Удорожание традиционных источников энергии побуждает собственников частных домов подыскивать альтернативные варианты обогрева жилья и нагрева воды. Согласитесь, финансовая составляющая вопроса отыграет не последнюю роль при выборе отопительной системы.
Один из наиболее перспективных способов энергообеспечения — преобразование солнечного излучения. Для этого задействуют гелиосистемы. Понимая принцип их устройства и механизм работы, сделать солнечный коллектор для отопления своими руками не составит большого труда.
Мы расскажем вам о конструктивных особенностях гелиосистем, предложим простую схему сборки и опишем материалы, которые можно задействовать. Этапы работ сопровождаются наглядными фотографиями, материал дополнен видео-роликами о создании и вводе в эксплуатацию самодельного коллектора.
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
Накопительные коллекторы ещё называют термосифонными. Такой солнечный коллектор своими руками без насоса получается наиболее выгодным. Его возможности позволяют не только подогревать воду, но и поддерживать температуру на необходимом уровне некоторое время.
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
Ппредставляет собой большую металлическую пластину – абсорбер, который находится внутри алюминиевого корпуса со стеклянной крышкой. Плоский солнечный коллектор своими руками будет более эффективен при использовании именно крышки из стекла. Поглощает солнечную энергию через градостойкое стекло, которое хорошо пропускает свет и практически его не отражает.
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
Из названия понятно, что главным теплоносителем в них выступает именно жидкость. Водяной солнечный коллектор своими руками делается по следующей схеме. Через поглощающую солнечную энергию металлическую пластину, тепло передаётся по прикрепленным к ней трубам в бак с водой или незамерзающей жидкостью или прямо к потребителю.
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.
Неостекленные чаще применяются для нагрева воды в бассейне, поэтому сборка таких тепловых солнечных коллекторов своими руками не требует закупки дорогих материалов – сгодится резина и пластмасса. У остекленных КПД выше, поэтому они способны отапливать дом и обеспечивать потребителя горячей водой.
Воздушные
Воздушные устройства экономичнее вышеперечисленных аналогов, использующих воду в качестве теплоносителя. Воздух не замерзает, не подтекает и не кипит как вода. Если в такой системе происходит утечка, она не приносит столько проблем, однако определить где она произошла довольно сложно.
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.
Такие варианты долговечны и надёжны и обслуживать их проще, чем устройства, которые используют жидкость в качестве теплоносителя. Для поддержания нужной температуры воздуха в погребе или для отопления теплицы солнечным коллектором подойдёт как раз такой вариант.
Вариант с двумя бочками
Что потребуется для гелиоколлектора (в данном примере площадь 1 кв. м):
- гофрированная «пятнадцатая» труба;
- вода будет поступать в цистерну на 160 л с утеплением пенофолом в 1 см.
Перепад между точкой забора и входа в коллектор — 2 м.
Точка сброса воды перенесена из верхней на нижнюю треть бака. Так теплый и холодный слой лучше перемешиваются. Достигается +45… +50° в солнечные дни, в пасмурные — +35° C.
Две бочки по 160 л обвязываются полипропиленовыми трубами — с ними легче работать, чем с металлопластиковыми. Система работает на термосифонном принципе, конвекции: горячая жидкость идет вверх, холодная вниз. Насос, соответственно топливо или электричество, не требуется, циркуляция происходит сама собой.
Сооружают раму из трубы для гелиоколлектора, наклон 45°, ориентация — строго на юг. Делают подставки для бочек.
Бочку для горячей воды можно оснастить ТЭНом, чтобы не остаться без воды в пасмурные дни. На дне этой емкости 3 выхода: 2 для магистрали от солнечного коллектора (теплую воду закачивает в бак, холодная возвращается в него). Третий вывод — для смесителя душа. Трубы, дополнительно утепленные, соединены американками, то есть их можно разъединить при потребности, не повредив элементы, простым откручиванием. А также так удобнее собирать систему прямо на месте.
От баков к смесителю проложены обычные садовые шланги, утепленные вспененным полиэтиленом, они зафиксированные на штуцерах обычными хомутами. Перед смесителем эти шланги объединяются: ставят шунт с шаровым краном. Этот элемент — для комфорта: если закончится теплая вода, на шунте можно открыть вентиль и уровень жидкости в цистернах выравнивается, а при ее подаче обе бочки заполняются одинаково, отпадает потребность в раздельном наполнении.
Кран после наполнения баков перекрывается. Дальше система функционирует так: холодная жидкость поступает в коллектор через его нижний патрубок, расширяется при нагреве в нем, поднимается и посредством верхнего патрубка идет к накопительной цистерне, а оттуда в душ. Важно, чтобы бочки были расположены на 0.5–1.5 м выше коллектора. Надо организовать забор воды из теплых верхних слоев, для чего заборный гофрированный шланг (можно взять от стиральной машины) снабжают поплавком из пенопласта.
Для мониторинга количества жидкости в бак для теплой воды (теплоаккумулятор) врезается прозрачная трубка с черным поплавком. Цистерны утепляют пенофолом — 2 слоя по 5 мм. Теплую емкость накрыли кругом из ЭППС толщиной в 5 см.
Указанное выше утепление не особо эффективное, его можно применить на период подготовки более основательной отделки, состоящей из минваты 100 мм, пенопласта 5 см. Данный элемент чрезвычайно важен: бочка будет работать по принципу термоса, за сутки охладится всего на несколько градусов, что даст возможность использовать теплую жидкость ночью.
Как функционирует система: пример из реального опыта
Описанная выше система солнечного коллектора с душем отлично показала себя даже не в особо теплом, сравнительно с Югом, климате Подмосковья. С вечера баки наполняются 120–130 литрами. Солнце начинает нагревать их и гелиоколлектор в 8:30 или раньше. В нашем случае до этого времени падала тень от дома. К 18:00 лучи начинают ложиться по касательной – КПД снижается.
Итог: 120 л, заливаемых из колодца с t° +8 при t° воздуха в +22…+24, к 15:00 прогреваются до +45° C. К 17:00 — до +52° C. В облачные дни при t° среды 18–20° C достигается +35° C. Нагрева вполне хватает для хорошо теплого душа. Надо учесть, что утепление можно улучшить. За 5 мес. экономия на счете за электроэнергию достигает 3500 руб.
Как это работает
Коллектор собирает энергию с помощью светонакопителя или, другим словами, солнцеприемной панели, которая пропускает свет к аккумулирующей металлической пластине, где солнечная энергия преобразуется в тепловую. Пластина передает тепло теплоносителю, которым может быть как жидкость, так и воздух. Вода отправляется по трубам к потребителю. С помощью такого коллектора можно отопить жилище, нагреть воду для различных домашних целей или бассейна.
Воздушные коллекторы используются, в основном для отопления помещения или подогрева воздуха внутри него. Экономия при использовании таких устройств очевидна. Во-первых, не нужно использовать какое-либо топливо, а во-вторых, снижается потребление электроэнергии.
Для того чтобы получить максимальный эффект от использования коллектора и бесплатно подогревать воду на протяжении семи месяцев в году, он должен иметь большую поверхность и дополнительные теплообменные устройства.
Специфика применения
В отличие от теплогенераторов и тепловых насосов, преобразующих энергию из согретых солнцем грунтовых вод и воздушных масс, солнечные коллекторы работают от прямых солнечных лучей, воздействующих на их поверхность. Единственный нюанс гелиоколлекторов заключается лишь в том, что ночью они находятся в пассивном режиме.
На суточную производительность гелиоустановки влияют такие факторы, как:
- Продолжительность светового дня, которая в свою очередь зависит от географической широты региона и времени года. Так, например, в Центральной части России летом солнечный коллектор будет функционировать по максимуму, а зимой – по минимуму. Это связано не только с длительностью дня, но и изменением угла падения солнечных лучей на гелиопанели;
- Климатические особенности региона. Как правило, на территории нашей страны имеется множество участков, над которыми больше 200 дней в году солнце скрывается за слоями туч или за пеленой тумана. Несмотря на то, что гелиоколлектор может улавливать даже рассеянные солнечные лучи, в пасмурную погоду его продуктивность значительно уменьшается.
Коллектор Станилова
Инженер Станислав Станилов представил миру самую универсальную конструкцию солнечного коллектора. Основной идеей использования разработанного им устройства является получение тепловой энергии за счет создания парникового эффекта внутри коллектора.
Конструкция коллектора
Конструкция этого коллектора очень проста. По сути, это солнечный коллектор из стальных труб, сваренных в радиатор, который помещён в деревянный контейнер, защищённый теплоизоляцией. В качестве теплоизоляционного материала могут выступать минеральная вата, пенопласт, понополистирол.
На дно коробки кладется оцинкованный металлический лист, на который монтируется радиатор. И лист, и радиатор окрашиваются в чёрный, а сама коробка покрывается белой краской. Разумеется, контейнер накрывается стеклянной крышкой, которая хорошо герметизируется.
Материалы и детали для изготовления
Для сооружения такого самодельного солнечного коллектора для отопления дома понадобится:
- стекло, которые будет служить в качестве крышки. Размер его будет зависеть от габаритов короба. Для хорошей эффективности лучше подбирать стекло размером 1700 мм на 700 мм;
- рама под стекло – её можно сварить самостоятельно из уголков или сколотить из деревянных планок;
- доска для короба. Тут можно использовать любые доски, даже с разборки старой мебели или дощатого пола;
- прокатный уголок;
- соединительная муфта;
- трубы для сборки радиатора;
- хомуты для крепления радиатора;
- лист оцинкованного железа;
- приёмная и выпускная труба радиатора;
- бак объемом 200−300 литров;
- аквакамера;
- теплоизоляция (листы пенопласта, пенополистирола, мин. вата, эковата).
Этапы работ
Этапы изготовления коллектора Станилова своими руками:
- Из досок сколачивается контейнер, дно которого укрепляется брусьями.
- На дно укладывается теплоизолятор. Основание должно быть особенно тщательно утеплено, чтобы избежать утечки тепла у теплообменника.
- После на дно короба устраивают оцинкованную пластину и устанавливают радиатор, который сваривается из труб, и закрепляют его стальными хомутами.
- Радиатор и лист под ним окрашиваются в черный цвет, а короб – в белый или серебристый.
- Бак с водой должен быть установлен под коллектором в теплом помещении. Между ёмкостью для воды и коллектором нужно устроить теплоизоляцию, чтобы трубы находились в тепле. Бак можно поместить в большую бочку, в которую можно засыпать керамзит, песок, опилки и т.д. и таким образом утеплить.
- Над баком нужно установить аквакамеру для того чтобы в сети создавалось давление.
- Монтаж солнечного коллектора своими руками нужно осуществлять на южной стороне кровли.
- После того как все элементы системы готовы и установлены, нужно соединить их в сеть полудюймовыми трубами, которые должны быть хорошо утеплены, дабы уменьшить теплопотери.
- Неплохо будет соорудить и контроллер для солнечного коллектора своими руками, так как заводские устройства эксплуатируются недолго.
Особенности склеивания труб ПВХ
Для получения качественного разреза лучше использовать труборез, оснащенный роликами. После разрезки с внутренней части трубы необходимо снять фаску, используя специальные фасочные резцы.
После измерения глубины тройников и уголков нужно на торец присоединяемой трубы установить метку и обработать праймером (чистящим средством) торцы труб и фитинги.
Благодаря плавному перемещению режущей части роликовый труборез позволяет избежать деформаций сечения и образования заусенцев по кромке при резке
Следующим шагом будет нанесение и распределение клея по наружной части трубы и внутренней части фитинга. Клей необходимо наносить кистью, при этом ее размер должен быть меньше диаметра труб. Остается вставить трубу в подготовленный тройник или уголок и провернуть на четверть оборота для равномерного распределения клея.
Нужно учесть, что работы по вклеиванию одного уголка или тройника должны быть выполнены не дольше, чем за 30 секунд. После фиксации необходимо удалить остатки клея.
Расчет размеров
Расчёт размеров для того чтобы изготовить солнечный коллектор для отопления своими руками, прежде всего, направлен на определение нагрузки системы теплоснабжения, покрытие которой берет на себя это устройство. Само собой, что подразумевается использование нескольких источников энергии в комплексе, а не только энергии солнца. В этом деле важно расположить систему таким образом, чтобы она взаимодействовала с другими – тогда это даст максимальный эффект.
Для определения площади коллектора нужно знать, для каких целей он будет использоваться: отопление, подогрев воды или и того, и другого. Проанализировав данные водомера, потребностей в обогреве и данные инсоляции местности, в которой планируется установка, можно высчитать площадь коллектора. К тому же, надо учесть потребности в горячей воде всех потребителей, которые планируется подключить к сети: стиральной машины, посудомоечной машины и т.д.
Цены на заводские приборы
Львиная доля финансовых затрат на сооружение подобной системы приходится на изготовление коллекторов. Это не удивительно, даже в промышленных образцах гелиосистем около 60% стоимости приходится на этот конструкционный элемент. Финансовые затраты будут зависеть от выбора того или иного материала.
Надо отметить, что подобная система не в состоянии отопить помещение, она лишь поможет сэкономить на затратах, помогая подогреть воду в системе отопления. Учитывая довольно большие затраты энергии, которые расходуются на нагрев воды, солнечный коллектор, интегрированный в систему отопления, существенно снижает подобные издержки.
Солнечный коллектор довольно просто интегрируется в систему отопления и горячего водоснабжения (+)
Для ее изготовления используются довольно простые и доступные материалы. К тому же подобная конструкция является полностью энергонезависимой и не нуждается в техническом уходе. Уход за системой сводится к периодическому осмотру и очистке стекла коллектора от загрязнений.
Дополнительная информация по организации солнечного отопления в доме представлена в этой статье.
Селективное покрытие
Селективное покрытие выполняет едва ли не самую основную функцию в работе коллектора. Пластина или радиатор с нанесённым покрытием притягивают в разы больше солнечной энергии, превращая её в тепло. Можно приобрести специальный химикат в качестве селективного покрытия, а можно просто окрасить теплонакопитель в чёрный цвет.
Чтобы сделать селективное покрытие для солнечных коллекторов своими руками, можно применить:
- специальный готовый химикат;
- оксиды разных металлов;
- тонкий теплоизоляционный материал;
- чёрный хром;
- селективную краску для коллектора;
- чёрную краску или пленку.
Что такое
Гелиоустановка — это современный экологичный способ получения и последующего применения тепловой энергии от солнца. Во многих странах установки уже давно используют в частном секторе и промышленных масштабах. Системы подходят для нагрева воды или отопления. Преимущества для владельца:
- Владелец установки бесплатно получает солнечную энергию, которую может потом распределить по дому.
- Процесс получения и преобразования энергии экологичен и не наносит вреда планете.
- Энергия солнце неиссякаема, поэтому владелец установки всегда может быть уверен в ее получении.
- По сравнению с другими установками альтернативного получения энергии, стоимость коллектора невысокая.
Как и у любой установки, у солнечного коллектора есть и свои минусы — результат работы зависит от погоды.
В нашей стране использование гелиосистем не так распространено, как в Европе и Америке, по причине низкой эффективности, связанной с погодными условиями. Лидеры по установке гелиоколлекторов сегодня Япония и Китай.
Из чего состоит и как работает солнечный коллектор
Каждый солнечный коллектор включает в себя следующие элементы:
- коллектор для сбора энергии;
- насосы для циркуляции;
- трубопровод, где происходит циркуляция теплоносителя;
- система управления за установкой;
- теплоноситель;
- бойлер.
Гелиоустановка совместима с водонагревателями и газовыми котлами. Дополнительно монтируют теплосчетчик, который помогает вычислить выработанную энергию и подсчитать реальную экономию киловатт.
1.Солнечный коллектор. 2. Буферный бак. 3. Горячая вода. 4. Холодная вода. 5. Котроллер. 6. Теплообменник. 7. Помпа. 8. Горячий поток. 9. Холодный поток.
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
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
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
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.
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.
Солнечный коллектор для отопления дома: отзывы и рекомендации по выбору устройства
При выборе солнечного коллектора следует учитывать некоторые нюансы. Плоские модели являются более прочными, чем другие разновидности. Однако такие конструкции непригодны для ремонта. Незначительная поломка способна вывести из строя всю систему абсорбции, что приводит к затратам на приобретение новой. Сэкономить средства можно, изготовив плоский солнечный водонагреватель своими руками, нагревающий теплоноситель на 30-40 °С выше температуры окружающей среды.
При выборе коллектора нужно учесть, что плоские модели более прочные, но не подлежат ремонту.
Вакуумные солнечные системы нагрева весьма чувствительны к внешнему воздействию, более податливы к повреждениям, что связано с хрупкостью полых труб. Однако в случае выхода из строя одной из колб ее можно заменить новой. Данный коллектор намного эффективнее в зимний период, чем плоский вариант, поскольку обеспечивает нагрев в более широком диапазоне и способен поддерживать температуру длительное время.
Производительность вакуумного коллектора зависит от размера трубок. Чем они короче, тем меньше выработка тепловой энергии. Оптимальным вариантом является система с несколькими колбами длиной 2 м и шириной 6 см. Для обеспечения эффективного термогенеза во внутренней части колбы должна располагаться прямая или U-образная вставка.
Воздушные варианты имеют простую конструкцию, редко нуждаются в ремонте, способны выдерживать очень низкие температуры. Срок их службы превышает период эксплуатации остальных систем. Однако они слабо нагревают помещение.
Обратите внимание! Перед приобретением системы необходимо выполнить расчет солнечного коллектора при участии квалифицированного специалиста в данной области деятельности.
Вакуумные коллекторы обеспечивают нагрев в более широком диапазоне, чем плоские.
Важно правильно выбрать место для установки системы. Солнечный нагреватель воды своими руками необходимо располагать на южной стороне или с отклонением от нее на 30°. Должны быть предусмотрены мероприятия по отводу осадков в зимний период. Устройство может располагаться вертикально, что избавит от проблем, связанных с очисткой коллектора от снега. Однако такое положение негативно отразится на КПД нагревателя.
