САМОДЕЛЬНЫЙ СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР ВОЗДУХА

Страница 1 из 89

Удорожание традиционных источников энергии побуждает собственников частных домов подыскивать альтернативные варианты обогрева жилья и нагрева воды. Согласитесь, финансовая составляющая вопроса отыграет не последнюю роль при выборе отопительной системы.

Один из наиболее перспективных способов энергообеспечения — преобразование солнечного излучения. Для этого задействуют гелиосистемы. Понимая принцип их устройства и механизм работы, сделать солнечный коллектор для отопления своими руками не составит большого труда.

Мы расскажем вам о конструктивных особенностях гелиосистем, предложим простую схему сборки и опишем материалы, которые можно задействовать. Этапы работ сопровождаются наглядными фотографиями, материал дополнен видео-роликами о создании и вводе в эксплуатацию самодельного коллектора.

Принцип работы и конструкционные особенности

Современные гелиосистемы — один из видов альтернативных источников получения тепла. Они применяются в качестве вспомогательного отопительного оборудования, перерабатывающего солнечное излучение в полезную владельцам дома энергию.

Они способны полностью обеспечить горячее водоснабжение и отопление в холодное время года только в южных регионах. И то, если занимают достаточно большую площадь и установлены на открытых, не затененных деревьями площадках.

Несмотря на большое количество разновидностей, принцип работы у них одинаковый. Любая гелиосистема представляет собой контур с последовательным расположением приборов, и поставляющих тепловую энергию, и передающих ее потребителю.

Основными рабочими элементами являются солнечные батареи на фотоэлементах или солнечные коллекторы.  Технология сборки солнечного генератора на фотопластинах несколько сложнее, чем трубчатого коллектора.

В этой статье мы рассмотрим второй вариант — коллекторную гелиосистему.

Солнечные коллекторы пока служат вспомогательными поставщиками энергии. Полностью переключать отопление дома на гелиосистему опасно из-за невозможности прогнозировать четкое количество солнечных дней

Коллекторы представляют собой систему трубок, соединенных последовательно с выходной и входной магистралью или выложенных в виде змеевика. По трубкам циркулирует техническая вода, воздушный поток или смесь воды с какой-либо незамерзающей жидкостью.

Циркуляцию стимулируют физические явления: испарение, изменение давления и плотности от перехода из одного агрегатного состояния в другое и др.

Принцип действия солнечных коллекторов основан на получении и накапливании солнечной энергии, сообщаемой теплоносителю (+)

Сбор и аккумуляция солнечной энергии производится абсорберами. Это либо сплошная металлическая пластина с зачерненной наружной поверхностью, либо система отдельных пластин, присоединенных к трубкам.

Для изготовления верхней части корпуса, крышки, используются материалы с высокой способностью к пропусканию светового потока. Это может быть оргстекло, подобные полимерные материалы, закаленные виды традиционного стекла.

Для того чтобы исключить потери энергии с тыльной стороны прибора в короб укладывается теплоизоляция

Надо сказать, что полимерные материалы довольно плохо переносят влияние ультрафиолетовых лучей. Все виды пластика имеют достаточно высокий коэффициент теплового расширения, что часто приводит к разгерметизации корпуса. Поэтому использование подобных материалов для изготовления корпуса коллектора стоит ограничить.

Вода в качестве теплоносителя может применяться только в системах, предназначенных для поставки дополнительного тепла в осенне/весенний период. Если планируется круглогодичное использование гелиосистемы перед первым похолоданием техническую воду меняют на смесь ее с антифризом.

В воздушных гелиосистемах в качестве теплоносителя используется воздух. Каналы для его движения можно сделать из обычного профлиста (+)

Если солнечный коллектор устанавливается для обогрева небольшого строения, не имеющего связи с автономным отоплением коттеджа или с централизованными сетями, сооружается простейшая одноконтурная система с нагревательным прибором в начале ее.

В цепочку не включают циркуляционные насосы и нагревательные устройства. Схема предельно проста, но работать она может лишь солнечным летом.

При включении коллектора в двухконтурное техническое сооружение все гораздо сложнее, но и диапазон пригодных для применения дней существенно увеличен. Коллектор обрабатывает только один контур. Преобладающая нагрузка возлагается на основной отопительный агрегат, работающий на электроэнергии или любом виде топлива.

Для изготовления солнечного коллектора можно воспользоваться готовой схемой, можно построить собственную пилотную модель и опробовать ее на практике (+)

Несмотря на прямую зависимость производительности солнечных приборов от количества солнечных дней, они востребованы, и спрос на солнечные устройства стабильно повышается. Популярны они среди народных умельцев, стремящихся направить все виды природной энергии в полезное русло.

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.

Фото из

Шаг 1: Сборка коллектора из гофрированной трубы

Шаг 2: Окрашивание солнечного прибора в черный цвет

Шаг 3: Установка подводов для воздуха

Шаг 4: Изготовление крышки для солнечного прибора

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

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

Собственноручное изготовление коллектора

Изготовление солнечного прибора собственными руками — увлекательный процесс, приносящий массу выгод. Благодаря ему можно рационально применять бесплатное солнечное излучение, решить несколько важных хозяйственных задач. Разберем специфику создания плоского коллектора, поставляющего в отопительную систему нагретую воду.

Поглощающая панель сделана из сотового поликарбоната, покрытого черной краской. Верхний и нижний края панели, т.е. отрытые торцы каналов поликарбонатного листа, вставлены в разрезанные вдоль канализационные трубы

К краям труб приклеены уголки, необходимые для подключения трубопровода. В идеале их лучше приварить утюгом – сварочным аппаратом для полимерных труб. Продольные разрезы по трубам залиты клеевым пистолетом

Аккумулирующие трубки, выполненные из канализационных труб, оснащаются теплоизоляцией. Перед этим клей по швам и вокруг уголков разравнивается либо паяльником, либо строительным феном

Поглощающая панель вместе с приклеенными к ней трубками укладывается на пенопласт или другой жесткий утеплитель. Сверху конструкция перекрыта поликарбонатом, загнутым по краю

Для сборки рамы закупается металлический профиль подходящего размера. При расчете ширины учитывается толщина жесткой теплоизоляции

В заготовках для сборки рамы, раскроенных из профиля по размеру поглощающей панели, прорезаются отверстия для вывода точек подключения коллектора

Сборка деталей рамы производится шурупами, предназначенными для работы с этим профилем

Для того чтобы коллектор был направлен под оптимальным углом к солнцу, сооружается стойка из пиломатериалов или металлопроката

Шаг 1: Поглощающая панель самодельного солнечного коллектора

Шаг 2: Способ подключения к аккумулирующей трубке

Шаг 3: Теплоизоляция для аккумулирующих трубок коллектора

Шаг 4: Сборка прибора для использования солнечной энергии

Шаг 5: Металлический профиль для устройства рамы

Шаг 6: Отверстия для выхода точек подключения к водопроводу

Шаг 7: Соединение элементов рамы солнечного коллектора

Шаг 8: Изготовление стойки для собранного солнечного коллектора

Материалы для самостоятельной сборки

Наиболее простой и доступный материал для самостоятельной сборки корпуса солнечного коллектора — деревянный брусок с доской, фанерой, плитами ОСП или подобными вариантами. В качестве альтернативы можно применить стальной или алюминиевый профиль с аналогичными листами. Металлический корпус обойдется несколько дороже.

Материалы должны соответствовать требованиям, которые предъявляются к конструкциям, используемым на открытом воздухе. Срок эксплуатации солнечного коллектора варьируется от 20 до 30 лет.

А значит, материалы должны обладать определенным набором эксплуатационных характеристик, которые позволят использовать конструкцию в течении всего срока.

Самый недорогой и простой вариант материалов для изготовления корпуса — применение пиломатериалов и стружечных плит

Если корпус выполнять из дерева, то долговечность материала можно обеспечить путем пропитки водно-полимерными эмульсиями и покрытием лакокрасочными материалами.

Основным принципом, которым следует руководствоваться при проектировании и сборке солнечного коллектора, является доступность материалов в отношении цены и возможности приобрести. То есть, их можно либо найти в свободной продаже, либо самостоятельно изготовить из доступных подручных средств.

Жесткая ПВХ труба с фитингами в изготовлении

Приемник солнечной энергии из гибкой ПНД трубы

Теплоприемник из теплообменника старого холодильника

Гнутая медная трубка в солнечном коллекторе

Нетривиальное использование алюминиевых банок

Пластиковые бутылки в деле сооружения коллектора

Притягивающий лучи прибор из темных пластиковых бутылок

Приемник тепла из гнутой металлической трубы

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 (+)

Теплоприемник солнечного коллектора

Это абсорбирующий элемент. Он представляет собой систему труб, в которых происходит нагрев теплоносителя, и деталей, выполненных чаще всего из листовой меди. Оптимальным материалов для изготовления теплоприемника считаются медные трубы.

Домашние мастера изобрели более дешевый вариант — спиральный теплообменник из полипропиленовых труб.

Интересное бюджетное решение — абсорбер гелиосистемы из гибкой полимерной трубы. Для соединения с устройствами на входе и выходе применяются подходящие фитингиВыбор подручных средств, из которых можно изготовить теплообменник солнечного коллектора, достаточно широк. Это может быть теплообменник старого холодильника, полиэтиленовые водопроводные трубы, стальные панельные радиаторы и пр.

Важным критерием эффективности выступает теплопроводность материала, из которого изготовлен теплообменник.

Для самостоятельного изготовления оптимальным вариантом является медь. Она обладает теплопроводностью, которая составляет 394 Вт/м². У алюминия этот параметр варьируется от 202 до 236 Вт/м².

Медные трубы считаются наиболее оптимальным вариантом для изготовления теплоприемника по теплотехническим качествам и износоустойчивости

Однако большая разница в параметрах теплопроводности между медными и полипропиленовыми трубами вовсе не означает, что теплообменник с медными трубами будет выдавать в сотни раз большие объемы горячей воды.

При равных условиях производительность теплообменника из медных труб будет на 20% эффективнее, нежели производительность металлопластиковых вариантов. Так что теплообменники, изготовленные из полимерных труб, имеют право на жизнь. К тому же такие варианты обойдутся гораздо дешевле.

Вне зависимости от материала труб, все соединения как сварные, так и резьбовые, должны быть герметичны. Трубы можно располагать как параллельно друг к другу, так и в виде змеевика.

Схема по типу змеевика уменьшает количество соединений — это снижает вероятность протечек и обеспечивает более равномерное движение потока теплоносителя.

Верх короба, в котором находится теплообменник, закрывается стеклом. В качестве альтернативы можно использовать современные материалы, типа акрилового аналога или монолитного поликарбоната. Светопрозрачный материал может быть не гладким, а рифленым или матовым.

В классическом варианте короб с коллектором закрывается закаленным стеклом, оргстеклом, поликарбонатом или подобным материалом. Народные умельцы приноровились вместо стекла использовать полиэтилен

Такая обработка снижает отражающие способности материала. Кроме того, этот материал должен выдерживать значительные механические нагрузки.

В промышленных образцах подобных гелиосистем используется специальное солярное стекло. Такое стекло характеризуется низким содержанием железа, что обеспечивает меньшие потери тепловой энергии.

Накопительный бак или аванкамера

В качестве накопительного бака можно использовать любую емкость с объемом от 20 до 40 литров. Подойдет ряд несколько меньших по объему резервуаров, соединенных трубами в последовательную цепочку. Накопительный бак рекомендовано утеплять, т.к. нагретая на солнце вода в емкости без изоляции будет быстро терять тепловую энергию.

По сути, теплоноситель в отопительной гелиосистеме должен циркулировать без аккумуляции, т.к. полученную от него тепловую энергию нужно расходовать в период получения. Накопительная емкость скорее выполняет функцию распределителя нагретой воды и аванкамеры, поддерживающей стабильность давления в системе.

Накопительная емкость в гелиосистемах работает в качестве распределителя воды и резервуара, поддерживающего давление (+)

Этапы сборки гелиосистемы

После изготовления коллектора и подготовки всех составляющих конструкционных элементов системы можно приступать к непосредственному монтажу.

Один из вариантов устройства змеевика из полипропиленовых труб с фитингами и тройниками поможет быстро собрать солнечный коллектор (+)

Работа начинается с установки аванкамеры, которую, как правило, размещают в самой высокой из возможных точке: на чердаке, отдельно стоящей вышке, эстакаде и т.д.

При монтаже следует учесть, что после заполнения жидким теплоносителем системы, эта часть конструкции будет иметь внушительный вес. Поэтому следует убедиться в надежности перекрытия или усилить его.

После установки емкости приступают к установке коллектора. Этот конструкционный элемент системы располагают на южной стороне. Угол наклона относительно линии горизонта должен составлять от 35 до 45 градусов.

После установки всех элементов их обвязывают трубами, соединяя в единую гидравлическую систему. Герметичность гидравлической системы является важным критерием, от которого зависит эффективная работа солнечного коллектора.

По схеме сборки гелиосистемы для поставки воды в летний душ можно соорудить конструкцию, чтобы подогревать воду для полива или создавать комфортные условия прохладными вечерами (+)

Для соединения конструктивных элементов в единую гидравлическую систему используются трубы с диаметром дюйм и полдюйма. Меньший диаметр используется для устройства напорной части системы.

Под напорной частью системы понимается ввод воды в аванкамеру и вывод нагретого теплоносителя в систему отопления и горячего водоснабжения. Остальная часть монтируется при помощи труб большего диаметра.

Для предотвращения потерь тепловой энергии трубы следует тщательно изолировать. Для этой цели можно использовать пенопласт, базальтовую вату либо фольгированные варианты современных изоляционных материалов. Накопительная емкость и аванкамера также подлежат процедуре утепления.

Наиболее простым и доступным вариантом теплоизоляции накопительной емкости является сооружение вокруг нее короба из фанеры или досок. Пространство между коробом и емкостью следует заполнить утепляющим материалом. Это может быть шлаковата, смесь соломы с глиной, сухие опилки и пр.

Гелисистема устанавливается так, чтобы солнечные коллекторы были расположены на самой освещенной стороне дома или участка (+)

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.

Цены на заводские приборы

Львиная доля финансовых затрат на сооружение подобной системы приходится на изготовление коллекторов. Это не удивительно, даже в промышленных образцах гелиосистем около 60% стоимости приходится на этот конструкционный элемент. Финансовые затраты будут зависеть от выбора того или иного материала.

Надо отметить, что подобная система не в состоянии отопить помещение, она лишь поможет сэкономить на затратах, помогая подогреть воду в системе отопления. Учитывая довольно большие затраты энергии, которые расходуются на нагрев воды, солнечный коллектор, интегрированный в систему отопления, существенно снижает подобные издержки.

Солнечный коллектор довольно просто интегрируется в систему отопления и горячего водоснабжения (+)

Для ее изготовления используются довольно простые и доступные материалы. К тому же подобная конструкция является полностью энергонезависимой и не нуждается в техническом уходе. Уход за системой сводится к периодическому осмотру и очистке стекла коллектора от загрязнений.

Дополнительная информация по организации солнечного отопления в доме представлена в этой статье.

Выводы и полезное видео по теме

Процесс изготовления элементарного солнечного коллектора:

Как собрать и ввести в эксплуатацию гелиосистему:

Естественно, самостоятельно сделанный солнечный коллектор не сможет конкурировать с промышленными моделями. Используя подручные материалы, довольно сложно добиться высокого КПД, которым обладают промышленные образцы. Но и финансовые затраты будут гораздо меньше по сравнению с приобретением готовых установок.

Тем не менее, самодельная солнечная система отопления существенно повысит уровень комфорта и сократит расходы на энергию, которая вырабатывается традиционными источниками.

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

Солнечные коллекторы – разновидности и нюансы

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

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

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

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

Наиболее распространенный вариант солнечного коллектора включает:

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

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

Солнечный коллектор для отопления и водоснабжения своими руками – рассчитываем параметры

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

Поглощение энергии и потери тепла

На каждый квадратный метр поверхности падает следующее количество теплового излучения:

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

Исходные данные для вычисления процента потерь:

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

0,05 / 0,1 * 30 = 15 Вт.

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

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

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

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

Просчитываем возможности потребления

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

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

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

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

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

Тепловой солнечный коллектор своими руками из каучукового шланга

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

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

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

Плоский солнечный коллектор своими руками из оконной рамы для нагрева воды

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

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

Солнечный коллектор своими руками из деталей выброшенного холодильника

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

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

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

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

Воздушный солнечный коллектор из профнастила своими руками

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

Пошаговый процесс сборки следующий:

Наш воздушный солнечный коллектор, изготовленный своими руками, готов.

Эффективность такой установки примерно следующая:

Для зимнего сада, оранжереи, теплицы или сельскохозяйственного помещения для сушки продукции подобный воздушный вариант чрезвычайно удобен.

Вакуумные солнечные коллекторы для отопления дома своими руками

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

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

Последовательность сборки коллектора стандартная:

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

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

Как улучшить КПД самодельных конвекторов

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

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

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

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

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

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

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

Понятие альтернативной энергии для многих владельцев частных домов и дач ассоциируется с дорогими солнечными панелями, ветряками или теплонасосами. Никто даже не догадывается, что лишь за несколько часов за сущие копейки можно соорудить солнечный коллектор из пластиковых бутылок, чтобы снабжать себя горячей водой весь теплый сезон.

Мы расскажем, как из бросовых материалов сделать эффективную систему подготовки санитарной воды. В предложенной нами статье вы найдете подробное описание конструкций и способов изготовления систем, действие которых проверено на практике. С учетом наших рекомендаций вы без хлопот соберете полезный в хозяйстве прибор.

Специфика применения солнечных коллекторов

Основное отличие солнечного коллектора от различного типа генерирующих тепло гелио-систем состоит в цикличности работы. Иными словами – при отсутствии солнца не будет никакой тепловой энергии.

Очевидно, что в темное время суток производительность автономной ГВС с солнечным коллектором сводится к нулю. Выработка тепла солнечным коллектором определяется длиной светового дня, который зависит от географической широты и времени года.

Самодельный солнечный коллектор позволит решить не только вопрос снабжения горячей водой дома, не подключенного к центральным сетям, но и проблемы отопления

Климатические особенности местности также оказывают заметное влияние на уровень производительности солнечного коллектора. Если местность характеризуется нередкими туманами либо солнце часто скрывается за тучами, то производительность гелиоколлектора существенно снижается.

Однако и в этом случае солнечный коллектор для отопления и/или нагрева воды остается эффективным, благодаря способности улавливания даже рассеянных лучей.

Конструктивные особенности и принцип действия

Основным элементом стандартного варианта солнечного коллектора является адсорбер в виде медной пластины с трубкой. Пластина быстро разогревается под действием солнечных лучей, передавая тепло трубке и находящейся в ней жидкости. Благодаря свободной или принудительной циркуляции полученное тепло далее транспортируется по всей системе.

Под действием солнечных лучей происходит нагрев медной пластины, от которой передается тепло находящемуся в трубке теплоносителю

Для повышения эффективности работы адсорбера следует наделить его необходимыми физическими свойствами. Прежде всего, необходимо повысить поглотительную способность адсорбера и свести к минимуму отражение солнечных лучей. Самым простым решением будет нанесение на адсорбер черной краски.

Чтобы повысить эффективность работы адсорбера, его нужно накрыть прозрачным стеклом. Обычное стекло отражает часть солнечных лучей.

Лучше всего использовать специальное стекло с низким содержанием в своем составе железа либо применять антибликовое покрытие. Чтобы избежать загрязнения стекла, корпус солнечного коллектора следует сделать герметичным.

Невзирая на массу способов улучшения работы и наращивания производительности солнечного коллектора, все же из-за несовершенства конструкции данный показатель далек от идеального. Учитывая принцип работы гелиоколлектора и методы повышения его эффективности, попробуем создать примитивную и недорогую модель из подручных материалов.

Сборка агрегата из подручных материалов

Помимо дешевизны и простоты сборки вариант из пластиковых бутылок отличается от стандартных гелиоустройств тем, что плоские солнечные коллекторы плохо работают в утренние и вечерние часы.

Выпуклая форма бутылок обеспечивает практически вертикальное проникновение лучей даже во время заката и рассвета, тем самым обеспечивая эффективность работы устройства, как в утренние, так и в вечерние часы.

Благодаря выпуклой форме пластиковых бутылок, прибор даже при горизонтальном положении способен улавливать лучи восходящего и заходящего солнца

Есть несколько отличительных способов сооружения из пластиковых бутылок отлично работающей системы получения горячей воды:

Также солнечные коллекторы могут различаться своими конструктивными особенностями. Прежде всего, это связано, как со способом крепления бутылок, так и способами их расположения.

Вариант с накоплением подогретой воды

Для изготовления солнечного коллектора потребуется полипропиленовая труба диаметром 50 мм, к которой будут подсоединены пластиковые бутылки, число которых определяется диаметром трубы. Для шаблона было взято 15 пластиковых бутылок, таким образом, рабочая емкость солнечного коллектора составила 30 литров.

Стыки соединения бутылок с пропиленовой трубой промазываются силиконовым герметиком, предотвращая протечку воды

Для соединения бутылок в единую систему в пропиленовой трубе, предназначенной для горячего водоснабжения, необходимо просверлить отверстия. Идеальным решением было использование перьевого сверла по дереву диаметром 26 мм.

При таких размерах обеспечивается максимальная плотность соединения, и бутылка с усилием вкручивается в отверстие по своей резьбе. Для обеспечения максимальной герметизации соединения стыки можно промазать силиконовым герметиком, но лучше использовать термоклей.

Чтобы добиться эффекта сообщающихся сосудов в верхней части каждой из бутылок необходимо сделать отверстия диаметром около 2 мм.

После подсоединения бутылок с одной стороны трубы врезается  штуцер, который в дальнейшем будет соединен с водопроводом для подачи воды. С другой стороны следует врезать кран, через который будет сливаться подогретая вода в накопительную емкость.

Однако под тяжестью наполнившейся воды такой прибор для бытового использования солнечной энергии может потерять свою целостность. Поэтому будет целесообразным устройство короба. Для его изготовления потребуется доска, шириной 150 мм.

Для повышения эффективности работы солнечного коллектора на дно короба можно уложить пенопласт или пенополистирол толщиной 50 мм и накрыть фольгой.

После установки солнечного коллектора на место его дальнейшей эксплуатации пластиковые бутылки необходимо покрасить в черный цвет для более эффективного поглощения солнечных лучей.

При окрашивании в черный цвет возрастает поглотительная способность пластика и повышается эффективность разогрева воды

Краску лучше использовать матовую и наносить распылением из аэрозольного баллона. Остается накрыть короб стеклом, тем самым повысив его герметичность и подсоединить его к системе подачи холодной воды и системе слива подготовленной к употреблению теплой воды в накопительный бак.

Из практического опыта известно, что пластик плохо переносит воздействие высоких температур, которые приводят к его деформации. В яркие солнечные дни температура подогреваемой воды может превысить 65 градусов, что приведет к деформации пластика.

В связи с этим лучше отказать от дополнительной герметизации короба с помощью стекла вообще либо использовать его исключительно в облачную погоду.

Способ с циркуляцией подогреваемой воды

Система устройства солнечного коллектора сходна с первым вариантом, но имеет ряд конструкционных отличий.

Для создания коллектора потребуются следующие инструменты и материалы:

Для монтажа нам потребуется труба ПВХ диаметром 20 мм. Горизонтальную часть трубы следует разрезать на отрезки, в которые путем холодной сварки будут присоединены уголки и тройники. Нижняя часть солнечного коллектора будет выглядеть точно так же. В конечном результате мы получим замкнутую систему, но обо всем по порядку.

Особенности склеивания труб ПВХ

Для получения качественного разреза лучше использовать труборез, оснащенный роликами. После разрезки с внутренней части трубы необходимо снять фаску, используя специальные фасочные резцы.

После измерения глубины тройников и уголков нужно на торец присоединяемой трубы установить метку и обработать праймером (чистящим средством) торцы труб и фитинги.

Благодаря плавному перемещению режущей части роликовый труборез позволяет избежать деформаций сечения и образования заусенцев по кромке при резке

Следующим шагом будет нанесение и распределение клея по наружной части трубы и внутренней части фитинга. Клей необходимо наносить кистью, при этом ее размер должен быть меньше диаметра труб. Остается вставить трубу в подготовленный тройник или уголок и провернуть на четверть оборота для равномерного распределения клея.

Нужно учесть, что работы по вклеиванию одного уголка или тройника должны быть выполнены не дольше, чем за 30 секунд. После фиксации необходимо удалить остатки клея.