Особенности солнечных коллекторов для отопления

Постоянный рост стоимости энергоносителей становится основной движущей силой того, что потребитель все чаще задумывается об использовании альтернативных или нетрадиционных способов получения энергии, в первую очередь, тепловой.

О технологии

Сказать, что это новая технология, было бы неверно. В 1960-м космонавты использовали спутники на солнечных батареях, во времена второй мировой на домах в США было установлено много таких батарей, позволяющих получать энергию от солнца и отапливать за ее счет свои жилища.

Однако внедрить технологию повсеместно было проблематичным – панели фотоэлектрических элементов, отвечающие за преобразование солнечного света в электрическую энергию, представляют собой довольно дорогую технологию. Именно стоимость часто является ключевым фактором при принятии решения.

Очевидно, что для принятия решения необходимо учитывать совокупность факторов. Рассмотрим явные выгоды оснащения дома солнечными батареями:

  • Энергия солнца бесплатна и неисчерпаема.
  • Энергия солнца – экологически чистая.
  • Отсутствуют выбросы парниковых газов.

Используя солнечные батареи, мы практически присоединяемся к «зеленому движению», становимся на путь защиты планеты и получаем бесплатную и бесконечную энергию.

Как же устроена солнечная батарея? Панель состоит из фотоэлектрических ячеек, объединенных общей рамкой. В каждой используется полупроводниковый материал (чаще всего кремний) и электрическое поле. Полупроводник поглощает энергию лучей и нагревается, высвобождает электроны, направляемые электрическим полем в определенном направлении, поток электронов образует электроток. Ток через установленные контакты отправляется в провода и используется по назначению. Сила тока зависит от мощности, производимой фотоэлементом.

Для повышения эффективности кремния, используют примеси (в кремний добавляются атомы других веществ), например, фосфора.

Кроме того, кремний хорошо отражает свет, поэтому для уменьшения потерь фотоэлементы защищают антибликовым покрытием. И еще для защиты батарей от механических повреждений их покрывают стеклом.

КПД таких батарей довольно низкий – они способны переработать только 12-18% попадающих на них лучей. Самые успешные образцы достигают КПД 40%.

Особенности устройства солнечного коллектора

Этот прибор представляет собой гидравлическую систему, состоящую из трех элементов: солнечной панели, накопительного бака и аванкамеры. Если упростить устройство каждого из них, то солнечная панель представляет собой трубчатый радиатор, находящийся в коробе со стеклянной передней стенкой. Он размещается в каком-то солнечном месте, к примеру на крыше строения. В радиаторы солнечных батарей подается вода, которая нагревается, а далее передается в аванкамеру. Тут холодная вода заменяется подогретым теплоносителем, благодаря чему в системе поддерживается постоянное динамическое давление. В радиаторы солнечных панелей поступает холодная вода, а горячая оказывается в накопительном баке, из которого она постепенно переходит в систему внутридомового отопления. Солнечные коллекторы для отопления дома правильнее всего размещать на южной стороне крыши под углом в 35-45 градусов. Внутреннюю часть короба и сам радиатор стоит красить в черный цвет.

Как устроен солнечный коллектор?

Солнечный коллектор представляет собой гидравлическую систему, которая состоит из трех основных элементов:

  • солнечной панели;
  • аванкамеры;
  • накопительного бака.

Солнечные панели, если говорить просто, это трубчатый радиатор, заключенный в короб со стеклянной передней стенкой. Его размещают в каком-либо солнечном месте, например, на крыше. Вода, поступающая в радиаторы солнечных панелей, нагревается и перемещается в аванкамеру. Здесь происходит замещение холодной воды уже горячим теплоносителем и поддерживается постоянное динамическое давление в системе. При этом в радиаторы солнечных панелей перемещается холодная вода, а горячая поступает в накопительный бак, из которого передается в отопительную систему дома.

Размещать солнечный коллектор лучше всего на южной стороне крыши под углом в 35-45 градусов. Радиатор и внутреннюю часть короба лучше всего окрасить в черный цвет

В работе солнечного коллектора этого типа используется так называемый термосифонный процесс. При нагревании плотность воды изменяется, ее нагретые слои расширяются и вытесняют холодную воду. В результате для организации отопления на солнечных батареях не нужен насос, перемещение теплоносителя по системе происходит под действием естественных природных процессов.

Плоский солнечный коллектор из шланга

Каждый, наверное, замечал, что в оставленном на солнце шланге вода сильно нагревается. И это можно использовать для нагрева горячей воды. Летом таким образом можно нагревать воду в бассейне или для дома. Зимой, к сожалению, ничего не выйдет, но идея проста до неприличия.

Некоторые умудряются греть воду в черной трубе, скрученной змейкой делать (кликните по картинке чтобы увеличить ее размер)

Просто сворачиваете черный (обязательно) шланг в плоскую бухту, закрепляете его каким-то образом и устанавливаете на крыше. Некоторые умельцы умудряются разложить его просто на черепице, другие делают небольшие кассеты из тонкого листового металла или фанеры. Красят кассеты в черный цвет, а на них уже закрепляют шланг. Крепить можно любым доступным методом. Хоть одиночными фиксаторами, хоть ленточными, можно использовать металлическую ленту и саморезы. Крепеж любой, но надежный — система работает с насосом, так что давление будет серьезное.

Читайте также:  Котлы на твердом топливе – замена газу и дорогому электричеству?

Способы крепления труб для тех, кому такая идея понравилась (кликните по картинке чтобы увеличить ее размер)

Несколько этих кассет размещаете на крыше. Концы заводите на две гребенки: подающую, где будет течь холодная вода и отводящую, где собираться будет уже нагретая. На подающем трубопроводе установлен циркуляционный насос. С системой, кажется, все понятно. Вот только учтите, что воды в каждой такой кассете будет прилично: не перегрузите кровлю.

Подробнее о солнечных коллекторах и их видах читайте тут. Возможно, вас заинтересует статья о солнечных батареях.

Вот еще один вариант в видео- формате самодельного солнечного коллектора. Для отопления дома зимой его нужно будет усовершенствовать, но для весеннего или осеннего варианта этот неплохо работает.

Устройство и принцип работы

Солнечное отопление частного дома — инновационная технология, о которой пока еще не все имеют четкое представление. Между тем, все возможности для установки и использования соответствующих комплексов имеются практически у любого домовладельца. Необходимость финансовых вложений существует только для приобретения аппаратуры или оборудования, все остальное он получит бесплатно.

Существует два варианта организации солнечного отопления:

  1. Солнечные батареи;
  2. Солнечные коллекторы.

Использование солнечных батарей — более затратный метод, требующий присутствия большого количества оборудования. Используются фотоэлектрические элементы, расположенные на открытой площадке под нужным углом для максимально перпендикулярного падения солнечных лучей. Они вырабатывают электрический ток, который накапливается в аккумуляторных батареях, преобразуется в переменный ток со стандартными параметрами, после чего направляется на отопительные приборы.

Отопление от солнечных батарей в частном доме дает массу дополнительных возможностей. Такой способ имеет значительное преимущество —электрический ток, который вырабатывают солнечные батареи, можно использовать не только на обогрев дома, но и на питание любых приборов, на освещение или иные надобности.

Солнечные батареи для дома для отопления, стоимость которых довольно высока, могут оказаться невыгодны с финансовой точки зрения.

Солнечные коллекторы действуют по другому принципу. Они не вырабатывают, а получают от Солнца тепловую энергию, которая нагревает теплоноситель в емкостях или трубках. В принципе, коллектором можно считать любую емкость с водой, выставленную на солнце, но имеются специальные конструкции, способные продемонстрировать наибольшую эффективность. Такой вариант системы значительно проще, дешевле и доступен для самостоятельного изготовления.

Полученное тепло сразу реализуется в повышении температуры теплоносителя, который аккумулируется в накопительной емкости, откуда распределяется по отопительным контурам дома. Оптимальным способом обогрева является использование низкотемпературных систем, таких как теплый пол. Они не нуждаются в сильном нагреве, что соответствует возможностям солнечных коллекторов. В ночное время расходуется теплоноситель, нагретый за день.

Для максимальной солнечных коллекторов эффективности необходимо качественно утеплять накопительную емкость.

Технология солнечного коллектора

Бак с водой обязательно должен примыкать к самому коллектору. Подключения солнечного коллектора к системе может осуществляться несколькими способами, это напрямую зависит от типа циркуляции воды. Одним из самых простых типов подключений, это подключение с естественной циркуляцией. В таком типе основным и самым главным является сам нагрев воды в системе, которая впоследствии будет обогревать помещение.

Бак в такой упрощенной системе ставится выше, нежели расположен сам коллектор, верхний выход из бака подключается к входу в отопительную систему, а непосредственно нижний к обратке. На входе к коллектору не редко возникают пробки, это и объясняется более низкой стоимостью такой системы.

При желании можно подключить к солнечному коллектору насосы, которые будут принудительно циркулировать воду по системе отопления. Основными преимуществами таких насосов является контроль, а именно обогрев прекращается, когда будет достигнута необходимая температура. С такой системой отопления частного дома лучше всего использовать параллельно отопительные котлы, к примеру, работающие от газа.

Перед установкой солнечного коллектора необходимо максимально качественно выбрать место, где он будет стоять. Выгодно устанавливать коллекторы, так что бы они большую часть дня находились под прямыми солнечными лучами. В среднем размер бака с водой не должен превышать 40 см3, так как в холодное время года и пасмурную и без солнечную погоду обогрев дома может сойти на нет. Это в том случае если не планируется автономное отопление только солнечным коллектором.

Перед покупкой солнечного коллектора для своего дома стоит обязательно проконсультироваться со специалистом, который хорошо разбирается в этой области и может подсказать и дать дельный совет по выбору коллектора.

Без помощи специалиста можно ошибиться с выбором коллектора и тем самым не только потратить не маленькую сумму денег, но и остаться в холодное время года без отопления своего жилья.

Читайте также:  Отделка печи буржуйки кирпичом: советы и рекомендации

В последнее время на рынке появилось масса разнообразных солнечных коллекторов, которые отличаются своей формой, характеристиками, а так же производителями. При покупке стоит обязательно обратить внимание на производительность того или иного коллектора, у каждого коллектора она разная, поэтому нужно определиться какая производительность будет максимально полезна именно для вашего дома.

Достоинства солнечного коллектора

Одним из наиболее весомых достоинств солнечного коллектора является относительно не высокая стоимость, а так же простота в его использовании. Так же при наличии подручных материалов, возможно, изготовить такого рода коллектор своими руками.

Вторым весомым достоинством коллектора в отличие от солнечных батарей, является то, что они способны поглощать да 90% солнечных лучей. Солнечный коллектор способен принимать лучи солнца не только при максимально солнечном дне, но и в слегка облачную погоду.

Недостатки солнечных коллекторов

В ветреную погоду, даже если будет сильно светить солнце, коллектор не будет греть в полную силу. Если при отоплении дома вы не установили насос для принудительного прогона воды в отопительных трубах, то при даже малейших заморозках возникший в трубах лед может их разорвать.

По сравнению с иными отопительными приборами коллектор значительно уступает им в нагреве воды. Котлы способны нагревать воду в трубах до 100 градусов, а солнечный коллектор не более чем до 60 градусов.

Солнечный коллектор — устройство и принцип работы

Устройство данного типа может эффективно применяться для обеспечения горячего водоснабжения и отопления дома. Целесообразно монтировать панели солнечные для отопления в регионах с высоким количеством ясных дней.

При этом стоит учитывать тот факт, что при экстремально низких температурах теплоноситель может замерзнуть из-за нехватки мощности коллектора, поэтому необходимо предусмотреть возможность слива воды или применять незамерзающие технические жидкости (масло и другое).

Принцип действия солнечного коллектора достаточно прост. Под воздействием энергии солнечного света происходит нагрев теплоносителя в батарее коллектора. Разность плотности холодной и горячей воды (или другого теплоносителя) обеспечивает его естественную циркуляцию в системе, в большинстве случаев установка насоса для создания подпора не требуется.

Сделать солнечный коллектор самостоятельно несложно, основными узлами установки считаются:

Солнечный коллектор — устройство и принцип работы

Принцип работы солнечного коллектора

  • Батарея (непосредственно коллектор) представляет собой радиатор, размещенный в утепленном коробе. Именно объем коллектора и протяженность труб, входящих в него и определяет тепловую мощность установки.
  • Накопительный бак предназначен для обеспечения запаса воды, предназначенной для обеспечения нужд отопления и горячего водоснабжения. В его нижнюю часть врезан трубопровод обратки из системы отопление (подается остывшая вода), а отбор горячей воды осуществляется из верхней части.
  • Аванкамера (расширительный бак) предназначена для обеспечения постоянного уровня воды в системе, благодаря ей предотвращается возможность завоздушивания магистралей и обеспечивается циркуляция теплоносителя.

Помимо этих элементов солнечное отопление частного дома включает в себя систему трубопроводов, запорную арматуру для регулировки потоков, слива теплоносителя, отопительные приборы.

Реально ли смонтировать солнечный коллектор самостоятельно?

Панель солнечного коллектора представляет собой систему соединенных между собой труб, помещенную в утепленный короб. Для изготовления панели можно применять трубы различного диаметра, при этом больший основные элементы соединяются между собой перемычками меньшего сечения (подобную конструкцию имеет отопительный регистр).

Солнечный коллектор своими руками

Устройство солнечного коллектора предполагает размещение теплообменного радиатора в утепленный короб. Для его монтажа могут применяться различные материалы (от фанеры и OSB до обычных досок), утепление можно выполнить пенопластом или минеральной ваты достаточной для региона толщины. Для увеличения эффективности установки внутренняя часть короба и сам радиатор красят черной краской, которая обеспечит увеличение поглощения солнечного света и позволит увеличить тепловую мощность установки.

Солнечный коллектор — устройство и принцип работы

Устанавливать панель коллектора необходимо с южной стороны строения, при этом угол наклона к горизонту должен составлять 30-45 градусов, это обеспечит более устойчивую циркуляцию теплоносителя.

Накопительный бак должен иметь объем, позволяющий обеспечить потребность всех потребителей. Обычно его емкость составляет 300-500 литров (если бак такого объема подобрать сложно, можно соединить между собой несколько отдельных емкостей). Необходимо предусмотреть мероприятия по утеплению этого устройства, это позволит снизить неэффективные потери тепловой энергии, что обеспечит более качественное отопление дома. По уровню расположения накопительный бак должен быть несколько выше, чем солнечная панель, минимальное расстояние между ними составляет 0,7-1 метр.

В верхней точке системы устанавливается аванкамера емкостью до 40-50 литров. Он оснащается краном поплавкового типа и дренажным трубопроводом. Эти элементы обеспечат подпитку системы из подключенного трубопровода холодного водоснабжения при снижении уровня теплоносителя.

Принцип действия устройства

Собранный агрегат начинает улавливать солнечную энергию сразу после установки. Излучение беспрепятственно проходит через прозрачное стекло и адсорбируется алюминиевым листом. Утечке тепла препятствует изоляция. От того насколько надёжно она герметизирует корпус, напрямую зависит КДП системы отопления. Поглощённая металлом энергия нагревает пространство внутри коллектора, после чего горячие воздушные потоки поступают через отводящий канал в дом. В помещении они вытесняют более холодные массы, подталкивая их к входу второго патрубка, также подсоединённого к оборудованию на крыше. Дополнительно увеличить эффективность комплекса обогрева можно, установив на выходе тёплого воздуха вентилятор.

Коллекторы из подручных материалов

Собрать солнечный коллектор для отопления дома своими руками и дешевле и интереснее, ведь изготовить его можно из различных подручных материалов.

Из металлических труб

Коллекторы из подручных материалов

Этот вариант сборки походит на коллектор Станилова. При сборке солнечного коллектора из медных труб своими руками, из труб варится радиатор и помешается в деревянный короб, проложенный изнутри теплоизоляцией.

Наиболее эффективными будут медные трубы, алюминиевые тоже можно использовать, но их тяжело варить, а вот стальные – наиболее удачный вариант.

Такой самодельный коллектор не должен быть чересчур большим, чтобы его было легко собрать и монтировать. Диаметр труб на солнечные коллектора для сварки радиатора должен быть меньше, чем у труб для ввода и вывода теплоносителя.

Из пластиковых и металлопластиковых труб

Коллекторы из подручных материалов

Как сделать солнечный коллектор своими руками, имея в домашнем арсенале пластиковые трубы? Они менее эффективны в качестве теплонакопителя, однако в разы дешевле меди и не коррозируют как сталь.

Трубы выкладываются в короб по спирали и закрепляются хомутами. Их можно покрыть черной или селективной краской для большей эффективности.

С укладкой труб можно экспериментировать. Так как трубы плохо гнутся, их можно укладывать не только по спирали, а и зигзагом. Среди преимуществ, пластиковые трубы легко и быстро поддаются пайке.

Из шланга

Коллекторы из подручных материалов

Чтобы сделать солнечный коллектор для душа своими руками понадобится резиновый шланг. Вода в нем нагревается очень быстро, поэтому его тоже можно использовать в качестве теплообменника. Это самый экономичный вариант при изготовлении коллектора своими руками. Шланг или полиэтиленовая труба укладывается в короб и прикрепляется хомутами.

Так как шланг скручен по спирали, в нем не будет происходить естественная циркуляция воды. Чтобы использовать в данной системе ёмкость для накопления воды, необходимо оснастить её циркуляционным насосом. Если это дачный участок и горячей воды уходит немного, то того её количества, которое буде поступать в трубу, может оказаться достаточно.

Из банок

Теплоносителем солнечного коллектора из алюминиевых банок выступает воздух. Банки соединяются между собой, образуя трубу. Чтобы сделать солнечный коллектор из пивных банок нужно обрезать днище и верх каждой банки, состыковать их между собой и склеить герметиком. Готовые трубы помещаются в деревянный короб и накрываются стеклом.

Коллекторы из подручных материалов

В основном, воздушный солнечный коллектор из пивных банок используют для устранения сырости в подвале или для обогрева теплицы. В качестве теплонакопителя можно использовать не только пивные банки, а и пластиковые бутылки.

Из холодильника

Солнечные водогрейные панели своими руками можно соорудить из непригодного холодильника или радиатора старого авто. Конденсатор, извлеченный из холодильника, надо хорошо промыть. Горячую воду, полученную таким способом, лучше использовать только для технических целей.

На дно короба расстилается фольга и резиновый коврик, потом на них укладывается конденсатор и закрепляется. Для этого можно применить ремни, хомуты, либо то крепление, которым он был прикреплен в холодильнике. Для создания давления в системе не помешает установить над баком насос или аквакамеру.

Коллекторы из подручных материалов

Видео

Вы узнаете, как сделать солнечный коллектор своими руками, из следующего видео.

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).

Солнечный коллектор из старых рам

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.