Вакуумный солнечный коллектор для отопления дома

Солнечный коллектор — это устройство, предназначенное для поглощения солнечной энергии и преобразования её в тепловую энергию с целью дальнейшей её передаче теплоносителю. Классический коллектор представляет собой чёрную металлическую пластину, помещённую в стеклянный или пластмассовый корпус, поверхность которой поглощает солнечную радиацию.

Преимущества воздушных солнечных коллекторов

Самым удачным сочетанием характеристик, стоимости и надежности обладает воздушный солнечный коллектор. Мало того, капиталисты умудряются продавать абсолютно простое и примитивное устройство за очень немаленькие деньги.

В чем преимущества «воздушника»:

  • В конструкции коллектора просто нечему ломаться. Здесь он даже опережает солнечные концентраторы на основе зеркал, параболоидов и всякой подобной фантастики;
  • Даже если в задумке вы сделали огреху или слабину, такой солнечный коллектор, заботливо сложенный своими руками все равно будет работать, его можно будет менять, модифицировать или совершенствовать, пока не достигнете нужного результата;
  • Внешний вид солнечного коллектора вряд ли поразит воображение, но тот факт, что на выходе можно получить поток под 70оС, у любого скептика вызовет уважение.

Совет! Прежде чем приступать к решению головоломки, как сделать солнечный коллектор своими руками, задумайтесь о месте его расположения с максимальным уровнем освещения и необходимой защитой от действий завистников-вандалов.

Иногда в запасниках в гараже или сарае без дела и пользы валяются остатки строительных материалов, которые при желании можно использовать при сборке. Многочисленные видео о материалах для солнечного коллектора своими руками говорят, что проще всего сделать устройство, используя листовой профнастил из оцинкованного железа. Самые умные пытаются изготовить солнечный коллектор из стальных труб, профиля, алюминиевых банок, бутылок из-под газировки, в общем, из любого хлама, оказавшегося под рукой.

На самом деле, чтобы сделать серьезный тепловой эффект, необходим подходящий материал — медь, алюминий или профнастил, без покраски или полимерного покрытия. От меди откажемся сразу в силу ее дороговизны и высокого риска кражи любителями цветмета.

Виды солнечных коллекторов

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

  • низких температур
  • средних температур
  • высоких температур

Коллекторы низких температур не дают энергии большой мощности. Они нагревают воду не более 50°С. Коллекторы средних температур прогревают воду уже до 80°С, поэтому их можно использовать для обогрева помещений. Коллекторы высоких температур используются в основном на промышленных предприятиях, и в домашних условиях их сделать невозможно.

Интегрированные коллекторы делятся на :

  • накопительные интегрированные коллекторы
  • 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 таком коллекторе нет насосов, поэтому он гораздо экономичнее остальных вариантов. Коллектор-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. Такой коллектор недорогой, лёгкий в обслуживании и простой в эксплуатации. 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 солнечный свет. Стекло имеет низкое содержание железа, чтобы весь солнечный свет переходил на пластину. 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 солнечные коллекторы используются для подогрева воды в бассейнах, отопления помещений и иных бутовых нужд.

В жидкостных коллекторах основным теплоносителем становится жидкость. Такие коллекторы 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 коллекторов — концентраторы, они отличаются от коллекторов концентрацией солнечных лучей. Это происходит благодаря зеркальной поверхности, которая направляет солнечные лучи на поглотители. Главный недостаток таких коллекторов — это невозможность работы в пасмурные дни, поэтому их используют в странах с жарким климатом.

Солнечные печи и работают на принципе испарения воды, тем самым не только дают теплоэнергию, но и очищают воду.

Солнечные печи также используют как для обогрева, так и для стерилизации воды.

Делаем простой солнечный коллектор своими руками, пошаговая инструкция

Солнечные коллекторы – это отличный способ сэкономить энергоресурсы. Бесплатная солнечная энергия сможет как минимум 6-7 месяцев в году обеспечивать теплую воду для хозяйственных нужд. А в остальные месяцы – еще и помогать системе отопления.

Читайте также:  Кладём первый камин своими руками: подробное руководство

Но самое главное, что простой солнечный коллектор можно изготовить самостоятельно. Для этого вам понадобятся материалы и инструменты, которые можно купить в большинстве строительных магазинов. В некоторых случаях будет достаточно даже того, что найдется в обычном гараже.

Представленная ниже технология сборки солнечного нагревателя использовалась в проекте “Включи солнце – живи комфортно”. Она была разработана специально для проекта немецкой компанией Solar Partner Sued, которая профессионально занимается продажей, монтажом и сервисом солнечных коллекторов и фотоэлектрических систем.

Главная идея – все должно получиться дешево и сердито. Для изготовления коллектора используются довольно простые и распространенные материалы, но его эффективность получается вполне приемлемого уровня. Она ниже, чем у фабричных моделей, но разница в цене полностью компенсирует этот недостаток.

Существуют различные типы солнечных водонагревателей, но все они основаны на простом принципе: темная поверхность «впитывает» солнечную энергию, потом это тепло передается теплоносителю (воде).

Простейшие модели могут быть построены из доступных материалов и не требуют насосов или иного электрооборудования.

Эффективный солнечный коллектор может использоваться даже в зимнее время благодаря применению незамерзающих жидкостей – антифризов.

Описанная система солнечного коллектора является пассивной и не зависит от электроэнергии. Она обходится без электрических приборов. Горячая жидкость перемещается между коллектором и баком по принципу конвекции, благодаря простому правилу: нагретая жидкость всегда поднимается вверх.

Принцип работы такого солнечного коллектора заключается в следующем:

  • Солнце нагревает жидкость в коллекторе
  • Нагретая жидкость поднимается по коллектору и трубе в бак-аккумулятор
  • Когда горячая жидкость поступает в теплообменник, установленный в бак с водой, тепло передается от теплообменника воде
  • Жидкость в теплообменнике, охлаждаясь, перемещается вниз по спирали и поступает из отверстия в нижней части бака обратно в коллектор
  • Вода, нагретая в баке, аккумулируется в верхней части бака
  • Холодная вода из водопроводной сети / резервуара поступает в нижнюю часть бака
  • Нагретая вода отбирается через выходное отверстие в верхней части бака.

Пока на коллектор светит солнце, жидкость в трубах абсорбера нагревается, перемещается в бак и таким образом постоянно циркулирует. Этот процесс обеспечивает нагрев воды в баке всего за несколько часов при интенсивном солнечном излучении.

Основной элемент коллектора отопления – абсорбер. Он состоит из металлического листа, приваренного к металлическим трубам. Несколько труб устанавливаются вертикально и привариваются к двум трубам большего диаметра, расположенных горизонтально.

Эти толстые трубы для входа и выхода жидкости должны быть расположены параллельно друг другу. А входное отверстие для жидкости (нижняя часть абсорбера) и выходное отверстие (верхняя часть абсорбера) должны располагаться с разных сторон панели (диагонально).

Для лучшей передачи тепла от металлической пластины к трубам очень важно обеспечить максимальный контакт пластины с трубами. Сварка должна быть вдоль всего элемента. Важно, чтобы металлический лист и трубы плотно прилегали друг к другу.

Абсорбер укладывается в деревянную раму и накрывается стеклом, которое защищает коллектор и создает внутри эффект теплицы. Используется обычное оконное стекло. Оптимальная толщина – 4 мм, при этом сохраняется хорошее соотношение надежности и веса. Желательно нужную площадь стекла разделять на несколько частей. Так удобнее и безопаснее работать с ним.

Использование нескольких слоев стекла или стеклопакета даст прирост эффективности, но увеличит вес конструкции и стоимость системы.

Особенности коллектора

Устройство

По внешнему виду солнечный коллектор из поликарбоната напоминает панель. Внутри размещается целая сеть трубопроводов. Утеплитель располагается с внутренней стороны. Его задача — уменьшить тепловые потери при работе системы.

Когда солнечные лучи падают на пластину, вода под их действием нагревается. К примеру, если использовать систему не в солнечный день, то за один проход температуру удастся поднять на 8-9 градусов.

При правильной организации подачи воды внутрь пластин — система по качеству может выступать конкурентом заводских изделий. Но очень важно правильно организовать забор. А это весьма непросто.

Существует несколько наиболее распространённых видов солнечных коллекторов из поликарбоната. Чаще всего на дачных участках устанавливают вакуумные или панельные системы. Вторые получили такое название благодаря своей плоской форме. Они подходят только для использования в тёплое время года.

Вакуумные коллекторы имеют гораздо более сложную конструкцию, и их создание обходится куда дороже. Но их эксплуатация возможна на протяжении всего года благодаря высокой производительности.

Блиц-советы

  • В принципе, гораздо проще приобрести себе уже полностью готовый коллектор, который стоит не слишком дорого – это напрямую зависит от его технических характеристик. Покупать обычно приходится сразу несколько коллекторов. Как говорят те люди, которые уже сделали себе такую систему отопления, для эффективной работы всей конструкции нужно сделать площадь коллекторов порядка 30 квадратных метров;
  • Естественная циркуляция в трубчатых и водяных коллекторах получается очень редко. Лучше всего дополнительно внести в конструкцию системы небольшой насос;
  • Специалисты и профессиональные строители рекомендуют не изготавливать солнечный коллектор отопления в качестве основного источника, так как это может привести к довольно тяжелым последствиям;
  • В последнее время появились так называемые фиксирующие солнечные коллекторы. За счет установленных у них датчиков они определяют положение солнечных лучей и поворачиваются в том направлении. Данные изделия являются очень и очень долговечными;
  • Если приобретать уже готовый коллектор, то там обязательно будет находиться подробная инструкция относительно качественной сборки и установки системы.

Краткое описание

На столе вы видите мои банки, герметично склеенные друг с другом и соединенные с верхним и нижним коллекторами. Размеры моей теплообменной панели – 17 банок в ширину и 17 в высоту. Именно столько мне удалось втиснуть в изолированную коробку из полиизоциануратовой изоляционной плиты (полиизо) размером 4×8 футов (1,21×2,43 м). Таким и будет наружный размер воздухонагревателя.

Длина крышек коллекторов составляет 44,5 дюйма (около 1,11 м), а их краев – 0,5 дюйма (1 см).

Отверстия в гребенке я сверлил диаметром 54 мм с расстоянием между их центрами 66 мм. В итоге я обнаружил, что трубы из банок слишком плотно прижаты друг к другу. Может быть, при 67-миллиметровом расстоянии между центрами отверстий этой трудности не возникло бы. В таком случае промежуток между краями отверстий составит 11-12 мм – так, думаю, трубы разместятся свободнее. В следующем коллекторе я сделаю 67-миллиметровое расстоянии между центрами отверстий. Отступите 10 мм от ободка на верхушке банки, выполните разметку и просверлите отверстие. Отверстия в донышках я делал диаметром 44 мм, а в верхушках – 51 мм. С верхушками нужно быть очень осторожными – фреза почти такого же диаметра, какого должны быть отверстия, и места для ошибки нет.

Система отопления на базе солнечного коллектора.

Чтобы не занимать много места опишем в основных чертах систему отопления на базе вакуумного солнечного коллектора, которая может функционировать в погодных условиях России.

В состав системы входят солнечные коллектора (количество определяется обогреваемой площадь и теплоизоляционными свойствами стен, пола и крыши); бак-аккумулятор выполняющий роль теплообменника, аккумулятора горячей воды, сохраняющего накопленное тепло; рабочей станции в состав которой входит насос; датчиков температуры устанавливаемых на выходе из цепи коллекторов и в баке-аккумуляторе; расширительного бачка и контроллера управляющего системой на основании показаний датчиков температуры. Так как солнечный коллектор и бак аккумулятор устанавливаются раздельно (коллектор на крыше, а бак, рабочая станция, расширительный бачок и контроллер в помещении), то такая конфигурация называется сплит-системой.

Теплоносителем данной системы в южных регионах может быть и водопроводная вода, что позволит сэкономить, поставив более простой бак-аккумулятор, но с нашей точки зрения лучше, чтобы теплоносителем был антифриз. Это гарантирует от возникновения ситуаций, при которых возможно размораживание системы. Бак-аккумулятор тогда лучше выбрать двухконтурный. На выходе второго контура, где теплоносителем может быть вода, лучше расположить отопительный котел на любом доступном виде топлива. Система отопления должна быть «теплый пол» или «теплый плинтус», это позволит достичь комфортной температуры в помещении при более низкой температуре теплоносителя, чем в радиаторном варианте.

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

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

Вакуумный коллектор

По сравнению с плоским устройством, вакуумный коллектор имеет другую конструкцию. Основными рабочими элементами принято считать вакуумированные трубки, а также теплоноситель. Благодаря высокоселективному покрытию стеклянная поверхность устройства поглощает большое количество солнца. Солнечная энергия начинает быстро нагревать внутренний теплоноситель. Ликвидация теплопотерь происходит при помощи вакуумной прослойки. Аккумулированное тепло проходит через теплосборник, двигаясь к самой системе устройства.

Полученную энергию можно применять для нагрева жидкости в накопительном баке.

Если рассматривать работу в целом, то вакуумный коллектор обладает наибольшей производительностью, по сравнению с плоским устройством. Агрегат можно устанавливать на крышу частного дома, в оранжереи, теплицы, парники, летние душевые кабины.

Самым лучшим изолятором считается вакуум.

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.

Читайте также:  25 схем для сборки печи своими руками и пошаговыми инструкциями

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

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

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

В этой статье мы рассмотрим второй вариант – коллекторную гелиосистему.

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

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

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

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

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

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

Принцип работы и конструкционные особенности

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

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

Принцип работы и конструкционные особенности

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

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

Принцип работы и конструкционные особенности

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.

Принцип работы и конструкционные особенности

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

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

Принцип работы и конструкционные особенности

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.

Подведем итоги

В условиях тотального подорожания коммунальных услуг можно использовать альтернативные способы обогрева помещений, подогрева воды для хозяйственных нужд. В других странах солнечные коллекторы применяются для отопления довольно давно.

Подведем итоги
Подведем итоги

Если вы не хотите платить большие деньги за промышленный водяной коллектор, его можно собрать самостоятельно, используя подручные материалы. Хотите, чтобы конструкция была более солидной и действительно могла удовлетворять потребности в горячей воде и отапливала ваш дом? Тогда придется посетить строительный магазин, подготовиться к сборке более основательно: приобрести вакуумные колбы, специальные трубки, листы стекла или поликарбоната, другие комплектующие.

Подведем итоги

Резка и зачистка медных труб для солнечного коллектора

Подведем итоги

Когда будете решать вопрос, какая система оптимальная, принимайте во внимание: солнечные коллекторы, как любое техническое решение, имеют плюсы и минусы, которые обязательно нужно учитывать

Подведем итоги

Плюсы и минусы гелиосистемы

Подведем итоги

Из положительных сторон выделяют:

Подведем итоги
  • экологически чистый вид энергии, получаемый бесплатно;
  • снижение расходов на оплату коммунальных услуг за централизованный подогрев воды до 40-50 %;
  • небольшой срок окупаемости;
  • возможность подогревать воду для хозяйственных нужд и отапливать небольшие помещения d зимний период;
  • широкий выбор материалов, простота сборки конструкций.
Подведем итоги

К отрицательным моментам можно отнести:

Подведем итоги
  • трудозатраты на создание светового коллектора;
  • понижение коэффициента полезного действия в зимнее время, что делает практически невозможным использование таких систем в северных широтах;
  • нужны профилактический уход и очистка;
  • в холодное время необходимо использовать антифриз, что влечет дополнительные расходы.
Подведем итоги

Видео по теме: