Бесплатная консультация юриста:
8 (800) 500-27-29 (доб. 553)
СПб и Лен. область:Санкт-Петербург и область:
+7 (812) 426-14-07 (доб. 318)
Москва и МО:
+7 (499) 653-60-72 (доб. 296)
Получить консультацию

Расчет солнечный коллектор своими руками

Гелиоустановки для систем горячего водоснабжения и отопления

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

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

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

Использование солнечных коллекторов имеет очевидные преимущества:

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

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

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

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

Основные разновидности солнечных коллекторов

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

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

  • водяные (жидкостные);
  • воздушные.

По уровню предельных температур коллекторы бывают:

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

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

Конструктивно солнечные нагреватели воды могут быть:

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

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

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

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

Солнечный коллектор своими руками, видео:

Принцип работы солнечного коллектора

Если кратко описать принцип работы коллектора – он необходим для захвата солнечной тепловой энергии. В дальнейшем она концентрируется и используется человеком.

Коллекторная система состоит из следующих составляющих:

  • Тепловой аккумулятор (обычная емкость под жидкость)
  • Теплообменный контур
  • Непосредственно коллектор

Жидкий или газообразный теплоноситель циркулирует по коллектору. Полученная энергия нагревает его и, посредством смонтированного бака-аккумулятора, передает тепло воде.

Нагретая жидкость хранится в баке до того, покуда она не будет использована. Сфера ее применения очень широка – от обычных хозяйственных нужд до отопления дома. Чтобы вода быстро не остывала, необходимо качественно тепло изолировать емкость.

Циркуляцию воды в коллекторе делают одним из двух способов: естественным или принудительным способом. В баке-аккумуляторе может монтироваться дополнительный элемент, нагревающий жидкость, который будет включаться при достижении низких температур окружающей среды и поддерживать температуру воды, например, зимой, когда солнцестояние непродолжительное.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Виды

Стандартное устройство имеет вид металлической пластины, которая помещена в пластмассовый или стеклянный корпус. Поверхность этой пластины аккумулирует солнечную энергию, задерживает тепло и передаёт его для различных бытовых нужд: отопление, подогрев воды и т.д. Интегрированные коллекторы бывают нескольких видов.

Накопительные

Такой солнечный коллектор для отопления состоит из нескольких баков, наполненных водой, которые находятся в теплоизоляционном ящике. Баки накрыты стеклянной крышкой, через которую пробиваются солнечные лучи и подогревают воду. Этот вариант наиболее экономичен, прост в эксплуатации и в обслуживании, но его эффективность в зимнее время практически равна нулю.

Плоские

Внутри ящика присутствует термоизоляция, что позволяет значительно снизить теплопотери. Сама пластина имеет низкий КПД, поэтому она покрыта аморфным полупроводником, который значительно увеличивает показатель аккумуляции тепловой энергии.

При изготовлении солнечного коллектора для бассейна своими руками, часто отдают предпочтение именно плоскому интегрированному устройству. Впрочем, он не хуже справляется и с другими задачами, такими как: подогрев воды для домашних нужд и отопление помещения. Плоский – самый широко используемый вариант. Абсорбер для солнечного коллектора своими руками предпочтительно делать из меди.

Жидкостные

К пластине подходят две трубы. Через одну из них подаётся холодная вода из бака, а через вторую в бак поступает уже подогретая жидкость. У труб обязательно должны присутствовать отверстия входа и выхода. Такую схему подогрева называют замкнутой.

Когда же подогретая вода напрямую подаётся для удовлетворения нужд пользователя – такую систему называют разомкнутой.

Самостоятельное изготовление не обходится потребителю дорого. Солнцеприемная панель, которая накрывается стеклом, нагревает воздух, который находится между ней и теплоизоляционной пластиной. Грубо говоря, это плоский коллектор, имеющий внутри пространство для воздуха. Внутрь поступает холодный воздух и под действием солнечной энергии подаётся потребителю тёплый.

Вентилятор, который крепится в воздуховод или непосредственно на пластину, улучшает циркуляцию и улучшает воздухообмен в устройстве. Для работы вентилятора требуется использование электричества, что не очень-то экономно.

Как работает солнечный коллектор?

Принцип действия коллектора основан на поглощении (абсорбции) тепловой энергии солнца специальным приемным устройством и передачей его с минимальными потерями теплоносителю. В качестве приемника используются медные или стеклянные трубки, окрашенные в черный цвет.

Ведь известно, что лучше всего абсорбируют тепло предметы, имеющие темную или черную окраску. Теплоносителем чаще всего выступает вода, иногда – воздух. По конструкции солнечные коллекторы для отопления дома и горячего водоснабжения бывают таких видов:

  • воздушные;
  • водяные плоские;
  • водяные вакуумные.

Среди прочих воздушный солнечный коллектор отличается простотой конструкции и, соответственно, самой низкой ценой. Он представляет собой панель – приемник солнечной радиации из металла, заключенный в герметичный корпус. Стальной лист для лучшей теплоотдачи снабжен с задней стороны ребрами и уложен на дно с тепловой изоляцией. Спереди установлено прозрачное стекло, а по бокам корпуса имеются проемы с фланцами для подключения воздуховодов или других панелей, как показано на схеме:

Воздух, поступающий через проем с одной стороны, проходит между стальными ребрами и, получив от них тепло, выходит с другой.

Надо сказать, что установка солнечных коллекторов с нагревом воздуха имеет свои особенности. Из-за их невысокой эффективности для обогрева помещений нужно применять несколько подобных панелей, объединенных в батарею. Кроме того, обязательно понадобится вентилятор, поскольку нагретый воздух из коллекторов, находящихся на кровле, самостоятельно вниз не пойдет. Принципиальная схема воздушной системы показана ниже на рисунке:

Простое устройство и принцип работы позволяют выполнять изготовление коллекторов воздушного типа своими руками. Но потребуется много материала для нескольких коллекторов, а подогреть воду с их помощью все равно не получится. По этим причинам домашние умельцы предпочитают заниматься водяными нагревателями.

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

Автономное горячее водоснабжение и отопление

Основная часть расходов на содержание дома приходится на отопление и горячее водоснабжение. Любая возможность сократить эти вложения рассматривается владельцами с большим интересом, а самым оптимальным вариантом становится переход на полностью автономную, независимую систему обогрева и ГВС. С появлением солнечных коллекторов такой вариант стал вполне возможным и доступным.

Солнечные коллекторы для отопления дома

Солнечные коллекторы внешне очень похожи на солнечные панели (или солнечные батареи). Они выглядят как черные прямоугольные пластины, уложенные на скатах кровли дома. Внешнее сходство обманчиво, коллекторы и панели объединяет только использование энергии солнца.

Если панели используют фотоэлектрический принцип выработки тока, то коллекторы являются модификацией теплиц, производящих нагрев теплоносителя (воды) для подачи в систему отопления и обеспечения горячего водоснабжения дома. Кроме панелей систему образуют и другие элементы.

Общий состав такой:

  • солнечные коллекторы
  • аккумулирующая емкость. Проще говоря, это бак с водой, в который поступает нагретая вода, а из нижней части вводится охлажденная для подачи в коллекторы
  • обменный контур. Передает нагретый носитель от коллекторов к аккумулятору

Указанный состав системы включает только наиболее важные элементы, на практике используются различные дополнительные устройства, стабилизирующие и улучшающие работу комплекса.

Горячее водоснабжение и отопление от солнечного коллектора

Конструкция солнечного коллектора состоит их пластины черного цвета, установленной под стеклянную (чаще используется поликарбонат) крышку. Под пластинами расположены трубопроводы, по которым циркулирует вода. Поверхность черной пластины нагревается солнцем, после чего тепловая энергия передается воде. Нагретая вода циркулирует по системе, используя принцип теплового изменения плотности жидкостей, при котором более теплые потоки имеют меньшую плотность и выталкиваются вверх.

Для обеспечения более устойчивой циркуляции, не зависящей от внешних факторов, в системах обычно используется циркуляционный насос. Нагрев воды в системе ГВС производится в теплообменнике. Таким образом, горячая вода в доме не проходит через систему циркуляции солнечного коллектора. Для подачи в систему отопления нагретая вода может подаваться напрямую из аккумулятора, который при этом играет роль расширительного бака.

Солнечный коллектор своими руками

С проблемами обогрева жилых помещений и получения горячей воды приходится сталкиваться практически каждому владельцу частного дома. На сегодняшний день существует множество самых разнообразных систем, позволяющих с успехом решать упомянутые задачи. Отдельного внимания заслуживают альтернативные источники отопления, в частности коллектор, использующий в качестве топлива солнечную энергию. Такой агрегат предельно прост в сборке и выгоден в эксплуатации.

Солнечный коллектор своими руками

Содержание пошаговой инструкции:

Основные сведения о самодельных солнечных коллекторах

Средний коэффициент полезного действия самодельных солнечных коллекторов достигает 50-60%, что является вполне хорошим показателем.

Профессиональные агрегаты имеют КПД порядка 80-85%, но нужно учитывать тот факт, что стоят они довольно дорого, а приобрести материалы для сборки самодельного коллектора может себе позволить практически каждый.

Мощности обыкновенного солнечного коллектора будет достаточно для подогрева воды и отопления жилых комнат.

В данном отношении все зависит от особенностей конструкции, которые определяются и просчитываются в индивидуальном порядке.

Сборка агрегата не требует наличия сложных в обращении и труднодоступных инструментов и дорогостоящих материалов.

Инструменты для самостоятельной сборки солнечного коллектора

  1. Перфоратор.
  2. Электродрель.
  3. Молоток.
  4. Ножовка.

Существует несколько разновидностей рассматриваемой конструкции. Они отличаются друг от друга эффективностью и итоговой стоимостью. При любых обстоятельствах самодельный агрегат будет стоить на порядок дешевле, чем заводская модель с аналогичными характеристиками .

Одним из наиболее оптимальных вариантов является вакуумный солнечный коллектор. Это наиболее бюджетный и простой в своем исполнении вариант.

Конструкция солнечного коллектора

Конструкция солнечного коллектора

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

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

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

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

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

Важные нюансы сборки коллектора своими руками

Первый этап – сборка короба. Для сборки упоминавшегося ранее короба используются деревянные доски шириной порядка 12 см и толщиной 3-3,5 см. Днище выполняется из оргалита либо фанерного листа. Дно обязательно усиливается при помощи реек размером 5х3 см. Длину реек подбирайте по размерам днища.

Второй этап – утепление короба. Короб нуждается в качественном утеплении. Лучший и наиболее удобный в использовании вариант – плиты пенопласта. Также хорошо подойдет минеральная вата. Утеплитель укладывается на дно короба.

Третий этап – обустройство короба для радиатора. Уложенный утеплитель необходимо укрыть слоем оцинкованного листового металла. Для соединения радиатора и уложенного листа металла используются хомуты. Предварительно окрасьте трубу радиатора и металлический настил черной матовой краской.

Снаружи коробка окрашивается в белый, а стекло герметизируется при помощи специально предназначенных для таких задач составов. Это позволит минимизировать потери тепла. Соединение труб выполняется в стандартном порядке при помощи тройников, муфт, а также уголков. Применяемые при сборке коллектора трубы без особых усилий соединяются вручную.

Четвертый этап – подготовка аккумулирующего бака. За накопление тепла в рассматриваемой системе отвечает бак, емкость которого может находиться в пределах 200-400 л. Конкретный объем подбирайте с учетом вашей личной потребности в воде. Бак можно сделать из бочки. Если найти подходящую бочку не удастся, используйте трубы.

Бак нуждается в утеплении. Лучше всего установить его в короб из фанерных листов или деревянных досок, а пространство между стенками коробки и емкости заполнить опилками, пенопластом или другим теплоизоляционны м материалом.

Пятый этап – подготовка аванкамеры. В состав рассматриваемой системы входит агрегат под названием аванкамера. Главной функцией этого приспособления является нагнетание постоянного избыточного давления, требуемого для полноценной работы системы на основе солнечного коллектора. Аванкамера изготавливается из подходящей емкости на 35-45 л. Прекрасно подойдет бидон. Дополнительно агрегат комплектуется подпитывающим устройством для автоматизации работы.

Поэтапное руководство по сборке агрегата

Схема циркуляции теплоносителя

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

Второй этап – выбор места для установки солнечного обогревателя. Агрегат закрепляется на южной стене строения. Важно выдержать правильный уклон обогревателя к горизонту. Оптимальным считается значение в 45 градусов. Коллектор необходимо прикрепить к дому так, чтобы солнечные панели выглядели как продолжение кровли.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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