Солнечный коллектор своими руками — как собрать гелиоколлектор

Содержание
  1. Типы и особенности солнечных коллекторов
  2. Принцип действия
  3. Эффективность работы
  4. Сферы применения
  5. Выгодно ли это
  6. Плюсы и минусы
  7. Плоские солнечные коллекторы.
  8. Вакуумные солнечные коллекторы.
  9. Востребованы ли гелиосистемы
  10. Преимущества этих систем
  11. Немного о недостатках
  12. Солнечный коллектор: виды и подвиды теплоносителей
  13. Накопительные
  14. Плоские
  15. Жидкостные
  16. Воздушные
  17. Концентрат
  18. Солнечная печь и дистиллятор
  19. Термосифонный солнечный теплоноситель
  20. Классификация по температурным критериям
  21. Технология
  22. Система SolarVenti
  23. Оконный коллектор
  24. Как и из чего сделать воздушный коллектор
  25. Как сделать расчёты коллектора
  26. Типы конструкции коллектора
  27. Материалы для изготовления коллектора
  28. Коллектор из поликарбоната
  29. Коллектор из вакуумных трубок
  30. Гелиосистема из пластиковых бутылок
  31. Коллектор из алюминиевых пивных банок
  32. Гелиосистема из холодильника
  33. Нюансы устройства теплоизоляции
  34. Испытание перед вводом в эксплуатацию
  35. Производительность солнечного коллектора
  36. Установка и подключение воздушного коллектора

Типы и особенности солнечных коллекторов

Представленные энергетические установки можно разделить на две большие группы. Это солнечные коллекторы следующих типов:

  • трубчатые вакуумные;
  • плоские;
  • плоские вакуумированные.

Плоские солнечные коллекторы известны достаточно давно, обладают простой конструкцией и относительно низкой себестоимостью.

Плоские вакуумные и трубчатые вакуумные коллекторы изобретены гораздо позже и считаются наиболее современными устройствами. Они обладают высоким КПД, прекрасно приспособлены для поглощения энергии солнца зимой, однако дороже плоских аналогов. Наличие вакуума исключает утечки энергии наружу, что важно при эксплуатации гелиосистемы зимой.

Принцип действия

Для отопления жилого дома или иного объекта могут быть использованы все виды солнечных коллекторов, однако принцип их работы, вне зависимости от конструкции и вида теплоносителя, является единым.

Принцип работы солнечного коллектора основан на способности материалов поглощать энергию солнца в видимом и невидимом, человеческому глазу, диапазонах, в связи с чем, внутри данного материала, начинаются физические процессы, молекулы начинают быстрее двигаться, материал (вещество) – нагревается. Тепло выделяемое материалами, на которые воздействуют солнечные лучи, передается теплоносителя для последующего использования.

Схематично, принцип работы различных видов устройств, можно отразить следующим образом:

  1. Плоский солнечный коллектор, работающий с использование жидкого теплоносителя:
  2. Плоский солнечный коллектор, работающий с использование воздуха:
  3. Вакуумный солнечный коллектор, с жидким теплоносителем:

Эффективность работы

Солнечные коллекторы, или гелиосистемы, способны работать круглый год без перерыва.

Даже в условиях облачности до поверхности земли доходит больше половины излучения. Кроме того, их эксплуатация абсолютно безопасна для человека и окружающей среды. Любой гелио комплект прост в обслуживании, выглядит эстетично, облагораживает внешний облик частного дома. К плюсам устройств также можно отнести:

  • автономность горячего водоснабжения зимой, летом, при перебоях и ремонтных работах;
  • срок службы до 30 лет, окупаемость с выгодой от трат на отопление через 3-5 лет;
  • отсутствие тарификации, ежемесячный расчет независим от повышения цен на электричество;
  • возможность одновременного использования для обогрева бассейнов, теплиц, хозяйственных помещений;
  • легкая интеграция в существующий комплект отопления;
  • отсутствие грязи, отходов;
  • снижение суммарной нагрузки на электро- и теплосеть дома;
  • оптимизация под собственные нужды.

Отрицательные моменты использования солнечных коллекторов не столь многочисленны:

  • высокая стоимость первичной покупки и установки. В зависимости от производителя, масштабности и комплектации вся гелиосистема может обойтись до 10 тысяч долларов. Даже модели попроще обходятся в крупную сумму, которую необходимо заплатить единовременно;
  • на эффективность работы коллекторов могут влиять не только климатические условия, но и особенности ландшафта, форма крыши, типичная длина светового дня и прочие факторы. От подобных показателей зависит период окупаемости.

Пассивная циркуляция внутри солнечного коллектора обусловит меньшую производную эффективность. При принудительном управлении вода и энергия расходуются более продуктивно. Второй вариант требует усложненного обслуживания, но больше подходит для условия средней полосы проживания. Для южных регионов введение в обиход гелиосистемы нередко сокращает расчет за электроэнергию вдвое.

КПД солнечного коллектора достигает 95%. Края с суровым климатом проявляют показатель пониже, но также оправдывают использование. Чтобы произвести расчет годовой эффективности коллектора, требуется перемножить величину инсоляции в регионе за год (существуют специальные таблицы), площадь поглощения системы и его КПД. Расчет дневной выгоды проводится таким же образом, но с учетом соответственного (дневного) показателя инсоляции.

Рассказ о коллекторе зимой

Сферы применения

Столь низкая популярность приборов объясняется очень просто: у воздуха достаточно низкая теплопроводность. Тем не менее, гелиосистемы воздушного типа широко используются:

  • в системах рекуперации воздуха;
  • в осушительных системах;
  • в воздушном обогреве дома.

Получается, что воздушные коллекторы вряд ли можно считать полноценной заменой жидкостных, но благодаря им вполне можно сократить коммунальные расходы.

Выгодно ли это

Определить, выгодно ли использовать солнечные коллекторы, каждый определяет для себя индивидуально, в зависимости от региона проживания, потребности в тепловой энергии и в зависимости от финансовых возможностей.
Регион проживания – это важный критерий, при определении эффективности использования устройств, служащих для преобразования энергии солнца в другие виды энергии. Солнечная активность (продолжительность солнечного сияния), в разных регионах нашей страны разная, что видно на приведенной ниже схеме.
Из данной схемы видно, что наиболее благоприятные регионы, для использования солнечной энергии, с продолжительностью солнечной активности более 2000,0 часов в год, расположены в южных районах страны. В этих районах также не бывает холодных и продолжительных зим, что определяет возможность успешного использования солнечных коллекторов в системах отопления и горячего водоснабжения, именно в этих областях России.

При необходимости создать абсолютно автономную систему, от внешних, традиционных поставщиков тепловой энергии, следует помнить, что, установив только коллектор, создать подобную систему не получится, т. к. для создания циркуляции теплоносителя, работы системы автоматики, необходима электрическая энергия. Поэтому, для полной автономии, необходимо проработать вопрос по независимому электроснабжению подключаемого объекта. Следовательно, для того, чтобы сделать абсолютно независимую систему, потребуются дополнительные финансовые затраты, что увеличит срок окупаемости оборудования.

Плюсы и минусы

Как у любого технического устройства, так и у солнечного коллектора, есть свои плюсы и минусы, как по возможности использования и эксплуатации, так и по иным параметрам и показателям. В зависимости от конструкции устройства, плюсы и минусы, разнятся, поэтому необходимо их рассмотреть в отдельности друг от друга.

Плоские солнечные коллекторы.

Достоинства использования:

  1. При использовании в южных регионах с теплым климатом, наилучшие показатели в соотношении цена – производительность;
  2. При осадках в виде снега, имеют способность к самоочищению;
  3. Обладают высоким КПД, при использовании в летний период;
  4. Относительно низкая стоимость, в сравнении с аналогами другой конструкции.

Недостатками являются:

  1. Значительные тепловые потери, вызванные конструктивными особенностями устройства;
  2. Низкий КПД при работе в осенне-весенний период;
  3. Сложность транспортировки и монтажа готовых изделий;
  4. Высокая парусность конструкции, создает опасность повреждения ее элементов, в процессе эксплуатации;
  5. Сложность и трудозатратность выполнения ремонтных работ.

Вакуумные солнечные коллекторы.

Достоинства использования:

  1. При использовании в регионах с холодным и умеренным климатом, наилучшие показатели в соотношении цена – производительность;
  2. Незначительные тепловые потери, в процессе эксплуатации, в сравнении с аналогами другой конструкции;
  3. Способность работать при низких и отрицательных температурах окружающего воздуха;
  4. Способность работать при низкой солнечной активности в утренние и вечерние часы, а также при отсутствии прямых солнечных лучей (пасмурная погода);
  5. Легкий и удобный монтаж, транспортабельность конструкций;
  6. Надежность в процессе эксплуатации.

Недостатками являются:

  1. Относительно высокая стоимость;
  2. Жесткие требования к монтажу, определяющие расположение коллектора в пространстве по отношению к поверхности земли.

Востребованы ли гелиосистемы

Уже сейчас установлено более 160 млн.м2 этих панелей во всем мире. Лидируют Китай и Япония. Не отстают и некоторые европейские страны, где выработка тепла такими системами составляет около 5% от всей необходимой.

Пройдет не много лет и многие страны откажутся от газа и угля совсем. К примеру, в Украине, где тарифы достаточно высокие, такие системы устанавливают в больших количествах. Единоразовое вложение денег позволит получить энергонезависимость, пусть даже и частичную. И дело не только в экономии, такие установки экологически чисты и не загрязняют окружающую среду.

Преимущества этих систем

Альтернативных источников энергии сейчас много, это и солнечные панели, ветрогенераторы, тепловые насосы и тд. Однако именно солнечные коллекторы набирают все большую популярность, этому есть ряд причин:

  • Стоимость системы самая низкая из всех альтернативных источников, это обусловлено несложной технологией изготовления и монтажа.
  • Несложный монтаж, который можно сделать даже самому, обладая определенными знаниями и навыками.
  • Легкость в эксплуатации, не нужно никаких особых навыков чтобы следить за ними.
  • Низкая стоимость ремонта, все детали системы недорогие. Нет крупных узлов, требующих замены целиком. Ремонт можно выполнить самостоятельно, предварительно немного изучив устройство.
  • Универсальность. Гелиосистему можно использовать для нагрева воды и отопления, без дополнительных циклов преобразования энергии. Подобрать количество панелей можно исходя их конкретной необходимости.

Немного о недостатках

У любой системы есть недостатки и солнечные коллекторы здесь не исключение. Они занимают значительную площадь, одна панель занимает в среднем 2-3 м2. Эффективность их работы зависит от климатической зоны где они используются.

Также они очень климатически зависимые, зимой их КПД минимально, при этом расходы энергии на обогрев максимально. Это делает солнечные коллекторы не очень эффективными для отопления. Как заявляют многие производители, они способны покрыть до 30% расходов на отопление.

Однако, это все относительно. Большее количество панелей и аккумулирующие баки большей емкости увеличат этот %. Но, дополнительное оборудование увеличит и стоимость системы.

Солнечный коллектор: виды и подвиды теплоносителей

В зависимости от того, какую температуру могут достигать пластины коллектора, их можно разделить на следующие виды:

  • Коллектор низкой температуры;
  • Коллектор средней температуры;
  • Коллектор высокой температуры.

Солнечный коллектор низкой температуры не сможет дать энергию с большой мощностью. Он сможет нагреть воду не теплее 500 С.

Коллекторы средней температуры могут прогреть воду уже до 850-900 С. Такие солнечные коллекторы для отопления дома и помещений подходят наиболее оптимально.

А коллекторы высокой температуры пользуются большим спросом в индустриальных предприятиях и крупных заводах, поэтому своими силами их сделать просто не представляется возможным.

Вид солнечного коллектора

Все интегрированные солнечные энергоносители подразделяются на:

  • Плоские солнечные коллекторы;
  • Воздушные коллекторы;
  • Жидкостные энергоносители;
  • Накопительные интегрированные солнечные коллекторы.

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.

Концентрат

Помимо всех вышеперечисленных видов и подвидом солнечных коллекторов выделяют также концентраторы. Главной отличительной чертой концентратов от коллекторов является концентрация солнечной радиации. Это представляется возможным за счёт зеркальной поверхности конструкции, благодаря которой солнечные лучи направляются на поглотители.

Наиболее существенным минусом такого типа коллектора является невозможность нормального функционирования в непогожие дни.

То есть концентраты подходят только для работы в странах, где постоянно поддерживается жаркий климат.

Солнечная печь и дистиллятор

И последней разновидностью солнечных коллекторов можно считать печи, работающие за счёт солнечной радиации и дистилляторы. Принцип работы дистилляторов заключается в испарении воды. Таким образом, они не только обеспечивают теплоэнергией, но и производят очистку воды. По такому же алгоритму работают и солнечные печи.

Термосифонный солнечный теплоноситель

Накопительные интегрированные солнечные коллекторы по-другому называют термосифонными коллекторами. Его основное предназначение заключается не только в подогреве воды, но и для поддержания нужной температуры определённое время. Эти коллекторы не имеют насосов, поэтому они гораздо дешевле остальных разновидностей.

Термосифонный солнечный коллектор изготавливается в виде конструкции с одним баком, который заполнен водой и помещён в теплоизоляционный короб. Поверх бака находится стеклянная покрышка, через стекло которой проходит солнечная радиация и нагревает воду.

Единственным недостатком солнечного коллектора является то, что в зимнюю пору пользоваться в полную силу им вряд ли удастся.

Классификация по температурным критериям

Существует достаточно большое количество критериев, по которым классифицируют те или иные конструкции гелиосистем. Однако для приборов которые можно сделать своими руками и использовать для горячего водоснабжения и отопления, наиболее рациональным будет разделение по виду теплоносителя.

Так, системы могут быть жидкостными и воздушными. Первый вид чаще применим.

Шаг 1: Сборка коллектора из гофрированной трубы

Кроме этого часто используют классификацию по температуре, до которой могут нагреваться рабочие узлы коллектора:

  1. Низкотемпературные. Варианты, способные нагревать теплоноситель до 50ºС. Применяются для подогрева воды в емкостях для полива, в ванных и душевых в летнее время и для повышения комфортных условий в прохладные весенне-осенние вечера.
  2. Среднетемпературные. Обеспечивают температуру теплоносителя в 80ºС. Их можно использовать для обогрева помещений. Эти варианты наиболее подходят для обустройства частных домов.
  3. Высокотемпературные. Температура теплоносителя в таких установках может доходить до 200-300ºС. Используются в промышленных масштабах, устанавливаются для обогрева производственных цехов, коммерческих зданий и др.

В высокотемпературных гелиосистемах используется довольно сложный процесс передачи тепловой энергии. К тому же они занимают внушительное пространство, чего не может позволить себе большинство наших любителей загородной жизни.

Процесс изготовления их трудоемок, реализация требует специализированного оборудования. Самостоятельно сделать подобный вариант гелиосистемы практически невозможно.

Высокотемпературные солнечные батареи на фотоэлектрических преобразователях в домашних условиях сделать довольно сложно

Технология

Устанавливать полотно нужно всегда с южной стороны. Размер коллектора выбирают так, чтобы он хорошо отапливал помещение. То есть нужно принять во внимание размеры, схема разрешает различие. Само собой, что также это зависит от размера южной стены и количества денег.

Деревянный брус размером 150 на 50 мм для изготовления каркаса воздушного коллектора

Сначала делаем каркас устройства. Для этого понадобится брус 150 на 50 мм. В принципе, верхнюю часть можно изготовить из бруса 200 на 50 мм, тогда получится козырек. Посередине каркаса лучше сделать дополнительное перекрытие или даже несколько, в зависимости от размеров каркаса. Это увеличит прочность конструкции. Если в качестве защитного покрытия планируется использовать стеклопакет, то каркас должен быть упрочненным.

Каркас следует надежно прикрепить своими руками к стене дома и заизолировать все щели между ними монтажной пеной. Корпус воздушного солнечного коллектора должен быть герметичным.

Потом сверху и снизу на стене внутри каркаса нужно сделать отверстия для обмена воздуха. Если стены из досок или подобных материалов, это будет легко, но если стена кирпичная, это будет труднее. Но все же это необходимо сделать аккуратно.

В воздушном солнечном коллекторе роль абсорбера играет металлическая сетка. Это может быть сетка, наподобие москитной, только из метала, но гораздо лучшие результаты дает просечно-вытяжной или перфорированный лист.

Металлические перфорированные листы для изготовления абсорбера

Алюминий обладает высокой теплопроводностью, поэтому подходит лучше всего. Кроме того, чем больше площадь, способная принимать энергию, тем лучше конечный результат. К сожалению, из-за высокой цены мало кто может ее себе позволить, поэтому обычно обходятся металлической сеткой.

Поверхность обязательно нужно покрыть черной краской, это усилит селективные способности абсорбера.

На верхние отверстия, через которые в помещение будет попадать теплый воздух, необходимо установить клапаны, это легко сделать своими руками. Иначе в пасмурную погоду из коллектора будет попадать внутрь холодный воздух.

В качестве клапана подойдет кусок не слишком плотного полиэтилена. Его прикрепляют только за верхний край и теплый воздух сможет приподнимать его, а холодный не проберется.

На нижние отверстия нужно установить мелкую сетку, лучше всего капроновую. Она будет предохранять коллектор от попадания внутрь пыли, поэтому лучше поставить несколько слоев. Нельзя допустить, чтобы пыль попала внутрь коллектора, ведь она осядет на защитном стекле и ухудшит КПД устройства.

Капроновую сетку нужно будет время от времени менять своими руками, ведь она будет забиваться пылью и перестанет пропускать воздух. Можно также иногда протирать ее.

Прозрачный поликарбонат для установки защитного слоя воздушного коллектора

Потом нужно установить прозрачный защитный слой. Это может быть закалённое стекло, разные виды поликарбоната, прозрачный шифер, стеклопакет или что-то другое. Главное, не забыть, что короб солнечного коллектора должен быть герметичным, и надежно заделать все щели. Стеклопакет подойдет лучше всего, но он стоит гораздо дороже, зато есть разные виды более доступного поликарбоната.

По такой схеме можно сделать своими руками обогрев курятника или любого другого хозяйственного строения.

Система SolarVenti

Отдельно нужно вспомнить систему SolarVenti. Это воздушный коллектор, который работает по принципу вентиляции. Его применяют в тех помещениях, где может образоваться затхлость или плесень. Например, подвалы, гаражи, дачи, строительные бытовки, катера, террасы, жилые дома и тому подобное.

Отличительная особенность системы SolarVenti – вентилятор не нуждается в дополнительной подпитке электроэнергией, а защита абсорбера происходит с помощью поликарбоната.

Как и в обычных коллекторах, в SolarVenti абсорбер собирает энергию из солнечных лучей, но потом в действие приходит встроенный фотоэлемент. Он преобразует ее в электроэнергию, которая включает вентилятор. То есть даже работа вентилятора происходит благодаря солнечной энергии.

Воздушные коллекторы, работающие по системе SolarVenti

Свежий воздух поступает через множество мелких дырочек на задней стенке без помощи труб. Это обеспечивает нужную циркуляцию. Также есть фильтр, который препятствует попаданию грязи внутрь SolarVenti. А еще такой коллектор использует тепло стен для повышения производительности обогрева дома. Обычно в качестве защитного слоя используют какой-то вид поликарбоната.

Оконный коллектор

Для тех, кто не желает делать массивные конструкции, есть воздушный коллектор, который можно крепить прямо на стеклопакет. Его может своими руками снять даже женщина, притом без особых усилий. Такой коллектор обеспечит обогрев дома через стеклопакет. Кстати, это более эффективная система, чем коллектор из пивных банок.

Его делают из алюминия – это уменьшает вес и увеличивает эффективность устройства. Каркас делается из двух алюминиевых рамок. Его можно будет прикрепить на стеклопакет своими руками так же, как крепится москитная сетка.

Задняя стенка – алюминиевый лист средней толщины, чтобы не мялся. Для циркуляции воздуха в задней стенке нужно пробить по два ряда дырочек сверху и снизу. В нижние будет входить холодный воздух, из верхних – выходить теплый. Лист алюминия нужно прикрепить своими руками с помощью алюминиевого скотча, зафиксировав по всем углам и посередине.

Алюминиевые листы средней толщины для изготовления задней стенки оконного коллектора

Для того чтобы укрепить заднюю стенку, посредине можно установить алюминиевый профиль с заклепками.

Абсорбер можно сделать из тонкой черной фольги, которую используют фотографы. Правда, ее тяжело найти и она недешево стоит. Поэтому многие выбирают более практичный вариант – очень тонкий лист алюминия, покрашенный черной краской.

Абсорбер должен иметь те же размеры, что и задняя стенка. Когда его прикрепили к корпусу алюминиевым скотчем, можно сверху устанавливать вторую рамку. Сверху всю конструкцию нужно опять же зафиксировать алюминиевым скотчем.

Сверху на вторую рамку необходимо наклеить двухсторонний скотч по всему периметру. Тут будет крепиться прозрачный защитный слой. Лучше всего подойдет термоусадочная пленка. Не забываем, она должна быть натянутой. Корпус коллектора должен быть герметичным, как стеклопакет. К сожалению, тут невозможно использование поликарбоната.

После этого воздушный коллектор можно крепить на стеклопакет. Окно должно обязательно выходить на южную сторону. Конечно, можно еще прикрепить липучки и приклеить коллектор прямо на стеклопакет. Это уже дело выбора, но в таком случае нужно будет обеспечить поступление теплого воздуха внутрь с помощью труб.

Воздушный солнечный коллектор из пивных банок

Еще можно сделать воздушный коллектор из пивных банок. Коллектор из банок будет менее эффективным, на несколько Дж. В этой схеме из банок делается теплогенератор.

Основной плюс воздушного солнечного коллектора из банок – доступность материалов, в частности, тех же самых банок.

Воздушный коллектор можно как купить у производителя, так и сделать своими руками. Как видно, что такие коллекторы доступны всем, ведь каждый может сделать воздушный коллектор из банок.

Как и из чего сделать воздушный коллектор

Главное достоинство солнечных воздухонагревателей, в простоте конструкции. При желании можно сделать самодельное солнечное воздушное отопление частного дома, затратив на это минимум средств.

Для начала потребуется сделать расчеты производительности, затем подобрать тип конструкции и выбрать материалы для изготовления. Корпус и абсорберы можно изготовить из подручных средств, существенно сэкономив бюджет.

Как сделать расчёты коллектора

Вычисления выполняются следующим образом:

  • каждый м² от площади коллектора даст 1,5 кВт/час тепловой энергии, при условии, что будет солнечная погода;
  • для полноценного обогрева помещения требуется 1 кВт тепловой энергии на 10 м².

Приблизительный расчет мощности покажет, что для отопления жилого дома на 100 м² необходимо установить коллекторы общей площадью 7-8 м².

Для обеспечения максимальной производительности надо определить сторону дома с максимальной интенсивностью ультрафиолетового излучения. Практика показывает, что оптимальное место для установки — это скат кровли или южная стена здания.

Типы конструкции коллектора

Классификация осуществляется по различиям корпуса коллекторов. Заводской воздухонагреватель обычно имеет надувной каркас, с двумя съемными панелями. При необходимости модуль легко демонтируется, разбирается и переносится на другое место. Сделать своими руками конструкцию надувного типа навряд ли получится.

В домашних условиях выполняют сборку неразборного корпуса. Это деревянный ящик с абсорбером, радиатором и верхним прозрачным экраном. При изготовлении используют подручные средства: профнастил, алюминиевые пивные банки, обычное стекло.

Материалы для изготовления коллектора

Для изготовления модулей для нагрева жилого или хозяйственного здания потребуются несколько комплектующих:

  • Внешний блок — собирается из фанеры, ДСП и деревянных брусков. По внешнему виду напоминает обыкновенный коробок.
  • Дно — изготавливают из профнастила. Лист металла обрабатывают специальной черной краской с высоким коэффициентом светопоглащения. Абсорбирующую поверхность можно сделать из разрезанных алюминиевых банок. Дно обшивают изоляционным материалом, чтобы избежать тепловых потерь.
  • Ребра радиатора — используются для лучшей абсорбции тепла. При изготовлении используют тонкие листы алюминия, меди. Можно установить уже готовый радиатор из старого холодильника.
  • Крышка коллектора — делается из сотового поликарбоната, отличающегося хорошей светопропускной способностью и одновременно удерживающая тепло внутри коллектора. Чтобы сэкономить, в качестве покрытия можно использовать обычное стекло. Теплоэффективность при этом будет нижем чем у коллекторов, закрытых поликарбонатом.
  • Теплоизоляция корпуса — по периметру каркас обшивают пенополистиролом.

Для нагнетания воздуха в отапливаемые помещения устанавливают 2-4 вентилятора. Подойдут кулеры, снятые со старого компьютера.

Коллектор из поликарбоната

Изготавливают из сотовых панелей, отличающихся хорошими теплоизоляционными свойствами. Толщина листов от 4 до 30 мм. Выбор толщины поликарбоната зависит от необходимой теплоотдачи. Чем толще лист и ячейки в нем, тем больше воды сможет нагреть установка.

Чтобы самому сделать гелиосистему, в частности самодельный солнечный водонагреватель из поликарбоната, понадобятся следующие материалы:

  • две штанги с нарезанной резьбой;
  • пропиленовые уголки, на фитингах должно быть наружное резьбовое соединение;
  • пластиковые трубы ПВХ: 2 шт, длина 1,5 м, диаметр 32;
  • 2 заглушки.

Трубы укладывают в корпус параллельно. Подключают к ГВС через отсекающие краны. Вдоль трубы делают тонкий надрез, в который можно вставить лист поликарбоната. Благодаря принципу термосифона вода будет самостоятельно поступать в желобки (ячейки) листа, нагреваться и уходить в накопитель, расположенный вверху всей системы нагрева. Для герметизации и фиксации листов, вставленных в трубу, используют силикон, стойкий к термическому воздействию.

Чтобы увеличить теплоэффективность коллектора из сотового поликарбоната, лист покрывают любой селективной краской. Нагрев воды после нанесения селективного покрытия ускоряется приблизительно в два раза.

Коллектор из вакуумных трубок

В этом случае не получится обойтись исключительно подручными средствами. Для изготовления солнечного коллектора придется купить вакуумные трубки. Их продают компании, занимающиеся обслуживанием гелиосистем и непосредственно производители гелиоводонагревателей.

Для самостоятельного производства лучше выбирать колбы с перьевыми стержнями и тепловым каналом heat-pipe. Трубки легче монтировать и менять в случае необходимости.

Также нужно приобрести блок-концентратор для вакуумного солнечного коллектора. При выборе обращают внимание на производительность узла (определяется по количеству трубок, которые можно одновременно подключить к устройству). Раму изготавливают самостоятельно, собирая деревянный каркас. Экономия при изготовлении в домашних условиях, с учетом приобретения готовых вакуумных трубок, составит не менее 50%.

Гелиосистема из пластиковых бутылок

Для приготовления потребуется около 30 шт. ПЭТ бутылок. При сборке удобнее использовать тару одинакового размера на 1 или 1,5 л. На подготовительном этапе с бутылок снимают этикетки, поверхность тщательно промывают. Кроме пластиковой тары понадобится следующее:

  • 12 м шланга для полива растений, диаметром 20 мм;
  • 8 Т-образных переходников;
  • 2 колена;
  • рулон тефлоновой пленки;
  • 2 шаровых крана.

При изготовлении солнечных коллекторов из пластиковых бутылок внизу основания делают отверстие, равное диаметру горлышка, куда вставляют резиновый шланг, либо ПВХ трубу. Коллектор собирают в 5 рядов по 6 бутылок на каждой линии.

В ясный день уже через 15 мин. вода нагреется до температуры 45°С. Учитывая высокую производительность солнечный водонагреватель из пластиковых бутылок имеет смысл подключить к накопительной емкости в 200 л. Последнюю хорошо утепляют для предотвращения теплопотерь.

Коллектор из алюминиевых пивных банок

Алюминий отличается хорошими теплотехническими характеристиками. Не удивительно, что металл используют для изготовления радиаторов отопления.

Алюминиевые банки можно применять при изготовлении самодельных гелиосистем. Для производства не подойдут банки из жести и любого другого металла.

Для одной гелиопанели будут необходимы следующие комплектующие:

  • банки, около 15 шт. на линию, в корпус вмещается 10-15 рядов;
  • теплообменник — используется коллектор из резинового шланга, или пластиковых труб;
  • клей для склеивания банок между собой;
  • селективная краска.

Поверхность банок окрашивается в темный цвет. Короб накрывают толстым стеклом или поликарбонатом.

Солнечный коллектор из алюминиевых банок чаще изготавливают для воздушного отопления. При использовании водяного теплоносителя снижается теплоэффективность устройства.

Гелиосистема из холодильника

Еще одно популярное решение, требующее минимальных затрат времени и средств. Солнечный коллектор делают из радиатора старого холодильника. Змеевик уже окрашен в черный цвет. Достаточно только уложить решетку в деревянный корпус с изоляцией и подключить его к ГВС, при помощи пайки.

Существует вариант изготовления из конденсатора кондиционера. Для этого несколько радиаторов соединяют в единую сеть. Если существует возможность приобрести дешево около 8 шт. конденсаторов, изготовление коллектора вполне возможно.

Нюансы устройства теплоизоляции

Для предотвращения потерь тепловой энергии на дно короба монтируется изоляционный материал. Это может быть пенопласт либо минеральная вата. Современная промышленность выпускает достаточно обширную номенклатуры изоляционных материалов.

Для утепления короба можно использовать фольгированные варианты утеплителей. Таким образом можно обеспечить и теплоизоляцию и отражение солнечных лучей от фольгированной поверхности.

Если в качестве изоляционного материала используется жесткая плита пенопласта или пенополистирола, для укладки змеевика или системы труб можно вырезать канавки. Обычно абсорбер коллектора укладывается на теплоизоляцию сверху и накрепко фиксируется к днищу корпуса способом, зависящим от использованного в изготовлении корпуса материала.

Теплоизоляция служит для уменьшения потерь тепловой энергии через дно корпуса. Прибор в металлическом корпусе изготавливать без теплоизоляции нерационально (+)

Испытание перед вводом в эксплуатацию

После монтажа всех элементов системы и утепления части конструкций можно приступать к заполнению системы жидким теплоносителем. Первоначальное наполнение системы следует производить через патрубок, расположенный в нижней части коллектора.

То есть, наполнение осуществляют снизу в верх. Благодаря таким действиям можно избежать вероятного образования воздушных пробок.

Вода или другой жидкий теплоноситель поступает в аванкамеру. Процесс наполнения системы заканчивается тогда, когда из дренажной трубы аванкамеры начинает литься вода.

При помощи поплавкового клапана можно отрегулировать оптимальный уровня жидкости в аванкамере. После наполнения системы теплоносителем он начинает нагреваться в коллекторе.

Процесс повышения температуры происходит даже в пасмурную погоду. Нагретый теплоноситель начинает подниматься в верхнюю часть накопительного бака. Процесс естественной циркуляции происходит до тех пор, пока температура теплоносителя, который поступает в радиатор, не выровняется с температурой носителя, выходящего из коллектора.

При расходе воды в гидравлической системе будет срабатывать поплавковый клапан, находящийся в аванкамере. Таким образом, будет поддерживаться постоянный уровень. При этом холодная вода, поступающая в систему, будет находится в нижней части емкости накопителя. Процесс перемешивания холодной и горячей воды практически не происходит.

В гидравлической системе надо предусмотреть установку запорной арматуры, которая будет препятствовать обратной циркуляции теплоносителя из коллектора в накопитель. Это происходит в том случае когда температура окружающей среды опускается ниже, чем температура теплоносителя.

Такую запорную арматуру, как правило, используют в ночное и вечернее время.

Подводку к местам потребления горячей воды осуществляют при помощи стандартных смесителей. Обычные одинарные краны лучше не использовать. В солнечную погоду температура воды может доходить до 80°С – пользоваться такой водой напрямую неудобно. Таким образом, смесители позволят существенно сэкономить горячую воду.

Производительность такого солнечного водонагревателя можно повысить путем добавления дополнительных секций коллекторов. Конструкция вполне позволяет монтировать от двух до неограниченного количества штук.

Производительность гелиосистемы увеличивается путем установки большего количества солнечных коллекторов

В основе такого солнечного коллектора для отопления и горячего водоснабжения лежит принцип парникового эффекта и так называемый термосифонный эффект. Парниковый эффект используется в конструкции нагревательного элемента.

Солнечные лучи беспрепятственно проходят через прозрачный материал верхней части коллектора и преобразуются в тепловую энергию.

Тепловая энергия оказывается в замкнутом пространстве благодаря герметичности короба секции коллектора. Термосифонный эффект используется в гидравлической системе, когда нагретый теплоноситель поднимается вверх, при этом вытесняя холодный теплоноситель и заставляя его двигаться в зону нагрева.

Благодаря термосифонному эффекту в системе происходит стабильная и непрерывная естественная циркуляция теплоносителя

Производительность солнечного коллектора

Основным критерием, который влияет на производительность гелиосистем, является интенсивность солнечного излучения. Количество падающего на определенную территорию потенциально полезного солнечного излучения называется инсоляцией.

Величина инсоляции в разных точках земного шара варьируется в достаточно широких пределах. Для определения средних показателей этой величины существуют специальные таблицы. Они отображают среднюю величину солнечной инсоляции для того или иного региона.

Данные по солнечной инсоляции в определенном регионе можно получить из специальных карт и таблиц (+)

Кроме величины инсоляции на производительность системы влияет площадь и материал теплообменника. Еще одним фактором, влияющим на производительность системы, является объем накопительного бака. Оптимальная емкость бака рассчитывается, исходя из площади адсорберов коллектора.

В случае с плоским коллектором это общая площадь труб, которые находятся в коробке коллектора. Эта величина, в среднем значении, равняется 75 литрам объема бака, на один м² площади трубок коллектора. Накопительная емкость является своеобразным тепловым аккумулятором.

Установка и подключение воздушного коллектора

Для монтажа воздухонагревателей нужно подготовить поверхность стены, сделав 4 отверстия под воздуховоды. Внутри здания гофрированные трубы разводят по комнатам, направляя в сторону пола.

Самодельные воздушные солнечные коллекторы для отопления дома подключаются к электросети, через трансформатор. При наличии навыков в качестве источника питания можно установить аккумулятор на солнечных батареях.

Теплоэффективность изготовленных своими руками воздухонагревателей существенно ниже, чем у заводской продукции. При отсутствии специальных навыков лучше использовать готовые модули. Как показывают реальные отзывы о коллекторах, оптимальный вариант для покупки из представленных на отечественном рынке: Solar Fox, Солнцедар и ЯSolar-Air.

Воздухонагреватели не используются в качестве основного источника тепла и выполняют исключительно вспомогательную функцию. В домах с солнечными воздушными коллекторами изначально устанавливают котел, покрывающий потребности в отоплении на 100%.

При грамотных расчетах и интенсивной эксплуатации, вложения окупятся в течение 1-2 лет. В случае самостоятельного изготовления коллектора, затраты вернутся уже в середине первого отопительного сезона.

Источники

  • https://www.EnEmCon.com/solnecnye-kollektory
  • https://alter220.ru/solnce/solnechnyj-kollektor.html
  • https://vse-otoplenie.ru/solnecnyj-kollektor-dla-otoplenia-doma-svoimi-rukami-kak-sdelat-samostoatelno-s-minimalnymi-zatratami
  • http://teplosten24.ru/vozdushnyj-kollektor-svoimi-rukami.html
  • https://vremya-stroiki.net/princip-raboty-solnechnogo-kollektora-kak-vybrat-dlya-doma/
  • https://solar-energ.ru/kak-sdelat-solnechnyj-kollektor-svoimi-rukami-tipy-konstruktsij-i-etapy-rabot.html
  • https://sovet-ingenera.com/eco-energy/sun/solnechnyj-kollektor-dlya-otopleniya-svoimi-rukami.html
  • https://SolntsePek.ru/solnechnye-kollektory/vozdushnyj-solnechnyj-kollektor.html
  • https://AvtonomnoeTeplo.ru/altenergiya/762-vozdushnye-solnechnye-kollektory.html
  • https://AvtonomnoeTeplo.ru/altenergiya/765-samodelnyy-solnechnyy-kollektor.html

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все об инженерных системах
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: