Вакуумный солнечный коллектор: принцип работы + как собрать самому

ПОДЕЛИТЕСЬ
В СОЦСЕТЯХ Facebook Twitter Ok Google+ Pinterest Vk

Преимущества воздушных солнечных коллекторов для отопления

В чём основное преимущество воздушных коллекторов? Самые очевидные достоинства — это надёжность и простота. Там действительно нечему ломаться. Если за коллектором осуществляется надлежащий уход, то при должном качестве оборудования, он может прослужить до 20 лет. Основной сложный элемент здесь попросту отсутствует, теплообменник не нужен, ведь воздух не замерзает.

Для того, чтобы воздушных коллектор обошёлся ещё дешевле, такую систему воздушного отопления, как правило, монтируют и интегрируют сразу в стены дома.

Принцип работы и виды солнечных коллекторов

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. 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

Солнечные коллекторы представляют собой теплообменники, которые улавливают энергию Солнца и превращают ее, в зависимости от их вида, в тепловую энергию жидкости или воздуха, циркулирующих в них. Нагретые в коллекторе жидкость или воздух используются для горячего водоснабжения или отопления дома напрямую или через дополнительные теплообменники, например, через бойлеры косвенного нагрева.

Солнечная панель

Чтобы сделать солнечный нагреватель воды своими руками, потребуется контейнер и какая-то основа для панели. Контейнер делается из фанеры или обычных досок. Затем выполняется утепление, пенопластом или другим материалом.

Важно: чем качественнее утепляется контейнер, тем быстрее в нем происходит нагрев воды.

Радиатор делается из труб: элементы с большим диаметром свариваются при помощи элементов меньшего диаметра. Контейнер накрывается стеклом, и выполняется окрашивание наружных стенок в белый цвет.

Как сделать селективное покрытие

Высокоэффективный коллектор имеет высокую степень поглощения солнечной энергии. Лучи попадают на темную поверхность, после чего нагревают ее. Чем меньше излучения отталкивается от абсорбера солнечного коллектора, тем больше тепла остается в гелиосистеме.

Чтобы обеспечить достаточную аккумуляцию тепла требуется создать селективное покрытие. Вариантов производства несколько:

  • Самодельное селективное покрытие коллектора — используют любые черные краски, которые после высыхания оставляют матовую поверхность. Есть решения, когда в качестве абсорбера коллектора применяют непрозрачную темную клеенку. На трубы теплообменника, поверхность банок и бутылок наносят черную эмаль, с матовым эффектом.
  • Специальные абсорбирующие покрытия — можно пойти другим путем, приобретя для коллектора специальную селективную краску. В состав селективных ЛКМ входят полимерные пластификаторы и присадки, обеспечивающие хорошую адгезию, теплостойкость и высокую степень поглощения солнечных лучей.

Гелиосистемы, используемые исключительно для нагрева воды летом, вполне могут обойтись окрашиванием абсорбера в черный цвет при помощи обычной краски. Самодельные солнечные коллекторы для отопления дома зимой должны иметь качественное селективное покрытие. Экономить на краске нельзя.

Читайте также:  Как выбрать печь для бани /своими руками

Самодельная или заводская гелиосистема — что лучше

Изготовить в домашних условиях солнечный коллектор, способный по техническим характеристикам и показателям сравниться с заводской продукцией нереально. С другой стороны, если требуется просто обеспечить достаточным количество воды для летнего душа, солнечной энергии будет достаточно для работы простейшего самодельного водонагревателя.

Что касается жидкостных коллекторов, работающих зимой — то даже не все заводские гелиосистемы могут работать при низких температурах. Всесезонные системы, это чаще всего устройства с вакуумными тепловыми трубками, с повышенным КПД, способные работать до температуры –50°С.

Заводские гелиоколлекторы часто укомплектовываются поворотным механизмом, автоматически подстраивающим угол наклона и направленность панели по сторонам света, в зависимости от расположения Солнца.

Эффективный солнечный водонагреватель тот, что полностью соответствует поставленным перед ним задачам. Для подогрева воды на 2-3 человек летом, можно обойтись обычным гелиоколлектором, изготовленным своими руками из подручных средств. Для отопления зимой, несмотря на первоначальные затраты, лучше установить заводскую гелиосистему.

Видеокурс по изготовлению панельного солнечного водонагревателя

Солнечный коллектор: устройство и принципы работы

В общем, принцип нагревания воды с помощью солнца понимают все, однако, как работает солнечный коллектор, на самом деле, знают немногие. На этот счет существует немало распространенных заблуждений.

Чтобы рассеять эти заблуждения и понять, как работает солнечный коллектор, нужно разобрать в деталях все непонятные, для большинства моменты

Хотя нагревать воду за счёт солнечного тепла люди умеют не первое столетие, современный высокоэффективный гелио-коллектор — продукт уже XX века и всё более популярный в веке XXI.

Обратите внимание

Солнечные коллекторы работают по простому принципу — они сконструированы таким образом, чтобы поглощать как можно больше тепла из солнечного излучения, но при этом как можно меньше полученного тепла излучать обратно в окружающую среду.

То есть, чем больше солнечных лучей попадает на коллектор, тем больше тепла он произведёт. Эта особенность гелиоколлекторов стала причиной возникновения нескольких стереотипов, касающихся их работы.

Например, что гелиоколлекторы способны получать тепло только в солнечную погоду, а при облачности от них нет никакой пользы.

На самом деле даже в облачную погоду коллекторы поглощают тепло из рассеянного света, пусть даже количество этого тепла будет меньше, чем в ясный день.

Другое распространённое мнение: гелиоколлекторы эффективны только летом. Пик их производительности, действительно, совпадает с пиком инсоляции, а это для нашей страны, примерно,  с мая по август.

Однако, они получают тепло от солнца на протяжении всего года, просто по мере сокращения светового дня количество этого тепла становится всё меньше, а сохранить его из¬за снижения температуры воздуха в окружающей среде — всё труднее.

При наличии хорошей теплоизоляции и высокого КПД, коллекторы способны поставлять тепло для системы ГВС и отопления даже в холодную погоду — пусть и не столь много, как летом.

В любом случае, используя гелиоколлекторы, стоит предусмотреть резервный источник тепла — он примет на себя нагрузку по нагреву воды и теплоносителя системы отопления в те периоды, когда полученного от солнца тепла станет недостаточно.

Хотя солнечное тепло налогом не облагается, для того, чтобы его использовать, сначала придётся вложиться в покупку и монтаж гелиоколлекторов и другого оборудования гелиосистемы.

Важно

Причём, если для подогрева небольшого количества воды для дачного домика летом или для бассейна можно обойтись неприхотливой моделью с низким КПД, то для полноценного теплоснабжения жилого дома понадобятся коллекторы иного, более высокого уровня эффективности и более высокой цены соответственно.

Существенные стартовые затраты на создание гелиосистемы отпугивают многих потенциальных покупателей. Однако нужно понимать, что при длительной эксплуатации гелиосистемы потраченные средства окупятся.

Ведь, солнечные коллекторы позволяют уменьшить годовой расход топлива на ГВС, а при определённых условиях — и на отопление.

Поэтому, чем дороже вид топлива, который применяется для теплоснабжения дома, тем короче срок окупаемости гелиосистемы.

Распространено мнение, что использование солнечных коллекторов рационально только в очень немногих регионах Украины, в основном, в южных областях и в Крыму.

Однако практика показывает, что в условиях отсутствия дешёвого топлива для котлов гелиоколлекторы рентабельны во многих областях страны — пусть они и не смогут работать так же эффективно, но всё равно позволят существенно сэкономить на топливе для котлов летом и в межсезонье (в зависимости от модели коллектора).

Читайте также:  Как выбрать кирпич для кладки печи: виды и особенности

Принято считать, что использование гелиоколлекторов имеет смысл при среднегодовом приходе солнечной энергии свыше 1000 кВт*ч на 1 м2 горизонтальной поверхности, а под эту характеристику подпадает существенная часть территории Украины

В следующих публикациях мы рассмотрим, непосредственно, строение двух самых распространенных видов солнечных коллекторов: плоских и вакуумных

(Продолжение следует)

Солнечный коллектор своими руками – как изготовить устройство? Подробная инструкция

Солнечный коллектор используется для поглощения энергии солнечного излучения, чтобы в дальнейшем она была концентрирована, преобразована и использована человеком.

Выработанная энергия применяется для:

  1. Обеспечения нагрева воды и запуска систем отопления жилых помещений.
  2. Обеспечения в бассейнах различного типа постоянно теплой водой.
  3. Обогрева теплиц.
  4. Для нагревания технологической воды, используемой в промышленности.

Принцип работы и область применения

Принцип действия

Конструкция и используемые для ее создания материалы направлены для максимально возможного потребления солнечной энергии. После чего она преобразовывается в тепловую, и передается для дальнейшего ее использования. Теплоносителем в данной системе может являться как воздух, так и специальная жидкость с незамерзающими свойствами.

Циркуляция его может быть естественной и принудительной.

Коллекторы используются в различных странах с любым климатом.

Область применения их достаточно велика:

  1. Для дач, коттеджей и частных домов.
  2. Различных производственных комплексов, независимо от рода деятельности и масштаба.
  3. На автомойках, станций автозаправок.
  4. В детских и медицинских учреждениях.
  5. На объектах железнодорожного транспорта.
  6. В гостиничных, торговых и развлекательных комплексах.
  7. В заведениях общепита и офисах.

Преимущества и недостатки

Коллекторы имеют большой ряд преимуществ, к ним можно отнести:

  1. Снижение расходов на обслуживание отопительной системы дома, и обеспечение его горячим водоснабжением.
  2. Возможность получения обогрева дома и горячей воды при перебоях и временном отсутствии электроснабжения и подачи газа.
  3. Снижение нагрузки на отопительную систему, вследствие чего происходит увеличение ее срока службы.
  4. Экономия природных ресурсов и сохранение экологии.
  5. Экологичность системы не оказывает негативного воздействия на человека.

Минусом можно назвать довольно высокую стоимость и непростой монтаж этого оборудования.

Можно выделить два вида этих устройств. Каждому из них свойственны определенные характеристики и принципы действия.

Плоский коллектор

Подобные коллекторы изготовляются в виде панели, размером до 2,5 метра, в центре которой помещается поглощающая пластина. Изготавливается она из теплопроводящих металлов, медь или алюминий самые используемые для этого. На нее нанесено покрытие, которому свойственно наличие низкого коэффициента излучения.

Это требуется для наибольшего преобразования солнечных лучей в виде тепловой энергии, при этом, в окружающую среду ее выход должен быть минимальным. Этот абсорбирующий слой соединяется с трубками. Именно по ним происходит циркуляция чаще всего пропилен-гликоля, который выступает в качестве теплоносителя.

Также, может использоваться антифриз или же вода. Под трубками расположен теплоизоляционный слой. Над поглотителем находится специальное защитное гелиостекло. Ему характерно минимальное содержание железа для наибольшей пропускной способности, а корпус усилен листовой сталью с теплоизоляцией или алюминием.

Используется этот вид для монтажа на скатных или же плоских крышах. Но его можно монтировать в любом месте и положении. Этот вид наиболее распространен и получил широкое использование для отопительных систем и для нагрева воды.

Трубчатый (вакуумированный)

Состоит он из отдельных трубок. Число их может быть от 5 до 30 штук. Каждая, из трубок по принципу действия представляет собой миниколлектор. Все они объединены в одну панель.

Внутри трубки находится еще одна такая же деталь меньшего размера. Между ними создан вакуум. Верхняя часть состоит из гелиостекла и выполняет функцию защиты. В нее встроена пластинка поглотителя, состоящая из меди или алюминия. Меньшая трубка находится под пластиной, в ней происходит циркуляция теплоносителя. Вакуум в этом случае играет роль теплоизолятора.

Такой солнечный коллектор действует значительно эффективней по сравнению с плоским, в условиях низких атмосферных температур. Но стоимость их значительно выше.

Трубчатый коллектор в свою очередь бывает двух видов, отличных по конструкции. Различают тип с тепловой трубой и прямоточный. Преимуществом первого типа можно назвать сохранение эффективной работоспособности при температуре до -30 градусов Цельсия, а в некоторых случаях даже до -40.

Читайте также:  Как сделать котел длительного горения своими руками

Отличительными особенностями прямоточного коллектора является возможность его монтажа в любом положении, а также минимальные теплопотери при работе.

Как сделать своими руками?

Устройство коллектора

Этот прибор для экономии энергии можно изготовить собственными руками. Вариантов исполнения в этом случае существует немало. Например, его можно сделать из оконной рамы, старого электрического бойлера, холодильника, и даже пластиковых бутылок.

Рассмотрим один из наиболее простых коллекторов, изготовленных при помощи деталей старого холодильника. Осуществлять такой коллектор будет подогрев воды для технических нужд.

Необходимые материалы и инструменты

Конструктивные особенности плоского солнечного коллектора

Наиболее востребованным вариантом является, согласно многочисленным отзывам, солнечный коллектор плоского типа, который можно изготовить своими руками. Такая система эффективна для организации горячего водоснабжения в теплый период года. В зимнее время КПД устройства очень низкий.

Корпус коллектора имеет плоскую квадратную или прямоугольную форму. Он выполняется из металла или другого материала с высоким коэффициентом теплопроводности. Изделие покрывается темной краской для улучшения абсорбирующих корпуса располагается пластина, в которой находится змеевик, изготовленный из медной трубки малого сечения. По трубкам осуществляется циркуляция теплоносителя. Для минимизации потерь тепла внутри корпуса уложен теплоизоляционный материал.

Чтобы мусор не проникал в корпус устройства, он сверху закрывается стеклянной или поликарбонатной крышкой, которая способна усилить нагрев. Для эффективной работы коллектора ее необходимо периодически протирать от загрязнений и пыли.

Плоский солнечный коллектор рекомендуется устанавливать в южных регионах, где данный вариант характеризуется наилучшими показателями цены и эффективности. Такое устройство отличается способностью к самоочищению, высоким КПД в летний период и низкой стоимостью.

Плоские солнечные коллекторы являются самыми востребованными

Однако плоским коллекторам свойственны значительные тепловые потери, которые возникают вследствие конструктивных особенностей устройства. Такая система имеет низкий КПД в весенне-осенний период. Конструкция характеризуется высокой парусностью, что вызывает опасность повреждения в процессе эксплуатации ее элементов.

Простейший солнечный водонагреватель своими руками

Практически любой дачник может самостоятельно спроектировать простейший солнечный водонагреватель.

Принцип простой конструкции

Самый простой водонагреватель будет выглядеть так: вы устанавливаете на крышу строения (летней душевой кабинки) металлическую бочку, которую красите в черный цвет. К бочке подводится 2 шланга: один для залива холодной воды, другой — для слива горячей. Однако этот водонагреватель имеет один существенный недостаток: в пасмурные дни вода прогреется только до температуры воздуха.

Продвинутый вариант

Более продвинутый солнечный водонагреватель будет иметь и более сложную конструкцию. Вы можете сделать солнечный коллектор, состоящий из нескольких блоков, накопителя нагретой воды и аванкамеры.

В качестве коллектора в этой конструкции выступает радиатор из труб, покрашенных черной краской и находящийся в деревянном ящике с стеклянной крышкой. Накопителем для воды может служить емкость от 100 до 300 л в зависимости от необходимости.

Аванкамера

— это расширитель, который создает в этой системе постоянное давление. Чтобы автоматизировать подачу холодной воды в систему в аванкамере следует установить поплавковый клапан. Работает аванкамера по такому принципу: когда определенное количество воды расходуется, давление в аванкамере падает и клапан открывается, пропуская новую порцию воды.

Установка

Для того, чтобы установить такой солнечный водонагреватель вам понадобится сначала разместить на потолке накопители и аванкамеры. Уровень воды в аванкамере должен всегда быть выше воды в накопителях на 1 м.

Остальное монтируется так: в коллектор подается вода из напорного бака. Клапанный термостат монтируется на втором конце коллектора, он открывает выходную трубу, когда вода нагревается до определенной температуры. За зеркальной стенкой ящика установлены два бака-термоса. Их нужно утеплить любым теплоизоляционным материалом.

Вам придется в течение дня передвигать солнечный водонагреватель, чтобы он всегда оставался перпендикулярным к солнечным лучам.

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.

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.