Коллектор комплекс

Содержание

Воздушный солнечный коллектор устройство схемы конструкции

Конструкция солнечного коллектора

Конструкция солнечного коллектора

Рассматриваемые агрегаты имеют довольно простую конструкцию. В целом система включает в свой состав пару коллекторов, аванкамеру и накопительную емкость. Работа солнечного коллектора осуществляется по простому принципу: в процессе прохождения солнечных лучей через стекло происходит их превращение в тепло. Система организована так, что выйти из замкнутого пространства эти лучи не в состоянии.

Установка функционирует по термосифонному принципу. В процессе нагревания теплая жидкость устремляется вверх, вытесняя оттуда холодную воду и направляя ее к источнику тепла. Это позволяет отказаться даже от применения насоса, т.к. жидкость будет циркулировать сама по себе. Установка накапливает энергию солнца и на протяжение продолжительного времени сохраняет ее внутри системы.

Компоненты для сборки рассматриваемой установки продаются в специализированных магазинах. По своей сути такой коллектор является трубчатым радиатором, установленным в специальную коробку из древесины, одна из граней которой выполнена из стекла.

Для изготовления упомянутого радиатора используются трубы. Оптимальным материалом изготовления труб является сталь. Подводка и отводка делаются из труб, традиционно применяемых при устройстве водопровода. Обычно используются трубы на ¾ дюйма, также хорошо подойдут изделия на 1 дюйм.

Решетка делается из труб меньшего размера с более тонкими стенами. Рекомендованный диаметр составляет 16 мм, оптимальная толщина стенок — 1,5 мм. Каждая решетка радиатора должка включать в свой состав 5 труб длиной по 160 см каждая.

b7562926f89595b5b444b1bfc76a48dc.gif

Солнечные коллекторы

Изготовление абсорберов

Трубки собираем следующим образом:

  1. Стенка, закрывающая банку сверху (в которой имеется отверстие) разрезается ножницами по металлу на «лепестки», которые загибаются внутрь. Отгибать «лепестки» удобно путем насаживания банки на пластиковую трубу максимально возможного диаметра (чтобы проходила внутрь банки).
  2. В донышке каждой банки коническим сверлом нужно выполнить 3 отверстия диаметром 20 мм, так чтобы их центры находились в вершинах равностороннего треугольника.
  3. Теперь из банок можно собирать трубки — по 8 шт. в каждой. Места соединений банок следует проклеивать высокотемпературным герметиком для дымоходов, например, марки High Heat Mortar. Данный состав следует наносить на предварительно обезжиренную и увлажненную поверхность. Состав разравнивают пальцами, надев резиновые перчатки, которые также следует смочить водой.

Чтобы трубки получались идеально ровными, банки при сборке следует укладывать в шаблон, сбитый из двух досок и имеющий форму равнополочного уголка. Он устанавливается под небольшим углом к вертикали (можно опереть о стену).

На только что собранную трубку, находящуюся в шаблоне, сверху до полного отвердения герметика нужно установить груз.

Изготовление коллектора из пивных банок

Это практичная и дешевая альтернатива описанным выше моделям гелиосистем. Она характеризуется низкой себестоимостью, ведь главное – запастись достаточным количеством жестяных банок (это будет нетрудно для любителей «коки» или баночного пива).

0280405eb2451737ec4fe99684d3e114.jpg

Солнечный коллектор из алюминиевых банок

Обратите внимание! Банки обязательно должны быть из алюминия – этот металл обладает высоким теплообменом и устойчивостью к коррозии. Поэтому при подготовке проверьте каждую банку с помощью магнита

Технология изготовления

Первый этап. Сначала проделайте в дне каждой банки по три отверстия, каждое размером с ноготь. Сверху сделайте вырез в форме звезды и отогните края наружу – это улучшит турбулентность подогретого воздуха.

2cfb2748932f645bc5b9075fd25b9734.jpg

Как сделать солнечный коллектор

Второй этап. Далее обезжирьте банки и сложите их в трубы соответствующей длины (в зависимости от размеров стены). Дно и крышка будут почти идеально прилегать друг к другу, а незначительные зазоры между ними обработайте силиконом.

Обратите внимание! Силикон должен выдерживать перманентно высокую температуру, иначе ваша конструкция рассыплется в процессе эксплуатации.

Не смещайте банки, пока силикон полностью не высохнет. Можете использовать для этого самодельные шаблоны – две доски, сбитые под углом (своего рода желоб). Это обезопасит трубы от боковых смещений.

702bd13ada10755a1140ca131d03d30f.jpg

Солнечный коллектор из алюминиевых банок

Третий этап. Далее приступите к сборке корпуса. Для задней стенки используйте лист обычной фанеры необходимого размера. Можете сверху и снизу короба установить специальные деревянные планки с отверстиями под трубы – так вы добьетесь более надежной фиксации.

a866308e7f6c73d147a2248259b464da.jpg

Как сделать солнечный коллектор

Четвертый этап. Уложите трубы в короб и закрепите все тем же силиконовым герметиком. Потом выкрасите их черной краской – темные цвета, как известно, притягивают солнечные лучи. Между трубами проложите минеральную вату. Когда краска высохнет, закройте коллектор листом сотового поликарбоната.

Принцип работы воздушного солнечного коллектора

Воздушный солнечный коллектор – одно из самых простых устройств. Его работа основана на принципах, знакомых всем нам с детства.

Парниковый эффект. Лучи солнца могут свободно проникать через прозрачные покрытия, будь то стекло, поликарбонат или что-то другое. Но тепло, которое они принесли, не может выбраться наружу из закрытого пространства. Именно поэтому строят теплицы. Теплый воздух легче. Всегда нагретый воздух поднимается, а холодный – опускается к полу. Именно по этой причине обогреватели размещают снизу.

Это два основных принципа, на которых организована работа воздушного солнечного коллектора для дома.

Воздушный коллектор нагревает воздух для отопления, используя для этого энергию солнечных лучей. Обычно это простая конструкция с применением плоского абсорбера. Воздушные коллекторы используют для обогрева помещений или для сушки продуктов даже в Сибири.

Воздушный солнечный коллектор для дома состоит из поглощающей панели, трубок, через которые будет циркулировать воздух, и вентилятора, отвечающего за движение воздушных масс. Конечно, все это нужно прикрепить к помещению, которое нуждается в подогреве.

ab44b2e2a18e98b627580ddcb2ac9178.jpg

Воздушный солнечный коллектор для обогрева дома

Можно также с помощью труб сделать систему для обогрева всего дома, если коллектор достаточно мощный.

Поглощающая панель состоит из абсорбера, прозрачного защитного покрытия (например, поликарбоната) и теплоизоляции. Все это помещено в короб, задняя и боковые стенки которого покрыты толстым слоем теплоизоляции. Это нужно, чтобы сохранить тепло для отопления.

Потом размещается полотно абсорбера. Обычно его изготавливают из меди или алюминия и покрывают селективным покрытием, которое помогает собрать больше энергии. Для поглощающего полотна главное – теплопроводность конструкции.

Сверху размещается прозрачное покрытие, которое должно защищать абсорбер от погодных условий и различных ударов. Конечно, лучшим вариантом будет стеклопакет. Есть много более дешевых вариантов, но стеклопакет обеспечит максимальный КПД, который сделает возможным обогрев даже в Сибири.

Хотя нельзя отрицать пользу поликарбоната. Многие выбирают покрытия именно из поликарбоната. Он стоит дешевле, но мало в чем уступает лучшим вариантам.

Воздух может двигаться через поглотитель благодаря естественной циркуляции (теплый вверх, холодный вниз).

f3b0eda9c5587f61e7c1c1a0048776bb.jpg

Устройство воздушного солнечного коллектора

Но иногда в таких случаях воздух движется слишком медленно и большинство накопленного тепла уходит в атмосферу вместо отопления дома, тогда можно добавить несколько труб.

Это не экономично, поэтому в таких случаях к системе присоединяют вентилятор, можно с помощью труб. Он гонит воздух гораздо быстрее и вся полученная энергия передается в систему для отопления. Но в этом случае нужны дополнительные затраты – вентиляторы потребляют электроэнергию. Обычно такие солнечные коллекторы просто встраивают в крыши или стены зданий, что повышает их КПД (коэффициент полезного действия).

Но не нужно забывать, что воздух проводит тепло гораздо хуже, чем жидкость. Поэтому эффективность у воздушного коллектора будет гораздо ниже, чем у плоского варианта для отопления. Воздух лучше всего направлять между поглощающей пластиной и теплоизоляцией, без труб. Прозрачное защитное покрытие, размещенное впереди, вызывает большие теплопотери. Правда, это не касается поликарбоната. Но если не нужно нагревать воздух для отопления больше, чем на 17 градусов (по сравнению с окружающей средой), то можно пускать циркуляцию с обеих сторон полотна. Но если окружающая среда слишком низкой температуры, например, в Сибири, результат будет хуже. Если воздушный коллектор хорошего качества, он может прослужить до 20 лет.

3d30f40ab367e6fbb9c62b1352a3b25f.jpg

Воздушные солнечные коллекторы, установленные на фасаде здания

Эффективность зимой

Эффективно ли отопление дома солнечными коллекторами зимой?

Ну что же, теперь посмотрим, как различные виды солнечных коллекторов работают в условиях зимы. Напомним, что противники внедрения таких установок выдвигают следующие аргументы:

  1. Засыпка панели снегом: данная проблема актуальна только для плоско-пластинчатых коллекторов. На трубках вакуумных установок, как показала практика, снег задерживается только в тех редких случаях, когда в силу особых погодных условий на их поверхности образуется изморозь. Если же во время снегопада дует хотя бы слабый ветер (от 3 м/с), панель точно останется чистой.
  2. Из-за того, что коллектор окружен холодным воздухом, все тепло с коллектора улетучивается: этот аргумент опять же справедлив только в отношении плоско-пластинчатых коллекторов. Действительно, зимой производительность такой установки в сравнении с летней уменьшается пятикратно. В более совершенных вакуумных моделях прослойка вакуума позволяет сберечь до 95% усвоенного тепла. Самые современные модели даже в сильный мороз способны довести воду до кипения.
  3. Коллектор легко может быть поврежден градом: в заводских условиях коллекторы изготавливаются из высокопрочных материалов. В Сети можно найти видеоролики, снятые во время испытаний панелей на ударную прочность. Коллекторы обстреливают стальными шариками и нетрудно заметить, что удар они держат очень хорошо.

Как видно, солнечные коллекторы зимой вполне работоспособны. Хотя, конечно, производительность их в сравнении с летним периодом ощутимо снижается.

Какими бывают солнечные коллекторы, собранные самостоятельно

Прежде чем приступить к самостоятельному изготовлению гелиоустановки, потребуется заранее подготовить некоторые материалы. Список их в зависимости от выбранного вида и типа может отличаться, но в любом случае потребуются:

  • готовый змеевик или металлические трубки, предпочтительнее из меди или стали;
  • материал для теплоизоляции конструкции и накопительного бака с водой;
  • стекло или другой светопрозрачный материал. Например, можно сделать солнечный коллектор из поликарбоната своими руками, который обладает некоторыми преимуществами перед стеклянными образцами: имеет меньший вес, что актуально при установке на крыше дома, и более устойчив перед механическими повреждениями. Но при этом по светопропускной способности не уступает стеклу, к которому предъявляются повышенные требования по прочности (как правило, рекомендуется изготавливать крышку из ударопрочного материала), а это значит, что и по цене поликарбонат имеет перед ним преимущества;
  • лист OSB, оргалита или металла;
  • материал для изготовления каркаса (подойдут различные пиломатериалы, в том числе даже рамы старых деревянных окон);
  • бак для накопительной емкости;
  • хомуты, заглушки и другие изделия для монтажа и крепления установки;
  • краска или другой химический материал для нанесения селективного покрытия для теплоприемника.

Самым главным элементом солнечного коллектора является теплоприемник, или абсорбер, который при самостоятельном изготовлении установки может иметь самый разнообразный, в некоторых случаях даже экзотический внешний вид:

  1. самый простой и доступный вариант — использовать для него змеевик вышедшего из строя холодильника;
  2. коллектор можно изготовить и из обычного полипропиленового шланга, но такой вариант более подходящим является в условиях дачи, так как вполне способен обеспечить горячей водой в летнее время.

Но изготовление солнечного коллектора из подручных средств, среди которых можно назвать и пластиковые бутылки, способно лишь в некоторой степени решить проблему с производством горячей воды.

Для того чтобы гелиоустановка могла быть использована в качестве альтернативного источника ГВС дома или отопления, ее конструкция, хоть и не отличающаяся особой сложностью, требует большего внимания и, главное, трудозатрат при изготовлении.

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.

398bf7d6a2ba9713100aa3479b0cf133.jpg

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.

be1178e754fac5bfea9ae8b022dc4dd9.jpg

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.

Чем отличается воздушный коллектор

Вполне очевидно, что главным отличием коллектора является используемый им в работе теплоноситель – в данном случае обыкновенный атмосферный воздух. В принципе, такое устройство выполняется сегодня в двух вариантах:

  • в виде плоской перфорированной или гофрированной панели ;
  • в виде системы металлических труб. хорошо проводящих тепло.

Воздух здесь подогревается при контакте с металлом, а ребра на поверхности панели при этом лишь увеличивают теплоотдачу. Всю конструкцию желательно установить на южной стене здания, а также качественно теплоизолировать. Характерно то, что циркуляция теплоносителя бывает естественной и принудительной (с использованием вентиляторов).

Воздушные коллекторы могут работать при значительно меньшей температуре, чем жидкостные. К примеру, в обычной гелиосистеме оптимальная температура для работы коллектора – 50°С и выше, в то время как воздушным хватит и 25°С. Это позитивно сказывается на эффективности описываемых нами устройств, ведь чем ниже температура, тем меньшие теплопотери.

77e0dbab30870b632bedddb7735d9aa3.jpg

Солнечный коллектор своими руками

d1222ce740ebbcfb1908e7ce0debcdd3.jpg

Коллекторы и гелиотермические системы

Самый простой вариант воздушного коллектора — это короб, в котором размещается трубчатый радиатор, изготовленный из стальных труб. Все стенки короба могут быть сделаны, к примеру, из досок или фанеры, ДСП или МДФ, а верхняя плоскость — это толстое стекло. Радиатор соединен с отопительным контуром. Это может быть трубная система, проходящая через бочку с водой.

Есть несколько очень важных условий, которые необходимо строго соблюдать:

  1. Под радиатор нужно уложить оцинкованный лист, который полностью закроет нижнюю внутреннюю плоскость.
  2. И радиатор, и жесть надо покрасить черной матовой краской.
  3. Обязательно внешнее утепление любым утеплителем — пенопластом, минеральной ватой, пенополистиролом и прочим. Под металлический лист укладывается толстый слой теплоизолятора.
  4. Короб красится белой краской.
  5. Необходима полная герметизация стыков, особенно периметра по уложенному стеклу.
  6. Металлическая бочка также теплоизолируется.

Заполнение системы следует проводить с нижней точки подачи воды, чтобы таким образом избежать образования воздушных пробок. Устанавливать такой коллектор надо на ровной площадке

Здесь важно точно выставить угол наклона системы, чтобы добиться максимального попадания солнечных лучей под прямым углом. Именно от этого зависит эффективность плоскости нагрева

По сути, не так уж важно, где будет размещен солнечный воздушный коллектор — на земле или на крыше. Главное — обеспечить солнечному свету свободный доступ.

bf562b790592fadf42156151bb7d3add.jpg

Солнечный коллектор с тепловой трубой

Теперь несколько слов о том, какого размера должно быть устройство. Можно взять за основу показатели, о которых мы упомянули выше. Именно солнечный свет, его интенсивность и количество солнечных дней в году являются основной такого расчета. Специалисты же утверждают, что коллектор может работать как сезонный агрегат, а может и как круглогодичный.

Что нужно сделать для второго варианта?

  • Увеличить поверхность нагрева.
  • Установить двойной контур.
  • Провести монтаж двух радиаторов.
  • Усилить теплоизоляцию.
  • Использовать в качестве теплоносителя антифриз.

Именно такое устройство может работать невзирая ни на погоду, ни на время суток, ни на наличие солнца.

Изготовление прибора из водосточных труб

Такой прибор уж точно лучше сделать на всю стену. Осенью и весной он поможет вам существенно сэкономить на отоплении. Материалы подбирайте, учитывая габариты будущей конструкции.

Что потребуется в работе

  1. Доска толщиной 3,5–4 см.
  2. Хомуты для крепления.
  3. Минвата для утепления.
  4. Влагоустойчивая фанера толщиной не более 1 см (на заднюю стенку).
  5. Лист алюминия небольшой толщины.
  6. Алюминиевые водосточные трубы (желательно с прямоугольным сечением – так будет удобнее).
  7. Пенополистирол – с его помощью вы изолируете торцевые поверхности.

04778e9f2d8e0d5c9861b8f6aa4a2ff9.jpg

Технология изготовления

Для создания коллектора выполните следующие процедуры.

Первый этап. Сначала сделайте небольшой деревянный короб в виде открытого ящика. Его глубина должна быть чуть больше высоты водопроводных труб.

Сначала сделайте небольшой деревянный короб в виде открытого ящика

Второй этап. Надежно изолируйте заднюю и торцевые стенки. Поверх минеральной ваты уложите алюминиевый лист, к которому, в свою очередь, хомутами прикрепите трубы.

Обратите внимание! Для улучшения циркуляции воздуха с одной стороны короба трубы должны отступать приблизительно на 15 см от торца. . По краям трубы фиксируйте деревянной перегородкой, где предварительно проделайте крепежные отверстия в соответствующих местах

По краям трубы фиксируйте деревянной перегородкой, где предварительно проделайте крепежные отверстия в соответствующих местах.

Третий этап. Ввиду того что входное и выходное отверстия будут находиться с одной стороны конструкции, проделайте на противоположной стороне несколько деревянных перегородок для того, чтобы разделять потоки воздуха.

Четвертый этап. После монтажа окрасьте коллектор в черный цвет. Для передней панели отлично подойдет сотовый поликарбонат.

a5d042f4d78944376f883a7781072859.jpg

Помните: воздушный коллектор в собранном виде весит достаточно много. поэтому для монтажа вам понадобится несколько помощников. При установке используйте прочные и устойчивые опоры.

Затем подключите коллектор к вентиляции здания посредством утепленных воздуховодов. Также позаботьтесь о канальном вентиляторе, который будет нагнетать воздух в помещение.

Гелиоустановки для систем горячего водоснабжения и отопления

Большое распространение и популярность приобрели именно солнечные коллекторы, которые применяются в качестве устройства для нагрева какой-либо жидкости (чаще всего, воды) с целью ее использования в системах горячего водоснабжения или отопления.

Другой вид оборудования для преобразования энергии солнца – батареи, которые принципиально отличаются от коллекторов тем, что сначала вырабатывают и аккумулируют электрическую энергию, а в дальнейшем ее можно использовать для хозяйственных нужд.

Но данный вид получения и переработки солнечной энергии требует приобретения дорогостоящего оборудования, главными конструктивными единицами которого являются фотоэлементы, что не всегда оправданно, особенно в регионах с небольшим количеством солнечных дней в году.

В отличие от них, солнечные коллекторы для нагрева воды или отопления дома имеют быструю окупаемость, особенно если изготовить их самостоятельно, так как в этом случае расходы составят лишь стоимость материалов, в число которых дорогие фотоэлементы не входят.

2ab2c8a685c2646f4f9d987e92f44946.jpg

Использование солнечных коллекторов имеет очевидные преимущества:

  • снижение затрат на отопление и подогрев воды для системы горячего водоснабжения;
  • экологичность данного вида энергии.

Чаще всего использование коллекторов оправданно для использования в системах отопления небольших коттеджей или организации горячего водоснабжения в летний период в загородном доме или на даче. Оправдан солнечный коллектор для бассейна в качестве устройства для подогрева воды.

Объясняется это относительно невысоким КПД таких установок, который может значительно уменьшаться в пасмурные дни.

Поэтому для оптимизации расходов на лучше всего использовать коллекторы совместно с традиционным оборудованием, которое изначально может быть рассчитано для этого, либо имеет возможности для переоборудования или согласования параллельного функционирования двух систем теплоснабжения.

Также стоит отметить, что, кроме регулярного обслуживания и очистки поверхности коллекторов от грязи и мусора, некоторые из них не предназначены для работы при низких температурах, поэтому перед началом зимы их нужно законсервировать, предварительно слив из системы теплоноситель.

66ab5c1e442d7e43c753a7be1a50d989.jpg

Основные разновидности солнечных коллекторов

Солнечный коллектор представляет собой устройство, главной функцией которого является превращение поглощенной солнечной энергии в тепловую с целью ее дальнейшего использования для нагрева теплоносителя в системах отопления, в том числе и в «теплых полах» и ГВС дома.

КПД коллектора напрямую зависит от двух факторов: типа устройства и его площади, поэтому нередко для его монтажа выбирается крыша здания.

Солнечные коллекторы условно можно классифицировать, используя разные критерии. Прежде всего, они делятся по типу теплоносителя на:

  • водяные (жидкостные);
  • воздушные.

По уровню предельных температур коллекторы бывают:

  • низкотемпературными – предел до 50°C, средний показатель 35-45 °C;
  • среднетемпературными до 80°C;
  • высокотемпературными – более 80°C.

Последние чаще всего являются промышленными образцами, сделать их своими руками не представляется возможным.

Конструктивно солнечные нагреватели воды могут быть:

  • плоскими, которые могут быть как воздушными, так и жидкостными;
  • вакуумными, использующими в качестве теплоносителя воду или иной вид жидкости;
  • трубчатыми – бывают и жидкостными, и воздушными;
  • термосифонными, или так называемыми накопительными интегрированными коллекторами, главным отличием которых является способность не только нагревания жидкости, но и поддержания ее температуры определенное время.

Последний вариант является самым простым как по устройству, так и по сложности изготовления и представляет собой несколько теплоизолированных емкостей с водой, а нагрев жидкости происходит через стеклянные крышки баков.

Данный тип коллекторов можно считать и самым простым в обслуживании, так как для того, чтобы он работал, необходимо лишь периодически очищать крышку емкости, но использовать его в холодное время года невозможно.

Плоские воздушные коллекторы тоже довольно просты и имеют вид специальной панели в виде герметичной коробки с теплоприемником с подключенными воздуховодами, по которым движется и нагревается воздух.

Для повышения эффективности их работы требуется увеличение их площади, например, за счет использования нескольких панелей в одной системе, а также использование вентилятора.

Солнечный коллектор своими руками, видео:

Как сделать воздушный солнечный коллектор своими рукам

5fcb6ff2d26b688350a2497fb993dfce.jpg

Солнечный коллектор на крыше

Использование бесплатного солнечного тепла — это современный подход к решению проблемы отопления дома. Конечно, оно пока что не может заменить традиционные источники тепла. Но в качестве дополнительной, или альтернативной энергии использовать солнце очень выгодно. Об этом давно ведутся разговоры, есть разработки систем и оборудования, но для массового потребителя все это пока недоступно, потому что слишком дорого. Однако можно сделать солнечный коллектор воздушного типа своими руками.

Что вообще такое солнечный коллектор? Это устройство, поглощающее солнечные лучи с их энергией, которая преобразуется в тепло по физическим законам. И грех этим не воспользоваться.

Поэтапное руководство по сборке агрегата

fe22afa8d2a3b3abcb36c4ea18ef0846.jpg

Схема циркуляции теплоносителя

Первый этап – установка накопителя и аванкамеры. Упомянутые агрегаты размещаются на чердаке дома. Убедитесь, что потолок в месте установки сможет выдержать вес емкостей с водой. Установите аванкамеру рядом с накопителем. Сделайте это так, чтобы уровень жидкости в аванкамере был выше уровня воды в накопительной емкости примерно на 100 см.

Второй этап – выбор места для установки солнечного обогревателя. Агрегат закрепляется на южной стене строения

Важно выдержать правильный уклон обогревателя к горизонту. Оптимальным считается значение в 45 градусов

Коллектор необходимо прикрепить к дому так, чтобы солнечные панели выглядели как продолжение кровли.

Третий этап – соединение отдельных элементов. Для выполнения этой задачи вам нужно купить дюймовые и полудюймовые стальные трубы. Полудюймовые вы будете использовать для соединения высоконапорных элементов системы – от места ввода воды до аванкамеры. Дюймовые трубы применяются в низконапорной части.

Важно, чтобы соединения были герметичными, воздушные пробки в данном случае недопустимы.

Предварительно трубы необходимо покрасить в белый или другой светлый цвет. Поверх краски закрепляется слой теплоизоляционного материала. В данном случае оптимально подойдет поролон. Поверх утеплителя наматывается слой полиэтилена, а затем тканой ленты. В завершении трубы снова окрашиваются в белый цвет.

89454e4e42629bcb57511893583e8f6c.jpg

Солнечный коллектор

Четвертый этап – заполнение системы жидкостью. Воду нужно подавать через специальные дренажные вентили, установленные внизу радиаторов. Это позволит избежать образования воздушных заторов. Когда из дренажа начнет течь вода, операцию можно считать завершенной.

Пятый этап – подключение аванкамеры. Данный агрегат необходимо подключить к водопроводному вводу. После подсоединения следует открыть расходный вентиль. Вы увидите, что количество воды в аванкамере начнет уменьшаться.

Преимуществом подобного солнечного коллектора, собранного своими руками, является то, что он сможет подогревать воду даже при пасмурной погоде.

Ночью температура воздуха становится ниже температуры подогретой воды. В подобных условиях коллектор начнет обогревать окружающую среду и в целом работать в обратном режиме. Чтобы этого избежать, система комплектуется вентилем, позволяющим предупреждать возможность обратной циркуляции. Достаточно будет попросту перекрыть этот вентиль вечером, и энергия сохранится в системе.

При недостаточно высокой теплопроводности коллектора ее можно повысить путем добавления секций. Конструкция позволит вам сделать это безо всяких затруднений.

9d5bb89e89aa32fc7a10b3b646b315e0.jpg

Можно конечно искусственно регулировать направление солнечных панелей по отношению к Солнцу, подкладывая под коллектор дополнительные конструкции

Таким образом, в самостоятельной сборке солнечного обогревателя нет ничего сложного. Больших денежных вложений такая работа тоже не требует, однако настоятельно рекомендуется покупать только высококачественные материалы от известных производителей. Подойдите к работе с максимальной ответственностью, не нарушайте приведенные рекомендации, и вы получите отличный источник тепла и горячей воды, работающий на бесплатной энергии. Удачной работы!

Видео – Солнечный коллектор своими руками

Принцип действия

В большинстве случаев такие солнечные коллекторы используются для нагрева воды в теплое время года. Они собираются из металлических трубок, которые нагреваются на солнце и передают его тепло воде. Такие приборы могут быть разной формы и размера, но по сути представляют собой систему из металлических труб, по которым движется теплоноситель, а сами трубки нагреваются солнцем. Нагретая вода поступает в накопитель.

24a9e36bf81bf9c34a7059ad545304fe.jpeg

Более сложными являются устройства, которые предназначены для использования в холодное время года. Их особенностью является способность улавливать и сохранять тепло при низких температурах окружающей среды. При этом внутренняя часть системы должна разогреваться достаточно сильно, чтобы была возможность отапливать помещение.

b6ce32e47e629c51a6fd8853d454f810.gif

В таких приборах необходимо одновременно изолировать теплоноситель от окружающей среды для сохранения полученного тепла и оставлять его прозрачным для солнечных лучей. Поэтому приборы, предназначенные для зимнего периода, имеют более сложную конструкцию.

487cfa5d3836a1b67ff8b21e974f09bd.jpg
fc63bc80de97b3a228b4bd122a5aadf2.jpg
3bdf914894900a7db57af4c6b3a04411.jpg
d910b385f056ee03e8d8ddd9160dffc6.jpg
c32efc1e0f69dffd828e2a41f036469f.jpg
fba0fe8480ca0071d914c26bd84836e6.jpg
493392467be57ecadd684d2de7e49a02.jpg
36f7990e52e9807a23dff4fc4fc44d17.jpg
21feedba184c5603f63074acc84e9d6a.jpg

Трубки представляют собой стеклянные термосы из достаточно толстого стекла. Внешняя поверхность трубки прозрачна. Внутренняя стенка покрыта черной краской. Из пространства между двух стенок полностью откачан воздух. В вакууме солнечные лучи без препятствий достигают внутренней темной стенки. Энергия не может выйти наружу в виде тепловых лучей, так как вакуум обладает крайне низкой теплопроводностью.

d0592d943f5fb0d13895abe8304ca81a.jpg

Солнечные коллекторы для отопления дома существенно дороже обычных солнечных водонагревателей, используемых в летнее время на даче. Используются они в дополнение с действующей отопительной системой для того, чтобы снизить нагрузку на неё и дать дополнительную экономию денежных средств.

Эффективность

В первую очередь следует разграничить два понятия: эффективность и окупаемость. Эффективность характеризует то, какая доля тепла превращается в тепло, которое можно с пользой использовать. Рассматриваемые приборы никогда не обладают абсолютной эффективностью, потому что часть тепла рассеивается в атмосферу.

2643299612dcf4a70e7faf16cabe45d9.jpg

В независимости от конструкции эффективность солнечных коллекторов снижается с усилением ветра и понижением температуры окружающей среды. Ветер и низкие температуры сильно увеличивают отвод тепла в атмосферу.

afe1bf7748a28dcaae39922427378b76.jpg

Для того чтобы снизить потерю тепла на оборудование устанавливают дополнительную прозрачную защиту от ветра, выполненную из стекла или пластика. Для компенсации возможных потерь требуется устанавливать оборудование с большей производительностью по теплу.

98d8b5615c7a792b64f1e263ffcc4957.jpg
98ce9edc2be4be5ed3a8313c41f363d7.jpg
89c7d140c1327c24343a5049885b2a2d.jpg
aa4bfb695810213f2f0f995adf6a9440.jpg
9c0f42998d917258c73eb043e4928179.jpg
f6e3c1994e3b71dd1b44a7d116330134.jpg
c1b863238ecacf8548a3d3c49a708d07.jpg
5c4ac45be4b523f9a7b5eea2c6a9d2a6.jpg
5d5cdb55316ab8631f0df10539b96de8.jpg

Окупаемость характеризует период времени, за который вернутся потраченные средства по сравнению с альтернативными способами. Например, нагревать воду для душа можно вместо электронагревателя с помощью коллектора. При этом нужно оценить годовые расходы на электроэнергию. Если поделить цену коллектора на годовую стоимость сэкономленной электроэнергии, то будет получен срок окупаемости.

d0702b5383fa8dd3dc9402d51cd79a7f.jpg

Если его использовать в регионе с теплым климатом, то окупаемость наступит очень быстро. При использовании в регионе с умеренным климатом окупаемость будет более долгой, так как для того чтобы получить такое же количество горячей воды, необходимо будет приобрести аппарат большего размера и соответственно большей стоимости, либо применять дополнительный нагрев электричеством. Либо окупаемость может вообще не наступить, так как этим аппаратом будет неудобно пользоваться.

52ef6e28f9681d9adf93c44029aa2372.jpg

Простые и недорогие аппараты для нагрева воды в летний сезон для мытья окупаются достаточно быстро. Окупаемость инновационных вакуумных приборов для отопления может достигать десятков лет особенно в сравнении с современными отопителями, работающими по принципу теплового насоса.

9c0c38c89957ab3acb4de3d198bab655.jpg

Именно от окупаемости зависит распространенность этих изделий. Солнечные коллекторы со сложным устройством стоят существенно дороже и поэтому существенно менее распространены. Очень популярны простые летние водонагреватели и очень редки такие системы для зимнего обогрева помещений.

Насколько выгодно иметь солнечный коллектор

Применение солнечного коллектора, конечно, даст определенные преимущества — это:

  • экономия искусственных энергоресурсов;
  • полный отказ от них, если у вас небольшая дача или объем потребляемой воды и отопления небольшой;
  • возможность сократить расходы на приобретении готового прибора, если собрать коллектор своими руками из подручных материалов;
  • получение нужной энергии для оформления горячего водоснабжения и отопления, если централизованные сети расположены вдалеке от вашей дачи и отсутствует возможность подключиться к магистрали.                                                  Важно! В то же время учтите, что для максимально эффективной отдачи тепла, потребуется достаточно большая площадь коллектора. Устанавливают их по этой причине в основном на крыше дома, а это повлечет снижение эстетической привлекательности кровли

    В дополнение отметим, что полностью отказаться от энергоресурсов в случае, когда дом большой площади, а семья у вас большая, вряд ли удастся.                                                                                                                                                                                                                                      

Как работает зимой

В системах отопления, как правило, используются вакуумные коллекторы, это определяется их техническими характеристиками и условиями эксплуатации.

Основной элемент вакуумного солнечного коллектора – это вакуумная трубка, которая состоит из:

  • Изоляционной трубки, выполненной из стекла или иного материала, пропускающего солнечные лучи с минимальными потерями их мощности;
  • Медной, тепловой трубки, помещенной во внутреннее пространство изоляционной трубки;
  • Алюминиевой фольги и поглощающего слоя, расположенных между трубками;
  • Крышкой изоляционной трубки, являющейся уплотнительной прокладкой, обеспечивающей вакуум во внутреннем пространстве устройства. 

Работа системы осуществляется следующим образом:

  1. Под воздействием солнечной энергии, теплоноситель контура трубки, испаряется и поднимается вверх, где в теплообменнике коллектора конденсируется, передает свое тепло теплоносителю наружного контура, после чего стекает вниз, и процесс повторяется.
  2. Теплоноситель наружного контура, из теплообменника солнечного коллектора, подается на бак-аккумулятор, где происходит передача полученной тепловой энергии теплоносителю системы отопления и горячего водоснабжения.
  3. Циркуляция теплоносителя наружного контура осуществляется путем установки циркуляционного насоса и систем автоматики, обеспечивающей работу системы в автоматическом режиме.
  4. В комплекс системы автоматики входит контроллер, датчики и элементы управления, обеспечивающие установленные параметры работы системы (температура, расход жидкости в системе ГВС и т. д.) 

Для того, чтобы данная система была эффективна и справлялась с выполнением поставленных задач, в том числе и в зимний период, системой предусматривается установка дублирующих источников энергии. Это может быть дополнительная система нагрева, с использованием теплоносителя, как на приведенной схеме, когда теплоноситель дополнительного контура нагревается путем использования различных видов топлива (газ, биотопливо, электричество). Также, с подобную задачу можно выполнить путем установки электрических ТЭНов, непосредственно в бак-аккумулятор. Работу дублирующих источников энергии контролирует система автоматики, включая в работу данные устройства, по мере необходимости.

Как сделать солнечный коллектор из старого холодильника

Подготовка

8c8fff1936cf8e0f293044c8d31d2075.jpg

В первую очередь для создания данной системы отопления вам понадобится найти старый холодильник со змеевиком. Потом вам нужно его извлечь. Если же старого холодильника под рукой нет, то змеевик можно сделать своими руками из медных или стальных трубок.

Для создания полноценного самодельного коллектора вам также понадобятся такие материалы:

  • коврик из резины,
  • фольга,
  • рейка,
  • стекло.

Также понадобится ёмкость для воды. Лучше всего использовать бочку достаточной для вашей системы ёмкости. Также нельзя упускать из вида трубы для слива и подачи.

Внимание! Подберите для конструкции надёжные и удобные вентили.

С помощью всех этих нехитрых материалов, которые можно добыть в гараже, вы сделаете надёжный самодельный солнечный дома. Он сможет обеспечить необходимую вам температуру внутри помещения.

Делаем коллектор

05b9f2e6f513350c42a832bf680b586c.jpg

Чтобы сделать самодельное отопление необходимо чётко следовать инструкции. Это позволит получить ожидаемый результат с наименьшими трудозатратами. Алгоритм создания конструкции состоит из следующих действий:

  1. Промойте змеевик. Внутри конструкции не должно остаться антифриза.
  2. Вокруг самодельного змеевика соорудите каркас. Его основой могут выступить обычные рейки. Габариты конструкции напрямую зависят от параметров устройства.
  3. Коврик должен соответствовать, сделанному вами каркасу. Очень важно, чтобы змеевик был установлен не впритык, а имел некоторое пространство для работы.
  4. На резиновый коврик необходимо положить фольгу.
  5. После того как фольга будет положена самодельный змеевик фиксируется посредством хомутов. Их можно добыть с того же холодильника.
  6. Закрепить хомуты лучше всего посредством винтов.
  7. В самодельной конструкции необходимо сделать несколько отверстий. Через них будут выходить трубки змеевика
  8. Крайне важно укрепить дно. С этой задачей идеально справятся рейки. Лучше всего их зафиксировать с обратной стороны.
  9. Установите сверху стекло. В старое окно. В крайнем случае его можно приобрести в строительном магазине.
  10. Для фиксации стекла подойдёт обычный скотч. Для большей надёжности периметр можно укрепить парочкой шурупов.

Теперь самодельный солнечный коллектор сделан. Как результат вы получаете полноценное отопление дома, позволяющее вам самостоятельно регулировать температуру внутри. Главным его достоинством является высокая степень автономности.

615bc7004ddcbf564e584af951f5248c.jpg

Но чтобы собранная самодельная конструкция для отопления дома показала достаточную эффективность, её ещё необходимо правильно установить. Панель должна быть обращена к югу. Нормальным считается наклон в 15-20 градусов.

Внимание! Идеальным считается угол наклона, составляющий 35 градусов.

Относительно места установки. Идеально для самодельной конструкции подходит крыша дома. Но возможны и альтернативы, к примеру, панели можно установить на участке. Но эффективность такого отопления будет намного ниже.

Если же вы решите установить самодельный коллектор во дворе дома, то необходимо позаботиться о наклонных опорах. В противном случае отопление будет неэффективным. Угол не менее чем в 15 градусов нужен для того, чтобы на стекле не скапливались осадки. Из-за них происходит преломление света, и устройство хуже работает.

Каким должен быть самодельный солнечный коллектор

Из-за невысокой эффективности воздушных коллекторов домашние мастера отдают предпочтение водяным устройствам, которые бывают вакуумными или плоскими, с замкнутой или открытой системой теплообмена.

Плоский коллектор – довольно простой для самостоятельного изготовления прибор. Состоит из металлического корпуса прямоугольной формы, внутрь которого интегрирован теплоприемник, чаще всего в виде медного или алюминиевого трубчатого змеевика.

Для лучшего поглощения солнечных лучей (абсорбции) его покрывают селективной краской черного цвета. Снизу обязательно укладывается слой теплоизоляционного материала или резины, а сверху конструкция накрывается крышкой, для изготовления которой используется стекло или, например, поликарбонат, хотя возможно применение и других светопропускающих материалов.

Принцип работы плоского коллектора довольно простой: поглощенное тепло передается теплоносителю (в данном случае жидкости), циркулирующему по змеевику.

Прозрачная крышка выполняет одновременно несколько функций: защищает теплообменник от негативных природных явлений (осадков, ветра), а также грязи и пыли, при этом свободно пропускает солнечные лучи.

Герметичность конструкции исключает возможность попадания грязи под стекло на теплоприемник и не допускает выветривания накопленного тепла через естественные щели.

Наиболее эффективен данный вид коллекторов при эксплуатации в теплое или межсезонное время года, зимой его КПД значительно снижается.

Проблема потери тепла решена в вакуумном коллекторе. В нем трубки помещаются в светопрозрачные стеклянные колбы, из которых предварительно выкачивается воздух. Трубки в этой конструкции обязательно имеют абсорбционное покрытие и дополнительно заполняются хладагентом.

39927a48d5e73788d9e8aa4290f269ca.jpg

Непосредственно трубки соединяются своими концами с магистралью, по которой движется теплоноситель. Под воздействием солнечных лучей хладагент закипает и превращается в пар, который, по законам физики, поднимается вверх по трубке и при контакте с теплоносителем остужается, отдавая накопленное тепло.

Следует отметить: вакуумный солнечный коллектор в сравнении с плоскими более эффективен за счет того, что удельная теплота вещества в парообразном состоянии выше, чем в жидком.

Именно из-за такой особенности вакуумные коллекторы эффективны и в зимнее время, при минусовых температурах, хотя их КПД может несколько снизиться за счет уменьшения светового дня и увеличения пасмурности.

Вариантом вакуумного коллектора можно считать и конструкции, в которых трубки сразу заполняются теплоносителем. Но они обладают одним существенным недостатком – сложностью проведения ремонтных работ. В этом случае, если из строя вышла какая-либо из трубок, потребуется полная замена всей конструкции.

Что такое солнечный коллектор

Это гелиоустановка – устройство для сбора энергии Солнца, которая переносится видимым светом и ближним инфракрасным излучением. Солнечные коллекторы для отопления дома зимой отличаются от батарей. Второе устройство производит электричество, а первое греет материал-теплоноситель. Как правило, коллекторы используются для того, чтобы отапливать помещения и снабжать их горячей водой.

Устройство

В оборудовании есть теплоноситель, в качестве которого может использоваться вода, антифриз, масло, воздух. Он нагревается, циркулируя в коллекторе, после чего передает тепловую энергию в бак-аккумулятор. Там накапливается вода для бытовых нужд. В простом оборудовании циркуляция жидкости идет за счет разницы температур. Это существенно повышает эффективность установки, ведь при нагреве теплоносителя наблюдается низкий КПД. Есть и более сложные конструкции солнечных установок. В них нет отдельного бака аккумулятора. Подогретая вода хранится в самом коллекторе.

b63ad0506168f9f12c4e59ff870063b4.jpg

Принцип работы

Оборудование собирает солнечную радиацию, преобразует ее в тепловую энергию, передает циркулирующему носителю, а потом воде, содержащейся в баке. В резервуаре вода хранится и используется на отопление и бытовые нужды. Жидкость в гелиоустановке может циркулировать естественным или принудительным способом. Отопление солнечными коллекторами имеет свои особенности в зависимости от модификации оборудования.

445d94aaa0c2a4fbca1a081149694235.jpg

Типы

Есть несколько разновидностей коллекторов в зависимости от конструкции, принципа работы, выполняемых задач. Выделяют такие типы солнечных гелиоустановок:

  1. Конструкция плоского типа. Состоит из абсорбера – элемента для поглощения солнечных лучей, прозрачного покрытия, слоя термоизоляции. Солнечные лучи проходят через верхнее защитное стекло и нагревают поглотитель. Тепло сохраняется внутри панели и греет теплообменные трубки, в которых происходит циркуляция теплоносителя. Плоские коллекторы надо размещать под углом 90 градусов к падающим солнечным лучам.
  2. Вакуумный коллектор. Содержит определенное количество коаксиальных или перьевых трубок. Первые по строению напоминают термос. Каждая коаксиальная трубка состоит из двух герметично спаянных между собой колб. Между их стенками вакуум и поглощающий слой. Перьевая трубка – это одна колба с толстыми стенками. Внутри тепловой канал с пластиной из абсорбирующего материала и вакуум.
  3. Воздушный. Состоит из двух пластин. Между ними по лабиринту проходит воздух и нагревается. Потом он через отверстие в стене попадает в помещение. устройство может работать с вентилятором, насосом и автономно.
  4. Концентратор. Многофункциональное оборудование, состоящее из комплекса устройств.

d944bb46bfa7d54d603b4343ce7e86f4.jpg

Изготовление или покупка готового решения

Самодельные устройства, предназначенные для отопления и нагрева воды, обладают низким КПД. Поэтому такие конструкции рекомендовано использовать для обогрева теплицы, цветочной оранжереи, небольшого частного помещения. Воздушный, плоский или вакуумный аппарат может значительно повысить уровень комфорта на даче или в загородном доме. Аппараты снижают затраты на электроэнергию, потребляемую обычными источниками питания. Благодаря введению новых технологий, применение гелиосистем набирает все большие обороты. Но для холодных регионов страны следует приобретать фабричные конструкции.

Готовые обладают наиболее высокой эффективностью по сравнению с самодельными аппаратами.

Металлический лист в помощь

Еще одним простым вариантом установки для подогрева воздуха является коллектор, в котором роль поглотителя играет обычный профнастил. Это ребристый, волнообразный лист, который также, как и банки в прошлом примере помещается в деревянный корпус. Под ним также укладывается слой изоляции, например, минеральной ваты. С внешней стороны крепится прозрачное стекло. Поверхность листа также придется покрыть термостойкой, матовой и обязательно черной краской. Достоинством такого воздушного коллектора является отсутствие необходимости дополнительного оребривания. Кроме того, здесь не нужно использовать в качестве материала дорогостоящие алюминий или медь. Аналогично баночному варианту используются режимы циркуляции – естественной или принудительной.

Оба упомянутых выше варианта воздушных коллекторов при правильной эксплуатации позволяют повысить температуру в отапливаемом помещении до 20…30°С по сравнению с окружающей средой. Кроме того, несомненным преимуществом является постоянное поступление свежего воздуха внутрь, улучшение микроклимата.

Важно! Обе конструкции не являются аккумулирующими, то есть в дневное время солнечные лучи будут циркулирующий воздух греть, а в темное время суток, наоборот, охлаждать. Следовательно, проток на ночь придется прикрывать.
.

  • Как выбрать чугунную печь для бани
  • Проектирование системы отопления частного дома
  • Каменная печь для бани и дома

Использование для отопления дома

bc56d1fafac971dc443c917f5bc4e256.pngЛюбой солнечный коллектор является климатической техникой с возобновляемым ресурсом энергии. Источником тепла для данного случая выступает сама природа. Таким образом, расходы требуются только на оборудование. Результативный расчет показывает значительное снижение общих затрат на отопление дома.

Коллекторы каждым своим квадратным метром экономят в среднем 800 кВт в год. Это покрывает практически половину потребности типового частного дома в тепле. Зимой солнечный комплект способен обогреть до 30-40% жилых помещений. Автоматизированные экземпляры улавливают и перерабатывают на отопление до 75% дневного света.

Солнечные коллекторы работают по тому же принципу, что и бытовые водонагреватели – энергия действует на тепловой элемент, повышая температуру воды, воздуха или антифриза в полостях отопительных приборов. Руководящим элементом выступает сам корпус коллектора – плоская пластина площадью несколько квадратных метров.

Погодная нестабильность породила идею совмещения энергий солнца и электричества у некоторых приборов такого класса. При низкой освещенности и прохладной погоде площадь устройства только впитывает доступное тепло, нагревая комплект. Дальнейшее прогревание системы частного отопления проводится уже при участии электричества. Подобный подход позволяет выжать из установки максимум, хотя расчет затрат останется скромным. Технология получила название «принудительной циркуляции». Как правило, она характерна крупномасштабным коллекторам.

Созависимое функционирование в умеренных поясах планеты используются чаще автономного. Но в условиях преобладания годового активного солнца возможно использовать исключительно природную энергию. Для этого понадобиться только рациональный расчет с правильной теплоизоляцией постройки.

Способ включения коллектора в отопительный комплект частного дома напрямую зависит от выбранного типа циркуляции. При естественной форме бак накопления ставится выше основной пластины, верхний вывод подключается ко входу горячего содержимого, а нижний – в обратном направлении. Такой способ более дешев, но рискован появлением воздушных пробок.

Использование дополнительных насосов для принудительной работы подразумевает иной монтаж. На бак, выход и обратный ход таких коллекторов обязательно ставятся температурные датчики. Показания автоматики дают дальнейшие команды контроллеру и управляют движениями насоса. При таком способе частыми вспомогательными источниками энергии выступают газовые котлы и котлы на твердом топливе.

Для обоих вариантов важно установить коллектор таким образом, чтобы уровень наклона позволял улавливать максимум прямого солнечного света за сутки. В противном случае система не станет функционировать как следует, особенно при пасмурной погоде

Видео на эту тему, рассказ о готовом примере применения

Принцип работы

На сегодняшний момент разработаны различные виды гелиоколлекторов.

Но принцип водонагрева идентичен – все устройства работают по одной разработанной схеме. В хорошую погоду лучи солнца начинают нагревать теплоноситель. Он проходит по тонким изящным трубочкам, попадая в бак с жидкостью. Теплоноситель и трубочки размещаются по всей внутренней поверхности бака. Благодаря такому принципу происходит нагревание жидкости, находящейся в аппарате. Позже нагретую воду разрешено применять на бытовые нужды. Таким образом, можно отапливать помещение, использовать нагретую жидкость для душевых кабин как горячее водоснабжение.

Температуру воды можно контролировать разработанными датчиками. Если произошло слишком сильное охлаждение жидкости, ниже заданного уровня, то автоматически включится специальный резервный подогрев. Солнечный коллектор можно подключить .

fd6f37fe1426a312d2789c9d4b95b11a.png

Представлена схема работы, подходящая для всех солнечных водонагревателей. Такое устройство отлично подойдет для отопления небольшого частного дома. На сегодняшний момент разработано несколько устройств: плоские, вакуумные и воздушные приспособления. Принцип действия таких устройств очень схож. Происходит нагрев теплоносителя от солнечных лучей с дальнейшей отдачей энергии. Но в работе наблюдается очень много различий.

Видео о различных видах альтернативных источниках отопления

Что это такое

Солнечный коллектор — это несложное устройство, использующее видимый свет и инфракрасное излучение Солнца для нагрева рабочей среды. Принцип его работы основан на поглощении тепла поверхностью с низкой отражающей способностью.

От ближайшего собрата — фотоэлектрической солнечной батареи, коллектор отличает куда более высокая эффективность: если фотоэлектрические элементы преобразуют в электроэнергию не более 15% солнечной энергии, то коллекторы позволяют утилизировать до 80%.

Основная проблема, мешающая использовать солнечные коллекторы для отопления дома в качестве основного источника тепла — непостоянная тепловая мощность. Она связана:

  • С суточными циклами освещенности. Ночью по понятным причинам выработка тепла падает до нуля. Больше того: поддержание положительной температуры циркулирующей через коллектор воды требует дополнительных энергозатрат;
  • С погодой. При плотной облачности освещенность (и, соответственно, тепловая мощность прибора) снижается.

Солнечные коллекторы востребованы в областях страны с максимальной инсоляцией. На снимке — крыша коттеджа в Ялте.

Зимой , когда работает отопление, преобладает пасмурная погода. Кроме того, зимой выработка тепла коллектором падает примерно на четверить даже в ясные дни. Это происходит из-за изменения угла падения солнечных лучей, вызывающего зимнее похолодание.

  Реклама

Типы солнечных коллекторов

Конструкция солнечного коллектора может соответствовать одному из классов, описанных ниже.

Плоский светопоглощающий

5fed753e4921648c61e2c00f7daff19e.pngПредставляет собой темный алюминиевый ящик с медными трубками внутри. Снизу ограничен слоем теплоизоляции. Сверху закрыт закаленным стеклом и пропилен-гликолем, выполняющим работу поглотителя солнечных лучей. Функционален в любое время года, популярен ввиду доступной себестоимости.

Вакуумный

b2b583c221d6f7ca15d1f920303d4654.pngВакуумные коллекторы состоят из многочисленных медных трубок. Элементы уложены ровными рядами. Каждая трубка с поглощающим и отражающим веществами расположена внутри еще одной стеклянной колбы аналогичной формы, но большего диаметра. Между стенками емкостей образуется вакуум, выступающий теплоизолятором и проводником. Главным достоинством класса является большая принимающая площадь, а значит, высокий КПД.

Воздушный

ec60715a3388c6cc6d4d370168def2f4.pngОснован на принципе «парникового эффекта». Лучи попадают на поглощающее покрытие и полностью впитываются им. Заряженный приемник обогревает воздушные массы внутри себя. Горячий воздух заполняет помещения, поступая в дом с помощью естественной конвекции или вентилятора.

Все классы подходят для отопления частных домов в равном соотношении. Конкретный тип выбирается исходя из собственных нужд, платежеспособности, площади крыши (или иной поверхности) для установки.

Критерии выбора

Все виды коллекторов солнечного типа обладают недостатками и достоинствами.

Выбирая устройство по своим нуждам, следует обращать внимание на некоторые нюансы:

  • Плоские разновидности прочнее остальных, однако, не выгодны при ремонте. Поломка выводит из строя всю систему адсорбции, что увеличивает траты. Экземпляры данного класса способны нагревать воду на 20-40 градусов выше температуры окружающей среды.
  • Вакуумные виды коллекторов чувствительны к внешним действиям, быстрее поддаются повреждениям из-за хрупких полых трубок. Между тем, ремонт может быть произведен в виде замены конкретной колбы. Зимой эффективнее плоского типа, поскольку нагревает теплоноситель в более широком диапазоне и дольше поддерживает температуру.
  • Воздушные виды просты по конструкции, редко требуют ремонтных вмешательств. Стойко выдерживают очень низкие температуры, служат дольше остальных. В целом же, они слабее прогревают помещения.
  • Преобразование солнечной энергии на тепло внутри вакуумного коллектора прямо пропорционально размеру трубок. Короткая трубка мелкого диаметра снизит расчет выработки нагрева. Вакуумные коллекторы оптимальны при наличии нескольких колб длиной до 2 метров и шириной около 6 см. Внутри должна иметься U-образная или прямая вставка для эффективного термогенеза.
  • Мощность гелиотехники измеряется в кВт и является номинальной. Т.е. показатель говорит о количестве тепла, которое будет производиться за период пребывания яркого солнца на уровне зенита. Для раннего утра и вечера такой расчет не актуален. Ночью в режиме поддержания используется накопленная днем энергия. По этой причине необходимо учитывать мощность сопрягаемой с коллектором системы и проверять возможность длительного сохранения тепла. Устройства с низким сбережением температур не подойдут для морозного времени года. Особенно данный фактор важен для моделей с водным проводником.
  • Перед приобретением коллектора требуется составить проект полной системы отопления и крепления к крыше. Во многих случаях будет оправданно использование дополнительных каркасов. Замеры, расчет предпочтительно делать при участии специалиста данной сферы деятельности.
  • Выбор вертикального расположения коллектора избавит от проблем с зачисткой снега, но может снизить КПД. В любом случае, нужно предусмотреть под установкой место для схода осадков зимой.
  • Самым выгодным будет размещение системы «лицом» на южную сторону или с отклонением от нее не более 30 градусов. Для функционирования 12 месяцев в год лучше брать угол установки равный широте местности.

Вопрос выбора освещается в видео

Оценка эффективности

А теперь давайте попробуем оценить, насколько выгодно и эффективно отопление солнечными коллекторами. В качестве примера я использую собственный дом. Его отапливаемая площадь равна 155 квадратным метрам, что с учетом севастопольского климата и качества утепления дает потребность в суммарной мощности системы отопления в 15 кВт. Энергопотребление за сутки составит 15х24=360 кВт·ч тепла.

Расчет площади коллекторов

С учетом сезонных колебаний инсоляции квадратный метр земной поверхности на широте Севастополя получает в среднем 5 киловатт-часов тепла в сутки. В холодное время года, во время отопительного сезона, инсоляция снижается примерно на четверть — до 4 кВт·ч/м2. С учетом реального КПД коллектора с квадратного метра его площади можно получить не более 4*0,8=3,2 киловатт-часа тепловой энергии в сутки.

2ed1fd7ab6b68cc6da8e0faffb6663b5.png

Уровень инсоляции для разных областей России.

Стало быть, полная площадь коллекторов должна быть не менее 360/3,2=112,5 м2. При стоимости одного источника тепла площадью 2 квадрата в 20000 рублей (типичная цена недорогого плоского коллектора) расходы только на покупку коллекторов составят (112,5/2)х20000=1125000 рублей.

Дорого?

Не то слово.

Кроме того:

  • Расходы дополнительно увеличатся, поскольку тепло нужно будет накапливать. Теплоаккумулятор, узел смешения и разводка отопления будут отнюдь не бесплатными;
  • Система не будет энергонезависимой. Энергию будут круглосуточно расходовать циркуляционные насосы, а в сильные холода по ночам понадобится использование дополнительных источников энергии (ТЭНов, электрокотла, твердотопливного котла и т.д.), которые не позволят теплоносителю замерзнуть.

d77d62538da725462e268097eea34378.jpg

Примерно так должна выглядеть крыша дома с автономным солнечным отоплением.

Расчет периода окупаемости

Быть может, дорогостоящий солнечный коллектор для дома быстро окупится?

Давайте подсчитаем период окупаемости того же плоского коллектора площадью два квадрата, производящего 6,4 кВт·ч тепла в сутки. В качестве отправной точки возьмем источники самого дорогого (электрокотел) и самого дешевого (газовый котел) тепла.

Произведенный электрокотлом киловатт-час энергии обходится в ценах начала 2017 года примерно в 5 рублей. Ежесуточная экономия на электричестве при использовании одного плоского коллектора составит 6,4*5=32 рубля, период окупаемости — 20000/32=625 дней, или чуть меньше двух лет.

5379ce36fdd9a44e861bfeff7456e5fb.jpg

Электрокотел — источник самого дорогого тепла. Киловатт-час обходится более чем в 5 рублей.

Если основной источник тепла — газовый котел, то киловатт-час энергии будет обходиться уже в 70 копеек (0,7 рубля). Суточная экономия от одного коллектора будет равной 6,4*0,7=4,48 рубля, а период окупаемости вырастет до 20000/4,48=4464 дней, или 12 лет. С учетом среднего срока службы коллектора в 10-15 лет это означает «никогда».

Выводы

Вот какие выводы я сделал лично для себя:

  1. Отопление дома только от солнца обойдется непомерно дорого на фоне альтернатив. Тепловые насосы и их разновидность — инверторные кондиционеры — в качестве источника тепла выглядят куда интереснее;

b707fdc1701a6d0bd493b9e17167ad64.jpg

Основной источник тепла в моем доме — инверторные кондиционеры. Они работают на обогрев при уличной температуре до -25 °С, чего вполне достаточно для Крыма.

на каждый киловатт тепловой мощности перекачивает в дом до 5 киловатт тепла. Источником энергии для него служат низкопотенциальные источники с относительно низкой температурой — грунт, вода в незамерзающих водоемах и уличный воздух.

82b95e355983de13efca610a1ff1e822.jpg

Тепловая мощность бытового теплового насоса на фото — 4100 ватт, потребляемая — 980.

  1. В качестве дополнительного источника тепла солнечный коллектор можно использовать только в том случае, если у вас нет магистрального газа. Он действительно несколько сократит ваши расходы на отопление, но не сделает его бесплатным.

Солнечные коллекторы вполне могут использоваться в качестве дополнительного источника тепла, уменьшая расходы на энергоносители.

Как и из чего сделать воздушный коллектор

Как сделать расчёты коллектора

d07c5983eb59a882bb882a8e749ff806.jpg

  • 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.

Типы конструкции коллектора

Материалы для изготовления коллектора

  • 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.

Источник: https://www.tproekt.com/vozdusnyj-solnecnyj-kollektor-ustrojstvo-shemy-konstrukcii/

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Юрист со стажем 9 лет - Сергей / автор статьи
ЮРИСТ ВЯЗЕМЫ