Самодельный солнечный коллектор из радиатора. Как сделать плоский солнечный коллектор для отопления Солнечный коллектор нагреватель воды своими руками

Альтернативные источники энергии с каждым годом получают всё большее распространение. Это и не удивительно, ведь человечество стремится максимально эффективно использовать имеющиеся в наличии ресурсы и при этом не наносить вред окружающей среде.

Внимание ! Самым перспективным источником энергии считается солнце.

Именно поэтому всё больше людей задумывается о том, как сделать солнечный коллектор для отопления дома своими руками. Во многом это вызвано открытостью и доступностью данной технологии для широких масс.

Дело в том, что каких-то 20 лет назад о подобном нельзя было даже подумать. Но быстрое развитие технологий подтолкнуло промышленность к оптимизации существующего производства и созданию систем, которые по силам сделать каждому.

Главный плюс солнечной энергии заключается в её бесконечности. Мало того, специальные приспособления позволяют получать достаточно тепла даже в зимний период. Подобного эффекта можно достигнуть, если сделать самодельный солнечный коллектор для отопления дома на вакуумной основе. Но подобная конструкция довольно сложна и требует дорогостоящих материалов.

Виды систем

Перед тем как перейти к созданию самодельного солнечного коллектора, работающего за счёт солнечной энергии необходимо рассмотреть основные виды конструкций, который нашли широкое распространение в системах отопления домов:

Как видите, существует множество видов солнечных коллекторов, которые позволяют обеспечить стабильное отопление дома. Но далеко не все из них можно сделать своими руками. Конечно, в теории это возможно, но в таком случае необходимы специальные знания и дорогостоящие материалы.

Принцип работы

Перед тем как приступать к постройке самодельного солнечного коллектора для отопления дома не помешает разобраться за счёт чего он способен эффективно нагревать воду. Условно устройство можно поделить на три составных части:

• аккумулятор,
• световой улавливатель,
• теплоноситель.

Задача аккумулятора самодельного солнечного коллектора для отопления дома преобразовывать солнечную энергию. В вакуумных конструкциях действует принцип термоса.

Обычно в качестве теплоносителя используется вода. Но для большей эффективности лучше залить внутрь самодельного солнечного коллектора для отопления дома антифриз. Также если вы хотите использовать его и зимой, необходимы дополнительные теплообменники, два контура и большая площадь пластин.

Как сделать солнечный коллектор из старого холодильника

Подготовка

В первую очередь для создания данной системы отопления вам понадобится найти старый холодильник со змеевиком. Потом вам нужно его извлечь. Если же старого холодильника под рукой нет, то змеевик можно сделать своими руками из медных или стальных трубок.

Для создания полноценного самодельного коллектора вам также понадобятся такие материалы:

• коврик из резины,
• фольга,
• рейка,
• стекло.

Также понадобится ёмкость для воды. Лучше всего использовать бочку достаточной для вашей системы ёмкости. Также нельзя упускать из вида трубы для слива и подачи.

Внимание ! Подберите для конструкции надёжные и удобные вентили.

С помощью всех этих нехитрых материалов, которые можно добыть в гараже, вы сделаете надёжный самодельный солнечный коллектор для отопления дома. Он сможет обеспечить необходимую вам температуру внутри помещения.

Делаем коллектор

Чтобы сделать самодельное отопление необходимо чётко следовать инструкции. Это позволит получить ожидаемый результат с наименьшими трудозатратами. Алгоритм создания конструкции состоит из следующих действий:

1. Промойте змеевик. Внутри конструкции не должно остаться антифриза.
2. Вокруг самодельного змеевика соорудите каркас. Его основой могут выступить обычные рейки. Габариты конструкции напрямую зависят от параметров устройства.
3. Коврик должен соответствовать, сделанному вами каркасу. Очень важно, чтобы змеевик был установлен не впритык, а имел некоторое пространство для работы.
4. На резиновый коврик необходимо положить фольгу.
5. После того как фольга будет положена самодельный змеевик фиксируется посредством хомутов. Их можно добыть с того же холодильника.
6. Закрепить хомуты лучше всего посредством винтов.
7. В самодельной конструкции необходимо сделать несколько отверстий. Через них будут выходить трубки змеевика
8. Крайне важно укрепить дно. С этой задачей идеально справятся рейки. Лучше всего их зафиксировать с обратной стороны.
9. Установите сверху стекло. В качество исходного материала можно использовать старое окно. В крайнем случае его можно приобрести в строительном магазине.
10. Для фиксации стекла подойдёт обычный скотч. Для большей надёжности периметр можно укрепить парочкой шурупов.

Теперь самодельный солнечный коллектор сделан. Как результат вы получаете полноценное отопление дома, позволяющее вам самостоятельно регулировать температуру внутри. Главным его достоинством является высокая степень автономности.

Но чтобы собранная самодельная конструкция для отопления дома показала достаточную эффективность, её ещё необходимо правильно установить. Панель должна быть обращена к югу. Нормальным считается наклон в 15-20 градусов.

Внимание ! Идеальным считается угол наклона, составляющий 35 градусов.

Относительно места установки. Идеально для самодельной конструкции подходит крыша дома. Но возможны и альтернативы, к примеру, панели можно установить на участке. Но эффективность такого отопления будет намного ниже.

Если же вы решите установить самодельный коллектор во дворе дома, то необходимо позаботиться о наклонных опорах. В противном случае отопление будет неэффективным. Угол не менее чем в 15 градусов нужен для того, чтобы на стекле не скапливались осадки. Из-за них происходит преломление света, и устройство хуже работает.

Итоги

Создать самодельный солнечный коллектор не так-то уж и сложно. Несмотря на это он позволяет обеспечить отопление дома даже в зимний период при условии внесения некоторых технических модификаций в основное устройство.

Сегодня вакуумные солнечные коллекторы можно встретить преимущественно в отоплении и горячем водоснабжении. Такие приборы по принципу работы напоминают обычные панельные конструкции – у тех и других изолированный корпус, сверху накрытый стеклом.

Основным отличием можно считать способ преобразования солнечной энергии – этот процесс происходит в стеклянных трубах с созданным внутри вакуумом. Собственно, именно поэтому такую конструкцию называют вакуумной. В каждой трубке имеется тепловой канал, выполненный в виде медного патрубка, наполненного теплоносителем. Для соединения трубок используются отдельные стыковочные элементы.

Именно эти особенности конструкции и предопределяют основные преимущества вакуумных коллекторов. Да, такие системы очень сложные, за ними нужен особый уход, а ввиду высокой стоимости многим такие коллекторы попросту не по карману. Но высокая производительнос ть с лихвой окупает все эти недостатки – панельные коллекторы, как известно, способны работать лишь в летнее время, а вакуумные используются даже зимой.

Основное достоинство таких систем – практически полное отсутствие теплопотерь , ведь что может быть лучшим изолятором, чем вакуум?

К другим преимуществам можно отнести следующее:

• простоту ремонта – каждый поврежденный узел можно с легкостью заменить;
• эффективность работы даже при минус 30°С;
• надежность – гелиосистема продолжит свою работу даже после того, как одна из трубок выйдет из строя;
• способность генерировать температуру более 300°С;
• возможность работы даже в облачную погоду и полное поглощение солнечной энергии , в том числе невидимых спектров;
• незначительную парусность коллектора.

Конструкцию гелиосистемы можно устанавливать под углом, не превышающим 20°. Более того, ее поверхность следует периодически очищать от грязи и снега.

В конструкции коллекторов используются два типа стеклянных трубок:

• коаксиальные;
• перьевые.

Ознакомимся подробнее с каждым из них.

Трубка коаксиальная

Это своего рода термос, который состоит из двойной колбы. Наружная колба покрывается специальным веществом, поглощающим тепло. Между двумя трубками создается вакуум. Это позволило добиться того, что тепло при работе передается непосредственно от стеклянных колб.

Обратите внимание! В вакуумных коллекторах используется специальное стекло, изготовленное из боросиликатов. Такой материал пропускает большее количество солнечной энергии.

Внутри каждой трубки находится еще одна – медная (ее заполняют эфирной жидкостью). При повышении температуры эта жидкость испаряется, передает накопленное тепло и стекает обратно в виде конденсата. Далее цикл повторяется снова и снова.

Трубка перьевая

Такого рода трубки состоят из одностенной колбы. К слову, по толщине стенок они существенно превышают коаксиальные аналоги. Медная трубка усиливается специальной гофрированной пластиной, обработанной влагопоглощающим веществом. Выходит, что воздух в данном случае выкачивается из всего теплового канала.

Такие каналы, к слову, тоже бывают разными:

• прямоточными;
• «Хит пайп».

Каналы типа «Хит пайп»

Другое их название – тепловые трубы. Они работают следующим образом: эфирная жидкость в закрытых трубах при повышении температуры поднимается вверх по каналу, после чего конденсируется там в специально оборудованном теплосборнике. В последнем жидкость передает тепловую энергию и опускается вниз по трубке. Из теплосборника тепло передается дальше в систему при помощи циркулирующего теплоносителя.

Коаксиальная вакуумная трубка heat-pipe с 2-трубным manifold’ом

Характерно, что металлические трубки здесь могут быть не только медными, но и алюминиевыми .

Прямоточные каналы

В каждом из таких каналов в стеклянной трубке находятся сразу два металлических патрубка. По одному из них жидкость попадает в колбу, нагревается там и выходит по второму.

Сооружаем вакуумный солнечный коллектор своими руками

В принципе, вакуумную гелиостанцию можно сделать и своими руками, но это крайне сложная и ответственная работа, ведь вам нужно не только создать вакуум в каждой из трубок, но и грамотно впаять абсорбер. Для всего этого требуется и специализированн ое оборудование, и соответствующие знания. Более того, во время монтажа следует соблюдать целый ряд условий.

1. Выбор правильного места установки (обязательно с юга), устранение всего, что может создавать тень.
2. Обеспечение движения теплоносителя исключительно снизу вверх.
3. Предотвращение перегрева коллектора – это выведет из строя всю систему.

Словом, вакуумная гелиостанция – это крайне сложная система , которую лучше приобретать уже в готовом виде. Действительно, можно ли создать самодельную модель такого устройства, если заводов, выпускающих такого рода продукцию, в мире не более двух десятков? Именно по этой причине в нашем случае можно говорить лишь о самостоятельной сборке конструкции из заводских колб.

Но и тут есть проблема. Для правильной установки нужно иметь слесарские навыки, чтобы не нарушить герметичность труб. Поэтому намного проще купить готовое, пусть и дорогое изделие, чем собрать самому и каждый раз, включая его, опасаться поломок.

Как собрать воздушный коллектор

Если же вы решились провести сборку гелиосистемы своими руками, для начала позаботьтесь обо всех необходимых инструментах.

Что потребуется в работе

1. Отвертка.

2. Разводной, трубный и торцевой ключи.

Технология сборки

Для сборки желательно обзавестись хотя бы одним помощником. Сам процесс можно разбить на несколько этапов.

Первый этап . Сначала соберите раму, желательно сразу в том месте, где она будет установлена. Оптимальный вариант – крыша, туда можно по отдельности передать все детали конструкции. Сама процедура монтажа рамы зависит от конкретной модели и прописывается в инструкции.

Второй этап. Прочно закрепите раму на крыше. Если крыша шиферная, то используйте брус обрешетки и толстые шурупы, если бетонная – то обычные анкера.

Обычно рамы рассчитаны на монтаж на ровные поверхности (максимум – под 20-градусным наклоном). Герметизируйте места крепления рамы к поверхности крыши, иначе они будут протекать.

Третий этап. Пожалуй, самый сложный, ведь вам предстоит поднять на крышу тяжелый и габаритный накопительный бак. Если нет возможности использовать спецтехнику, укутайте бак в плотную ткань (во избежание возможных повреждений) и поднимите его на тросе. Затем прикрепите бак к раме с помощью шурупов.

Четвертый этап . Далее вам предстоит смонтировать вспомогательные узлы. Сюда можно отнести:

• ТЭН;
• температурный датчик;
• автоматизированн ый воздуховод.

Каждую из деталей установите на специальную смягчающую прокладку (такие тоже идут в комплекте).

Обратите внимание! Температурный датчик закрепляется с помощью торцевого ключа!

Пятый этап . Подведите водопровод. Для этого можете использовать трубы из любого материала, главное, чтобы он выдерживал температуру в 95°С тепла. Кроме того, трубы должны быть устойчивыми к низким температурам. С этой точки зрения больше всего подходит полипропилен.

Шестой этап . После подключения водопровода заполните накопительный бак водой и проверьте на герметичность. Посмотрите, не протекает ли трубопровод – оставьте на несколько часов наполненный бак, после чего внимательно все осмотрите и, в случае необходимости, устраните неисправность.

Седьмой этап . Убедившись, что герметичность всех соединений в норме, приступите к установке нагревательных элементов. Для этого оберните медную трубку листом алюминия и поместите в стеклянную вакуумную трубку. На нижнюю часть стеклянной колбы наденьте чашку-фиксатор и резиновый пыльник. Медный наконечник на другом конце трубки вставьте до упора в латунный конденсатор.

Обратите внимание! На стеклянных трубках вы заметите вязкое вещество. Не удаляйте его ни в коем случае – это термоконтактная смазка.

Осталось лишь защелкнуть чашку-фиксатор на кронштейне. Аналогичным образом установите остальные трубки.

Восьмой этап . Установите на конструкции монтажный блок и подведите к нему питание в 220 вольт. Затем подсоедините к этому блоку три вспомогательных узла (их вы установили на четвертом этапе работы). Несмотря на то, что монтажный блок влагозащищен, постарайтесь накрыть его козырьком или какой-либо другой защитой от атмосферных осадков. Затем подсоедините к блоку контроллер – он позволит мониторить и регулировать работу системы. Установите контроллер в любом удобном месте.

На этом монтаж вакуумного коллектора закончен. Внесите все необходимые параметры в контроллер и запустите систему.

И последний (но не по значимости) важный совет: не забывайте о регулярном обслуживании установки – это не только повысит эффективность ее работы, но и продлит срок эксплуатации .

Видео – Вакуумный солнечный коллектор

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.

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:

Использовать солнечную энергию для бытовых нужд мечтали всегда. Особенно актуально эта идея стала развиваться в последние пятьдесят лет, когда появились новые материалы, позволяющие конструировать довольно эффективные конструкции. Появились и инструменты, с помощью которых можно в домашних условиях производить изготовление сложных технологичных конструкций.

Идея нагревать воду с помощью солнца реализовывалась еще в древности. Обычные бочки, выставленные на солнце или в тени, в течение определенного времени поглощали тепловой поток из окружающей среды. Температура жидкости увеличивалась с ростом интенсивности солнечного излучения.

В семидесятых-восьмидесятых годах XIX века Йозеф Стефан и Людвиг Больцман открыли закон теплового излучения. Ими были выведены расчетные формулы, на основании которых определяется тепловой поток, получаемый от Солнца, на поверхности Земли. Для объектов, расположенных на Земле, используют следующую формулу:

где σ = 5,670367·10 -4 , Вт/(м 2 ·К 4) – постоянная Стефана-Больцмана;

F – площадь поверхности тепловосприятия, м 2 ;

С 2 – степень черноты поверхности тепловосприятия;

Т 1 – температура теплового излучателя, для поверхности Солнца принято считать, что она составляет Т 1 = 6000 К;

Т 2 – температура теплоприемника – это поверхность нагреваемая солнечным излучением, (T 2 = t 2 + 273), K;

где t 2 – температура теплоприемник (тела на Земле), °С;

ϕ – угол падения солнечных лучей, °.

Что такое коллектор и назначение солнечных коллекторов

Под солнечным коллектором понимают устройство, которое собирает энергию излучения, а затем перемещает накопленную теплоту потребителям. На практике используют еще один термин – гелиоколлектор.

По назначению солнечные установки (гелиоустановки) использования подразделяют:

• гелиоконцентраторы – устройства, собирающие солнечную энергию в узкий поток. Их используют для плавки металла. В институте НПО «Физика-Солнце» (г. Ташкент) были разработаны и изготовлены плавильные печи, в которых достигнуты температуры более 5000…5500 °С;
• солнечные батареи – устройства для преобразования излучения от Солнца в электрическую энергию;
• гелиоопреснительные установки – машины, предназначенные для получения пресной воды из воды с высоким содержанием минеральных солей;
• гелиосушильные установки – тепловые устройства, в которых осуществляется удаление влаги из овощей и фруктов с использованием энергии Солнца;
• гелионагреватели (воздушный солнечный коллектор) – установки для передачи теплового потока от инфракрасного излучения к теплоносителям.

Как работает солнечный коллектор

Солнечное излучение кроме видимого света имеет еще и невидимый инфракрасный спектр. Именно он и переносит тепловую энергию. На основании исследований установлено, что в зоне умеренного климата интенсивность теплового излучения в полдень достигает более 5 кВт/м 2 . На рис. 1 представлена зависимость суммарной инсоляции для 48 ° северной широты.

Рис. 1 Суммарная инсоляция солнечного излучения для разных периодов умеренной зоны Европы

Информация к размышлению! Тепловую радиацию разделяют на: прямую и рассеянную. Поэтому даже в пасмурный день ощущается поступление солнечного теплового потока. Из представленной иллюстрации видно, что количество поступающей теплоты в летний и зимний периоды имеет значительные различия. Поэтому при проектировании устройств учитывают возможную эффективность, сообразуясь с затратами.

Принципиальная схема гелиоколлектора представлена на рис. 2. Солнечная радиация поступает внутрь коллектора через светопрозрачное ограждение. На приемной панели, окрашенной в черный цвет, происходит поглощение теплоты. В результате происходит нагрев черного тела. Последующий процесс теплопередачи происходит конвекцией. Теплота передается от нагретой стенки к потоку жидкости (газа), перемещаемого по трубопроводам. Подвижная среда нагревается.

Внимание! Для предотвращения тепловых потерь ограждение коллектора теплоизолируется. Так как внутри полученная теплота используется на нагревание потока, то интенсивность отраженного излучения от панели, воспринимающей излучение, невысока.

Как своими руками изготовить солнечный коллектор?

Сейчас у людей, живущих в своих домах, часто возникает вопрос, как сэкономить на отоплении и горячей воде. В поисках этой экономии они обращаются к использованию энергии солнца. Поэтому сегодня так часто можно услышать вопрос о том, как сделать солнечный коллектор своими руками. Ведь это устройство позволяет частично освободить от функции подогрева воды центральный котёл в доме. Солнечный коллектор представляет собой аппарат, который поглощает солнечную энергию и преобразует её в тепловую. Эта тепловая энергия передаётся теплоносителю. Обычно коллектор в классическом исполнении – это металлическая пластина в деревянном или пластиковом корпусе с утеплителем, поглощающая солнечное излучение.

Прежде чем говорить о том, как сделать солнечный коллектор для отопления дома своими руками, нужно объяснить принцип его функционирования.

В любом солнечном коллекторе есть два рабочих узла – улавливатель солнечного излучения и теплообменный аккумулятор. Последний занимается преобразованием энергии излучения в тепловую. Эта энергия передаётся теплоносителю, роль которого в большинстве случаев выполняет вода.

По конструкции солнечные коллекторы делят на трубные, плоские и вакуумные. Самая большая эффективность у вакуумных, которые имеют конструкцию типа термоса. Трубы вставлены одна в другую. Пространство между ними заполняет вакуум, что обеспечивает отличную теплоизоляцию. В роли теплоносителя выступает вода. Эта вода может направляться как на отопление дома, так и использоваться для технических нужд. Напрямую в качестве горячей воды для мытья она не используется. Она идёт в бойлер, где нагревает воду, циркулирующую в другом контуре.

Солнечный коллектор не потребляет топлива и не даёт выбросов в окружающую среду углекислого газа. При этом эффективность подобных коллекторов доходит до 80 процентов. Если говорить о России, то на её большей территории выработка солнечной энергии с начала весны и до середины осени составляет около пяти киловатт на квадратный метр. Такое количество солнечной энергии даёт возможность подогревать около ста литров воды в коллекторе площадью 2 на 2 метра.

Если вы собираетесь подогревать воду в коллекторе круглый год, придётся использовать солнечный коллектор большей площади. И лучше всего, если он будет вакуумный. Тогда можно будет получать подогретую воду круглый год, снимая нагрузку с основного котла и уменьшая потребление энергоресурсов.

Устройство плоского коллектора

Когда люди организуют солнечное отопление частного дома своими руками, то их чаще всего интересуют именно плоские коллекторы для нагрева воды. В таких устройствах теплоприёмник (металлическая пластина с медным змеевиком) находится в корпусе. Последний может быть как металлическим, так и выполненным из дерева. Теплоприёмник некоторые выполняют не в виде металлической пластины, а из жестяного профиля. Вместо медного змеевика используются чёрные трубы или ПВХ. Конечно, такие системы менее эффективны, но в домашних условиях годятся.

Теплоприёмник окрашивается в чёрный цвет, а между ним и задней стенкой коллектора прокладывается теплоизоляция. Сверху корпус коллектора накрывается поликарбонатом или прочным стеклом.

Приёмник преобразует солнечную энергию в тепловую и передаёт воде (или антифризу). Стекло или поликарбонат нужны обязательно, поскольку выступают защитой для теплообменника от внешней атмосферы. В то же время стекло должно беспрепятственно пропускать солнечный свет, а значит, нуждается в периодической чистке от грязи и пыли. Кроме того, нужно надёжно герметизировать все швы между стеклом и корпусом. От этого зависит эффективность работы солнечного коллектора. Иначе через щели будет улетучиваться тепло. С целью сохранения тепла выполняется теплоизоляция задней стенки корпуса.

Так, что плоские коллекторы привлекают тех, кто делает отопление дома своими руками, своей несложной конструкцией и привлекательным соотношением цены и качества. Однако такой коллектор подойдёт для использования в регионах с высокой инсоляцией круглый год. Или в летний период в средней полосе России. Зимой эффективность такого устройства сильно падает из-за больших потерь тепла через элементы корпуса. Есть примеры, когда люди изготавливают солнечный воздушный коллектор своими руками для отопления дома, но такие устройства мы рассматривать не будем по причине их низкой эффективности.

Как сделать солнечный коллектор для отопления дома своими руками?

Какие материалы понадобятся, и сколько это стоит?

• Ёмкость объёмом 200─300 литров (разброс цен довольно большой, от 4 до 12 тысяч рублей);
• Стекло 2─3 квадратных метра (около 1 тысячи рублей) и рама под него (около 500 рублей);
• Доски для корпуса. Толщина должна быть не менее 25 мм, а ширину можно взять 100, 120, 140 мм (цена 1 доски 3 метра примерно 300─500 рублей);
• Крепёж для корпуса: соединительные уголки, гвозди, саморезы;
• На дно можно использовать ДСП или оргалит, чтобы снизить вес (200─300) рублей;
• Оцинкованное железо (300─400 рублей). Можно положить профиль, выкрашенный в чёрный цвет;
• Трубы для радиатора. Здесь цена будет зависеть от того, что вы будете использовать: железо, пластик, медь;
• Теплоизоляционный материал (упаковка 500─700 рублей).

Цена может отличаться в зависимости от того, какие размеры вы будете выдерживать. Ниже будет описан процесс изготовления коллектора в общем случае. Вполне возможно, что вы внесёте в него свои поправки. Если вы собираетесь изготавливать солнечный коллектор из поликарбоната своими руками, то в стоимость нужно включить его необходимое количество. Варианты с этим материалом часто можно встретить на дачных участках и в частных домах.

Изготовление солнечного коллектора

Сначала нужно изготовить короб. Помимо стенок желательно сделать распорки из досок и бруса, чтобы усилить. Дно делается ДСП или из оргалита. На него нужно уложить теплоизоляционный слой. Это может быть минеральная вата, пенополистирол и подобные материалы. Поверх укладывается жестяной лист. Далее устанавливается теплоприёмник и крепится к коробу. Перед установкой все детали окрашиваются в чёрный цвет матовой чёрной красной. Краску выбирайте теплостойкую. Нужно покрасить жестяной лист, радиатор, соединения и т. п.

Затем нужно обустроить бак для воды. Его нужно поставить в большую по объёму ёмкость и сделать изоляцию. Для этого между стенками засыпают какой-нибудь теплоизоляционный материал. К баку потребуется водяная камера с поплавком. Принцип действия такой же, как в унитазном бачке. Она размещается обычно на чердаке под крышей вместе с накопителем. Расположение водяной камеры должно быть выше на метр, чем накопительный бак. Сам солнечный коллектор ставится либо на крыше дома с южной стороны, либо на другом солнечном месте. Если он будет стоять на участке, то трубы, которые идут к нему, придётся помещать в теплоизоляцию.

После этого проводится соединение в единую систему с помощью труб и подключение к водоснабжению. Желательно, чтобы в коллекторе было умещено максимальное количество труб. Постараться разместить хотя бы 10─12. Заполнение системы делается с нижней части, а именно, с радиатора. Так не будет возникать воздушных пробок. После наполнения системы водой из водяной камеры пойдёт вода через дренажную трубку.

Нужно заполнить бак, вода начнёт циркулировать и нагреваться. Нагретая вода будет вытеснять холодную, поднимаясь вверх. В результате холодная вода снова будет поступать в теплоприёмник. Когда в водяной камере сработает поплавковый клапан, то холодная вода опять пойдёт в нижнюю часть. Так происходит циркуляция и нет смешивания воды с разной температурой. На ночь подачу воды в накопитель лучше перекрывать, чтобы избежать тепловых потерь.