Солнечный коллектор из стеклопакета своими руками

Добавил пользователь Евгений Кузнецов
Обновлено: 04.10.2024

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 (в отличии, например, от солнечных панелей) 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.

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.

А вы что думаете по этому поводу? Дайте нам знать – напишите в комментариях!

Неудовлетворительное качество централизованного отопления заставляет задуматься о покупке и использовании дополнительных источников тепловой энергии. Однако их стоимость достаточно высока, а высокая энергоемкость приводит к резкому увеличению сумм в счетах за израсходованную электроэнергию. Один масляный обогреватель способен увеличить энергозатраты едва ли не на 60-80% относительно прежнего уровня потребления. А если поставить по такому устройству в каждую комнату, семейный бюджет будет целиком уходить на коммунальные расходы.

Решение проблемы готовы подсказать альтернативные источники тепла, в частности – энергия солнечного света. Те, кто хорошо учил физику в школе, помнит о способности воды накапливать тепло. Под воздействием ярких лучей она превращается в недорогой и эффективный теплоноситель, с применением которого можно разработать и сконструировать солнечный коллектор на окно. Для счастливых обладателей квартир, выходящих на южную сторону, такое решение – настоящая находка, позволяющая получать неограниченное количество бесплатного тепла в ясные дни.

Принцип действия оконного солнечного коллектора

Оконный солнечный коллектор, или гелиосистема, обладает способностью аккумулировать энергию солнца для нагрева воды, циркулирующей по внутреннему трубопроводу. Нагретая вода постепенно остывает, отдавая тепло в окружающую атмосферу. В результате температура воздуха в помещении становится выше. А счетчик электроэнергии продолжает работать в штатном режиме, т.к. к нему не подключены энергоемкие обогреватели.

В зависимости от типа конструкции различают:

Плоские модели, в которых сочетается низкая стоимость и сравнительно невысокий КПД из-за потерь тепла. В роли поглотителя солнечной энергии здесь выступает окрашенный в черный цвет металлический лист. В качестве теплоносителя используется смесь воды и гликоля. Переданное водяной смеси тепло поступает в солнечный аккумулятор, после чего постепенно выделяется в окружающий воздух и нагревает его.
Вакуумные модели. Их отличительная особенность – вакуум внутри трубок с поглотителем тепла. Нулевая пропускная способность вакуумной среды снижает теплопотери до минимума, и устройство демонстрирует высокую эффективность работы.
Концентрационные коллекторы – модели с неподвижной конструкцией. Благодаря встроенным цилиндрическим отражателям солнечные лучи собираются и концентрируются, после чего направляются прямо на солнечную панель. Такие модели чаще применяются в промышленных целях, где от количества полученной энергии зависит производительность работы. Благодаря сложному техническому устройству их стоимость сравнительно высока, но все расходы полностью оправданы возможностью получить бесплатную тепловую энергию в промышленных объемах.
Воздушные модели. Роль теплоносителя здесь играет воздух, который проходит через нагретый поглотитель благодаря эффекту естественной конвекции или нагнетается за счет работы вентилятора. Последний вариант менее эффективен, т.к. часть полученной энергии расходуется на работу вентиляционного узла.

Выгода оконных солнечных коллекторов

Рассчитать мощность коллектора несложно. Она равна произведению площади поглощения, уровня солнечной инсоляции в вашем регионе и заявленного КПД устройства. Так, в столице, где уровень инсоляции составляет 1173,7 для модели площадью поглощения около 1 кв.м и КПД около 65% рабочая мощность составит 760 кВт*час/кв.м за год, или 2,08 кВт*час/кв.м. При этом для обеспечения горячей водой одного человека в день требуется около 2-3 кВт тепла. Таким образом, коллектор будет давать ощутимую часть требуемой тепловой энергии, причем совершенно бесплатно.

Самостоятельное изготовление солнечного воздушного коллектора на окно

Если вы намерены установить коллектор на солнечных батареях в оконные стекла, обратите внимание на следующий момент. Непрозрачная конструкция закроет путь для солнечных лучей, и в помещении будет темно. В свою очередь, прозрачные солнечные батареи в оконных стеклах – пока еще технология обозримого будущего. Выход – установка коллектора в помещении с двумя окнами, либо – разработка и изготовление конструкции, занимающей только пол-окна.

Обратите внимание: важно, чтобы поверхность коллектора располагалась под прямым углом к направлению падения солнечных лучей. Поскольку угол движения солнца меняется в зависимости от сезона года, конструкция должна быть подвижной. Не забывая менять расположение конструкции, вы сможете получить максимум солнечной энергии в любое время года. Как вариант — применение адсорберов, криволинейная поверхность которых будет улавливать солнечный свет под любым углом его падения.

Сборка модели солнечного воздушного коллектора на окно осуществляется следующим образом:

По размеру окна вырезается и собирается фанерный корпус.
Внутреннюю поверхность короба прокладывают фольгой, чтобы полезное тепло не выходило через легкие стенки, и теплопотери снизились до минимума.
Внутри короба укладывают черные алюминиевые адсорберы изогнутой формы. Последний момент — изогнутая конструкция — имеет большое значение, позволяя получать и использовать солнечный свет зимой, когда солнце поднимается над горизонтом на незначительное расстояние.
В нижней части окна просверливают два отверстия для поступления холодного воздуха. Также делают два отверстия в верхней части корпуса коллектора, что необходимо для отведения нагретого воздуха. Чтобы усилить воздушный поток, возле отверстий монтируют обычные компьютерные кулеры 12В. Если не полениться и установить рядом терморегулятор, работа кулеров будет автоматически останавливаться при повышении температуры воздуха до 25-30 o С.
Внутреннюю часть коллектора, выходящую в комнату, можно закрыть шторой или обить декоративной тканью.

Остается протестировать устройство и наслаждаться бесплатным теплом в первые прохладные дни, когда централизованная система отопления только запускается в работу.

Одним из вариантов экономии электроэнергии в солнечные дни может послужить простейший солнечный коллектор. Эту конструкцию нетрудно собрать своими руками, а нагретый теплоноситель применять для отопления и разнообразных бытовых потребностей. Конструктивно такой водонагреватель состоит из абсорбера (ключевой элемент), накопительной емкости и водопроводной системы. Для повышения эффективности желательно еще включить в систему циркуляционный насос.

Солнечные коллекторы – разновидности и нюансы

По возможностям повышения температуры воды гелио коллекторы принято разделять на три группы.

t +60° - высокотемпературная группа. Как правило, вакуумного типа с промышленными абсорберами. Предназначены для обогрева дома.

На современном рынке представлен широкий спектр солнечных коллекторов водяного и воздушного типа отечественных и зарубежных производителей, однако их стоимость относительно высока. При сборке своими руками затраты уменьшатся кратно, а общий КПД установки снижается всего на 15-25%.

Важно! Лучшим по эффективности является конструкция из подручных вспомогательных материалов и заводской модели абсорбера.

Водяной солнечный коллектор – стандартная схема и производительность при условии сборки своими руками

Наиболее распространенный вариант солнечного коллектора включает:

трубку или шланг, через который на нагревательный элемент будет подаваться вода или иной теплоноситель;
трехслойный абсорбер-водонагреватель – теплоизолятор снизу, стальной лист посередине, стекло или акрил сверху в деревянной или пластиковой раме на подставке;
трубку или шланг для отвода нагретой воды;
воздухоотводчик;
накопительный бак;
циркуляционный насос – опционно, как дополнительное оборудование.

С целью повышения КПД поверхность адсорбирующего листа окрашивают в черный цвет термостойкой краской. Это минимизирует отражение и позволяет поглощать до 99% тепловых фотонов в профессиональных моделях и до 80% - в самодельных.

Собрать подобный солнечный водяной коллектор самостоятельно не так уж сложно. Потребуется только набор необходимых материалов, вспомогательной периферии и минимальные навыки работы с инструментами.

Солнечный коллектор для отопления и водоснабжения своими руками – рассчитываем параметры

Перед изготовлением водонагревателя необходимо произвести расчет его будущей эффективности. Иначе говоря – определить, какой объем жидкости в состоянии нагреть панель определенной площади до заданных показателей температуры. Для удобства рассмотрим способности солнечного коллектора для нагревания воды или отопления, собранного своими руками, площадью 1 м2. Во сколько раз полученный результат окажется меньше планируемых потребностей и на столько потребуется увеличить площадь абсорбера с аналогичными физико-техническими характеристиками.

1. Поглощение энергии и потери тепла

На каждый квадратный метр поверхности падает следующее количество теплового излучения:

Чистое небо (лето)

Примем среднее значение за 800 Вт и произведем расчет для солнечного водяного коллектора в 1кв.м., собранного своими руками.

Исходные данные для вычисления процента потерь:

корпус – деревянный короб;
лицевая сторона – зачерненное стекло;
абсорбер – стальной лист;
нагревающийся трубный контур в корпусе;
теплоизолятор – пенопласт, 10 см (коэффициент теплопроводности ≈ 0,05 Вт/м*град);
разница начальной и конечной температур – 30°С;
нагреваемый теплоноситель – вода (теплоемкость ≈ 1,15 Вт/кг*град)

Подставим толщину и теплопроводность пенопласта в таком водяном нагревателе самостоятельной сборки в формулу и получим результат:

0,05 / 0,1 * 30 = 15 Вт.

Это первая часть потерь, полученная тепловыделением тыльной стороны корпуса. Вторая часть будет потеряна за счет выделения тепла в окружающее пространство трубного контура и деревянных торцов. Ее величина при такой температурной разнице примерно равна первой. Общее снижение производительности составит 15 + 15 = 30 Вт, а итоговое поглощение 800 – 30 = 770 Вт при ясной погоде и 570 Вт, если небо частично затянется облаками.

Следовательно, солнечный водяной коллектор площадью 1 квадратный метр, который был собран своими руками, сможет нагреть:

за 1 час в ясную погоду 770 Вт / 1,15 Вт/кг*град ≈ 670л воды на 1°, или 22,3 л на 30°;
за 1 час при легкой облачности 570 Вт / 1,15 Вт/кг*град ≈ 495л воды на 1°, или 16,5 л на 30°.

Следует принимать во внимание, что в утренние и вечерние часы, а также весной, осенью и зимой интенсивность солнечного излучения уменьшается.

Важно! При нагреве воды до 60 градусов и выше потери тепла начинают расти экспоненциально, и времени на разогрев понадобится намного больше.

2. Просчитываем возможности потребления

Предположим, в загородном коттедже проживает четыре человека, и членам семьи необходимо 50 л нагретой воды в сутки каждому. Мы определили, что в среднем собранный вручную солнечный коллектор площадью 1кв.м. способен нагреть на 30 градусов около 20 л воды за час при оптимальных условиях. Среднесуточная выработка, из расчета работы установки с утра до вечера, окажется равной примерно 85 литрам – при непрямом солнце КПД быстро падает. Чтобы получить необходимые 4х50 = 200 литров воды, площадь коллектора понадобится увеличить до 200 / 85 = 2,35 м2.

Так семья может обеспечить себя водой температурой около 50 градусов. Если гелиоколлектор ручной сборки предполагается использовать для отопления, площадь понадобится увеличивать многократно. Связано это с тем, что зимой уровень солнечной инсоляции падает не менее, чем в 5 раз, а сам день становится вдвое короче.

Солнечный коллектор для нагрева воды и отопления – как изготовить и собрать

О том, как сделать солнечный коллектор своими руками, выпущены тысячи видео и множество специализированных статей. О наиболее простых и распространенных вариантах коротко расскажем и мы.

Важно! Замена абсорбера заводской сборки любыми другими самодельными поглощающими материалами приведет к снижению максимального КПД примерно на 20-25%. Причина состоит в значительных потерях тепла без использования слоя вакуума между магистралью теплоносителя и окружающей средой.

1. Тепловой солнечный коллектор своими руками из каучукового шланга

Самый простой в сборке и недорогой вариант водонагревателя – конструкция, в которой вместо труб используется обычный шланг из качественной резины. При его 100-метровой длине подобный гелиоколлектор собирается своими руками буквально за несколько часов, а объем горячей воды составляет 20 л. Если такого количества недостаточно, можно увеличить длину и/или оснастить систему циркулярным насосом

Шланг должен быть достаточно тонким и иметь внутреннее сечение 2-2,5 см. Изделие с толстыми стенками не годится, поэтому армированные варианты придется исключить. Материалом может выступать резина, полипропилен, ПВХ. Последние варианты, из-за лучших прочностных качеств полимеров, предпочтительней.

Укладка производится в любой самодельный короб методом скручивания шланга в спираль и фиксации колец относительно друг друга. Также рекомендуется прикрепить кольцевую заготовку к нижней стороне такого бокса, во избежание периодического смещения. Корпус желательно окрасить в черный цвет, что значительно повысит КПД конструкции.

2. Плоский солнечный коллектор своими руками из оконной рамы для нагрева воды

Очень удобной в качестве основы является и старая двойная оконная рама. Сборка своими руками такой модели солнечного коллектора производится следующим путем:

к нижней части крепится слой теплоизоляции;
на него укладывается стальной лист, окрашенный черной краской;
поверх него спиралью либо змейкой крепится медная или полимерная трубка сечением около половины дюйма (≈1,25 см);
почти готовая конструкция зажимается сверху второй половиной рамы – для скрепления створок можно использовать болты, струбцины либо винты;
накопительный бак закрепляется на 40-50 см выше абсорбера – это позволит холодной воде течь самотеком, а горячей подниматься под воздействием давления;
если будет использоваться сборочная емкость, ее рекомендуется качественно утеплить, чтобы избежать ненужных потерь тепла.

Денежные расходы и трудоемкость сборки своими руками подобного солнечного коллектора следует признать незначительными, а КПД может достигать 75%.

3. Солнечный коллектор своими руками из деталей выброшенного холодильника

Мастера-самоучки приспособились изготавливать солнечные водяные коллекторы из подходящих деталей самой разнообразной техники. Чаще других встречаются модели из автомобильных радиаторов и конденсаторов выброшенных на свалку холодильников.

Последний вариант удобен тем, что в наличии уже имеется готовая система циркуляции воды. Необходимо лишь тщательно промыть трубки и решетку и запастись следующими материалами:

емкостью для воды;
резиновым ковриком в качестве подложки;
металлической фольгой для снижения теплопотерь;
скотчем для скрепления деталей;
деревянными брусками на будущую раму;
оконным стеклом для верхнего защитного слоя.

Далее пошагово осуществляется этап сборки своими руками солнечного коллектора из старого холодильника:

изготавливается деревянный короб по размеру решетки-конденсатора;
днище выстилается металлической фольгой;
щели заготовки тщательно заклеиваются скотчем;
емкость для воды закрепляется на 30-40 см выше места, где расположена верхняя выводная трубка теплообменника конденсатора и соединяется с ним шлангом;
при желании повысить скорость циркуляции воды в схему солнечного коллектора можно включить насос от аквариума;
поверх почти готовой конструкции укладывается и закрепляется стекло;
швы еще раз проверяются и тщательно герметизируются.

Самодельный коллектор подобного типа за час способен нагреть 10 л воды с 20° до 45° Цельсия.

4. Воздушный солнечный коллектор из профнастила своими руками

Отдельно следует упомянуть воздушные солнечные коллекторы. Своими руками они собираются по аналогичному принципу, но вместо воды нагревают обычный воздух. Примером такой установки может служить нагревательная система с абсорбером в виде листа профнастила. Местом его установки может выступать обычный оконный проем помещения, в которое необходимо подавать сухой горячий воздух.

Пошаговый процесс сборки следующий:

в стене просверливаются вентиляционные отверстия – через них будет подаваться свежий воздух и выводиться горячий;
из деревянного бруса толщиной 10-15 мм изготавливается прямоугольный короб под размер проема – например, 180 на 120 см;
с тыльной стороны корпуса прикручивается саморезами лист влагостойкой фанеры толщиной 6-8 мм;
изнутри на днище вплотную вкладывается рамка из брусков квадратным сечением 4х4 см и наполняется теплоизолятором – минеральной ватой;
поверх нее набивается лист профнастила типа Н57 соответствующих размеров;
производится его окраска матовой краской глубокого черного цвета;
сверху закрепляется прозрачное классическое стекло или качественный акрил (можно использовать половину старой оконной рамы);
сверлятся в боковинах отверстия для доступа воздуха.

Наш воздушный солнечный коллектор, изготовленный своими руками, готов.

Эффективность такой установки примерно следующая:

5. Вакуумные солнечные коллекторы для отопления дома своими руками

Наиболее производительными среди самодельных вариантов являются вакуумные солнечные коллекторы. Процедура их сборки для отопления или снабжения теплой водой тоже осуществляется своими руками. Но в конструкции используются специальная панель со стеклянными двухслойными колбами, откуда промышленным способом выкачан воздух, и трубкой-магистралью из меди с теплоносителем.

За счет внедрения вакуумной технологии себестоимость таких водонагревателей выше, но это окупается значительным повышением КПД.

Последовательность сборки коллектора стандартная:

сколачивается короб с фанерным днищем и боковыми планками, сечение которых больше, чем диаметр приобретенных трубок;
нижним слоем выступает теплоизолятор-пенопласт толщиной ≈ 100 мм;
далее укладываются вакуумные трубки – скрепление их выполняется специальными фиксаторами (продаются в комплекте);
монтируется абсорбер – выкрашенный черным лист оцинкованной стали либо приобретенный в магазине профессиональный вариант;
контур остекляют и подвергается тщательной герметизации.

Для отопления дома подобный солнечный коллектор эффективнее, чем собранный своими руками полностью из легкодоступных и недорогих материалов. Однако летом простаивание полупрофессиональной модели нецелесообразно, поэтому оптимально устанавливать ее и с целью летнего снабжения теплой водой теплиц.

Важно! Даже лучший солнечный коллектор не заменит Вам полноценную отопительную систему. Поэтому его использование предполагается лишь как вспомогательное и повышающее общую энергоэффективность жилья.

Как улучшить КПД самодельных конвекторов

Ключевым элементом всех солнечных коллекторов – как заводского изготовления, так и собранных своими руками – являются абсорберы. Благодаря таким поглотителям излучения поток фотонов солнца преобразуется в тепло и далее передается теплоносителю. Основная задача абсорберов, как и всех прочих преобразователей энергии – оптимизировать уровень поглощения и потерь. Первый всегда стремятся увеличить, а второй уменьшить.

Использование в качестве абсорберов подручных материалов и покрытие их черной краской позволяет довести процент поглощения α (альфа) почти до профессионального уровня в 92-95%. Однако добиться аналогичного результата со снижением почти до нуля теплоотдачи ε (эпсилон) в собранных своими руками солнечных коллекторах невозможно.

Промышленные абсорберы имеют такую возможность и используют для повышения КПД две технологии – селективное покрытие поглотителя и помещение трубки с теплоносителем в вакуумную колбу. Абсорбция многослойного – 10-16 слоев – абсорбера заводской сборки практически не допускает обратного отражения света. А наличие вакуума между медными трубками с водой и внешней стеклянной оболочкой сводит потери тепла во внешнюю среду почти до нуля.

Применяются в фирменных абсорберах и прочие важные технологии – серебрение поверхности, чрезвычайно прозрачное и сверхпрочное боросиликатное стекло, бариумный поглотитель для увеличения срока службы трубок и т.д.

Это позволяет эффективно использовать коллекторы вакуумного типа, как всепогодные, даже зимой, для отопления дач или теплиц, а также кратно увеличивать срок их службы.

Если Вашей целью является сборка максимально эффективного солнечного коллектора для отопления и/или горячего водоснабжения дома своими руками, приобретите для него профессиональный абсорбер в нашем магазине: смотреть описание и цены .

За счет меньших потерь тепла, всепогодности и длительного срока службы Ваши вложения многократно окупятся.

Использование бесплатной энергии солнца – хороший метод сэкономить топливо и электричество, расходуемое на отопление частного дома. Массовому применению гелиосистем мешает высокая цена теплоприемников и сопутствующего оборудования – накопительного бака, циркуляционного насоса, электронного блока управления и прочей арматуры. Единственный способ снизить затраты – сделать солнечный коллектор своими руками из недорогих материалов и собрать стандартную схему обвязки.

Принцип работы солнечных нагревателей

Прежде чем браться за изготовление самодельной гелиосистемы, стоит изучить устройство солнечных коллекторов заводского изготовления – воздушных и водяных. Первые используются для прямого отопления помещений, вторые применяются в качестве нагревателей воды либо незамерзающего теплоносителя — антифриза.

Справка. Воздушные установки не слишком популярны из-за ограниченной функциональности. Водонагревательные гелиоколлекторы более востребованы, поскольку могут обеспечивать работу отопления, ГВС, поднимать температуру в открытых бассейнах.

Главный элемент гелиосистемы – сам солнечный коллектор, предлагаемый в 3 вариантах исполнения:

Плоский водяной нагреватель. Представляет собой герметичный короб, утепленный снизу. Внутри расположен тепловой приемник (абсорбер) из металлического листа, на котором закреплен медный змеевик. Сверху элемент закрыт прочным стеклом.
Конструкция воздухонагревательного коллектора аналогична предыдущему варианту, только по трубкам вместо теплоносителя циркулирует воздух, нагнетаемый вентилятором.
Устройство трубчатого вакуумного коллектора кардинально отличается от плоских моделей. Аппарат состоит из прочных стеклянных колб, куда помещены медные трубки. Их концы подсоединяются к 2 магистралям – подающей и обратной, воздух из колб откачан.

Дополнение. Существует и другая разновидность вакуумных водяных нагревателей, где стеклянные колбы наглухо запаяны и наполнены специальным веществом, испаряющимся при невысокой температуре. При испарении газ поглощает большое количество теплоты, передаваемое воде. В процессе теплообмена вещество снова конденсируется и стекает на дно колбы, как показано на картинке.

Устройство вакуумной трубки прямого нагрева (слева) и колбы, работающей за счет испарения / конденсации жидкости

Перечисленные типы коллекторов используют принцип прямой передачи теплоты солнечного облучения (иначе – инсоляции) протекающей жидкости или воздуху. Плоский водонагреватель работает так:

Через медный теплообменник со скоростью 0.3—0.8 м/с движется вода либо антифриз, прокачиваемый циркуляционным насосом (хотя бывают и самотечные модели для уличного душа).
Лучи солнца разогревают абсорбирующий лист и плотно соединенную с ним трубу змеевика. Температура протекающего теплоносителя поднимается на 15—80 градусов в зависимости от сезона, времени суток и уличной погоды.
Чтобы исключить тепловые потери, дно и боковые поверхности корпуса утеплены пенополиуретаном либо экструзионным пенополистиролом.
Прозрачное верхнее стекло выполняет 3 функции: защищает селективное покрытие абсорбера, не позволяет ветру обдувать змеевик и создает герметичную воздушную прослойку, удерживающую тепло.
Горячий теплоноситель поступает в теплообменник накопительного бака – буферной емкости или бойлера косвенного нагрева.

Поскольку температура воды в контуре аппарата колеблется вместе с изменением времен года и суток, солнечный коллектор не может использоваться для отопления и ГВС напрямую. Полученная от солнца энергия передается основному теплоносителю через змеевик бака — аккумулятора (бойлера).

Исключение – гелиоустановки для бассейнов, нагревающие воду резервуара напрямую либо через простой теплообменник.

Эффективность трубчатых аппаратов повышена за счет вакуума и внутренней отражающей стенки в каждой колбе. Лучи солнца свободно проходят сквозь безвоздушную прослойку и греют медную трубку с антифризом, но тепло не может преодолеть вакуум и выйти наружу, поэтому потери минимальны. Другая часть излучения попадает в отражатель и фокусируется на водяной магистрали. По заверениям производителей, КПД установки достигает 80%.

Когда вода в баке нагрета до нужной температуры, солнечные теплообменники переключаются на бассейн с помощью трехходового клапана

Изготавливаем водяной коллектор

Водонагреватель вакуумного типа сделать в домашних условиях не выйдет по понятным причинам. Поэтому беремся за плоскую конструкцию с теплообменником и собирающим солнечные лучи абсорбером. В идеале нужно рассчитать площадь приемника и температуру воды на выходе, зависящую от многих факторов:

регион проживания и уровень инсоляции;
температура окружающей среды, особенно в зимний период;
площадь теплообменной поверхности, воспринимающей облучение солнцем;
материал и покрытие змеевика;
температура теплоносителя на входе;
угол наклона панели по отношению к солнечным лучам;
скорость течения воды по трубам теплообменника.

В интернете нетрудно отыскать расчеты производительности солнечного коллектора, но предупреждаем — вычисления весьма неточные.

Пример. За основу принимается факт: в ясный день на 1 м² поверхности попадает 500—800 Вт энергии солнца. Дальше по школьной формуле m = Q / 1.163 х Δt определяем массу воды, нагретую на 40 °С теплообменником 1 м²: 500 / 1,163 х 40 = 10.7 литра в час. При инсоляции 800 Вт/м² удастся нагреть 17.2 л/ч. Но дьявол кроется в деталях: изначальный показатель 0.5—0.8 кВт на квадратный метр – цифра очень приблизительная.

Приемник тепла из ПНД труб (слева) и бухт садового шланга, помещенных внутрь оконных рам (справа)

Мы предлагаем упрощенный подход к вопросу, изложенный в пошаговой инструкции:

Определите место и площадь, которую вы готовы отдать под коллектор.
Ориентируясь по ценам на материалы, выберите подходящий вариант для сборки змеевика и корпуса.
Изготовьте опытный образец, подключите к отоплению либо водоснабжению по правильной схеме. Способы обвязки мы покажем в следующих разделах данной статьи.
Испытайте греющий контур в домашних условиях и сделайте дальнейшие выводы о наращивании / уменьшении мощности, изменении конструкции и так далее.

Теперь пройдем каждый этап по отдельности, заостряя внимание на подводных камнях.

Размещение тепловой установки

Собственно, вариантов расположения самодельного коллектора всего два: на крыше здания либо открытой площадке придомового участка. Выбирая место, соблюдайте простые правила:

Площадка должна быть максимально освещена в течение дня, не затеняться деревьями и другими хозяйственными постройками.
При установке на крышу выбирается более пологий скат, куда всегда попадает солнечное излучение. Понятно, что крутая часть ломаной мансардной кровли не подойдет.
Водогрейную установку, предназначенную для отопления либо горячего водоснабжения, не относите далеко от жилища. Увеличится длина подающих трубопроводов, теплопотери и стоимость монтажа.
Наземный коллектор ориентируйте таким образом, чтобы солнце, визуально движущееся с востока на запад, постоянно освещало теплоприемник. Угол установки панели – 60±15°.

Примечание. Эффективность греющего элемента можно повысить с помощью параболического солнечного концентратора, собирающего лучи в единый пучок, который направляется на абсорбер. Конструкция и способы сборки вогнутого зеркала показаны на видео.

Солнечные установки, рассчитанные на подогрев воды в летнем душе, располагаются на крыше этого строения и присоединяются по самотечной схеме. Устройства для нагрева бассейнов размещаются рядом с чашей резервуара.

Выбор материалов

Подборку комплектующих для изготовления солнечных водонагревателей своими руками мы сделали на основании отзывов и тем, обсуждаемых на популярном форуме Forumhouse. Итак, прямоугольный короб приемника обычно делается из деревянного бруса либо готовых рам старых окон. Задняя стенка корпуса утепляется базальтовой ватой, пенопластом или экструдированным пенополистиролом.

Совет. Дно короба можно сделать из фольгированного полимерного утеплителя. Металлический слой послужит абсорбером – ставить дополнительный лист не придется.

Теплообменники домашние умельцы изготавливают из разнообразных труб:

С точки зрения эффективности и долговечности лучше применять трубки из алюминия, меди и нержавеющей стали, обладающие наилучшей теплопроводностью. Недостаток материала – высокая цена.

Пластиковые трубы значительно дешевле металлических и проще в монтаже. Но при использовании полимеров нужно учитывать ряд нюансов:

Сквозь соты поликарбоната можно пропустить воду, нагреваемую солнцем. К торцу листа припаивается коллектор – полимерная труба

Тонкостенные трубы ПНД – отличный выбор по соотношению цена/качество. Черная поверхность хорошо поглощает солнечное тепло, соединительные фитинги стоят недорого. К абсорберу трубопровод крепится пластиковыми хомутами либо жестяной полосой на саморезах.

В качестве абсорбирующего листа можно применить обычную или нержавеющую сталь, окрашенную в черный цвет. Идеальный вариант – листовой алюминий либо медь.

Верх короба закрывается следующими прозрачными материалами на выбор:

Совет. Не применяйте в качестве светопрозрачного элемента готовые стеклопакеты от пластиковых окон. Зимой при большом перепаде температур между уличным воздухом и закрытой камерой коллектора двухслойный пакет не выдерживает и трескается.

Схема подключения

Коллектор, предназначенный для подогрева воды в душе, подсоединяется к накопительному баку по самотечной схеме. Важное условие: гелиоустановка должна располагаться ниже основной емкости, чтобы горячая вода меньшей плотности поднималась по трубе и вытесняла холодную. Конструкция такой системы показана на чертеже.

При подключении к бойлеру либо теплоаккумулятору солнечный коллектор выступает как полноценный источник тепла. Производители гелиосистем предлагают использовать двухтрубную напорную схему, включающую обязательные элементы обвязки:

циркуляционный насос, развивающий давление 0.4 Бар;
расширительный бак мембранного типа;
автоматический воздухоотводчик;
клапан предохранительный, рассчитанный на срабатывание при давлении 2 Бар;
манометр;
термометр;
запорная арматура, вентиль подпитки;
контроллер с двумя датчиками температуры;
теплоизоляция для подводящих трубопроводов.

Важный момент. Если к буферной емкости подключается батарея из нескольких коллекторов, производительность насоса и объем расширительного бачка нужно увеличить. Минимальная вместительность мембранного резервуара – 10% от общего количества теплоносителя в контуре.

Схема функционирует так:

Теплоприемник присоединяется к нижнему змеевику буферной емкости, где вода холоднее.
Контроллер посредством датчиков сравнивает температуру воды (антифриза) в подающей трубе и теплоаккумуляторе.
Электронный блок останавливает насос, когда температура воды в резервуаре равна либо превышает температуру теплоносителя на подаче.
Попадающий в контур воздух сбрасывается через автоматический клапан, установленный в верхней точке системы.
В случае перегрева теплоносителя из-за остановки насоса (ведь солнце выключить невозможно) сработает предохранительный клапан и стравит лишнее давление.

Самый дорогой элемент схемы – электронный блок управления. Как можно обойтись без контроллера:

купить на Aliexpress более дешевый термостат, срабатывающий по разнице температур;
установить таймер день–ночь и механический термостат, отключающий насос при максимальном нагреве буферной емкости.

Как работает дешевый китайский блок управления (цена — 15 у. е.), смотрите в видеообзоре:

Отопление воздушной гелиосистемой

Установка подогрева воздуха делается аналогичным образом, только теплообменник выполняется из труб большего диаметра, а нагнетание обеспечивает вентилятор. Приемник излучения умельцы изготавливают из таких материалов:

алюминиевая гофра для вентиляции;
пластиковые бутылки, вставленные одна в другую;
пивные банки с вырезанным дном.

В коробе выполняется 2 отверстия под воздушные трубы, внутри прокладывается мелкая сетка, исключающая попадание насекомых. Вентилятор – кулер от компьютера – устанавливается на одном из отверстий, теплообменная часть окрашивается в черный цвет. Подводящие трубы утепляются и прокладываются в обогреваемое помещение. Алгоритм сборки воздушного коллектора показан в видеосюжете:

Заключение

Привлекательность солнечных коллекторов обусловлена ростом цен на энергоносители. Хотя зимой производительность водонагревателей снижается, солнечное тепло дает заметную экономию по расходу топлива основным источником — котлом. Если вы хотите максимально обогревать свой загородный дом бесплатной энергией солнца, советуем обратить внимание на установки с зеркальными концентраторами. Эти крайне эффективные устройства широко применяются в странах Европы и Америки.

Читайте также: