Простой термосифонный солнечный коллектор без насоса своими руками. Как сделать солнечный коллектор для отопления своими руками: пошаговое руководство Солнечные коллекторы для дома своими руками
В этой публикации представлены результаты объемных исследований блогера Сергея Юрко. Показаны 3 солнечных коллектора, изготовленные мастером своими руками и наиболее эффективный из них – так называемый 3 пленочный коллектор, он нагревает воду до 60 градусов. Есть более простой 2 пленочный, и он способен доводить воду до 55 градусов. Самый простой и самый дешевый 1 пленочный, но он обеспечивает прогрев только до 35 или 40 градусов.
Стоимость одного квадратного метра этих примитивных коллекторов примерно в тысячу раз дешевле заводских аналогов, и поэтому возникает вопрос: а что же такого хорошего в фирменных коллекторах, что они стоят в тысячу раз дороже примитивных, которые может изготовить своими руками любой человек за несколько часов, потратив мизерные деньги.
Будем сравнивать простые коллекторы с дорогими заводскими моделями по эффективности, экономической целесообразности и другим характеристикам. И далеко не всегда это сопоставление в пользу заводских устройств. Ролик на тему: сделаем простейшие солнечные коллекторы и посмотрим, на что они способны. А также выясним, при каких случаях имеет смысл отказаться от дешёвого солнечного тепла с этих примитивных конструкций, чтобы заплатив сотни или тысячи раз дороже, получить такой же эффект от более дорогих устройств.
Личный интерес автора ролика к теме основан на предположении, что заводские солнечные коллекторы являются эволюционным тупиком солнечной тепловой энергетики, поскольку, например, солнечные батареи за последние несколько десятилетий подешевели больше чем в сто раз и график показывает процесс снижения цен. 
Возникает мысль, что эволюция солнечных коллекторов пошла не по тому пути и поэтому имеет смысл вернуться к самым простым технологиям.
Черная пленка является единственной, из чего состоит 1-пленочный примитивный коллектор, то есть на пленку наливается вода и очевидно, что во время солнца это вода нагреется. Её можно купить на базаре в любом городе. Мастер приобрел три квадратных метра за 15 гривен. Стоимость коллектора выходит 15 евро цент за квадратный метр.
Но имеет смысл добавить еще одну – прозрачную пленку, которая покроет поверхность нагреваемой воды. Температура нагрева радикально увеличивается, поскольку вторая пленка останавливает испарение воды. Её продают на любом базаре для теплиц и из-за этого второго слоя стоимость коллектора увеличивается до 35 евро центов за квадратный метр.
Но есть еще и 3 пленочный вариант и дополнительная пленка тоже является прозрачной, она увеличит стоимость коллектора до 55 евро центов за квадратный метр.
Функция 3 пленки, как и у стекла заводского плоского коллектора, то есть между стеклом и черным абсорбером формируется слой воздуха толщиной несколько сантиметров, воздух является теплоизолятором.
Сколько пленок нужно для хорошего нагрева воды?
Экспериментальные измерения дали неожиданные результаты, поскольку оказалось что в нашем случае результат применения третьей пленки не является таким эффективным, как в случае заводского плоского коллектора – температура нагрева воды увеличивается, но всего лишь на несколько градусов. Причем наша тройка коллекторов может иметь разные конструкции. К примеру 2 пленочная – прозрачная полиэтиленовая пленка, продается на базарах в виде рукава. Вода заливается внутрь рукава, а роль нижней черной пленки выполняют черная поверхность крыши многоэтажки.
Аналогичное исследование, но с рукавом из не прозрачной, а черной пленки. Если вторая пленка черная, вариант предпочтительнее только при условии хорошей циркуляция воды через систему. Коллектор нагрел 100 литров воды до 66 градусов. Можно заметить несколько усложнений конструкции, в том числе лист пенополистирола толщинoй 3 сантиметра. но эксперименты показали, что теплоизоляция под коллектором увеличит температуру нагрева, но не радикально.
Эксперимент в августе с нагревом воды при температуре воздуха в тени 35 градусов показал, что пленочный коллектор на хорошей теплоизоляции нагрел воду до 63 градусов и в тот же самый момент другой коллектор нагрел воду до 57 градусов, хотя под ним теплоизоляции нет и его первая пленка лежит прямо на земле.
Дополнительные функции кустарного садового коллектора
Также интересно обратить внимание, что однопленочный коллектор во время дождя выполняет функцию сбора дождевой воды что для некоторых домов и местности может оказаться актуальным. кроме этого, 1 пленочные и 2 пленочные коллекторе ночью могут выполнять функцию градирни, то есть они отбирают тепло из воды, используемой для систем охлаждения. Можно использовать в режиме, когда днем через них циркулирует вода, которую нужно нагревать. а ночью коллектор охлаждает воду баков. днем вода из них используется для отбора тепла. в результате чего она нагревается. и поэтому следующей ночью ее нужно опять охлаждать коллекторами.
Интересно заметить, что высота воды в коллекторах может превышать несколько сантиметров. они являются одновременно и солнечным коллекторам и баком для горячей воды. То есть они работают как хорошо известная черная бочка на летнем душе.
Но очевидно, что после исчезновения солнца вода в коллекторе охлаждается. Для этого случая может оказаться интересным коллектор с тремя слоями пленки, вода в котором охлаждается медленно.
На фото. Стоимость заводских тепловых коллекторов в тысячу раз дороже представленных самодельных.
Статистика по измерениям эффективности самодельных и заводских солнечных нагревателей
1 августа проводил эксперимент по измерению производительности 2 пленочного коллектора. На протяжении солнечного дня измерял температуру воды и заносил в таблицу.
насколько эффективен нагреватель воды с пленкой
В следующий таблице интерпретация полученных результатов, в столбце количество теплоты, которую реально производил коллектор.
Описано в примечании фото, как рассчитывалось по результатам измерений температуры. В другом столбце количество солнечной радиации, которая попала на солнечный коллектор. причем важно заметить, что она зависит от угла солнца над горизонтом, точнее от синуса этого угла.
Интересно, что в данный временной промежуток производство тепла коллектором было больше, чем количество солнечной радиации. но никакого парадокса нет, если обратить внимание на разницу температур. В это время температура воздуха была больше, чем воды в коллекторе, и поэтому она нагревалась не только из-за поглощения солнечной радиации, но и вследствие нагрева от более теплого воздуха. но в другие временные промежутки вода была уже теплее воздуха. причем, чем больше разница температур, тем больше тепловые утечки из воды в окружающий воздух. тем меньше полезного тепла производят коллектор. Можно прийти к выводу, что как только температура воды достигнет примерно 60 градусов, она прекратит нагреваться, поскольку упомянутые тепловые утечки сравняются с поступлением энергии Солнца в коллектор.
В правом крайнем столбце таблицы зафиксирована измеренная мощность нагрева коллектора на единицу площади, ее можно сравнить с столбцом с мощностью нагрева одного квадратного метра заводского коллектора в тех же условиях. Описано, как вычислял мощности. Один квадратный метр заводской модели имеет преимущество над такой же площадью самодельного только при работе на высоких температурах воды. а если нужно греть воду с температурой выше 60-70 градусов, то кустарный коллектор не сможет работать вообще. в то же время 1 квадратный метр самодельного теплообменника произведет тепла заметно больше, чем один квадратный метр фабричного, когда температура воды меньше температуры окружающего воздуха.
Результаты объясняются энергетическими характеристиками 2 пленочного коллектора.
А это оценка характеристик других типа примитивных нагревателей.
Приблизительные характеристики заводских плоских коллекторов, представленных в паспорте.
В интернете можно найти такие характеристики практически для любой марки. По таблице видно, что фирменный обменник тепла имеет преимущество по этому коэффициенту, благодаря чему он способен работать на высоких температурах. но с другой стороны самопальный коллектор работает намного лучше заводского в случае, если нужно подогреть воду с температурой ниже воздуха. Например, если нужно нагревать 10 градусную воду подземной скважины во время 30-градусной жары. дело в том, что коэффициент корректнее называть не тепловыми потерями, а коэффициентом теплообмена. Поскольку если вода в коллекторе холоднее воздуха, то в коллекторе нет тепловых потерь, а наоборот, из более теплого воздуха в него поступает дополнительное тепло. Данный коэффициент интерпретируется так, что если разница температур между водой и воздухом увеличивается на 1 градус, то обмен тепла через каждый квадратный метр коллектора увеличивается на 20 ватт.
Эта характеристика (оптический КПД) показывает кпд преобразования солнечной радиации в полезное тепло в условиях, когда температура теплоносителя в коллекторе равна температуре окружающего среды. В примечании описано, почему у простейших коллекторов этот показатель немного лучше, чем у заводских. Но это указан кпд нового чистого коллектора, а примитивные очень чувствительны к грязи. Текст ниже описывает, как много грязи накапливается в них течение эксплуатации.
Грязь и пузырьки в простых самодельных коллекторах
* В воду 1-пленочного коллектора извне приходит очень много разнообразной грязи. В 2-х и 3-пленочных устройствах эта проблема выражается в пылевом налете на верхней пленке, и после высыхания воды дождя или росы эта грязь группируется в непрозрачные пятна, которые могут очень заметно уменьшить КПД коллектора. Но с другой стороны, есть несколько несложных способов удалять эту грязь после дождя.
* Из воды тоже выпадает много грязи в виде мелких хлопьев на поверхности воды или крупных хлопьев на дне. Эти выпадения усиливаются из-за нагрева воды.
* Также накапливается «белый налет» (на верху 1-й и низу 2-й пленки), который заметно снижает КПД. Он прикрепляется к пленкам очень прочно, т.е. потоком воды не удаляется (и щеткой он оттирается с большим трудом и не полностью). Возможно, это выпадение солей из нагретой воды, возможно, это последствия разложения полиэтиленовых пленок.
* Часть грязи в коллекторе может быть объяснена продуктами разложения полиэтилена вследствие УФ-радиации и высокой температуры. Обычно полиэтилен разлагается на перекись водорода, альдегиды и кетоны. В основном, это газы или жидкости, хорошо растворимые в воде. т.е. в осадок они вроде бы не должны выпадать.
* КПД коллектора также снижается из-за большого количества газовых пузырьков (диаметром до нескольких миллиметров на верху 1-й и низу 2-й пленки), которые выделяются при нагреве воды (При нагреве уменьшается растворимость газов в воде). Интересно, что при расположении коллектора на земле на его 1-й пленке пузырьков практически нет (но они есть на низу 2-й)
* Под 2-й пленкой могут образовываться большие пузыри, а также воздух в складках. Эти участки быстро запотевают, и это уменьшает КПД.
* На краях коллектора 2-я пленка может не прилегать к воде: на таких участках низ запотевает и поэтому плохо пропускает солнечную радиацию.
* В 3-пленочных коллекторах могут быть запотевания низа 3-й пленки. Это случается при неправильной установке 2-й пленки (из-за чего пар из коллектора может проникать под 3-ю пленку) или из-за её повреждений. В таких случаях нужно устанавливать 3-ю пленку так, чтобы ветер слегка вентилировал пространство между нею и 3 слоем.
Загрязнение воды коллекторов из-за разложения полиэтиленовых пленок
Это разложение будет из-за одновременного воздействия кислорода воздуха, ультрафиолетовой солнечной радиации и температуры 50-60 град. Полиэтилен разлагается на альдегиды, кетоны, перекись водорода и др.
При нагреве в коллекторе каждого 1 куб. м воды его полиэтиленовые пленки будут выделять порядка 1 г продуктов разложения (На 1 кв. м коллектора приходится около 100 г 1-й и 2-й пленок, и за время своей службы они выделят, по очень приблизительным оценкам, около 10 г «продуктов разложения» и нагреют порядка 10 куб. м воды). Но непонятно, сколько из этих 1 мг/ литр перейдет в воду, а сколько улетит в атмосферу, выпадет в осадок на дне коллектора и бака горячей воды, перейдет в тот «белый налет» (о котором я говорил в предыдущем тексте), не выйдет за пределы массы полиэтилена
Кроме того, непонятно благоприятное влияние на очистку воды вследствие ее пребывания и нагрева в коллекторе (а там из нее выпадает очень много осадка), а также вследствие пребывания в баке горячей воды. Таким образом, по приблизительным оценкам, в воду поступит 0,1-0.5 мг / литр продуктов разложения полиэтилена, которые распределятся между десятками хим. веществ с концентрациями по 0.001-0,1 мг на литр нагреваемой воды. Поскольку это недалеко от ПДК вредных веществ, консультация с СЭС лишней не будет. Например, согласно стандарту ГН 2.1.5.689-98 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования»:
– Есть ограничения по 13 шт. альдегидов – ПДК от 0,003 мг / литр до 1 мг / литр, например, ПДК формальдегида – 0.05 мг / литр, а самые жесткие требования к бензальдегиду – 0.003 мг / литр
– ПДК перекиси водорода – 0,1 мг / литр
– По 3 шт. экзотических кетонов тоже есть ограничения с ПДК 0,1-1,0 мг / литр
Выводы:
1) Если вода «застоялась» коллекторах, то концентрация «продуктов разложения» в ней будет в разы или десятки раз больше. Возможно, такую воду лучше выбрасывать.
2) Желательно использовать более тонкие пленки (они будут давать меньше «продуктов разложения»).
3) Пленки желательно как можно стабилизированные. Например, тепличная предпочтительнее обычной (не подкрашенной) полиэтиленовой, она стабилизируется против воздействия УФ-радиации. Другой пример: полиэтилен высокой плотности медленнее разлагается из-за высокой температуры, чем низкой плотности.
4) Отношение площади коллекторов к потребности объекта (в горячей воде) желательно как можно меньше. Т.е., например, при суточной потребности 10 куб. м горячей воды, станция с 50 кв.м. коллекторов дает загрязнение (концентрация вредных веществ) воды в десятки раз меньше, чем станция с 500 кв.м. коллекторов, в том числе и из-за более низкой температуры нагрева воды коллекторами, что уменьшает скорость разложения полиэтилена.
5) Если 2-я пленка коллекторов будет черная (а не прозрачная), то загрязнение воды должно быть в разы меньше (поскольку УФ-излучение проникает только в верхний слой 2-й пленки).
6) Можно подумать над таким вариантом работы солнечной станции, когда коллекторы нагревают
техническую воду, которая затем передает свое тепло через теплообменник чистой воде ГВС.
Какую лучше применять пленку для сбора солнечного тепла – черную или прозрачную?
Оптический кпд заметно уменьшается из-за воздушных пузырьков и запотевания второго слоя пленки коллектора. это к тому, что кпд реально эксплуатируемого устройства по всему сроку эксплуатации окажется на несколько десятков процентов меньше. Поэтому не имеет смысла стремиться к дорогим пленкам с большой долговечностью, поскольку за несколько месяцев эксплуатации на них накопится столько грязи, что пленки захочется заменить. Из-за таких проблем с разнообразной грязью склоняемся к тому, что 2 пленка должна быть все таки непрозрачной, а черной.
У этого коллектора черная пленка и нет радикального уменьшения кпд из-за грязи. Но у него есть проблема – солнце нагревает только тонкий верхний слой воды. Тем не менее существует несколько вариантов решения проблемы, которые будут получены после исследований.
Важно иметь ввиду что ветер увеличивает коэффициент теплопотерь примитивных коллекторов, а в случае однопленочного это влияние ветра может быть радикальным, так как увеличиваются потери тепла из коллектора вследствие испарения воды и может дойти до того, что даже в идеально солнечный день, но при сильном ветре и низкой влажности 1-пленочный сможет нагреть воду только на несколько градусов выше температуры окружающего воздуха. Кроме этого коэффициент к1 нужно увеличить на несколько десятков процентов, если под коллектором нет теплоизоляции и он лежит непосредственно на земле, на поверхности крыши и тому подобное.
Во 2 серии этого фильма сравниваются примитивные и заводские коллекторы по темам работы зимой, простоте подключения, экономической целесообразности, областям применения на практике.
Вторая часть (о работе зимой)
3, 4 серии (техобслуживание)
– Эксперимент с заливкой воды в рукав полиэтиленовой пленки:
Итак, на повестке дня стоит вопрос: как собрать и изготовить солнечный коллектор своими руками. Раз вопрос стоит — надо его решить и желательно положительно. В данном руководстве описывается процесс создания солнечного коллектора своими руками, который способен обеспечить дачника полноценным горячим душем. Сердце коллектора — медный змеевик, в котором циркулирует вода. Нагреваясь, вода поступает в верхнюю часть бака, а холодная (остывшая) вода из нижней части бака возвращается в коллектор для дополнительного нагрева. Таким образом происходит естественная циркуляция без использования насоса. Для того, чтобы увеличить площадь нагревания коллектора, к змеевику прикрепляются специальные пластины, которые поглощают все тепло с поверхности коллектора и передают его теплообменнику. А герметизация и утепление короба не позволят ему растерять полученное тепло.
Этап первый: «Изготовление змеевика своими руками»
Для создания змеевика своими руками нам потребуется 16 метров мягкой медной трубы d10 мм. Она обычно продается в бухтах. Такую трубку удобно гнуть, поэтому используем именно ее. Схематично змеевик будет выглядеть вот так:
Для фиксации змеевик прикрепляется к основе из фанеры толщиной 5 мм размером 800 на 1800 мм. Поэтому первым делом выпиливаем соответствующий лист фанеры. Все секции змеевика должны устанавливаться под небольшим углом (около 5°). Если уложить трубу строго горизонтально, то система работать не будет. (без насоса) На фанеру мы должны прикрепить специальные шаблоны. С их помощью гораздо удобнее укладывать змеевик. Кроме того они будут поддерживать и фиксировать конструкцию. Шаблоны изготавливаем из той же фанеры толщиной 5 мм:
Нам нужно изготовить по 14 шаблонов №1 и №2. Шаблоны нужно прикрепить на основу согласно схемы:
Установку шаблонов начинаем с нижнего левого угла. Сначала с шагом в 100 мм устанавливаются шаблоны №2. (расстояние от края 50мм)
Затем между ними устанавливаются шаблоны № 1 под углом в 5 градусов относительно центра коллектора. Шаблоны прикрепляем гвоздями либо саморезами 7-9 мм. (не менее 2-х на каждый шаблон) Начинаем укладку медной трубы. Прикладываем трубу к фанере. Оставляем конец на 10 см выходящий за границы фанеры. Прижимаем трубку к шаблону и фиксируем скобой. Тянем трубку до следующего шаблона, расположенного на другом боку. Следим, чтобы трубка располагалась ровно под углом 5° без «задиров» и «провисов». Фиксируем в нескольких местах. Дойдя то поворота, укладываем трубку между шаблонами и фиксируем ее. Так постепенно поворот за поворотом. После того, как змеевик собран, проверьте прочность фиксации к основе, а самое главное угол наклона каждой секции. Помните, что на прямых участках не должно быть обвисания, иначе система работать не будет.
Этап второй. «Изготовление пластин своими руками»
Для изготовления пластин своими руками нам понадобится алюминиевый лист толщиной 0,4-0,5 мм Вырезаем его согласно чертежу:
Если у Вас имеются небольшие куски, то ничего страшного. Вместо одной пластины длиной 440 мм, можно изготовить две по 220 мм, или три по 146 мм. Пластина должна плотно прилегать к основе и «обнимать» трубку максимально плотно. После того, как вырезана форма, нужно придать области обозначенной пунктиром, форму трубки. Для этого изготавливаем деревянный шаблон вот по этой схеме:
После того, как форма создана, при помощи молотка вбиваем стальной брусок в углубление формы:
Необходимо изготовить 15 таких пластин. После того, как пластины изготовлены, надо прикрепить их на фанеру, поверх змеевика. Перед тем, как установить пластину на трубку, смазываем ее теплопроводной пастой для лучшего эффекта. Затем прижимаем к трубе и фиксируем мебельным степлером:
Для достижения еще большей производительности под трубкой можно уложить алюминиевый лист длиной 440 мм шириной 40-50 мм. Это нужно сделать до установки змеевика, на области между шаблонами:
После того, как все пластины уложены, красим их термостойкой черной матовой краской. Идеальным вариантом было бы пройтись перед покраской пескоструйным аппаратом, для того чтобы поверхность пластин стала шершавой и лучше принимала солнечный свет.
Этап третий: «Солнечный коллектор своими руками — сборка»
Чтобы собрать солнечный коллектор, нам понадобится рама. Изготавливается она по размерам основы для змеевика:
Для еѐ изготовления используем брус 20х70 мм. (два отрезка длиной 1840 мм и два длиной 800 мм). Скрепляем их. Теперь из влагостойкой фанеры вырезаем кусок 1840мм на 840 мм и прикрепляем его к раме. У нас получился короб. Далее устанавливаем дополнительную раму из бруса 20х20мм. Она нужна для того, чтобы закрепить на неѐ — основу с змеевиком. На схеме брус 20х70 обозначен оранжевым цветом, а 20х20 синим:
Теперь необходимо собрать воедино всё. Укладываем утеплитель на дно короба. Его размер 760 мм на 1760 мм. Толщина утеплителя должна равняться высоте бруса 20х20, т.е 20 мм. После утеплителя укладываем вспененный полиэтилен размером 800 на 1800 мм. А после него укладываем основу с змеевиком. В разрезе вся конструкция выглядит так:
При помощи саморезов 15 мм прикрепляем основу к коробу, а вернее к брусу 20х20. Теперь займемся утеплением боковых стенок. Для этого используем утеплитель толщиной 10 мм и высотой 40 мм. Его надо укрепить скобами по всему периметру. Следующий этап – остекление. Нам понадобится стекло 1840 на 840
мм. Перед его установкой проходим по периметру короба слоем силикона. Затем устанавливаем само стекло. Еще раз дополнительно проходим силиконом места соединения стекла и короба. Крепить стекло будем при помощи алюминиевого уголка любого из 4х размеров: 20х30 , 20х40, 30х30 или 30х40 Всего потребуется 5300 мм уголка.
Этап четвертый: «Солнечный коллектор своими руками — подключение »
Для максимального эффекта солнечный коллектор должен быть установлен под углом 90° к углу падения солнечных лучей. Угол наклона лучей солнца зависит от широты местности, где установлен коллектор. Кроме того, этот угол меняется в течении всего года. Наиболее оптимальный вариант изготовить специальную подставку, где можно регулировать угол наклона солнечного коллектора. Достаточно раз в месяц изменять этот угол для получения оптимального результата. Схему подобной опоры Вы можете видеть ниже:
Но очень часто возникает такая ситуация, что невозможно менять угол наклона каждый месяц. Это бывает если коллектор установлен на крыше. В этом случае необходимо определить оптимальный угол для всего сезона эксплуатации и при монтаже сразу установить коллектор на этот угол. При эксплуатации коллектора в летний период рекомендуется устанавливать его на 15-25° меньше широты местности. Например, Москва расположена на широте 55,75°. Это значит, что оптимальный угол наклона будет от 30° до 40°. Данный коллектор нужно подключить к ѐмкости объемом 30 литров. Емкость должна располагаться выше самой верхней точки коллектора. Но это расстояние не должно превышать 1 метра, но не менее 30-40 см Соединения между коллектором и бачком можно осуществить при помощи полипропиленовых труб d20 мм. Для этого к медной трубке надо припаять переходник, а уже к нему присоединить трубу. При этом старайтесь избегать отводов, а переходы осуществлять при помощи полуотводов (не более 2-х на прямой и обратный переход). Выход из верхней части коллектора должен соединяться с верхней частью бачка, а выход из нижней части бочка должен быть соединен с входом в нижней части коллектора.
Также к емкости нужно подвести холодную воду. Можно в бачке установить обычную сифонную систему унитаза, установив поплавок на 30 литров. Но при этом с каждой секундой приема душа, вода будет охлаждаться, поэтому самый простой и эффективный способ, это ручной краник. Таким образом, Вы расходуете все 30 литров горячей воды, а уже потом заполняете бак снова. Если хотите получить быстро небольшое количество горячей воды, то заполните бак не полностью. Обращаю Ваше внимание, что 30 литров это достаточное количество для ясной погоды в условиях Московской области. Если погода пасмурная, либо температура воздуха ниже 8 С, то не заполняйте бак полностью. Если облачность сильная и солнце не проглядывается залейте в бак только 20 литров воды. А если облачность сопровождается низкой температурой воздуха – то 15 литров. Эти правила работают в условиях Московской области и центральной части России. Для Ленинградской области максимальный объѐм бака — 25 литров, а для Кубани – 35 литров. Не забываем, что накопительный бачек также должен быть утеплен.
Всевозможные солнечные коллекторы разрабатываются с применением новейших технологий и современных материалов. Благодаря таким устройствам происходит преобразование солнечной энергии . Полученная энергия может нагревать воду, отапливать помещения, теплицы и оранжереи.
Аппараты можно укреплять на стенах, крышах частного дома, теплицы . Для больших помещений рекомендовано приобретать фабричные устройства. Сейчас гелиосистемы постоянно совершенствуются. Поэтому солнечные батареи сильно подают в цене, привлекая внимание потребителей. Стоимость фабричных устройств почти равноценна финансовым затратам, потраченным на их изготовление. Повышение цены происходит только из-за финансовой накрутки перекупщиков. Стоимость коллектора соизмерима с денежными затратами, которые потребуются на установку классической системы отопления.
Аппараты можно соорудить своими руками.
На сегодняшний момент изготовление таких устройств набирает все большую популярность. Стоит заметить, что эффективность самодельного аппарата по своему качеству сильно уступает фабричным устройствам . Но обогреть небольшое помещение, частный дом или хозяйственные постройки агрегат, выполненный своими руками, может легко и быстро.
Вводное видео об устройстве водонагревателя
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
Плоский коллектор
Нагревание теплоносителя в таком устройстве происходит благодаря пластинчатому абсорберу. Он представляет собой плоскую пластину теплоемкого металла. Верхняя поверхность пластины в темный оттенок специально разработанной краской. К нижней части устройства приварена змеевидная трубка.
С каждым годом все более актуальной становиться проблема обеспечения своего загородного дома или дачи горячей водой. Особенно часто над этой проблемой размышляют хозяева коттеджей, в которых они проживают постоянно. Ведь затраты на отопление и горячее водоснабжение занимают весомую долю в финансировании жизнеобеспечения жилища. И поиск возможностей сократить затраты на содержание дома – это нормальное и естественное желание любого человека. Разумеется, самый реальный вариант снизить затраты в части отопления дома, изучить и начать изготовление своими руками устройства из области альтернативной энергетики.
О том что селективное устройство возобновляемой энергетики, примененное для отопления дома, имеет множество неоспоримых преимуществ известно давно, и о нем знает практически каждый взрослый человек. Однако на практике не каждый из этих взрослых людей, имеющих желание стать более автономными в вопросах осуществления нагрева воды, решается выложить приличную сумму денег, чтобы приобрести селективное устройство для отопления дома фабричного изготовления. Конечно, из любой ситуации можно найти выход, а из этой тем более. Солнечный коллектор для отопления дома можно сделать своими руками. Вы без проблем самостоятельно соберете плоский, воздушный солнечный коллектор. Такие самодельные устройства для нагрева воды с помощью солнечной энергии можно сделать из пивных банок и пластиковых бутылок, соединяя их при помощи шланга, подводя вакуумные трубки. В результате вы получите абсорбер солнечной энергии для отопления дома путем нагрева воды, изготовление которого не потребует от вас практически никаких финансовых вложений (особенно при выборе варианта из жестяных банок).
Какие материалы потребуются вам, чтобы изготовить самодельный абсорбер
Обычному обывателю кажется, что самостоятельно изготовить абсорбер на солнечной энергии для отопления своего дома, проведя собственноручное изготовление каждой детали, составляющей устройство, невероятно сложная задача. Однако, для того чтобы сделать подобный абсорбер, который будет выступать как устройство для нагрева воды в системе отопления дома, не нужно приобретение или поиск каких-то экзотических материалов. Вам не придется объездить уйму магазинов в поисках нужного шланга, разыскивая вакуумные трубки. Не переживайте – это все домыслы лентяев и людей, боящихся взяться за дело. Главное, взвешенно подойти к решению проблемы, правильно все спланировать, нарисовать схему и подобрать необходимые материалы.
Самодельный плоский воздушный абсорбер с нанесенным селективным покрытием можно изготовить из обычных материалов и компонентов ПНД. Вакуумные трубы из поликарбоната и другие детали можно приобрести по небольшим ценам в любом хозяйственном магазине или супермаркете. Схема для сборки довольно простая, в целях обучения можно просмотреть видео во всемирной сети (таких видео там более чем достаточно). На самом деле в глобальной сети можно найти много специализированной литературы по данной проблеме. Если вы решили сделать задуманную работу на качественно высоком уровне, прочтение определенного количества литературы не станет лишним.
Основная трудность в процессе сборки состоит в том, как именно сделать змеевик (это трубка в извилистой форме, по которой циркулирует жидкость, осуществляя накопление энергии). Здесь есть несколько вариантов исходя из которых, будет составлена схема сборки. Самый простой вариант собрать абсорбер на основе готового змеевика (можно попробовать поискать что ни будь, подходящее для этих целей, важно, чтобы он был вакуумный). Как вариант, может подойти система циркуляции, расположенная на задней стенке холодильника. Второй вариант – это подобрать нужные вакуумные трубки, два-три шланга, пару пластиковых бутылок воды (из них собирается теплоноситель). Для большей уверенности еще раз просмотрите обучающее видео. Трубки для нагрева воды лучше использовать медные. Далее вам потребуется заняться пайкой непосредственно змеевика.
Второй очень значимый элемент, который входит в абсорбер – это верхняя сторона из прозрачного поликарбоната. В условиях промышленного производства покрытие из поликарбоната не используется, лицевое покрытие отливают из закаленного стеклянного сплава. Однако в нашем случае рассматривается самодельный воздушный коллектор, тепловая схема и требуемая эффективность которого допускает использование поликарбоната, так как собирать устройство мы будем из подручных недорогих материалов. Стоит отметить, что существуют схемы сборки где применяют материалы начиная от пивных банок, и заканчивая применением пластиковых бутылок.
Подготовка к сборке абсорбера
Итак, в сборке своего устройства вам лучше прибегнуть к использованию сотового прозрачного поликарбоната. Применение такого вида поликарбоната позволит добиться максимальной эффективности нагрева от создаваемого устройства. Сделать выбор в пользу этого поликарбоната стоит еще и потому, что он очень прочный. Это немаловажно, учитывая возможные погодные катаклизмы, такие как крупный град, ураганный воздушный поток, который срывает ветки с деревьев – эти случайности надо учитывать, так как они способны повредить слабое покрытие. Сотовая структура покрытия поможет вам сделать воздушный эффект парника, в результате создавая усиленный момент нагрева воды в трубках. Проще говоря, применив этот материал и в дополнение к нему селективное покрытие, вы значительно повысите эффективность изделия.
Для абсорбирующей панели вам будет нужен лист металла толщиной около 0,8 миллиметров (однако, лучше подойдет медный материал). В принципе сойдет и стальной лист. На внешнюю поверхность надо будет нанести так называемое селективное покрытие (выкрасить матовой черной краской, краска должна быть стойкой к высоким температурам). Если не соблюдать эти рекомендации (черное покрытие тоже имеется в виду), устройство не будет функционировать в правильном режиме.
В дополнение к перечисленным компонентам приобретите необходимую для теплоизоляции минеральную вату, она создаст своеобразный воздушный капкан, максимально снижая теплообмен с окружающим пространством, передавая все тепло в змеевик, а далее посредством шланга, в систему отопления дома.
Корпус устройства вы тоже сможете собрать самостоятельно, для этого вам надо использовать алюминиевые материалы или использовать менее долговечный, но легче поддающийся обработке деревянный материал. Работая с деревом, вы потратите значительно меньше времени на создание обогревателя, а с фанерой работать еще легче. Но все-таки лучше использовать раму из алюминия, ее долговечность, в сравнении с деревом, не идет ни в какое сравнение.
Определяемся с размерами коллектора
Теперь подведем итог, перечислим все необходимые для сборки эффективного самодельного коллектора материалы:
- Трубки из меди размерами 18 миллиметров – из них вы будете формировать змеевик (такие же трубки используют при сборке отопительных систем);
- черная матовая краска, стойкая к высоким температурам (при ее помощи вы нанесете селективное покрытие);
- минеральная вата (теплоизоляция);
- лист металла (медь, железо, сталь), толщина листа 0,8 миллиметров в толщину;
- угловые переходы 18 х 18 миллиметров;
- сантехнические переходы 18 мм х ¾ (нужны для того чтобы подключить к системе водоснабжения);
- сотовый поликарбонат (лицевое покрытие коллектора);
- лист алюминия и алюминиевые уголки для создания корпуса изделия, в случае отсутствия таковых – деревянные планки и лист фанеры для задней стены нагревателя;
- все необходимые для проведения паяльных работ инструменты.
Важно заранее определиться с габаритами вашего коллектора исходя из его размеров, заранее рассчитайте требуемое количество трубок, переходов и других материалов (проще говоря, общую производительность монтируемого устройства). Вычислите количество воды, которое потребуется для обеспечения теплового обмена во всей системе. Чтобы это сделать определитесь заранее, в каких целях будет использоваться коллектор – либо это только помывка посуды, либо для душа, либо для обеспечения покрытия всех хозяйственных нужд горячего водоснабжения в вашем доме. Для подогрева воды в целях помывки посуды или принятия душа будет достаточно собрать коллектор размерами 200 х 100 сантиметров, расстояние между трубками в змеевике должно составить от 8 до 10 сантиметров.
Процесс сборки самодельного солнечного коллектора
Начало сборки этого изделия солнечной энергетики стартует с изготовления змеевика. Если вам удалось подобрать готовый змеевик, окончательная сборка займет намного меньше времени. Подобранный змеевик стоит очень тщательно вымыть под струей воды (желательно горячей), чтобы изнутри вымыть все засоры и избавиться от остатков фреона. Если у вас не нашлось подходящих трубок, то нужное количество вы сможете приобрести в магазине. Но в этом случае придется изготовить сам змеевик. Для его изготовления нарежьте трубки на требуемую длину. Далее, используя угловые переходы, проведите их спайку в форме конструкции змеевика. Дальше, чтобы коллектор можно было подключить к системе водоснабжения, на края змеевика напаивайте сантехнические переходы размерами ¾. Существует несколько вариантов формы и конструкции змеевика, например, можно паять трубки в форме «лесенки» (если вы собрались реализовать такой вариант, тогда покупайте не угловые переходы, вам понадобятся тройники).
Потом на заранее подготовленный лист металла вы наносите селективное покрытие черной матовой краской, сделать это желательно не меньше чем в пару слоев. Дождитесь, пока воздушный поток высушит краску, и начинайте пайку змеевика (с неокрашенной стороны). Вся конструкция змеевика должна быть припаяна по всей длине трубок, сделав это, вы гарантируете максимально эффективный теплообмен и как следствие – максимальную передачу тепла в систему водоснабжения. Если сделаете все правильно, собранный вами солнечный коллектор заработает так, как и было задумано.
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).
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.
Солнечный коллектор - это устройство, предназначенное для поглощения солнечной энергии и преобразования её в тепловую с целью дальнейшей её передаче теплоносителю. Классическое устройство представляет собой чёрную металлическую пластину, помещённую в стеклянный или пластмассовый корпус, поверхность которой поглощает радиацию. Их существует несколько видов и предназначение может быть разное. Давайте рассмотрим подробнее принцип работы этого устройства, а также поэтапное изготовление этого объекта своими руками.
Какие существуют
В зависимости от температуры, которую могут достигать пластины, коллекторы бывают:
- низких температур - не дают энергии большой мощности, они нагревают воду не более 50 градусов по Цельсию;
- средних температур - прогревают воду уже до 80 градусов, поэтому их можно использовать для обогрева помещений;
- высоких температур - используются в основном на промышленных предприятиях, и в домашних условиях их сделать невозможно.
Интегрированные коллекторы делятся на:
- накопительные интегрированные;
- 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 нем нет насосов, поэтому он гораздо экономичнее остальных вариантов. Устройство-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. Это недорогой, лёгкий в обслуживании и простой в эксплуатации вариант. 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 его, стекло имеет низкое содержание железа, такие образом способствуя поглощению всех лучей. 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 коллекторы используются для , отопления помещений и иных бутовых нужд.
В жидкостных накопителях основным теплоносителем становится жидкость.Они 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 - концентраторы, они отличаются концентрацией солнечных лучей. Это происходит благодаря зеркальной поверхности, которая направляет свет на поглотители. Главный их недостаток - это невозможность работы в пасмурные дни, поэтому их используют в странах с жарким климатом.
Солнечные печи и дистилляторы. Дистилляторы работают на принципе испарения воды, тем самым не только дают теплоэнергию, но и очищают воду. Печи также используют как для обогрева, так и для стерилизации воды.
Фотогалерея: различные виды коллекторов
В конструкции накопительного коллектора может быть несколько баков Плоские коллекторы чаще используют для отопления помещений и подогрева воды в бассейнах В жидкостном коллекторе носитель тепла вода Воздушные коллекторы можно также применять для сушки фруктов
Схема работы
Коллектор состоит из двух главных частей: светоулавливателя и теплообменного аккумулятора, который преобразует энергию радиации в тепловую энергию и передаёт её теплоносителю. Накопители могут быть вакуумными, трубными и плоскими. В первых конструкция похожа на термос: одна труба вставлена в другую, а между ними имеется вакуум, создающий идеальную теплоизоляцию. Благодаря цилиндрической форме труб, солнечные лучи попадают на них перпендикулярно и передают максимум энергии.
Солнечный коллектор состоит из двух главных частей: светоулавливателя и теплообменного аккумулятора
Теплоносителем в таких конструкциях является обыкновенная вода. Она может не только отапливать помещение, но и служить для бытовых нужд. При этом нет выделений углекислого газа в атмосферу, что весьма актуально в наши дни. К тому же не требуется никаких затрат на топливо, а эффективность коллектора составляет 80%. На большей части России в период с марта по октябрь в среднем в сутки солнцем вырабатывается 4−5 кВтч/м 2 , что позволяет небольшим устройством размером 2м 2 нагревать ежедневно до 100 л воды.
Для всесезонного использования коллектор должен иметь обширную поверхность, два контура с антифризом и дополнительные теплообменники . Таким образом, благодаря грамотно использованной энергии можно получать бесплатное тепло 7 месяцев в году, независимо от того ясно на улице или нет.
Тепловая энергия для вашего дома: как сделать коллектор своими руками?
Для изготовления устройства в ход могут идти листы поликарбоната, медные или полипропиленовые трубы.
Самой универсальной конструкцией является разработка болгарского инженера Станислава Станилова. Основной принцип действия этого коллектора - это использование парникового эффекта. Накопитель представляет собой помещённый в теплоизолированную деревянную коробку трубчатый радиатор, сваренный их стальных труб. Для подведения и отведения воды используются водопроводные трубы диаметром 1 или ¾ дюйма.
Коробка теплоизолируется со всех сторон при помощи пенопласта, пенополистирола , минеральной или эковатой. Особенно тщательно изолируется дно, куда поверх изоляции кладётся лист оцинкованного кровельного железа, на который ставится сам радиатор. Он закрепляется в коробке стальными хомутами. Металлический лист и радиатор красятся чёрной матовой краской, а коробка со всех сторон, кроме стеклянной крышки, покрывается белой краской. Покровное стекло, через которое будет проходить к радиатору солнечный свет, хорошо герметизируется. Накопителем тепла может служить металлическая бочка, помещённая в дощатой или фанерной коробке, в полости которой заполняется эковатой, сухими опилками, керамзитом, песком.
Необходимые инструменты и материалы
Основной принцип действия такого коллектора - использование парникового эффекта
- стекло (например, 1700/750 мм);
- рама под стекло;
- оргалит для дна;
- доска сечением 120/25 мм;
- стальная полоса сечением 20/2,5 мм, длина 3 м;
- накладка-уголок;
- деревянный брусок сечением 50/30 мм;
- соединительная муфта;
- труба радиатора;
- приёмная труба радиатора;
- хомуты для крепления;
- оцинкованное железо в качестве отражателя;
- теплоизолятор;
- бак на 200−300 литров.
Изготовление: пошаговые действия
Конструкция солнечного коллектора проста
- Из досок сколачивается короб, днище которого усиливается брусом.
- На дно укладывается теплоизоляция (пенопласт, пенополистирол, минеральная вата), поверх которой кладётся лист железа или жести.
- Сверху ставится радиатор и закрепляется хомутами из стальной полосы.
- Все соединения герметизируются, стыки и щели замазываются.
- Трубы радиатора и металлический лист выкрашиваются в чёрный цвет.
- Короб и бак для воды выкрашивается в серебристый цвет. Бак для воды помещается в теплоизолированный короб или бочку (между баком и стенами короба насыпается теплоизоляционный материал).
- Для создания постоянного небольшого давления приобретается аквакамера с поплавковым клапаном, как в бочке унитаза. Её можно приобрести в магазине сантехники.
- На чердаке дома, под крышей размещается аквакамера и накопитель воды (бак). Аквакамера помещена выше бака как минимум на 0,8 м.
- Коллектор размещается на крыше южной стороны дома под углом 45 0 к горизонту.
- Далее идёт соединение всей системы между собой трубами: полудюймовыми трубами монтируется высоконапорная часть системы от аквакамеры до водопроводного ввода. Дюймовыми трубами монтируются низконапорные части. Минимальное количество труб - 12 штук, но, в зависимости от расстояний между частями коллектора, понадобится 18−15 труб, но не менее 12.
- Чтобы избежать воздушных пробок, система заполняется водой с нижней части радиатора. Как только вся система наполнится водой, из дренажной трубки аквакамеры польётся вода.
- Открываем вентиль в трубе для заполнения бака.
- Вода начинает нагреваться сразу же. Тёплая вода поднимается вверх, вытесняя холодную, и та автоматически поступает в радиатор.
- Как только часть воды будет использована, поплавковый клапан в аквакамере сработает, и холодная вода снова поступит в нижнюю часть системы. Смешивания воды при этом не происходит.
В ночное время желательно перекрывать доступ воды в бак, чтобы не возникли теплопотери.
Видео: устройство воздушного солнечного коллектора для отопления дома
Видео: используем солнечную энергию для подогрева бассейна
Видео: изготовление и установка коллектора для обогрева теплицы
Видео: простое устройство для сбора солнечной энергии из пивных банок
Используйте солнечную энергию для отопления дома, обогрева теплицы или бассейна. Солнечный коллектор поможет вам сэкономить немало средств и прослужит очень долго.
