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.
Короб для солнечного коллектора
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.
https://youtube.com/watch?v=oIQEh6UO104
Как работает коллектор – все просто
Любая из рассматриваемых в статье конструкций для преобразования солнечной энергии в тепловую имеет два основных компонента – теплообменное и светоулавливающее аккумуляторное устройство. Второе служит для улавливания солнечных лучей, первое – для их модификации в тепло.
Самый прогрессивный коллектор – вакуумный. В нем аккумуляторы-трубы вставляются друг в друга, а между ними формируется безвоздушное пространство. По сути, мы имеем дело с классическим термосом. Вакуумный коллектор за счет своей конструкции обеспечивает идеальную теплоизоляцию устройства. Трубы в нем, кстати, имеют цилиндрическую форму. Поэтому лучи Солнца попадают на них перпендикулярно, что гарантирует получение коллектором большого количества энергии.
Прогрессивные вакуумные устройства
Существуют и более простые устройства – трубные и плоские. Вакуумный коллектор превосходит их по всем показателям. Единственная его проблема – относительно высокая сложность изготовления. Собрать такой прибор дома можно, но потребуется приложить немало усилий.
Теплоносителем в солнечных коллекторах для отопления, о которых идет речь, выступает вода, которая стоит мало, в отличие от любых современных видов топлива, и не выделяет в окружающую среду углекислого газа. Устройство для улавливания и преобразования лучей Солнца, которое можно сделать самому, с геометрическими параметрами 2х2 квадратных метра, способно в течение 7–9 месяцев обеспечивать вас ежедневно примерно 100 литрами теплой воды. А конструкции больших размеров вполне можно эксплуатировать и для отопления дома.
Если вы хотите сделать коллектор для круглогодичного использования, нужно будет установить на него добавочные теплообменники, два контура с веществом-антифризом и увеличить его поверхность. Подобные устройства обеспечат вас теплом и в солнечную, и в пасмурную погоду.
Солнечный воздушный коллектор для отопления: особенности изделия
В воздушных солнечных коллекторах для отопления в качестве теплоносителя используется воздух. Устройство может быть выполнено в двух вариантах: в виде плоской гофрированной или перфорированной панели либо системы из металлических труб.
Принцип работы солнечного воздушного коллектора для отопления дома
Самым простым вариантом является плоский абсорбер, состоящий из панели и трубки с входным и выходным патрубком. Все элементы располагаются в коробе, задняя и боковые стенки которого покрыты теплоизоляцией. Панель изготавливается из меди или алюминия и окрашивается в черный цвет. Она накрывается прозрачной защитной поверхностью из стекла, пластика или поликарбоната.
Воздух, поступающий на панель, нагревается от контакта с металлом. Ребра на поверхности изделия способствуют увеличению теплоотдачи. Для максимальной эффективности конструкцию следует установить на южной стороне дома, выполнив качественную изоляцию. Система может быть организована с естественной или принудительной циркуляцией теплоносителя. Последний вариант предполагает монтаж вентилятора.
Статья по теме:
Система с естественной циркуляцией используется крайне редко, что связано с медленным движением воздушных масс, вследствие чего происходят значительные потери тепла. Воздушные солнечные коллекторы Solar Fox могут функционировать уже при температуре 25 °С, в то время как для водяной гелиосистемы оптимальным является значение 45 °С. Такие конструкции можно использовать только для воздушного обогрева дома. Коллекторы не способны нагреть воду. Устройства характеризуются низким КПД, отличаются весьма внушительными габаритами, однако имеют простую конструкцию, легки в монтаже и доступны по стоимости.
Солнечные воздушные коллекторы бывают плоскими или в виде системы из труб
Теплопроводность воздуха в значительной степени ниже данных показателей воды, что отражается на эффективной работе системы. Во избежание потерь тепла все стыковые соединения должны быть тщательно изолированы. Несмотря на существующие недостатки, воздушный солнечный коллектор хорошо справляется с задачей нагрева воздуха в помещении при разнице температур внутри и снаружи в 15-17 °С.
Что собой представляет солнечный коллектор и принцип его действия
Солнечный тепловой коллектор является техническим устройством, которое способно преобразовывать солнечную энергию в тепловую. Его применяют для получения горячей воды, которая в дальнейшем может быть использована для различных нужд. Главное отличие солнечных коллекторов от других вариантов аналогичной техники заключается в принципе изменения во время нагрева плотности воды. Холодные массы вытесняют наверх нагретый водяной поток, благодаря чему нет необходимости в использовании дополнительного насосного оборудования.
Схема принципа работы солнечного теплового коллектора
Принцип работы устройства состоит в следующем. Солнечная энергия абсорбируется в приемном устройстве, в качестве которого можно использовать медные или стеклянные поверхности темного или черного цвета. Такие материалы характеризуются хорошей способностью поглощения энергии.
Солнечные нагреватели воды удобно располагать на крыше, где много места и куда попадает максимальное количество солнечного света. Здесь такие устройства не занимают полезное пространство и никому не мешают. Далее тепло из накопителя переносится в бак с теплоносителем. Это может быть вода, антифриз или другая жидкость, которая используется в системе отопления.
В большинстве случаев применяется смесь, состоящая из 40% гликоля и 60% дистиллированной воды. Теплоноситель, который нагревается до определенной температуры, подается к радиаторам посредством системы трубопроводов.
Направление движения воды в системе может меняться благодаря смесителю. Остывшая и теплая вода постоянно сменяют друг друга. Такая естественная циркуляция происходит благодаря расширению теплой воды, которая поднимается, вытесняя холодную в нагревательный бак.
Солнечный коллектор – это устройство для преобразования солнечной энергии в тепловую
Эта система отопления должна быть оснащена теплоизоляционным слоем толщиной не менее 25-30 см, что обеспечит ее эффективную и стабильную работу. В качестве накопительной емкости для теплоносителя лучше использовать резервуар прямоугольной формы. Здесь может быть расположен дублирующий нагревательный элемент. Он будет автоматически включаться в работу, когда создаются погодные условия, которые не способствуют нагреву теплоносителя до необходимой температуры.
Утепляем накопительную емкость и собираем систему – все просто!
Функцию накопительного бака для теплоносителя, называемого профессионалами аванкамерой, может выполнять любой резервуар объемом 20–40 л. Покупать его необязательно. Если большую емкость в хозяйстве найти не удается, берем два-три резервуара поменьше и последовательно соединяем их между собой. Утепляем бак. Резервуар без теплоизоляции очень быстро утрачивает тепловую энергию, что приводит к снижению эффективности коллектора. Оснащаем аванкамеру поплавковым клапаном.
Теперь нам нужно собрать гелиосистему. Схема выполнения работ следующая:
Устанавливаем утепленный накопительный резервуар на эстакаде, вышке, чердаке дома (то есть, на максимально возможном возвышении)
Важно! После заполнения бака водой его масса увеличится. Учитываем это, выбирая место для установки резервуара
Монтируем его на прочное и надежное основание.
Ставим коллектор. Его желательно размещать на южной стороне крыши дома, выдерживая наклон в 35–45° по отношению к линии горизонта.
Соединяем бак с коллектором, используя подходящие по диаметру трубы. Мы должны получить полностью герметичную гидросистему. Это имеет огромное значение. Если конструкция будет негерметичной, самодельный коллектор не сможет работать с ожидаемым показателем полезного действия.
Гидравлическую систему формируем при помощи труб разных сечений. Обычно используются изделия диаметром в дюйм и полдюйма. Трубы меньшего сечения подходят для обустройства участков ввода теплоносителя в накопительный бак и вывода подогретой воды в отопительную систему дома. Эту часть конструкции называют напорной. Дюймовые изделия используем для соединения остальных участков.
Также следует хорошо заизолировать и накопительный резервуар, чтобы он не терял тепло. Эту операцию проще всего осуществить путем возведения вокруг бака коробки из досок либо фанерных листов. Свободное пространство между этой конструкцией и резервуаром наполняем сухими опилками, глиной, смешанной с соломой, шлаковатой.
Коллектор Станилова: «солнечное отопление» в доме
Установки для отопления дома или решения проблем горячего водоснабжения (полного или частичного), собираемые на основе чертежей изобретателя из Болгарии С. Станилова, относятся к универсальным конструкциям, работа которых основана на парниковом эффекте.
Поэтому солнечные лучи, попадая в замкнутое и герметично изолированное пространство, не имеют выхода, что и порождает термосифонный эффект, при котором нагретая жидкость в трубках начинает свое движение вверх, вытесняя при этом жидкость с более низкой температурой к месту нагрева.
Основным преимуществом работы такой установки является то, что накопленная ей энергия не теряется, а аккумулируется и сохраняется определенное время.
Представляет собой конструкцию трубчатого типа, заключенную в специальную деревянную раму. Как правило, одновременно применяется два коллектора в союзе с накопителем и аванкамерой.
Для изготовления радиатора-коллектора используются стальные трубки, которые обязательно соединяются сваркой. Поэтому применение медных или алюминиевых изделий, особенно при изготовлении конструкции своими руками, представляется проблематичным.
Для соединения коллектора с накопительной емкостью рекомендуется использовать также стальные трубы диаметром от 3/4 до 1 дюйма.
Элементы установки и особенности монтажа
Для изготовления солнечного водонагревателя своими руками также потребуются:
- деревянная рама;
- стекло для изготовления светопрозрачной крышки;
- оргалит или металлический лист для дна коллектора, который впоследствии обязательно потребуется теплоизолировать;
- усилитель для днища, в роли которого можно использовать брус с размерами не более 30?50 мм;
- металлические трубки, из которых будет свариваться радиатор коллектора из расчета, что для изготовления одного требуется в среднем 15 единиц при длине 1,60 м;
- теплоотражатель, для изготовления которого вполне пригоден оцинкованный лист;
- соединительные муфты и хомуты;
- теплоизоляционные материалы (пенопласт, минеральная вата и любые другие).
Потребуется и накопительный бак, для которого в зависимости от потребностей и мощности самого коллектора используются емкости от 150 до 400 л. В принципе, можно установить не один бак, а несколько, суммарным объемом соответствующих расчетному.
Обязательно емкости следует теплоизолировать, например, изготовив для них специальный утепленный короб, установить который можно не только на крыше здания, но и на чердаке.
Функции аванкамеры, составного элемента данной конструкции, сводятся к созданию избыточного давления, составляющего не менее 80-100 мм рт. ст. Она представляет собой емкость объемом 30-40 л, оснащенную поплавковым клапаном, обеспечивающим ее работу в автономном режиме.
При монтаже аванкамеры обязательно должно соблюдаться условие, при котором уровень жидкости в ней превышал бы уровень воды в накопителе на 0,8-1,1 м, кроме того, располагаться они должны в непосредственной близости друг от друга.
Короб, в котором будет располагаться коллектор, должен обязательно теплоизолироваться, а для уменьшения теплопотерь внешние его стороны рекомендуется окрашивать в белый цвет, стеклянная крышка обязательно должна быть герметичной.
Сами трубы и днище должны иметь селективный слой краски для увеличения светопоглощающей способности.
Как работает солнечный коллектор?
Установку коллектора предпочтительнее выполнять на южной стороне скатной крыши, на плоской кровле его следует монтировать под углом от 35° до 45°. Далее можно приступать к заполнению системы.
После этого аванкамеру нужно соединить с водопроводным вводом и открыть кран для снижения уровня воды. Как только сработает поплавковый клапан, расходный кран закрывают. Нагретая вода поступает в верхнюю часть накопителя, откуда она уже может отбираться, а ее место заполняет новая порция холодной.
Регулирует этот процесс поплавок, который и запускает процесс долива воды в систему, как только уровень в аванкамере снизится. Для того чтобы исключить возможность обратной отдачи тепла используется вентиль, который следует перекрывать ночью или в пасмурные дни.
Непосредственно к сантехническим приборам вода подключается с обязательным использованием смесителей, так как пиковые значения температур могут достигать 70 °C и даже выше.
Гелиосистема – основные части и особенности
Содержание частного дома требует немалых финансовых затрат. Львиная доля расходов при этом приходится на оплату потребленных энергоресурсов. Сэкономить последние позволяет солнечный коллектор (СК). Он представляет собой гелиосистему, с помощью которой можно получить бесплатную тепловую энергию и использовать ее для отопления жилища и нагрева воды. СК для частного дома имеет достаточно простую конструкцию. При желании его несложно собрать и запустить в работу своими руками.
Все бытовые солнечные водонагреватели функционируют по одному принципу. Они захватывают энергию солнца и передают ее теплоносителю:
- воздуху;
- воде;
- смеси воды и незамерзающего жидкого состава.
Воздушный коллектор имеет малую эксплуатационную эффективность и показатель полезного действия. Связано это с тем, что газ плохо проводит тепло. А вот водяные конструкции пользуются немалой популярностью. Такие гелиосистемы состоят из теплового аккумулятора, корпуса и специального контура, в котором происходит теплообмен. Под первым понимают емкость для теплоносителя. Контур коллектора состоит из трубок, которые выкладываются в форме змеевика. Иногда они последовательно соединяются с входной и выходной магистралями системы. Теплоноситель циркулирует по трубкам за счет естественных физявлений (перепады давления, испарение жидкости, изменение агрегатного состояния и плотности воды либо воздуха).
Солнечные водонагреватели эксплуатируются в нескольких диапазонах температуры. С этой точки зрения они бывают высоко-, средне- и низкотемпературными. Первые в быту не используются. Теплоноситель в них может нагреваться до отметки выше 80 °С. Обычно они устанавливаются в коммерческих зданиях и на промышленных объектах. Среднетемпературные устройства способны вырабатывать энергию, которой достаточно для нагрева теплоносителя до 50–80°. Такие системы для отопления дома и нагрева воды реально сделать самостоятельно. Проще всего изготовить низкотемпературный коллектор. Он применяется исключительно для нагрева воды до 30°. В качестве отопительной системы низкотемпературный СК не используется.
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
Гелиоустановки для систем горячего водоснабжения и отопления
Большое распространение и популярность приобрели именно солнечные коллекторы, которые применяются в качестве устройства для нагрева какой-либо жидкости (чаще всего, воды) с целью ее использования в системах горячего водоснабжения или отопления.
Другой вид оборудования для преобразования энергии солнца – батареи, которые принципиально отличаются от коллекторов тем, что сначала вырабатывают и аккумулируют электрическую энергию, а в дальнейшем ее можно использовать для хозяйственных нужд.
Но данный вид получения и переработки солнечной энергии требует приобретения дорогостоящего оборудования, главными конструктивными единицами которого являются фотоэлементы, что не всегда оправданно, особенно в регионах с небольшим количеством солнечных дней в году.
В отличие от них, солнечные коллекторы для нагрева воды или отопления дома имеют быструю окупаемость, особенно если изготовить их самостоятельно, так как в этом случае расходы составят лишь стоимость материалов, в число которых дорогие фотоэлементы не входят.
Использование солнечных коллекторов имеет очевидные преимущества:
- снижение затрат на отопление и подогрев воды для системы горячего водоснабжения;
- экологичность данного вида энергии.
Чаще всего использование коллекторов оправданно для использования в системах отопления небольших коттеджей или организации горячего водоснабжения в летний период в загородном доме или на даче. Оправдан солнечный коллектор для бассейна в качестве устройства для подогрева воды.
Объясняется это относительно невысоким КПД таких установок, который может значительно уменьшаться в пасмурные дни.
Поэтому для оптимизации расходов на отопление частного дома лучше всего использовать коллекторы совместно с традиционным оборудованием, которое изначально может быть рассчитано для этого, либо имеет возможности для переоборудования или согласования параллельного функционирования двух систем теплоснабжения.
Также стоит отметить, что, кроме регулярного обслуживания и очистки поверхности коллекторов от грязи и мусора, некоторые из них не предназначены для работы при низких температурах, поэтому перед началом зимы их нужно законсервировать, предварительно слив из системы теплоноситель.
Основные разновидности солнечных коллекторов
Солнечный коллектор представляет собой устройство, главной функцией которого является превращение поглощенной солнечной энергии в тепловую с целью ее дальнейшего использования для нагрева теплоносителя в системах отопления, в том числе и в «теплых полах» и ГВС дома.
КПД коллектора напрямую зависит от двух факторов: типа устройства и его площади, поэтому нередко для его монтажа выбирается крыша здания.
Солнечные коллекторы условно можно классифицировать, используя разные критерии. Прежде всего, они делятся по типу теплоносителя на:
- водяные (жидкостные);
- воздушные.
По уровню предельных температур коллекторы бывают:
- низкотемпературными – предел до 50°C, средний показатель 35-45 °C;
- среднетемпературными до 80°C;
- высокотемпературными – более 80°C.
Последние чаще всего являются промышленными образцами, сделать их своими руками не представляется возможным.
Конструктивно солнечные нагреватели воды могут быть:
- плоскими, которые могут быть как воздушными, так и жидкостными;
- вакуумными, использующими в качестве теплоносителя воду или иной вид жидкости;
- трубчатыми – бывают и жидкостными, и воздушными;
- термосифонными, или так называемыми накопительными интегрированными коллекторами, главным отличием которых является способность не только нагревания жидкости, но и поддержания ее температуры определенное время.
Последний вариант является самым простым как по устройству, так и по сложности изготовления и представляет собой несколько теплоизолированных емкостей с водой, а нагрев жидкости происходит через стеклянные крышки баков.
Данный тип коллекторов можно считать и самым простым в обслуживании, так как для того, чтобы он работал, необходимо лишь периодически очищать крышку емкости, но использовать его в холодное время года невозможно.
Плоские воздушные коллекторы тоже довольно просты и имеют вид специальной панели в виде герметичной коробки с теплоприемником с подключенными воздуховодами, по которым движется и нагревается воздух.
Для повышения эффективности их работы требуется увеличение их площади, например, за счет использования нескольких панелей в одной системе, а также использование вентилятора.
Итоги
В заключение хотелось бы отметить, что возможная конструкция коллектора неограничена использованием медного змеевика. Существует много разных способов, например, можно собрать вполне эффективный, работающий коллектор с использованием в качестве абсорбирующих элементов пивных банок, других бутылок из жести. Вариантов много. Для этого только стоит изучить вопрос, собрать необходимое количество пивных банок или жестяных бутылок. Далее, собрать их в единую конструкцию. Главное, что даже если вы решили собрать коллектор из пивных банок или бутылок, помните, что все солнечные коллекторы работают по одному и тому же принципу. Качественно проведите спайку стыков соединения патрубков и банок, создайте в конструкции должные условия вакуума и все у вас получиться. Смело беритесь за дело. В итоге вы получите не только совершенно бесплатный и автономный источник горячей воды. Вы также получите огромное психологическое удовлетворение от осознания того, что вы приложили руку к увеличению доли использования возобновляемой энергетики в современном мире глобализации. Создав прибор, работающий на солнечном излучении, вы станете более независимыми от центральных систем снабжения как электричеством, так и газом. Вы сами обеспечите себя горячей водой в хозяйственных нуждах. Удачи.
Солнечный коллектор
Подведем итоги
В условиях тотального подорожания коммунальных услуг можно использовать альтернативные способы обогрева помещений, подогрева воды для хозяйственных нужд. В других странах солнечные коллекторы применяются для отопления довольно давно.
Если вы не хотите платить большие деньги за промышленный водяной коллектор, его можно собрать самостоятельно, используя подручные материалы. Хотите, чтобы конструкция была более солидной и действительно могла удовлетворять потребности в горячей воде и отапливала ваш дом? Тогда придется посетить строительный магазин, подготовиться к сборке более основательно: приобрести вакуумные колбы, специальные трубки, листы стекла или поликарбоната, другие комплектующие.
Резка и зачистка медных труб для солнечного коллектора
Когда будете решать вопрос, какая система оптимальная, принимайте во внимание: солнечные коллекторы, как любое техническое решение, имеют плюсы и минусы, которые обязательно нужно учитывать
Плюсы и минусы гелиосистемы
Из положительных сторон выделяют:
- экологически чистый вид энергии, получаемый бесплатно;
- снижение расходов на оплату коммунальных услуг за централизованный подогрев воды до 40-50 %;
- небольшой срок окупаемости;
- возможность подогревать воду для хозяйственных нужд и отапливать небольшие помещения d зимний период;
- широкий выбор материалов, простота сборки конструкций.
К отрицательным моментам можно отнести:
- трудозатраты на создание светового коллектора;
- понижение коэффициента полезного действия в зимнее время, что делает практически невозможным использование таких систем в северных широтах;
- нужны профилактический уход и очистка;
- в холодное время необходимо использовать антифриз, что влечет дополнительные расходы.
Видео по теме:
