Контакты
Главная / Гипсокартон

Делаем солнечный коллектор своими руками. Как сделать солнечный коллектор своими руками: типы конструкций и этапы работ Всесезонный солнечный коллектор своими руками

С каждым годом все более актуальной становиться проблема обеспечения своего загородного дома или дачи горячей водой. Особенно часто над этой проблемой размышляют хозяева коттеджей, в которых они проживают постоянно. Ведь затраты на отопление и горячее водоснабжение занимают весомую долю в финансировании жизнеобеспечения жилища. И поиск возможностей сократить затраты на содержание дома – это нормальное и естественное желание любого человека. Разумеется, самый реальный вариант снизить затраты в части отопления дома, изучить и начать изготовление своими руками устройства из области альтернативной энергетики.

О том что селективное устройство возобновляемой энергетики, примененное для отопления дома, имеет множество неоспоримых преимуществ известно давно, и о нем знает практически каждый взрослый человек. Однако на практике не каждый из этих взрослых людей, имеющих желание стать более автономными в вопросах осуществления нагрева воды, решается выложить приличную сумму денег, чтобы приобрести селективное устройство для отопления дома фабричного изготовления. Конечно, из любой ситуации можно найти выход, а из этой тем более. Солнечный коллектор для отопления дома можно сделать своими руками. Вы без проблем самостоятельно соберете плоский, воздушный солнечный коллектор. Такие самодельные устройства для нагрева воды с помощью солнечной энергии можно сделать из пивных банок и пластиковых бутылок, соединяя их при помощи шланга, подводя вакуумные трубки. В результате вы получите абсорбер солнечной энергии для отопления дома путем нагрева воды, изготовление которого не потребует от вас практически никаких финансовых вложений (особенно при выборе варианта из жестяных банок).


Какие материалы потребуются вам, чтобы изготовить самодельный абсорбер

Обычному обывателю кажется, что самостоятельно изготовить абсорбер на солнечной энергии для отопления своего дома, проведя собственноручное изготовление каждой детали, составляющей устройство, невероятно сложная задача. Однако, для того чтобы сделать подобный абсорбер, который будет выступать как устройство для нагрева воды в системе отопления дома, не нужно приобретение или поиск каких-то экзотических материалов. Вам не придется объездить уйму магазинов в поисках нужного шланга, разыскивая вакуумные трубки. Не переживайте – это все домыслы лентяев и людей, боящихся взяться за дело. Главное, взвешенно подойти к решению проблемы, правильно все спланировать, нарисовать схему и подобрать необходимые материалы.


Самодельный плоский воздушный абсорбер с нанесенным селективным покрытием можно изготовить из обычных материалов и компонентов ПНД. Вакуумные трубы из поликарбоната и другие детали можно приобрести по небольшим ценам в любом хозяйственном магазине или супермаркете. Схема для сборки довольно простая, в целях обучения можно просмотреть видео во всемирной сети (таких видео там более чем достаточно). На самом деле в глобальной сети можно найти много специализированной литературы по данной проблеме. Если вы решили сделать задуманную работу на качественно высоком уровне, прочтение определенного количества литературы не станет лишним.

Основная трудность в процессе сборки состоит в том, как именно сделать змеевик (это трубка в извилистой форме, по которой циркулирует жидкость, осуществляя накопление энергии). Здесь есть несколько вариантов исходя из которых, будет составлена схема сборки. Самый простой вариант собрать абсорбер на основе готового змеевика (можно попробовать поискать что ни будь, подходящее для этих целей, важно, чтобы он был вакуумный). Как вариант, может подойти система циркуляции, расположенная на задней стенке холодильника. Второй вариант – это подобрать нужные вакуумные трубки, два-три шланга, пару пластиковых бутылок воды (из них собирается теплоноситель). Для большей уверенности еще раз просмотрите обучающее видео. Трубки для нагрева воды лучше использовать медные. Далее вам потребуется заняться пайкой непосредственно змеевика.


Второй очень значимый элемент, который входит в абсорбер – это верхняя сторона из прозрачного поликарбоната. В условиях промышленного производства покрытие из поликарбоната не используется, лицевое покрытие отливают из закаленного стеклянного сплава. Однако в нашем случае рассматривается самодельный воздушный коллектор, тепловая схема и требуемая эффективность которого допускает использование поликарбоната, так как собирать устройство мы будем из подручных недорогих материалов. Стоит отметить, что существуют схемы сборки где применяют материалы начиная от пивных банок, и заканчивая применением пластиковых бутылок.


Подготовка к сборке абсорбера

Итак, в сборке своего устройства вам лучше прибегнуть к использованию сотового прозрачного поликарбоната. Применение такого вида поликарбоната позволит добиться максимальной эффективности нагрева от создаваемого устройства. Сделать выбор в пользу этого поликарбоната стоит еще и потому, что он очень прочный. Это немаловажно, учитывая возможные погодные катаклизмы, такие как крупный град, ураганный воздушный поток, который срывает ветки с деревьев – эти случайности надо учитывать, так как они способны повредить слабое покрытие. Сотовая структура покрытия поможет вам сделать воздушный эффект парника, в результате создавая усиленный момент нагрева воды в трубках. Проще говоря, применив этот материал и в дополнение к нему селективное покрытие, вы значительно повысите эффективность изделия.


Для абсорбирующей панели вам будет нужен лист металла толщиной около 0,8 миллиметров (однако, лучше подойдет медный материал). В принципе сойдет и стальной лист. На внешнюю поверхность надо будет нанести так называемое селективное покрытие (выкрасить матовой черной краской, краска должна быть стойкой к высоким температурам). Если не соблюдать эти рекомендации (черное покрытие тоже имеется в виду), устройство не будет функционировать в правильном режиме.

В дополнение к перечисленным компонентам приобретите необходимую для теплоизоляции минеральную вату, она создаст своеобразный воздушный капкан, максимально снижая теплообмен с окружающим пространством, передавая все тепло в змеевик, а далее посредством шланга, в систему отопления дома.


Корпус устройства вы тоже сможете собрать самостоятельно, для этого вам надо использовать алюминиевые материалы или использовать менее долговечный, но легче поддающийся обработке деревянный материал. Работая с деревом, вы потратите значительно меньше времени на создание обогревателя, а с фанерой работать еще легче. Но все-таки лучше использовать раму из алюминия, ее долговечность, в сравнении с деревом, не идет ни в какое сравнение.

Определяемся с размерами коллектора

Теперь подведем итог, перечислим все необходимые для сборки эффективного самодельного коллектора материалы:

  • Трубки из меди размерами 18 миллиметров – из них вы будете формировать змеевик (такие же трубки используют при сборке отопительных систем);
  • черная матовая краска, стойкая к высоким температурам (при ее помощи вы нанесете селективное покрытие);
  • минеральная вата (теплоизоляция);
  • лист металла (медь, железо, сталь), толщина листа 0,8 миллиметров в толщину;
  • угловые переходы 18 х 18 миллиметров;
  • сантехнические переходы 18 мм х ¾ (нужны для того чтобы подключить к системе водоснабжения);
  • сотовый поликарбонат (лицевое покрытие коллектора);
  • лист алюминия и алюминиевые уголки для создания корпуса изделия, в случае отсутствия таковых – деревянные планки и лист фанеры для задней стены нагревателя;
  • все необходимые для проведения паяльных работ инструменты.


Важно заранее определиться с габаритами вашего коллектора исходя из его размеров, заранее рассчитайте требуемое количество трубок, переходов и других материалов (проще говоря, общую производительность монтируемого устройства). Вычислите количество воды, которое потребуется для обеспечения теплового обмена во всей системе. Чтобы это сделать определитесь заранее, в каких целях будет использоваться коллектор – либо это только помывка посуды, либо для душа, либо для обеспечения покрытия всех хозяйственных нужд горячего водоснабжения в вашем доме. Для подогрева воды в целях помывки посуды или принятия душа будет достаточно собрать коллектор размерами 200 х 100 сантиметров, расстояние между трубками в змеевике должно составить от 8 до 10 сантиметров.

Процесс сборки самодельного солнечного коллектора

Начало сборки этого изделия солнечной энергетики стартует с изготовления змеевика. Если вам удалось подобрать готовый змеевик, окончательная сборка займет намного меньше времени. Подобранный змеевик стоит очень тщательно вымыть под струей воды (желательно горячей), чтобы изнутри вымыть все засоры и избавиться от остатков фреона. Если у вас не нашлось подходящих трубок, то нужное количество вы сможете приобрести в магазине. Но в этом случае придется изготовить сам змеевик. Для его изготовления нарежьте трубки на требуемую длину. Далее, используя угловые переходы, проведите их спайку в форме конструкции змеевика. Дальше, чтобы коллектор можно было подключить к системе водоснабжения, на края змеевика напаивайте сантехнические переходы размерами ¾. Существует несколько вариантов формы и конструкции змеевика, например, можно паять трубки в форме «лесенки» (если вы собрались реализовать такой вариант, тогда покупайте не угловые переходы, вам понадобятся тройники).


Потом на заранее подготовленный лист металла вы наносите селективное покрытие черной матовой краской, сделать это желательно не меньше чем в пару слоев. Дождитесь, пока воздушный поток высушит краску, и начинайте пайку змеевика (с неокрашенной стороны). Вся конструкция змеевика должна быть припаяна по всей длине трубок, сделав это, вы гарантируете максимально эффективный теплообмен и как следствие – максимальную передачу тепла в систему водоснабжения. Если сделаете все правильно, собранный вами солнечный коллектор заработает так, как и было задумано.

Ответственная стадия сборки

Заключительным этапом вам надо собрать корпус, который скрепит все компоненты устройства в единую конструкцию. Используя лист фанеры и деревянные бруски, нужно сбить прочный ящик. В используемых деревянных брусках заранее прорежьте пазы, в них вы потом вставите экран из поликарбоната (глубина паза около 0,5 см). Выходные отверстия для трубок можно сделать уже после того, как установите все основные компоненты. Далее, в уже собранный деревянный ящик, чтобы создать воздушный карман, вы укладываете изоляцию из минваты. Поверх минваты крепите панель со змеевиком. Края ваты подворачиваете так, чтобы змеевик не дотрагивался до стенок ящика. Нагревательная панель и панель из поликарбоната также должны иметь между собой расстояние и не прикасаться друг к другу.

Завершающая стадия состоит в обработке корпуса специальным раствором с водоотталкивающей способностью и покрывается эмалью (за исключением лицевой части).


Вот и все, солнечный коллектор своими руками готов. Для того чтобы его активировать, поставьте его на опорную конструкцию, развернув лицевой частью к солнцу таким образом, чтобы лучи падали на лицевую часть под максимально прямым углом. На крыше устанавливаете бак для накопления воды, он будет служить резервуаром. К верхней части бака проведите шланг, соединенный с верхней трубкой коллектора, к нижней части от нижней трубки. Подключив воду по такой схеме, вы обеспечите работу в режиме естественной циркуляции. Согласно законам физики, горячая вода будет подыматься кверху в направлении бака, а вытесняемая холодная будет попадать в коллектор для нагрева в змеевике. Не забудьте, что к баку необходимо присоединить шланг и вентиль для забора воды из бака, а также его наполнения новой.

Уровень развития современных технологий и материалов настолько высок, что не использовать энергию солнца - это неразумно с финансовой стороны и преступно по отношению к окружающей среде. К сожалению, приобретение промышленных установок для получения электроэнергии и тепла иррационально ввиду их высокой стоимости. Тем не менее выход есть: сделать производительный гелиоколлектор собственноручно из материалов, которые можно найти в ближайшем строительном магазине.

Назначение гелиоколлектора, его достоинства и недостатки

Солнечный водонагреватель (жидкостной гелиоколлектор) - это устройство, которое с помощью энергии Солнца нагревает теплоноситель. Он применяется для отопления помещений, организации горячего водоснабжения, подогрева воды в бассейнах и т. д.

Солнечный коллектор обеспечит дом горячей водой и теплом

Предпосылками для использования экологичного водонагревателя является тот факт, что солнечное излучение падает на Землю круглый год, хоть и отличается интенсивностью зимой и летом. Так, для средних широт суточное количество энергии в холодное время года достигает 1–3 кВт*ч на 1 кв.м, тогда как в период с марта по октябрь эта величина варьируется от 4 до 8 кВт*ч/м 2 . Если же говорить о южных регионах, то цифры можно смело увеличивать на 20–40%.

Как видно, эффективность работы установки зависит от региона, но даже на севере нашей страны гелиоколлектор обеспечит потребность в горячей воде - главное, чтобы на небе было поменьше туч. Если же говорить о средней полосе и южных областях, то работающая от Солнца установка сможет заменить бойлер и перекрыть потребности теплоносителя отопительной системы в зимнее время. Разумеется, речь идёт о производительных водонагревателях в несколько десятков квадратных метров.

Экономить средства из семейного бюджета поможет солнечная батарея. Изготовить её самостоятельно поможет следующий материал:

Таблица: распределение солнечной энергии по регионам

Средняя дневная сумма солнечной радиации,кВт*ч/м 2
Мурманск Архангельск Санкт-Петербург Москва Новосибирск Улан-Удэ Хабаровск Ростов-на-Дону Сочи Находка
2,19 2,29 2,60 2,72 2,91 3,47 3,69 3,45 4,00 3,99
Средняя дневная сумма солнечной радиации в декабре, кВт*ч/м 2
0 0,05 0,17 0,33 0,62 0,97 1,29 1,00 1,25 2,04
Средняя дневная сумма солнечной радиации в июне, кВт*ч/м2
5,14 5,51 5,78 5,56 5,48 5,72 5,94 5,76 6,75 5,12

Гелиоколлекторы, построенные в домашних условиях, не идут ни в какое сравнение с устройствами заводского изготовления, но и самодельная солнечная установка сократит расходы на подогрев воды в бытовых целях и сэкономит электричество при подключении к стиральной и посудомоечной машине.

Достоинства солнечных водонагревателей:

  • относительно простая конструкция;
  • высокая надёжность;
  • эффективная эксплуатация независимо от времени года;
  • длительный срок службы;
  • возможность экономии газа и электроэнергии;
  • не требуется разрешение на установку оборудования;
  • небольшая масса;
  • простота монтажа;
  • полная автономность.

Что касается отрицательных моментов, то без них не обходится ни одна установка для получения альтернативной энергии. В нашем случае к минусам относятся:

  • высокая стоимость заводского оборудования;
  • зависимость КПД гелиоколлектора от времени года и географической широты;
  • подверженность градобитию;
  • дополнительные затраты на установку теплоаккумулирующей ёмкости;
  • зависимость энергетической эффективности прибора от облачности.

Рассматривая плюсы и минусы солнечных водонагревателей, не стоит забывать и об экологической стороне вопроса - подобные установки безопасны для человека и не наносят вреда нашей планете.

Заводской гелиоколлектор напоминает конструктор, с помощью которого можно быстро собрать установку требуемой производительности

Виды солнечных водонагревателей: выбор конструкции для самостоятельного изготовления

В зависимости от температуры, которую развивают гелионагреватели, различают:

  • низкотемпературные устройства - рассчитанные на подогрев жидкости до 50 °C;
  • среднетемпературные гелиоколлекторы - повышают температуру воды на выходе до 80 °C;
  • высокотемпературные установки - нагревают теплоноситель до температуры кипения.

В домашних условиях можно построить солнечный водонагреватель первого или второго типа. Для изготовления коллектора высоких температур понадобится промышленное оборудование, новые технологии и дорогостоящие материалы.

По конструкции все жидкостные гелиоколлекторы разделяются на три вида:

  • плоские водонагреватели;
  • вакуумные термосифонные устройства;
  • гелиоконцентраторы.

Плоский солнечный коллектор представляет собой невысокий теплоизолированный короб. Внутри установлена светопоглощающая пластина и трубчатый контур. Поглощающая панель (абсорбер) имеет повышенную теплопроводность. За счёт этого удаётся достичь максимальной передачи энергии теплоносителю, циркулирующему по контуру водонагревателя. Простота и эффективность плоских установок нашла отражение в многочисленных конструкциях, разработанных народными умельцами.

Внутри плоского гелиоколлектора - светопоглощающая пластина и трубчатый контур

Принцип действия вакуумных солнечных водонагревателей основан на эффекте термоса. В основе конструкции лежат десятки двойных стеклянных колб. Внешняя трубка изготавливается из ударопрочного, закалённого стекла, которое противостоит граду и ветру. Внутренняя трубка имеет специальное напыление для увеличения светопоглощающей способности. Из пространства между элементами колбы откачан воздух, что позволяет избежать тепловых потерь. В центре конструкции проходит медный тепловой контур, заполненный легкокипящим теплоносителем (фреоном) – он и является нагревателем вакуумного гелиоколлектора. В процессе технологическая жидкость испаряется и передаёт тепловую энергию рабочей жидкости главного контура. В этом качестве чаще используется антифриз. Такая конструкция обеспечивает работоспособность системы при температурах до -50 °C. В домашних условиях построить подобную установку сложно, поэтому самодельных конструкций вакуумного типа насчитываются единицы.

В основе конструкции вакуумного гелиоколлектора - множество двойных стеклянных колб

Гелиоконцентратор в основе имеет сферическое зеркало, способное фокусировать солнечное излучение в точку. Нагрев жидкости происходит в спиральном металлическом контуре, который размещают в фокусе установки. Достоинством гелиоконцентраторов является способность развивать высокую температуру, но необходимость в системе слежения за Солнцем снижает их популярность у самодельщиков.

Построить производительный гелиоконцентратор в домашних условиях - задача непростая

Для изготовления в домашних условиях лучше всего подходят плоские солнечные нагреватели, построенные с использованием теплоизоляционных материалов, стекла с высокой пропускающей способностью и медных абсорберов.

Устройство и принцип действия плоского гелиоколлектора

Самодельный солнечный водонагреватель состоит из плоской деревянной рамы (короба) с глухой задней стенкой. На дне размещается главный элемент устройства - абсорбер. Чаще всего он изготавливается из металлического листа, присоединённого к трубчатому коллектору. От контакта пластины абсорбера с трубами теплообменника зависит эффективность передачи энергии, поэтому эти детали приваривают или припаивают непрерывным швом.

Сам жидкостной контур представляет собой массив из вертикально установленных трубок. В верхней и нижней части они присоединяются к горизонтальным трубам увеличенного диаметра, которые предназначаются для подачи и отбора теплоносителя. Входное и выходное отверстие для жидкости располагают диагонально - за счёт этого обеспечивается полный отъём тепла от элементов теплообменника. В качестве теплоносителя используется антифриз для систем отопления или другие незамерзающие растворы.

Абсорбер покрывается светопоглощающей краской, сверху кладут стекло, а короб защищают слоем теплоизоляции. Для упрощения задачи площадь остекления делят на части, а чтобы увеличить производительность, применяют стеклопакеты. Закрытая конструкция создаёт в гелиоколлекторе эффект термоса и одновременно предотвращает потери тепла из-за ветра, дождя и других внешних факторов.

Солнечный водонагреватель работает так:

  1. Нагретая в гелиоколлекторе незамерзающая жидкость поднимается по трубкам и через ветку отбора теплоносителя попадает в теплоаккумулирующую ёмкость.
  2. Перемещаясь по теплообменнику, установленному внутри бака-аккумулятора, антифриз отдаёт тепло воде.
  3. Охлаждённая рабочая жидкость поступает в нижнюю часть контура солнечного водонагревателя.
  4. Нагретая в баке вода поднимается и отбирается для нужд горячего водоснабжения. Пополнение жидкости в теплоаккумулирующей ёмкости происходит за счёт водопровода, подключённого к нижней части. Если же гелиоколлектор работает как нагреватель системы отопления, то для кругообращения воды в замкнутом вторичном контуре применяют циркуляционный насос.

Постоянное движение теплоносителя и наличие теплового аккумулятора позволяет накопить энергию за то время, пока светит солнце, и постепенно расходовать её даже тогда, когда светило скрывается за горизонтом.

Схема подключения солнечного коллектора к накопительной ёмкости не так сложна

Варианты самодельных солнечных установок

Особенностью солнечных водонагревателей, построенных своими руками, является то, что практически все устройства имеют одинаковую конструкцию теплоизолированного короба. Часто каркас собирается из пиломатериалов и покрывается минеральной ватой и теплоотражающей плёнкой. Что же касается абсорбера, то для его производства используют металлические и пластиковые трубы, а также готовые узлы от ненужного бытового оборудования.

Из садового шланга

Сложенный улиткой садовый шланг или водопроводная ПВХ-труба имеет большую площадь поверхности, что позволяет использовать подобный контур в качестве водонагревателя для нужд летнего душа, кухни или подогрева бассейна. Разумеется, для этих целей лучше брать материалы чёрного цвета и обязательно использовать накопительную ёмкость, иначе в пик летней жары абсорбер будет перегреваться.

Плоский коллектор из садового шланга - простейший способ подогревать воду в бассейне

Из конденсатора старого холодильника

Внешний теплообменник отслужившего свой срок холодильника или морозильной камеры является готовым абсорбером гелиоколлектора. Всё, что остаётся сделать - дооборудовать его теплопоглощающим листом и установить в корпус. Конечно, производительность такой системы будет маленькой, но в тёплое время года водонагреватель из деталей холодильного оборудования перекроет потребности в горячей воде небольшого загородного дома или дачи.

Теплообменник старого холодильника представляет собой практически готовый абсорбер для небольшого гелионагревателя

Из плоского радиатора системы отопления

Изготовление гелиоколлектора из стального радиатора не потребует даже монтажа абсорбирующей пластины. Достаточно покрыть устройство чёрной жаростойкой краской и смонтировать его в герметичный кожух. Производительности одной установки с лихвой хватит для системы горячего водоснабжения. Если же сделать несколько водонагревателей, то можно сэкономить на отоплении дома в холодную солнечную погоду. К слову, собранная из радиаторов гелиоустановка обогреет подсобные помещения, гараж или теплицу.

Стальной радиатор системы отопления послужит основой для постройки экологичного водонагревателя

Из полипропиленовых или полиэтиленовых труб

Трубы из металлопластика, полиэтилена и полипропилена, а также фитинги и приспособления для их монтажа позволяют строить контуры гелиосистем любой площади и конфигурации. Такие установки обладают хорошей производительностью и используются для обогрева помещений и получения горячей воды на хозяйственные нужды (кухня, ванная и т. д.).

Достоинство гелиоколлектора из пластиковых труб - невысокая стоимость и простота монтажа

Из медных трубок

Абсорберы, построенные из медных пластин и трубок, обладают самой высокой теплоотдачей, поэтому с успехом применяются для подогрева теплоносителя отопительных систем и в горячем водоснабжении. К недостаткам коллекторов из меди относятся большие трудозатраты и стоимость материалов.

Применение медных труб и пластин для изготовления абсорбера гарантирует высокую производительность гелиоустановки

Методика расчёта гелиоколлектора

Расчёт производительности солнечного гелиоколлектора ведут исходя из того, что на 1 кв.м установки в ясный день приходится от 800 до 1 тыс. Вт тепловой энергии. Потери этого тепла на обратной стороне и стенках сооружения рассчитываются по коэффициенту теплоизоляции используемого утеплителя. Если применять пенополистирол, то для него коэффициент теплопотерь равняется 0,05 Вт/м × °C. При толщине материала в 10 см и разности температур внутри и снаружи конструкции 50 °C потери тепловой энергии составляют 0,05/0,1 × 50 = 25 Вт. С учётом боковых стенок и труб эту величину удваивают. Таким образом, суммарное количество уходящей энергии составит 50 Вт с 1 кв.м поверхности солнечного нагревателя.

Для нагрева 1 л воды на один градус потребуется 1,16 Вт тепловой энергии, поэтому для нашей модели гелиоколлектора площадью 1 кв.м и температурного перепада 50 °C удастся получить условный коэффициент производительности 800/1,16 = 689,65/кг × °C. Эта величина показывает, что установка площадью 1 кв.м в течение часа подогреет 20 литров воды на 35 °C.

Расчёт необходимой производительности солнечного водонагревателя ведут по формуле W = Q × V × δT, где Q - теплоёмкость воды (1,16 Вт/кг × °C); V - объём, л; δT - разность температур на входе и выходе из установки.

Статистика говорит, что для одного взрослого человека требуется 50 л горячей воды в сутки. В среднем, для горячего водоснабжения достаточно поднять температуру воды на 40 °C, что при расчёте по этой формуле требует затрат энергии W = 1,16 × 50 × 40 = 2,3 кВт. Чтобы узнать площадь гелиоколлектора, это значение нужно разделить на количество солнечной энергии, приходящееся на 1 кв.м поверхности на данной географической широте.

Расчёт требуемых параметров гелиоустановки

Изготовление солнечного водонагревателя с медным абсорбером

Предлагаемый к изготовлению гелиоколлектор в зимний солнечный день разогревает воду до температуры выше 90 °C, а в пасмурную погоду - до 40 °С. Этого хватит, чтобы обеспечить дом горячей водой. Если же вы хотите отапливать солнечной энергией жилище, то потребуется несколько таких установок.

Необходимые материалы и инструмент

Для изготовления водонагревателя понадобятся:

  • листовая медь толщиной не менее 0,2 мм размерами 0,98×2 м;
  • медная трубка Ø10 мм длиной 20 м;
  • медная трубка Ø22 мм длиной 2,5 м;
  • резьба 3/4˝ - 2 шт;
  • заглушка 3/4˝ - 2 шт;
  • припой мягкий SANHA или ПОС-40 - 0,5 кг;
  • флюс;
  • химреактивы для чернения абсорбера;
  • плита OSB толщиной 10 мм;
  • уголки мебельные - 32 шт;
  • базальтовая вата толщиной 50 мм;
  • листовой теплоотражающий утеплитель толщиной 20 мм;
  • рейка 20х30 - 10м;
  • дверной или оконный уплотнитель - 6 м;
  • оконное стекло толщиной 4 мм или стеклопакет 0,98х2,01 м;
  • саморезы;
  • краска.

Кроме этого, подготовьте такие инструменты:

  • электрическая дрель;
  • набор свёрл по металлу;
  • «коронка» или фреза для работы по дереву Ø20 мм;
  • труборез;
  • газовая горелка;
  • респиратор;
  • малярная кисть;
  • набор отвёрток или шуруповёрт;
  • электрический лобзик.

Для опрессовки контура также понадобится компрессор и манометр, рассчитанный на давление до 10 атмосфер.

Для пайки мягким припоем подойдёт простая газовая горелка

Инструкция по ходу работ

  1. При помощи трубореза медную трубку нарезают на куски. Получатся 2 части Ø22 мм длиной 1,25 м и 10 элементов Ø10 мм длиной 2 м.
  2. В толстых трубах делают отступ от края 150 мм и выполняют по 10 сверлений Ø10 мм через каждые 100 мм.
  3. В полученные отверстия вставляют тонкие трубки так, чтобы они выступали внутрь не более чем на 1–2 мм. В противном случае в радиаторе будут появляться излишние гидравлические сопротивления.
  4. Используя газовую горелку, термофен и припой, все части радиатора соединяют между собой.

    Контур гелиоколлектора работает под давлением, поэтому особое внимание уделяют герметичности соединений

    Для сборки радиатора можно использовать специальные фитинги, но в таком случае значительно увеличится стоимость гелиосистемы. Кроме того, разборные соединения не гарантируют герметичность конструкции при переменных термодинамических нагрузках.

  5. По диагоналям радиатора к трубам 3/4˝ попарно припаивают заглушки и резьбы.
  6. Закрыв выходную резьбу заглушкой, на вход собранного коллектора навинчивают штуцер и присоединяют компрессор.

    Компрессор присоединяют при помощи штуцера

  7. Помещают радиатор в ёмкость с водой и компрессором нагнетают давление 7–8 атм. По поднимающимся в местах стыков пузырькам судят о герметичности паяных соединений.

    Если подходящую ёмкость для проверки коллектора найти не удалось, то можно собрать её своими руками. Для этого из подручных средств (обрезки пиломатериалов, кирпич и т. д.) делают короб или простейшее заграждение и застилают его полиэтиленовой плёнкой.

  8. После проверки герметичности радиатор сушат и обезжиривают. Затем приступают к припаиванию медного листа. Паять полотно абсорбера к трубкам следует сплошным швом по всей длине каждого элемента медного контура.

    Пайка полотна абсорбера выполняется сплошным швом

  9. Поскольку абсорбер гелиоколлектора изготавливается из меди, то вместо покраски можно использовать химическое чернение. Это позволит получить на поверхности настоящее селективное покрытие, наподобие того, что получают в заводских условиях. Для этого в ёмкость для проверки герметичности наливают нагретый химический раствор и укладывают абсорбер лицевой стороной вниз. Во время реакции поддерживают температуру реактивов любым доступным способом (например, постоянной прокачкой раствора через ёмкость с кипятильником).

    Чернение меди - один из наиболее ответственных этапов изготовления абсорбера

    В качестве жидкости для химического чернения можно использовать раствор едкого натра (60 г) и персульфата калия или надсернокислого аммония (16 г) в воде (1 л). Помните о том, что эти вещества представляют опасность для человека, а сам процесс окисления меди связан с выделением вредных газов. Поэтому обязательно применение защитных средств - респиратора, очков и резиновых перчаток, а сами работы лучше проводить на открытом воздухе или в хорошо вентилируемом помещении.

  10. Из листа OSB вырезают детали для сборки корпуса гелиоколлектора - днище 1х2 м, боковые стороны 0,16х2 м, верхнюю 0,18х1 м и нижнюю 0,17х1 м панели, а также 2 опорные перегородки 0,13х0,98 м.
  11. Рейку 20х30 мм нарезают на части: 1,94 м - 4 шт. и 0,98 м - 2 шт.
  12. В боковых стенках делают отверстия Ø20 мм для входного и выходного патрубков, а в нижней части коллектора выполняют 3–4 сверления Ø8 мм для микровентиляции.

    Отверстия необходимы для микровентиляции

  13. В перегородках делают вырезы под трубки абсорбера.
  14. Из реек 20х30 мм собирают опорную раму.
  15. Воспользовавшись мебельными уголками и саморезами, раму обшивают панелями OSB. При этом боковые стенки должны опираться на днище - это позволит предотвратить прогиб корпуса. Нижнюю панель опускают на 10 мм от остальных, чтобы перекрыть её стеклом. Это не даст осадкам попадать внутрь рамы.
  16. Устанавливают внутренние перегородки.

    При сборке корпуса обязательно используют строительный угольник, иначе конструкция может получиться кособокой

  17. Днище и бока корпуса утепляют минеральной ватой и укрывают рулонным теплоотражающим материалом.

    Лучше использовать минеральную вату с влагоотталкивающей пропиткой

  18. Абсорбер укладывают на подготовленное пространство. Для этого демонтируют одну из боковых панелей, которую затем ставят на место.

    Схема внутреннего «пирога» гелиоколлектора

  19. На расстоянии 1 см от верхнего края короба внутренний периметр сооружения обшивают деревянной рейкой 20х30 мм так, чтобы стенок касалась её широкая сторона.
  20. По периметру проклеивают уплотнительную резинку.

    Для герметичности используют обычный оконный уплотнитель

  21. Укладывают стекло или стеклопакет, контур которого также обклеивают оконным уплотнителем.
  22. Прижимают конструкцию алюминиевым уголком, в котором предварительно сверлят отверстия для саморезов. На этом этапе сборку коллектора считают завершённой.

    В собранном виде тощина гелиоколлектора составляет около 17 см

Чтобы предотвратить попадание влаги и утечку тепла, на всех этапах стыки и места сопряжений деталей обрабатывают силиконовым герметиком. Для защиты конструкции от осадков древесину покрывают специальным составом и окрашивают эмалью.

Особенности установки и эксплуатации жидкостных нагревательных коллекторов

Для размещения гелиоколлектора выбирают просторное место, которое не затеняется весь световой день. Монтажный кронштейн или подрамник изготавливают из деревянных реек или металла с таким расчётом, чтобы наклон водонагревателя регулировался в пределах от 45 до 60 градусов от вертикальной оси.

Схема подключения гелионагревателя в системе с принудительным движением теплоносителя

Накопительный бак для уменьшения тепловых потерь размещают как можно ближе к установке. В зависимости от условий организуют естественную или принудительную циркуляцию теплоносителя. В последнем случае используют контроллер с термодатчиком, врезанным в выходной патрубок. Прокачка рабочей жидкости по контуру будет включаться, когда её температура достигнет запрограммированного значения.

Сезонно-работающую систему заправляют водой, тогда как круглогодичное использование солнечного водонагревателя требует применения незамерзающей жидкости. Идеальный вариант -специальный антифриз для гелиосистем, но для экономии используют и жидкости, предназначенные для автомобильных радиаторов или бытовых отопительных систем.

Видео: солнечный водонагреватель своими руками

Постройка гелиоколлектора - не только интересное и захватывающее занятие. Солнечный водонагреватель будет экономить ваш семейный бюджет и станет доказательством того, что защищать окружающую среду можно не только на словах, но и реальными делами.

Благодаря разносторонним увлечениям пишу на разные темы, но самые любимые - техника, технологии и строительство. Возможно потому, что знаю множество нюансов в этих областях не только теоретически, вследствие учебы в техническом университете и аспирантуре, но и с практической стороны, так как стараюсь все делать своими руками.

Солнечный коллектор - это устройство, предназначенное для поглощения солнечной энергии и преобразования её в тепловую с целью дальнейшей её передаче теплоносителю. Классическое устройство представляет собой чёрную металлическую пластину, помещённую в стеклянный или пластмассовый корпус, поверхность которой поглощает радиацию. Их существует несколько видов и предназначение может быть разное. Давайте рассмотрим подробнее принцип работы этого устройства, а также поэтапное изготовление этого объекта своими руками.

Какие существуют

В зависимости от температуры, которую могут достигать пластины, коллекторы бывают:

  • низких температур - не дают энергии большой мощности, они нагревают воду не более 50 градусов по Цельсию;
  • средних температур - прогревают воду уже до 80 градусов, поэтому их можно использовать для обогрева помещений;
  • высоких температур - используются в основном на промышленных предприятиях, и в домашних условиях их сделать невозможно.

Интегрированные коллекторы делятся на:

  • накопительные интегрированные;
  • плоские;
  • жидкостные;
  • воздушные.

Накопительный интегрированный или по-другому термосифонный коллектор. Он может не только нагревать воду, но и какое-то время поддерживать некоторое время нужную температуру. В нем нет насосов, поэтому он гораздо экономичнее остальных вариантов. Устройство-накопитель представляет собой конструкцию из одного или нескольких баков, заполненный водой и помещённых в теплоизоляционный ящик. Сверху на баках лежит стеклянная крышка, которая проходит через стекло и нагревает воду. Это недорогой, лёгкий в обслуживании и простой в эксплуатации вариант. Однако зимой его применение весьма затруднительно.

Плоский коллектор внешне напоминает обычный плоский металлический ящик, внутри которого помещена чёрная пластина, поглощающая солнечный свет. Стеклянная крышка ящика усиливает его, стекло имеет низкое содержание железа, такие образом способствуя поглощению всех лучей. Сам ящик термоизолирован, а чёрная пластина тепловоспринимающая, благодаря чему и выделяется тепло. Однако КПД пластины всего 10%, поэтому она дополнительно покрывается слоем аморфного полупроводника. Плоские коллекторы используются для , отопления помещений и иных бутовых нужд.

В жидкостных накопителях основным теплоносителем становится жидкость.Они бывают остеклёнными и неостеклёнными, с замкнутой и разомкнутой системой теплообмена.

Воздушные коллекторы гораздо дешевле своих водных собратьев. Они не замерзают зимой, не подтекают. Их используют для сушки сельскохозяйственных продуктов.

Существует еще один вид - концентраторы, они отличаются концентрацией солнечных лучей. Это происходит благодаря зеркальной поверхности, которая направляет свет на поглотители. Главный их недостаток - это невозможность работы в пасмурные дни, поэтому их используют в странах с жарким климатом.

Солнечные печи и дистилляторы. Дистилляторы работают на принципе испарения воды, тем самым не только дают теплоэнергию, но и очищают воду. Печи также используют как для обогрева, так и для стерилизации воды.

Фотогалерея: различные виды коллекторов

В конструкции накопительного коллектора может быть несколько баков Плоские коллекторы чаще используют для отопления помещений и подогрева воды в бассейнах В жидкостном коллекторе носитель тепла вода Воздушные коллекторы можно также применять для сушки фруктов

Схема работы

Коллектор состоит из двух главных частей: светоулавливателя и теплообменного аккумулятора, который преобразует энергию радиации в тепловую энергию и передаёт её теплоносителю. Накопители могут быть вакуумными, трубными и плоскими. В первых конструкция похожа на термос: одна труба вставлена в другую, а между ними имеется вакуум, создающий идеальную теплоизоляцию. Благодаря цилиндрической форме труб, солнечные лучи попадают на них перпендикулярно и передают максимум энергии.

Солнечный коллектор состоит из двух главных частей: светоулавливателя и теплообменного аккумулятора

Теплоносителем в таких конструкциях является обыкновенная вода. Она может не только отапливать помещение, но и служить для бытовых нужд. При этом нет выделений углекислого газа в атмосферу, что весьма актуально в наши дни. К тому же не требуется никаких затрат на топливо, а эффективность коллектора составляет 80%. На большей части России в период с марта по октябрь в среднем в сутки солнцем вырабатывается 4−5 кВтч/м 2 , что позволяет небольшим устройством размером 2м 2 нагревать ежедневно до 100 л воды.

Для всесезонного использования коллектор должен иметь обширную поверхность, два контура с антифризом и дополнительные теплообменники . Таким образом, благодаря грамотно использованной энергии можно получать бесплатное тепло 7 месяцев в году, независимо от того ясно на улице или нет.

Тепловая энергия для вашего дома: как сделать коллектор своими руками?

Для изготовления устройства в ход могут идти листы поликарбоната, медные или полипропиленовые трубы.

Самой универсальной конструкцией является разработка болгарского инженера Станислава Станилова. Основной принцип действия этого коллектора - это использование парникового эффекта. Накопитель представляет собой помещённый в теплоизолированную деревянную коробку трубчатый радиатор, сваренный их стальных труб. Для подведения и отведения воды используются водопроводные трубы диаметром 1 или ¾ дюйма.

Коробка теплоизолируется со всех сторон при помощи пенопласта, пенополистирола , минеральной или эковатой. Особенно тщательно изолируется дно, куда поверх изоляции кладётся лист оцинкованного кровельного железа, на который ставится сам радиатор. Он закрепляется в коробке стальными хомутами. Металлический лист и радиатор красятся чёрной матовой краской, а коробка со всех сторон, кроме стеклянной крышки, покрывается белой краской. Покровное стекло, через которое будет проходить к радиатору солнечный свет, хорошо герметизируется. Накопителем тепла может служить металлическая бочка, помещённая в дощатой или фанерной коробке, в полости которой заполняется эковатой, сухими опилками, керамзитом, песком.

Необходимые инструменты и материалы

Основной принцип действия такого коллектора - использование парникового эффекта

  • стекло (например, 1700/750 мм);
  • рама под стекло;
  • оргалит для дна;
  • доска сечением 120/25 мм;
  • стальная полоса сечением 20/2,5 мм, длина 3 м;
  • накладка-уголок;
  • деревянный брусок сечением 50/30 мм;
  • соединительная муфта;
  • труба радиатора;
  • приёмная труба радиатора;
  • хомуты для крепления;
  • оцинкованное железо в качестве отражателя;
  • теплоизолятор;
  • бак на 200−300 литров.

Изготовление: пошаговые действия

Конструкция солнечного коллектора проста

  1. Из досок сколачивается короб, днище которого усиливается брусом.
  2. На дно укладывается теплоизоляция (пенопласт, пенополистирол, минеральная вата), поверх которой кладётся лист железа или жести.
  3. Сверху ставится радиатор и закрепляется хомутами из стальной полосы.
  4. Все соединения герметизируются, стыки и щели замазываются.
  5. Трубы радиатора и металлический лист выкрашиваются в чёрный цвет.
  6. Короб и бак для воды выкрашивается в серебристый цвет. Бак для воды помещается в теплоизолированный короб или бочку (между баком и стенами короба насыпается теплоизоляционный материал).
  7. Для создания постоянного небольшого давления приобретается аквакамера с поплавковым клапаном, как в бочке унитаза. Её можно приобрести в магазине сантехники.
  8. На чердаке дома, под крышей размещается аквакамера и накопитель воды (бак). Аквакамера помещена выше бака как минимум на 0,8 м.
  9. Коллектор размещается на крыше южной стороны дома под углом 45 0 к горизонту.
  10. Далее идёт соединение всей системы между собой трубами: полудюймовыми трубами монтируется высоконапорная часть системы от аквакамеры до водопроводного ввода. Дюймовыми трубами монтируются низконапорные части. Минимальное количество труб - 12 штук, но, в зависимости от расстояний между частями коллектора, понадобится 18−15 труб, но не менее 12.
  11. Чтобы избежать воздушных пробок, система заполняется водой с нижней части радиатора. Как только вся система наполнится водой, из дренажной трубки аквакамеры польётся вода.
  12. Открываем вентиль в трубе для заполнения бака.
  13. Вода начинает нагреваться сразу же. Тёплая вода поднимается вверх, вытесняя холодную, и та автоматически поступает в радиатор.
  14. Как только часть воды будет использована, поплавковый клапан в аквакамере сработает, и холодная вода снова поступит в нижнюю часть системы. Смешивания воды при этом не происходит.

В ночное время желательно перекрывать доступ воды в бак, чтобы не возникли теплопотери.

Видео: устройство воздушного солнечного коллектора для отопления дома

Видео: используем солнечную энергию для подогрева бассейна

Видео: изготовление и установка коллектора для обогрева теплицы

Видео: простое устройство для сбора солнечной энергии из пивных банок

Используйте солнечную энергию для отопления дома, обогрева теплицы или бассейна. Солнечный коллектор поможет вам сэкономить немало средств и прослужит очень долго.

В этой публикации представлены результаты объемных исследований блогера Сергея Юрко. Показаны 3 солнечных коллектора, изготовленные мастером своими руками и наиболее эффективный из них – так называемый 3 пленочный коллектор, он нагревает воду до 60 градусов. Есть более простой 2 пленочный, и он способен доводить воду до 55 градусов. Самый простой и самый дешевый 1 пленочный, но он обеспечивает прогрев только до 35 или 40 градусов.

Стоимость одного квадратного метра этих примитивных коллекторов примерно в тысячу раз дешевле заводских аналогов, и поэтому возникает вопрос: а что же такого хорошего в фирменных коллекторах, что они стоят в тысячу раз дороже примитивных, которые может изготовить своими руками любой человек за несколько часов, потратив мизерные деньги.

Будем сравнивать простые коллекторы с дорогими заводскими моделями по эффективности, экономической целесообразности и другим характеристикам. И далеко не всегда это сопоставление в пользу заводских устройств. Ролик на тему: сделаем простейшие солнечные коллекторы и посмотрим, на что они способны. А также выясним, при каких случаях имеет смысл отказаться от дешёвого солнечного тепла с этих примитивных конструкций, чтобы заплатив сотни или тысячи раз дороже, получить такой же эффект от более дорогих устройств.

Личный интерес автора ролика к теме основан на предположении, что заводские солнечные коллекторы являются эволюционным тупиком солнечной тепловой энергетики, поскольку, например, солнечные батареи за последние несколько десятилетий подешевели больше чем в сто раз и график показывает процесс снижения цен.

Возникает мысль, что эволюция солнечных коллекторов пошла не по тому пути и поэтому имеет смысл вернуться к самым простым технологиям.

Черная пленка является единственной, из чего состоит 1-пленочный примитивный коллектор, то есть на пленку наливается вода и очевидно, что во время солнца это вода нагреется. Её можно купить на базаре в любом городе. Мастер приобрел три квадратных метра за 15 гривен. Стоимость коллектора выходит 15 евро цент за квадратный метр.

Но имеет смысл добавить еще одну – прозрачную пленку, которая покроет поверхность нагреваемой воды. Температура нагрева радикально увеличивается, поскольку вторая пленка останавливает испарение воды. Её продают на любом базаре для теплиц и из-за этого второго слоя стоимость коллектора увеличивается до 35 евро центов за квадратный метр.

Но есть еще и 3 пленочный вариант и дополнительная пленка тоже является прозрачной, она увеличит стоимость коллектора до 55 евро центов за квадратный метр.


Функция 3 пленки, как и у стекла заводского плоского коллектора, то есть между стеклом и черным абсорбером формируется слой воздуха толщиной несколько сантиметров, воздух является теплоизолятором.

Сколько пленок нужно для хорошего нагрева воды?

Экспериментальные измерения дали неожиданные результаты, поскольку оказалось что в нашем случае результат применения третьей пленки не является таким эффективным, как в случае заводского плоского коллектора – температура нагрева воды увеличивается, но всего лишь на несколько градусов. Причем наша тройка коллекторов может иметь разные конструкции. К примеру 2 пленочная – прозрачная полиэтиленовая пленка, продается на базарах в виде рукава. Вода заливается внутрь рукава, а роль нижней черной пленки выполняют черная поверхность крыши многоэтажки.


Аналогичное исследование, но с рукавом из не прозрачной, а черной пленки. Если вторая пленка черная, вариант предпочтительнее только при условии хорошей циркуляция воды через систему. Коллектор нагрел 100 литров воды до 66 градусов. Можно заметить несколько усложнений конструкции, в том числе лист пенополистирола толщинoй 3 сантиметра. но эксперименты показали, что теплоизоляция под коллектором увеличит температуру нагрева, но не радикально.

Эксперимент в августе с нагревом воды при температуре воздуха в тени 35 градусов показал, что пленочный коллектор на хорошей теплоизоляции нагрел воду до 63 градусов и в тот же самый момент другой коллектор нагрел воду до 57 градусов, хотя под ним теплоизоляции нет и его первая пленка лежит прямо на земле.

Дополнительные функции кустарного садового коллектора

Также интересно обратить внимание, что однопленочный коллектор во время дождя выполняет функцию сбора дождевой воды что для некоторых домов и местности может оказаться актуальным. кроме этого, 1 пленочные и 2 пленочные коллекторе ночью могут выполнять функцию градирни, то есть они отбирают тепло из воды, используемой для систем охлаждения. Можно использовать в режиме, когда днем через них циркулирует вода, которую нужно нагревать. а ночью коллектор охлаждает воду баков. днем вода из них используется для отбора тепла. в результате чего она нагревается. и поэтому следующей ночью ее нужно опять охлаждать коллекторами.

Интересно заметить, что высота воды в коллекторах может превышать несколько сантиметров. они являются одновременно и солнечным коллекторам и баком для горячей воды. То есть они работают как хорошо известная черная бочка на летнем душе.

Но очевидно, что после исчезновения солнца вода в коллекторе охлаждается. Для этого случая может оказаться интересным коллектор с тремя слоями пленки, вода в котором охлаждается медленно.

На фото. Стоимость заводских тепловых коллекторов в тысячу раз дороже представленных самодельных.

Статистика по измерениям эффективности самодельных и заводских солнечных нагревателей

1 августа проводил эксперимент по измерению производительности 2 пленочного коллектора. На протяжении солнечного дня измерял температуру воды и заносил в таблицу.


насколько эффективен нагреватель воды с пленкой

В следующий таблице интерпретация полученных результатов, в столбце количество теплоты, которую реально производил коллектор.


Описано в примечании фото, как рассчитывалось по результатам измерений температуры. В другом столбце количество солнечной радиации, которая попала на солнечный коллектор. причем важно заметить, что она зависит от угла солнца над горизонтом, точнее от синуса этого угла.

Интересно, что в данный временной промежуток производство тепла коллектором было больше, чем количество солнечной радиации. но никакого парадокса нет, если обратить внимание на разницу температур. В это время температура воздуха была больше, чем воды в коллекторе, и поэтому она нагревалась не только из-за поглощения солнечной радиации, но и вследствие нагрева от более теплого воздуха. но в другие временные промежутки вода была уже теплее воздуха. причем, чем больше разница температур, тем больше тепловые утечки из воды в окружающий воздух. тем меньше полезного тепла производят коллектор. Можно прийти к выводу, что как только температура воды достигнет примерно 60 градусов, она прекратит нагреваться, поскольку упомянутые тепловые утечки сравняются с поступлением энергии Солнца в коллектор.

В правом крайнем столбце таблицы зафиксирована измеренная мощность нагрева коллектора на единицу площади, ее можно сравнить с столбцом с мощностью нагрева одного квадратного метра заводского коллектора в тех же условиях. Описано, как вычислял мощности. Один квадратный метр заводской модели имеет преимущество над такой же площадью самодельного только при работе на высоких температурах воды. а если нужно греть воду с температурой выше 60-70 градусов, то кустарный коллектор не сможет работать вообще. в то же время 1 квадратный метр самодельного теплообменника произведет тепла заметно больше, чем один квадратный метр фабричного, когда температура воды меньше температуры окружающего воздуха.

Результаты объясняются энергетическими характеристиками 2 пленочного коллектора.


А это оценка характеристик других типа примитивных нагревателей.

Приблизительные характеристики заводских плоских коллекторов, представленных в паспорте.

В интернете можно найти такие характеристики практически для любой марки. По таблице видно, что фирменный обменник тепла имеет преимущество по этому коэффициенту, благодаря чему он способен работать на высоких температурах. но с другой стороны самопальный коллектор работает намного лучше заводского в случае, если нужно подогреть воду с температурой ниже воздуха. Например, если нужно нагревать 10 градусную воду подземной скважины во время 30-градусной жары. дело в том, что коэффициент корректнее называть не тепловыми потерями, а коэффициентом теплообмена. Поскольку если вода в коллекторе холоднее воздуха, то в коллекторе нет тепловых потерь, а наоборот, из более теплого воздуха в него поступает дополнительное тепло. Данный коэффициент интерпретируется так, что если разница температур между водой и воздухом увеличивается на 1 градус, то обмен тепла через каждый квадратный метр коллектора увеличивается на 20 ватт.

Эта характеристика (оптический КПД) показывает кпд преобразования солнечной радиации в полезное тепло в условиях, когда температура теплоносителя в коллекторе равна температуре окружающего среды. В примечании описано, почему у простейших коллекторов этот показатель немного лучше, чем у заводских. Но это указан кпд нового чистого коллектора, а примитивные очень чувствительны к грязи. Текст ниже описывает, как много грязи накапливается в них течение эксплуатации.

Грязь и пузырьки в простых самодельных коллекторах

* В воду 1-пленочного коллектора извне приходит очень много разнообразной грязи. В 2-х и 3-пленочных устройствах эта проблема выражается в пылевом налете на верхней пленке, и после высыхания воды дождя или росы эта грязь группируется в непрозрачные пятна, которые могут очень заметно уменьшить КПД коллектора. Но с другой стороны, есть несколько несложных способов удалять эту грязь после дождя.
* Из воды тоже выпадает много грязи в виде мелких хлопьев на поверхности воды или крупных хлопьев на дне. Эти выпадения усиливаются из-за нагрева воды.
* Также накапливается «белый налет» (на верху 1-й и низу 2-й пленки), который заметно снижает КПД. Он прикрепляется к пленкам очень прочно, т.е. потоком воды не удаляется (и щеткой он оттирается с большим трудом и не полностью). Возможно, это выпадение солей из нагретой воды, возможно, это последствия разложения полиэтиленовых пленок.
* Часть грязи в коллекторе может быть объяснена продуктами разложения полиэтилена вследствие УФ-радиации и высокой температуры. Обычно полиэтилен разлагается на перекись водорода, альдегиды и кетоны. В основном, это газы или жидкости, хорошо растворимые в воде. т.е. в осадок они вроде бы не должны выпадать.
* КПД коллектора также снижается из-за большого количества газовых пузырьков (диаметром до нескольких миллиметров на верху 1-й и низу 2-й пленки), которые выделяются при нагреве воды (При нагреве уменьшается растворимость газов в воде). Интересно, что при расположении коллектора на земле на его 1-й пленке пузырьков практически нет (но они есть на низу 2-й)
* Под 2-й пленкой могут образовываться большие пузыри, а также воздух в складках. Эти участки быстро запотевают, и это уменьшает КПД.
* На краях коллектора 2-я пленка может не прилегать к воде: на таких участках низ запотевает и поэтому плохо пропускает солнечную радиацию.
* В 3-пленочных коллекторах могут быть запотевания низа 3-й пленки. Это случается при неправильной установке 2-й пленки (из-за чего пар из коллектора может проникать под 3-ю пленку) или из-за её повреждений. В таких случаях нужно устанавливать 3-ю пленку так, чтобы ветер слегка вентилировал пространство между нею и 3 слоем.

Загрязнение воды коллекторов из-за разложения полиэтиленовых пленок

Это разложение будет из-за одновременного воздействия кислорода воздуха, ультрафиолетовой солнечной радиации и температуры 50-60 град. Полиэтилен разлагается на альдегиды, кетоны, перекись водорода и др.
При нагреве в коллекторе каждого 1 куб. м воды его полиэтиленовые пленки будут выделять порядка 1 г продуктов разложения (На 1 кв. м коллектора приходится около 100 г 1-й и 2-й пленок, и за время своей службы они выделят, по очень приблизительным оценкам, около 10 г «продуктов разложения» и нагреют порядка 10 куб. м воды). Но непонятно, сколько из этих 1 мг/ литр перейдет в воду, а сколько улетит в атмосферу, выпадет в осадок на дне коллектора и бака горячей воды, перейдет в тот «белый налет» (о котором я говорил в предыдущем тексте), не выйдет за пределы массы полиэтилена
Кроме того, непонятно благоприятное влияние на очистку воды вследствие ее пребывания и нагрева в коллекторе (а там из нее выпадает очень много осадка), а также вследствие пребывания в баке горячей воды. Таким образом, по приблизительным оценкам, в воду поступит 0,1-0.5 мг / литр продуктов разложения полиэтилена, которые распределятся между десятками хим. веществ с концентрациями по 0.001-0,1 мг на литр нагреваемой воды. Поскольку это недалеко от ПДК вредных веществ, консультация с СЭС лишней не будет. Например, согласно стандарту ГН 2.1.5.689-98 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования»:
– Есть ограничения по 13 шт. альдегидов – ПДК от 0,003 мг / литр до 1 мг / литр, например, ПДК формальдегида – 0.05 мг / литр, а самые жесткие требования к бензальдегиду – 0.003 мг / литр
– ПДК перекиси водорода – 0,1 мг / литр
– По 3 шт. экзотических кетонов тоже есть ограничения с ПДК 0,1-1,0 мг / литр

Выводы:

1) Если вода «застоялась» коллекторах, то концентрация «продуктов разложения» в ней будет в разы или десятки раз больше. Возможно, такую воду лучше выбрасывать.
2) Желательно использовать более тонкие пленки (они будут давать меньше «продуктов разложения»).
3) Пленки желательно как можно стабилизированные. Например, тепличная предпочтительнее обычной (не подкрашенной) полиэтиленовой, она стабилизируется против воздействия УФ-радиации. Другой пример: полиэтилен высокой плотности медленнее разлагается из-за высокой температуры, чем низкой плотности.
4) Отношение площади коллекторов к потребности объекта (в горячей воде) желательно как можно меньше. Т.е., например, при суточной потребности 10 куб. м горячей воды, станция с 50 кв.м. коллекторов дает загрязнение (концентрация вредных веществ) воды в десятки раз меньше, чем станция с 500 кв.м. коллекторов, в том числе и из-за более низкой температуры нагрева воды коллекторами, что уменьшает скорость разложения полиэтилена.
5) Если 2-я пленка коллекторов будет черная (а не прозрачная), то загрязнение воды должно быть в разы меньше (поскольку УФ-излучение проникает только в верхний слой 2-й пленки).
6) Можно подумать над таким вариантом работы солнечной станции, когда коллекторы нагревают
техническую воду, которая затем передает свое тепло через теплообменник чистой воде ГВС.

Какую лучше применять пленку для сбора солнечного тепла – черную или прозрачную?

Оптический кпд заметно уменьшается из-за воздушных пузырьков и запотевания второго слоя пленки коллектора. это к тому, что кпд реально эксплуатируемого устройства по всему сроку эксплуатации окажется на несколько десятков процентов меньше. Поэтому не имеет смысла стремиться к дорогим пленкам с большой долговечностью, поскольку за несколько месяцев эксплуатации на них накопится столько грязи, что пленки захочется заменить. Из-за таких проблем с разнообразной грязью склоняемся к тому, что 2 пленка должна быть все таки непрозрачной, а черной.

У этого коллектора черная пленка и нет радикального уменьшения кпд из-за грязи. Но у него есть проблема – солнце нагревает только тонкий верхний слой воды. Тем не менее существует несколько вариантов решения проблемы, которые будут получены после исследований.

Важно иметь ввиду что ветер увеличивает коэффициент теплопотерь примитивных коллекторов, а в случае однопленочного это влияние ветра может быть радикальным, так как увеличиваются потери тепла из коллектора вследствие испарения воды и может дойти до того, что даже в идеально солнечный день, но при сильном ветре и низкой влажности 1-пленочный сможет нагреть воду только на несколько градусов выше температуры окружающего воздуха. Кроме этого коэффициент к1 нужно увеличить на несколько десятков процентов, если под коллектором нет теплоизоляции и он лежит непосредственно на земле, на поверхности крыши и тому подобное.

Во 2 серии этого фильма сравниваются примитивные и заводские коллекторы по темам работы зимой, простоте подключения, экономической целесообразности, областям применения на практике.

Вторая часть (о работе зимой)


3, 4 серии (техобслуживание)


– Эксперимент с заливкой воды в рукав полиэтиленовой пленки:

Всевозможные солнечные коллекторы разрабатываются с применением новейших технологий и современных материалов. Благодаря таким устройствам происходит преобразование солнечной энергии . Полученная энергия может нагревать воду, отапливать помещения, теплицы и оранжереи.

Аппараты можно укреплять на стенах, крышах частного дома, теплицы . Для больших помещений рекомендовано приобретать фабричные устройства. Сейчас гелиосистемы постоянно совершенствуются. Поэтому солнечные батареи сильно подают в цене, привлекая внимание потребителей. Стоимость фабричных устройств почти равноценна финансовым затратам, потраченным на их изготовление. Повышение цены происходит только из-за финансовой накрутки перекупщиков. Стоимость коллектора соизмерима с денежными затратами, которые потребуются на установку классической системы отопления.

Аппараты можно соорудить своими руками.

На сегодняшний момент изготовление таких устройств набирает все большую популярность. Стоит заметить, что эффективность самодельного аппарата по своему качеству сильно уступает фабричным устройствам . Но обогреть небольшое помещение, частный дом или хозяйственные постройки агрегат, выполненный своими руками, может легко и быстро.

Вводное видео об устройстве водонагревателя

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 к электрическому или газовому котлу.

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

Плоский коллектор

Нагревание теплоносителя в таком устройстве происходит благодаря пластинчатому абсорберу. Он представляет собой плоскую пластину теплоемкого металла. Верхняя поверхность пластины в темный оттенок специально разработанной краской. К нижней части устройства приварена змеевидная трубка.