования при пониженной температуре (до -10ºC) в контур нагрева воды заливают незамерзающий раствор. Отложений внутри коллектора не формируется, поскольку вода течет исключительно внутри медного теплообменника, а мера ее неизменна.

Вакуумные коллекторы с теплотрубками

Для производства дорогих моделей вакуумных коллекторов используют медные термические трубки, запечатанные и заполненные легкокипящим раствором. Механизм их работы состоит в том, что нагретая жидкость при улетучивании забирает энергию и уносит ее к теплоносителю, конденсируясь вверху. Конденсат затем стекает обратно, и процедура повторяется.

Перенос тепла осуществляется посредством «гильзы» приемника, изготовляемой из меди. Отопительный контур коллектора физически разделен с трубами, поэтому порча одной или нескольких деталей не лишает его работоспособности. Замена элементов не требует полного удаления незамерзающего раствора из контура теплообменника. Коллектор с применением термотрубок достаточно производителен при морозах до -35ºC (для стеклянных моделей с тепловыми трубками) или -50ºC (изделия с тепловыми трубками из металла).

Расчет размеров

Расчёт размеров для того чтобы изготовить солнечный коллектор для отопления своими руками, прежде всего, направлен на определение нагрузки системы теплоснабжения, покрытие которой берет на себя это устройство. Само собой, что подразумевается использование нескольких источников энергии в комплексе, а не только энергии солнца. В этом деле важно расположить систему таким образом, чтобы она взаимодействовала с другими – тогда это даст максимальный эффект.

Для определения площади коллектора нужно знать, для каких целей он будет использоваться: отопление, подогрев воды или и того, и другого. Проанализировав данные водомера, потребностей в обогреве и данные инсоляции местности, в которой планируется установка, можно высчитать площадь коллектора. К тому же, надо учесть потребности в горячей воде всех потребителей, которые планируется подключить к сети: стиральной машины, посудомоечной машины и т.д.

Вопросы выбора

Основа всех солнечных установок

В вопросах приобретения коллектора мнения специалистов расходятся. Покупатель вынужден самостоятельно принимать решение, опираясь на характеристики конкретного вида устройств.

Вакуумные модели, несмотря на низкий КПД, не боятся морозов. Им не грозит замерзание теплоносителя. Это существенный нюанс, который аргументирует выбор покупателей этого вида установок.

Плоские модели отличаются простотой конструкции. Отсутствие сложных механизмов делает их предпочтительными для тех, кто ценит надежность и прочность.

Вакуумные устройства более хрупки, но они обеспечивают отличное отопление на солнечных коллекторах в домах, где нужно нагреть теплоноситель до высоких температур. Дело в том, что плоские модели эффективно работают при условии, что разница температур внутри помещения и снаружи колеблется в диапазоне 20-40 градусов Цельсия. Другими словами, их использование в зимний период довольно проблематично. При слишком низких температурах за окном вряд ли удастся достичь комфортного микроклимата в доме.

Читайте также:  Водонагреватели – сравнение разных систем

К тому же при пасмурной погоде вакуумные аналоги выработают значительно больше тепла по сравнению с плоскими. С другой стороны, срок их службы несколько ниже, чем у конкурентов (средний составляет 15-30 лет). Однако в их пользу говорит и тот факт, что оборудование удобно в обслуживании. При повреждении вакуумного коллектора достаточно заменить вышедший из строя элемент, тогда как в плоском аналоге придется восстанавливать всю абсорбирующую систему.

Виды солнечных коллекторов

Планируя солнечный коллектор своими руками и установить в доме, необходимо определиться с типом конструкции:

  • Воздушный
  • Вакуумный
  • Плоский

Модели, у которых теплоносителем является воздух, используются крайне редко. Это связано со свойствами жидкости — тепло она проводит значительно лучше, чем газ. Воздушные коллекторы чаще делают плоской формы, чтобы воздух, контактируя с поглощающим устройством, естественным образом нагревался.

схема воздушного солнечного коллектора

Вакуумные солнечные коллекторы

Вакуумные модели самые сложные. Вместо коробки, которая покрывается стеклом, у него используются большие по габаритам трубки из стекла. Внутри них имеются трубочки с меньшим диаметром, в которых находится абсорбер, собирающий тепловую энергию. Между трубками – вакуум, он выполняет роль теплоизолятора.

схема вакумного солнечного коллектора

Плоские солнечные коллекторы

Самым распространенным является плоский солнечный коллектор, внутри которого располагается специальный абсорбирующий слой, помещенный в стеклянную коробку. Он соединяется с трубками, по которым перемещается жидкий теплоноситель (чаще пропилен-гликоль).

схема плоского солнечного коллектора

Но решаясь смастерить солнечный коллектор своими руками, необходимо понимать, что сделать столь сложные устройства невозможно, аналогичные промышленным. К тому же, их КПД будет значительно ниже, меньше эксплуатационный срок, но и материальные вложения тоже.

Хотите узнать больше про альтернативное отопление дома ?

Читайте так же, о том как сделать отопление дома на солнечных батареях

Преимущества и недостатки коллектора

Главное преимущество гелиосистемы – экологическая чистота.

  • При выработке тепла в солнечных батареях не образуются никакие вредные вещества. Он абсолютно безвреден как для человека, так и для природы.
  • Очень экономичная установка. Затраты на покупку и монтирование системы возвращаются в течение нескольких лет. В последующие годы батарея работает только в плюс, экономя затраты на обогрев помещения и нагрев воды.
  • Использование системы круглый год. Зимой солнце светит не так ярко, но даже сквозь тучи к нам доходит до 75% солнечного излучения, что даёт возможность использовать гелиосистему в любое время года. Несмотря на то что в зимнее время эффективность работы снижается, установка вырабатывает до 50% необходимой энергии.

Единственным недостатком коллектора является его высокая стоимость. Не каждый может позволить себе такую роскошь.

Нужен ли тепловой насос

Один из основных недостатков солнечных отопительных систем — это высокая стоимость. В то время как технология производства плоских коллекторов хорошо освоена, вакуумные абсорберы остаются дорогими, а ведь при определённых погодных условиях с успехом получится эксплуатировать только их. Но есть и другая альтернатива — коллекторы воздушного типа.

Солнечный коллектор воздушного типа

Ввиду более простого устройства их стоимость меньше, плюс имеется возможность автономной работы. Эффективность воздушных коллекторов повышается с установкой нагнетающего вентилятора, питающегося от встроенной солнечной панели. За счёт ускоренного, но пропорционального нагреву охлаждения каналов обратные теплопотери через коллектор сводятся к минимуму. Ограничение мощности можно обеспечить управлением скоростью вентилятора или простым перекрытием протока — теплового удара воздушные коллекторы не боятся, к тому же легко настроить естественную рециркуляцию.

Недостаток воздушных систем в малой степени нагрева теплоносителя. Теплоёмкость воздуха меньше, плюс практически всегда абсорбер греется без фокусировки. Чтобы получить возможность интеграции в отопительную систему (что наиболее часто необходимо из-за невозможности проложить вентканал в обогреваемое помещение) тепловой насос или сплит-система действительно нужны.

Но воздушные тепловые насосы можно применять и для прироста эффективности кондиционирования воздуха. С ними скорость циркуляции удаётся поднять до значений, не приемлемых в бытовых вентиляционных системах, что даёт 2–3 кратный прирост выработки за счёт высокой разницы температур. В ночное время коллектор также будет обладать малой долей выработки при рабочем диапазоне температур.

Используемый как теплоноситель воздух можно подвергнуть осушению или заменить на углекислоту или другой более теплоёмкий газ. Однако тепловые насосы с водяным первичным контуром использовать не имеет смысла: они изначально рассчитаны на работу с высокой разницей температур и потому прироста мощности оказывается недостаточно для обоснования стоимости установки.