Отопление от солнечных коллекторов

Хорошие владельцы частных домов всегда находятся в поиске возможностей сэкономить на подогреве воды и на отоплении. Особенно актуально это становится в последнее время, когда цены на коммунальные услуги имеют стойкую тенденцию к росту чуть не каждый квартал. На помощь приходит сама природа с ее неистощимым источником энергии – солнечным излучением. Применяя на практике законы физики, народные умельцы находят интересные способы экономии, разрабатывая и собирая солнечные коллекторы, который под силу сделать, наверное, любому домовладельцу самостоятельно — стоит только приложить немного сил и умения.

Солнечный коллектор своими руками может быть изготовлен множественными способами и из самых различных материалов, порой даже из тех, которые попросту «валяются под ногами».  Их конструируют из обычных старых пивных банок, пластиковых бутылок, шлангов или труб, с применением стекла, панелей поликарбоната и других материалов.

Некоторые из способов изготовления коллекторов будут рассмотрены ниже, но сначала стоит изучить схемы подключения – они, как правило, является примерно общими для любых солнечных систем нагрева воды.

Схемы подключения солнечного водяного коллектора

Эффективная работа системы нагрева воды от солнечных лучей зависит не только от того, из чего изготовлен коллектор, но и насколько правильно он будет установлен и подключен. Вариантов схем подключения — достаточно много, но не стоит выискивать самые сложные, так как вполне можно воспользоваться базовыми, которые доступны и понятны.

«Летний» вариант горячего водоснабжения от солнечного коллектора

Эта несложная схема подключения солнечного коллектора применима как для подогрева воды для летнего душа, так и для домашних нужд. Если горячая вода нужна на улице в летней постройке, то бак для нее устанавливается тоже на воздухе. В том случае, когда горячее водоснабжение разводится по дому, и аккумулирующий бак устанавливается там же.

Эта схема обычно предусматривает естественную циркуляцию воды, и в таком случае батарея-коллектор устанавливается ниже на 800 ÷ 1000 мм уровня емкости, куда будет поступать горячая вода – это должно обеспечиться разностью в плотности холодной и нагретой жидкости.
я соединения коллектора с баком используются трубы диаметром не меньше, чем ¾ дюйма. Для сохранения воды в аккумулирующей емкости в горячем состоянии, которого она достигнет от нагрева дневным солнцем, стенки необходимо хорошенько утеплить, например, минеральной ватой толщиной в 100 мм и полиэтиленом (если над бойлером не будет устроена крыша). Но все же лучше предусмотреть для емкости стационарное укрытие, так как если утеплитель промокнет от дождя, то он существенно снизит свои термоизоляционные свойства.

Естественная циркуляция не слишком хороша для использования в системе с солнечным коллектором, так как создается слабая инертность движения воды в контуре. А если батарея и бак находятся достаточно далеко друг от друга, то вода, пройдя этот путь, будет постепенно остывать. Поэтому, для увеличения эффективности, часто устанавливается циркуляционный насос. Этот вариант пригоден для согрева воды только лишь в теплую половину года, а на зиму воду из системы придется обязательно слить, иначе, замерзая, она запросто разорвет трубы.

«Зимняя» схема подключения солнечного подогрева воды

Если планируется использовать солнечный коллектор круглогодично, то чтобы в сильные холода в трубах вода не замерзала, в контур вместо нее заливается специальный теплоноситель – антифриз, то есть незамерзающая жидкость. Схема принимает совсем иной вид — устанавливается бойлер косвенного нагрева. В этом случае нагретый в солнечном коллекторе антифриз будет проходить через змеевик-теплообменник бойлера, согревая воду находящуюся в баке.

В эту систему обязательно встраивается расширительный бак и «группа безопасности» — автоматический воздухоотводчик, манометр и предохранительный клапан, рассчитанный на нужное давление. Для постоянного движения теплоносителя обычно используется циркуляционный насос.

Вариант отопления от солнечного коллектора

При использовании солнечной тепловой энергии для отопления дома применяется также бойлер косвенного нагрева, подключенный к коллектору, а также для дополнительного подогрева теплоносителя – котел, работающий на твердом топливе или газе. В осенние или весенние дни, когда солнце способно нагреть теплоноситель до нужной температуры, котел можно попросту отключать.

Если зимы в регионе очень холодные, то не стоит ожидать от коллектора большой эффективности, так как в этот период мало солнечных дней, а само светило находится низко к горизонту. Поэтому дополнительный подогрев теплоносителя и горячей воды просто необходим. Единственно, чем поможет солнечная батарея сэкономить на топливе — это то, что в котел будет поступать не холодная, а уже несколько подогретая вода, а значит для доведения ее до нужной температуры потребуется меньше сжигать газа или дров.

Нужно знать и то, что чем больше по площади сделать солнечный тепловой коллектор, тем больше энергии он в состоянии будет вобрать. Поэтому, чтобы подобная система смогла выработать достаточно тепла для отопления дома, размер площади коллектора необходимо довести до 40÷45% от общей площади дома.

Вариант горячего водоснабжения и отопления от солнечного коллектора

Чтобы задействовать солнечный коллектор и для отопления, и для горячего водоснабжения, необходимо объединить в системе оба предыдущих варианта, и использовать для воды специальный бойлер с дополнительной емкостью, имеющей змеевик, через который циркулирует нагретый солнечной батареей теплоноситель. Благодаря тому, что внутренний бак намного меньше основного, вода в нем нагревается от змеевика гораздо быстрее и отдает тепло в общую емкость.

Кроме этого, бойлер должен быть подключен к дополнительному источнику нагрева — это может быть газовый или электрический котел или же теплогенератор на твердом топливе.

Нестабильность температуры, которую создает солнечная батарея, может способствовать перегреву теплоносителя или, наоборот, слишком быстрому его охлаждению в контурах отопления м водоснабжения. Чтобы этого не произошло, вся система должна управляться автоматикой. В разводку устанавливается контролер температуры, который может или перенаправлять потоки теплоносителя, или включать или выключать циркуляционные насосы, или производить иные управляющие операции.

В представленной выше схеме такой температурный контроллер обозначен, как регулятор.

Итак, со схемами подключения (обвязки) в общих чертах ясность есть. А вот теперь имеет смысл рассмотреть несколько вариантов самостоятельного изготовления солнечных коллекторов.

Солнечный коллектор из шланга или гибкой трубы

Те, кто имеет частный дом с огородом или дачу, конечно же знают, что вода, оставшаяся во временных легких магистралях после полива грядок, быстро нагревается. Это положительное качество шлангов или гибких труб и использовали народные умельцы, создавая из них солнечные теплообменники. Нужно отметить, что такой коллектор обойдется во много раз дешевле купленного в магазине, но чтобы процесс изготовления прошел успешно, нужно приложить некоторые усилия.

Такой коллектор может состоять из одной или нескольких секций, в которые укладываются и закрепляются плотно свернутые по спирали «улиткой» шланги.

Такую конструкцию можно назвать самой простой как по конструкции, так и по монтажу.
авным недостатком ее можно назвать то, что ее практически нельзя использовать без применения принудительной циркуляции, так как при слишком больших длинах контуров труб гидравлическое сопротивление превысит силу напора, создаваемую разницей температур. Однако, решить вопрос с установкой циркуляционного насоса – совсем несложно. И такая система, установленная в загородном доме, станет отличным подспорьем и быстро окупится, включая и расходы (совсем незначительные) на электропитание насоса.

Используются подобные коллекторы и для обогрева воды в бассейнах. Их подключают к системе фильтрации, которая обязательно оснащена насосом. Вода, циркулируя по трубам коллектора, успевает нагреваться перед поступлением в бассейн.

В некоторых случаях, создавая всю систему солнечной батареи, можно обойтись без установки накопительного бака. Это возможно тогда, когда горячая вода используется только в дневное время и в небольших количествах. Например, в контуре из 150 м трубы, имеющей внутренний диаметр в 16 мм, вмещается 30 литров воды. А если пять или шесть таких «улиток» из труб будет собрано в единую батарею, то в течение дня душ можно принимать по несколько раз каждому члену семьи, и горячей воды еще немало останется и на хозяйственные нужды.

Если у кого-то остались сомнения в эффективности такого подогрева воды, рекомендуем посмотреть видеоролик, в котором показано испытание коллектора из шлангов:

Видео: эффективность несложного солнечного коллектора

Материалы для изготовления

Чтобы сделать такой солнечный водяной коллектор, нужно подготовить некоторые материалы. Ничуть не исключено, что некоторые из них найдутся в сарае или гараже.

• Резиновый шланг или гибкая пластиковая труба черного цвета, имеющая диаметр 20 ÷25 мм – это по сути главный элемент системы, в котором при циркуляции воды будет происходить теплообмен. Количество шланга будет зависеть от величины солнечной батареи — это может быть и 100, и 1000 метров. Черный цвет шланга предпочтителен тем, что он больше, чем все остальные оттенки, поглощает тепло.

Сразу же нужно отметить, что металлопластиковые трубы не особо подходят для изготовления коллектора, даже если их покрыть черной краской. Дело в том, что пластичность их в данном случае недостаточна — они заламываются при изгибах небольшого радиуса и тем самым, даже если не нарушается целостность стенок, уменьшится интенсивность тока воды.

Шланги  продаются в бухтах по 50, 100 или 200 метров. Если планируется изготовить батарею большого объема, то придется приобретать несколько бухт. В том случае, если в каждой секция планируется использовать, к примеру 50 или 100 м шланга, то не стоит покупать целую 200-метровую бухту лучше приобрести готовый отмерянный шланг. Это поможет сэкономить время при монтаже.

Шланг может быть уложен не только по круглой спирали, но и овальной, а также в виде змеевика.

В качестве хорошей альтернативы можно попробовать и современные трубы из сшитого полиэтилена РЕХ. У них – неплохая пластичность, ну а как придать им черный цвет, если его нет в продаже – несложно придумать.

• Если скат крыши, на которой будет устанавливаться коллекторная батарея, крутой, то для спиралей из шланга изготавливаются специальные короба — из брусков, фанеры или металлического листа. Для этого потребуется бруски 40×40 или 40×50 мм, фанера толщиной в 6 мм, или же металлический лист в 1,5–2 мм.

Заготовки будущего модуля обрабатывается антисептиком (дерево) или антикоррозийными составами (металл). Затем из них собирается короб на одну или несколько спиралей.

Кстати, в качестве бортиков короба можно использовать старые оконные рамы, на которые просто монтируется донная часть.

• Для предварительной обработки металла и древесины необходимо приобрести антисептические, антикоррозийные и грунтовочные составы.
• Шланги (трубы) будут испытывать немалые нагрузки и от массы теплоносителя, и от перепадов температур и внутреннего давления. Стало быть, они будут пытаться нарушить укладку, деформироваться, просесть, поэтому нужно предусмотреть специальные крепления для их поддержания в изначально заданном положении.

Это может быть металлическая полоса, которую закрепляют между трубами на саморезы.

Другой вариант — это свободная связка плотным шнуром  или пластиковым хомутом-«галстуком» с крестовиной или поперечиной. Но все-таки такой метод скрепления больше подходит для пластиковой трубы, нежели для шланга, так как он может при расширении резины провиснуть на шнуре. Если же для коллектора выбран армированный резиновый шланг, то этот способ вполне подойдет для фиксации.

Еще одним вариантом крепления, подходящим для пластиковой трубы или армированного шланга, могут стать гвозди с широкими шляпками. Они могут забиваться или в дно короба (в этом случае оно должно иметь толщину не менее 10 мм), или же на своеобразную крестовину, изготовленную из бруска.

• Необходимо будет подготовить и соединительные элементы для шланга или труб. Разновидностей подобных фитингов — достаточно много, но нужно выбрать именно те, которые предназначены для выбранного для изготовления коллектора материала.

Кроме таких соединителей, потребуются резьбовые фитинги для перехода от пластиковой или резиновой трубы на общую металлическую. Такое соединение будет необходимо, если коллектор будет состоять из нескольких модулей.

Чтобы знать, сколько потребуется соединительных элементов, нужно заранее вычертить принципиальную схему создаваемой системы и просчитать их количество на ней.

• Для объединения всех модулей в единую батарею потребуются два коллектора — отрезка металлической трубы. Через один из них, закрепленный внизу батареи, в теплообменники будет поступать холодная вода, а во втором, закрепленным сверху, будет собираться согретая.

Верхняя труба будет соединяться с накопительным баком, то есть идти к потребителю. Она должна иметь диаметр 40 ÷ 50 мм.

Монтаж батареи

Заготовив все необходимое, можно приступать к работе.

• Для начала нужно обработать антисептическим средством все деревянные части будущей конструкции.
• Далее, если дно модулей будет изготовлено из металлического листа, его нужно покрыть антикоррозийным составом. Обычно для этого применяется мастика, предназначенная для покрытия днищ автомобилей.

• После просыхания составов на подготовленных элементах, из них собираются одиночные или общие модули.
• Затем в них укладываются шланги, для чего закрепляются держатели.

• Для свободного прохождения труб через бортики модулей для них просверливаются отверстия — в верхней его части и нижней. Соответственно, в нижнее отверстие выводится труба входа холодной воды, а в верхнее – выхода подогретой.
• Если монтируется несколько модулей по вертикали, или же один общий, в который укладывается несколько «улиток» трубы также, один над другим, то нижний конец каждой из спиралей соединяется с верхним выходом нижележащей – и по такому последовательному принципу коммутируется весь «столбец». Самый нижний конец соединяется с общим металлическим коллектором, через который будет поступать холодная вода. Таким же образом монтируются и все соседние вертикальные ряды – с общим подключение к подающему коллектору.

• Соответственно, верхние концы шлангов самого верхнего горизонтального ряда модулей соединяются с металлической трубой-коллектором, по которой осуществляется отвод горячей воды на потребление.
• Спиралевидный контур коллектора может монтироваться и на металлический лист, установленный не на крыше, а около дома, с южной его стороны, или около бассейна, если он требует подогрева. В этом случае металлическое основание будет способствовать более быстрому нагреву воды и сохранению тепла в трубах, так как имеет хорошую теплопроводность и теплоемкость.

• Еще одним вариантом теплового солнечного коллектора может быть укладка контура на плоскости крыши в специальных коробах длинными параллельными рядами по всей длине кровли.

Видео: простой солнечный коллектор с линейным расположением труб

Усиливаем эффект с помощью пластиковых бутылок

На рисунке показан солнечный коллектор из шлангов (труб), эффективность действия которого значительно увеличена за счет использования обычных пластиковых бутылок. В чем тут «фишка»? А их сразу несколько:

• Бутылки играют роль прозрачного кожуха, и не дают воздушным потокам отбирать тепло во время абсолютно ненужного взаимного теплообмена. Мало того, воздушные камеры сами становятся своеобразными аккумуляторами тепла. Налицо – парниковый эффект, который активно используется в агротехнике.
• Округлая поверхность бутылки играет роль линзы, усиливающей эффект солнечных лучей.
• Если нижнюю поверхность бутылки простелить отражающим фольгированным материалом, то можно добиться эффекта фокусировки лучей в зоне прохождения трубы. Нагрев от этого только выиграет.
• Еще один немаловажный фактор. Пластиковая прозрачная поверхность в какой-то мере снизит разрушающее негативное воздействие ультрафиолетовых лучей, который ни резина, ни пластик «не любят». Такой контур должен прослужить дольше.

Для изготовления такого солнечного коллектора понадобятся:

1 – Резиновый шлаг, металлические или пластиковые трубы черного цвета – в качестве теплообменника.

2 – Пластиковые бутылки, которые станут кожухом вокруг труб контура.

3 — В бутылки, в их половину, которая будет прилегать к основанию, может быть вложена фольга или тиной отражающий материал. Отражающая часть должна смотреть в сторону солнца.

4 – Подставку будет сосем несложно смонтировать из бруска или металлической трубы.

5 — Накопительный бак для нагретой воды, который должен быть связан с точкой забора — кран, душ и т.д.

6 — Емкость для холодной воды, которую можно связать с системой водоснабжения.

Монтаж солнечного коллектора

Сборка варианта, показанного на верхней схеме, производится следующим образом:

• Для начала из металлической трубы или бруска монтируется подставка. Если она изготавливается из дерева, то оно должно быть покрыто антисептическим составом, если же из металла, то его необходимо обработать антикоррозийным средством. Нужно просчитать длину так, чтобы между двумя стойками устанавливалось ровное число бутылок.
• На стойки, на расстоянии ширины бутылок, закрепляются горизонтальные планки, на которых можно будет сделать дополнительное закрепление для змеевика. Кроме этого, они предадут каркасу дополнительную жесткость.
• Далее, подготавливается нужное количество пластиковых бутылок — с них срезается донная часть таким образом, чтобы одна бутылка стороной горлышка плотно встала в получившееся отверстие.

• Берется шланг (труба) необходимой длины, которой будет достаточно для укладки контура-змеевика на уже готовом каркасе-подставке.

Отступив от края шланга 100 ÷ 150 мм, делают отметку места его закрепления. Затем через этот край на трубу надевается необходимое количество подготовленных бутылок, которого будет достаточно, чтобы полностью закрыть участок до противоположной стойки. Бутылки устанавливаются плотно одна к другой, таким образом, чтобы горлышко второй входило в отверстие, вырезанное в дне предыдущей.

• Когда участок трубы для укладки верхнего участка змеевика будет полностью закрыт коробом из бутылок, ее край закрепляется сверху на левой стойке каркаса. Для крепления можно использовать клипсы-держатели для пластиковых труб с защелкой, нужного размера.

Далее, с помощью такой же клипсы свободный от бутылок участок трубы закрепляется на противоположной, правой стойке.

• Если есть необходимость положение бутылок корректируется, так, чтобы фольгированная их половина оказалась снизу, у каркаса коллектора.
• Затем трубе придается плавный поворот, и она снова защелкивается на клипсу.
• Следующим этапом на трубу снова надеваются бутылки, и она закрепляется уже на левой стойке. Такую последователь соблюдают и дальше, пока вся рама не будет заполнена змеевиком коллектора.
• Теперь осталось только «запаковать» фитинги, через которые будет осуществлена врезка получившегося коллектора к подаче холодной воды и к накопительной емкости горячей.

Такой коллектор, как видно, абсолютно не сложен в изготовлении, но зато может стать хорошим «помощником» в частном доме, взяв на себя функции подогрева воды.

Кстати, солнечную энергию можно использовать не только для подогрева воды, но и для подачи в помещения нагретого воздуха. Например, как изготовить самостоятельно солнечный воздушный коллектор, можно узнать, если перейти по ссылке на специальную публикацию нашего портала.

stroyday.ru

Солнечный коллектор для отопления

У поверхности этого прибора низкая отражающая способность, за счет чего поглощается тепло. Для обогрева помещения этот механизм использует свет солнца и его инфракрасное излучение.

Чтобы нагреть воду и отопить жилище хватит мощности простого солнечного коллектора. Это зависит от конструкции агрегата. Человек может самостоятельно сделать монтаж оборудования. Для этого не нужно использовать дорогие инструменты и материалы.

Конструкция

Строение оборудования простое. Прибор представляет собой прямоугольную пластину, состоящую из нескольких слоев:

• покрышка из антибликового закаленного стекла с обрамлением;
• поглотитель;
• нижняя изоляция;
• боковая изоляция;
• трубопровод;
• стеклянная завеса;
• алюминиевый атмосферостойкий корпус;
• соединительные штуцеры.

Система включает в себя 1—2 коллектора, накопительную емкость и аванкамеру. Конструкция организована замкнуто, поэтому солнечные лучи попадают только в нее и превращаются в тепло.

Принцип работы

Основа функционирования установки — термосифонная. Теплоноситель внутри оборудования циркулирует самостоятельно, что поможет отказаться от использования насоса.

Нагретая вода стремится вверх, оттесняя тем самым холодную и переправляя ее к тепловому источнику.

Коллектор представляет собой трубчатый радиатор, который вмонтирован в древесный короб, одна плоскость которого сделана из стекла. Трубы при изготовлении агрегата используются стальные. Отведение и подведение выполняются трубами, применяемыми в устройстве водопровода.

Конструкция работает так:

1. Коллектор преобразует солнечную энергию в тепло.
2. Жидкость поступает в бак-накопитель через подающую магистраль.
3. Циркуляция теплоносителя происходит самостоятельно либо с помощью электронасоса. Жидкость в установке должна отвечать нескольким требованиям: не испарятся при высоких температурах, быть нетоксичной, морозоустойчивой. Обычно берут воду дистиллированную, смешанную с гликолем в пропорции 6:4.

Солнечный концентратор

Прибор для аккумулирования энергии лучей солнца, имеет функцию теплоносителя. Служит для фокусирования энергии на приемнике излучателя внутри изделия.

Существуют следующие виды:

• параболоцилиндрические концентраторы;
• концентраторы на плоских линзах (линзы Френеля);
• на сферических линзах;
• параболические концентраторы;
• солнечные башни.

Концентраторы отражают излучение с большой плоскости на маленькую, что помогает достичь высоких температур. Жидкость вбирает тепло и перемещает к объекту обогрева.

Виды коллекторов, работающих от энергии солнца

В настоящее время существует несколько разновидностей солнечных отопительных коллекторов.

Плоский, его монтаж своими руками

Этот прибор состоит из панели, в которую вмонтирована пластина абсорбера. Этот вид устройств самый распространенный. Себестоимость агрегатов демократичная и зависит от вида покрытия, фирмы производителя, мощности и площади обогрева. Цены на оборудование такого типа — от 12 тыс. рублей.

Фото 1. Пять солнечных коллекторов плоского типа, установленных на крыше частного дома. Приборы находятся под наклоном.

Сфера применения

Подобные коллекторы чаще устанавливаются в частных домах для отопления комнат и снабжения помещения горячей водой. Приборы справляются с тем, чтобы подогреть вод для летнего душа на даче. Эксплуатировать их уместно в теплую и солнечную погоду.

Конструкция плоского коллектора

Состав прибора:

• защитное стекло;
• медные трубки;
• теплоизоляция;
• поглощающая поверхность с высокой степенью абсорбции;
• алюминиевая рама.

Коллектор, у которого присутствует трубчатый змеевик, является классическим вариантом. Как альтернативу в самодельных конструкциях применяют: полипропиленовый материал, алюминиевые банки из-под напитков, резиновые садовые шланги.

Дно и грани системы обязательно нужно теплоизолировать. Если абсорбер соприкасается с корпусом, то возможны потери тепла. Внешняя часть устройства защищена закаленным стеклом с особыми свойствами. В качестве теплоносителя берётся антифриз.

Принцип действия

Жидкость нагревается и поступает в накопительную емкость, из которой в охлажденном виде перемещается в коллектор. Конструкция представлена в двух вариантах: одноконтурная и двухконтурная. В первом случае жидкость сразу идет в бак, во втором — проходит по тонкой трубке через воду в емкости, прогревая объем помещения. По мере движения она охлаждается и перемещается обратно в коллектор.

Фото 2. Схема и принцип работы солнечного коллектора плоского типа. Стрелками указаны части прибора.

Плюсы и минусы

Агрегаты подобного типа отличаются следующими достоинствами:

• высокой производительностью;
• низкой себестоимостью;
• длительной эксплуатацией;
• надежностью;
• возможностью самодельного монтажа и обслуживания.

Плоские коллекторы подходят для работы в южных областях с теплым климатом. Их минусом является высокая парусность из-за большой поверхности, поэтому сильный ветер может сорвать конструкцию. Производительность падает в холодную зимнюю погоду. Устанавливать агрегат в идеале следует на южной стороне участка или дома.

Вакуумный

Прибор состоит из отдельных трубок, объединенных вверху и составляющих единую панель. По сути, каждая из трубок является самостоятельным коллектором. Это эффективный современный вид, пригодный к использованию даже в холода. Вакуумные устройства более сложные по отношению к плоским, поэтому стоят дороже.

Фото 3. Солнечный коллектор вакуумного типа. Прибор состоит из множества трубок, закрепленных в одной конструкции.

Сфера применения

Применяются для горячего водоснабжения и обогрева больших посещений. Чаще используются на дачах и в частных домовладениях. Монтируются на фасадах зданий, скатных или плоских крышах, специальных опорных конструкциях. Функционируют в холодном климате и при коротком световом дне, не снижая при этом эффективности. Из-за высокой действенности применяются также на сельскохозяйственных угодьях, промышленных предприятиях. Этот тип распространен в государствах Европы.

Конструкция

В состав устройства входит:

• тепловой накопитель (бак с водой);
• контур для циркуляции теплообменника;
• сам коллектор;
• датчики;
• приемник.

Конструкция агрегата представляет собой ряд трубчатых профилей, установленных параллельно. Приёмник и вакуумные трубки сделаны из меди. Блок стеклянных трубок отделен от внешнего контура, благодаря чему деятельность коллектора не прекращается при выходе из строя 1—2 трубок. Изоляция из полиуретана применяется в качестве дополнительной защиты.

Принцип действия

Работа конструкции основана на нулевой теплопроводности вакуума. Промеж трубок образуется безвоздушное пространство, которое надежно сохраняет тепло, образуемое от лучей солнца.

Вакуумный коллектор работает так:

• энергия солнца принимается трубой внутри вакуумной колбы;
• нагретая жидкость испаряется и поднимается в область конденсации трубы;
• теплоноситель стекает вниз от зоны конденсации;
• цикл повторяется заново.

Благодаря такой работе намного выше уровень теплоотдачи, а теплопотери низкие. Энергию удается сохранить за счет вакуумной прослойки, которая эффективно улавливает тепло.

Фото 4. Схема устройства вакуумного солнечного коллектора. Составные части прибора указаны стрелками.

Плюсы и минусы

Преимущества устройств этого типа:

• долговечность;
• устойчивость в эксплуатации;
• доступный ремонт, возможно заменить только один элемент, вышедший из строя, а не всю конструкцию;
• низкая парусность, способность противостоять порывам ветра;
• максимальное поглощение солнечной энергии.

Оборудование дорогое, окупить которое получится только через несколько лет после использования. Цена комплектующих также высока, при их замене может потребоваться помощь профессионала. Система не способна самоочищаться ото льда, снега, инея.

Типы вакуумных коллекторов

Изделия бывают двух видов: с косвенной и прямой тепловой подачей. Функционирование конструкций с косвенной подачей осуществляется от давления в трубах.

В устройствах с прямой тепловой подачей емкость-теплоноситель и стеклянные вакуумные приспособления монтируются к каркасу под определенным углом, через соединительное кольцо из резины.

Оборудование подключается к линиям водопровода через клапан запора, а контролирует уровень воды в емкости фиксирующий клапан.

Воздушный

Вода намного более теплоемка, чем воздух. Однако ее использование сопряжено с рядом бытовых проблем при эксплуатации (коррозия труб, контроль давления, смена агрегатного состояния). Воздушные коллекторы не так прихотливы, имеют простую конструкцию. Приборы нельзя считать полноценной заменой остальным видам, но снизить коммунальные расходы они в состоянии.

Сфера применения

Оборудование такого типа используется в воздушном обогреве домов, осушительных системах и для рекуперации (обработки) воздуха. Применяется для просушки сельскохозяйственной продукции.

Конструкция

Состоит из:

• адсорбера, поглощающей тепло панели внутри корпуса;
• внешней изоляции из закаленного стекла;
• тепловой изоляции между стенкой корпуса и поглотителем;
• герметичного корпуса.

Фото 5. Воздушный солнечный коллектор для обогрева дома. Прибор закреплен вертикально на стене здания.

Прибор располагается близко к объекту обогрева из-за больших теплопотерь в воздушных магистралях.

Принцип действия

В отличие от водных коллекторов, воздушные не накапливают тепло, а сразу пускают его в утепление. Солнечный свет попадает на внешнюю часть устройства и нагревает ее, воздух начинает циркулировать в конструкции и отапливает помещение.

Спроектировать воздушный коллектор можно самостоятельно, используя в изготовлении подручные материалы: пивные банки из меди или алюминия, панели ДСП, алюминиевого и металлического листа.

Фото 6. Схема устройства воздушного солнечного коллектора. На чертеже обозначены основные части прибора.

Плюсы и минусы

Достоинства:

• дешевизна устройства;
• возможность самостоятельной установки и ремонта;
• простота конструкции.

Из недостатков: ограниченная сфера применения (только обогрев), низкая эффективность. Ночью оборудование будет работать на охлаждение воздуха, если его не закрыть.

Выбор комплекта солнечных коллекторов для отопительной системы

Выбор устройства зависит от целей, на которые будет направлена работа конструкция. Гелиосистема применяется для поддержки воздуха, обеспечения горячего водоснабжения, подогрева воды для бассейна.

Мощность

Чтобы рассчитать возможную мощность гелиосистемы, следует знать 2 параметра: солнечной инсоляции в определенном регионе в нужное время года и эффективную площадь поглощения коллектора. Эти цифры необходимо перемножить.

Можно ли использовать коллектор в зимний период

Вакуумные устройства справляются с работой в холодном климате. Плоские показывают низкую производительность в морозы и лучше подойдёт для южных областей.

Меньше других для функционирования в холоде подходит воздушная конструкция так, как ночью она не способна нагревать воздух.

Неудобства доставляют сильные осадки, ведь зимой оборудование часто засыпает снегом и требуется регулярная чистка. Морозный воздух отбирает накопленное тепло, а сам коллектор может быть поврежден градом.

Учёт сферы применения

В промышленности использование гелиосистем более распространено. Энергию солнца применяют в работе электростанций, парогенераторов, опреснителей воды. Для нагрева воды, обогрева дачи или бани в бытовых условиях чаще устанавливают вакуумные коллекторы, реже — плоские. Воздушные системы помогают снизить стоимость отопления, благодаря обогреву воздуха в дневное время.

Работа вакуумных коллекторов на треть более эффективнее, чем функционирование плоских. За год экономия составляет на 20—25% больше. К подбору и установке трубчатых коллекторов следует отнестись серьезно, поскольку по сравнению с другими они более подвержены разрушительному действию осадков.

Техническая информация

При покупке коллекторов обращают внимание на условия эксплуатации. Наиболее важными параметрами будут общая площадь отопления, активная площадь, показатели теплопотерь, угловой коэффициент, параметры КПД.

Знание этих данных позволит рассчитать производительность работы конкретного агрегата. Покупатель имеет право потребовать у продавцов соответствующие расчеты и имеющиеся сертификаты.

Отопление с помощью солнечных батарей

В странах, где две трети дней преимущественно ясные, устанавливают солнечные батареи. Эти устройства работают на основе фотоэффекта и переводят энергию солнца в тепло.

Принцип действия

Это оборудование делится на автономное и функционирующее от сети электропитания. Первые накапливают энергию в аккумулирующих устройствах, что позволяет продолжать обогрев в отсутствие света. Приборы второй категории через специальный инвертор подсоединяются к электросети. Это оборудование довольно надежное, но приостанавливает работу в случае отсутствия электроэнергии.

Плюсы и минусы

Использование солнечных батарей помогает обеспечить бесперебойную работу систем пожарного оповещения, охранного слежения и конструкции отопления.

Они экологичны, износоустойчивы и функционируют бесшумно.

К недостаткам относят низкую производительность, особенно в умеренном и прохладном климате. Первоначально оборудование требует больших вложений, окупается долго, необходимо большое количество вспомогательной техники и квалифицированное обслуживание.

Популярные производители

Лучшие мировые разработчики солнечных батарей:

• Sharp (Япония);
• First Solar (США);
• Suntech Power Ко (Китай);
• Trina Solar (КНР);
• Yingli Green Energy (Китай).

Полезное видео

Посмотрите видео, в котором рассказывается, как работают солнечные коллекторы в зимнее время.

Выгоды от использования

Фактором при определении функциональности коллекторов выступает регион проживания потребителя. Чем больше ясных дней в году в этой местности, тем выше будет полезное действие агрегата. В любом случае использование энергии солнца для отопления позволит в большей или меньшей степени снизить затраты на коммунальные услуги и быть независимым от отопительных служб.

ogon.guru

Общие сведения

Как было отмечено выше, сегодня гелиосистемы только набирают свою популярность. В первую очередь это обусловлено недоверием потребителей к такому оборудованию. В принципе, это понятно, но если более подробно разобраться в данной теме, станет ясно, что все это реально и довольно эффективно. Еще один ограничивающий фактор – высокая стоимость монтажа и оборудования. Действительно, солнечный коллектор для отопления стоит немало, но окупается он достаточно быстро. Вы наверняка подумали, что в местах, где яркий солнечный свет появляется редко, использовать такую технику бессмысленно. Но это не совсем так. Поглощающих способностей и мощности пластин обычно достаточно для того, чтобы греть дом даже в пасмурные и дождливые дни. Но, естественно, эффективность работы в солнечных местах значительно выше.

Устройство бытового коллектора

В качестве теплоносителя может выступать вода, воздух, антифриз или любая другая жидкость с высоким коэффициентом теплоотдачи. После нагревания носитель циркулирует по коллектору и передает накопленную энергию в специальный бак. Уже оттуда потребитель получает горячую воду. В самом простом варианте циркуляция воды осуществляется естественно, что достигается благодаря разности температур в накопительном баке и коллекторе. В более сложном варианте устанавливается насос, обеспечивающий принудительную циркуляцию по контуру. Конечно, нужно понимать, что с повышением температуры теплоносителя эффективность коллектора снижается, а если мощности недостаточно, то имеет смысл установки электрического нагревательного элемента, который будет доводить воздух до нужной температуры.

Свобода или нет?

Солнечные коллекторы для дома делают владельцев полностью независимыми. Во-первых, нет необходимости использовать электрический или газовый котел. Если последний вариант еще более приемлем, то цены на электроэнергию в нашей стране настолько велики, что обогреть большой дом проблемно и дорого. Гелиосистема хоть и зависима от электроэнергии, но потребляет ее минимальное количество. Обусловлено это тем, что солнечная энергия превращается в тепловую без непосредственного участия электроэнергии. Конечно, чтобы не остаться без отопления в случае отключения электричества, рекомендуется установить генератор и выпрямитель. Многие в настоящее время солнечные коллекторы для дома рассматривают в качестве альтернативного источника тепла, так как они полностью зависимы от климатических условий, что не является их сильной стороной.

Плоский солнечный коллектор и его особенности

Такие системы являются одними из самых популярных. Давайте вкратце рассмотрим их конструкцию и принцип работы. Мы имеем абсорбер – элемент, поглощающий солнечную энергию. На него нанесено специальное прозрачное покрытие, а также изолирующий слой. Абсорбер соединяется непосредственно с теплопроводящей системой. Цвет поверхности обычно черный, что позволяет несколько увеличить эффективность работы.

Трубки, которые необходимы для передачи теплоносителя, изготовлены из меди. В случае простоя коллектора вода может быть нагрета до 190 градусов по Цельсию. Естественно, чем выше интенсивность и количество солнечной энергии, тем выше эффективность такой гелиосистемы. Тем не менее нередко плоский солнечный коллектор оснащается оптическими приборами для более эффективного сбора энергии. Абсорбент должен иметь высокий показатель теплопроводности, поэтому часто устанавливают медные и алюминиевые экраны.

Воздушный солнечный коллектор

Такая гелиосистема используется для нагрева воздуха в помещении. По большому счету, это обычный плоский коллектор, который используется для отопления помещения. Через поглотитель проходит воздух. Процесс может проходить как принудительно, так и естественной конвекцией. Но поглотитель с установленной принудительной вентиляцией выглядит более выгодно на фоне обычного. Это обусловлено тем, что избыточная турбулентность потока увеличивает его теплопроводность, чего нам и необходимо добиться. Но чего-то сверхъестественного ожидать от таких систем не стоит. Они могут прогреть воздух на 17 градусов выше наружной температуры. К преимуществам такой гелиосистемы стоит отнести ее простоту и надежность. При должном уходе воздушный солнечный коллектор может прослужить более 20 лет. Но использовать такую систему в качестве основного отопления не рекомендуют.

О вакуумных гелиосистемах

Это одно из самых дорогостоящих решений. Конструкция такого изделия достаточно сложная, поэтому монтаж осуществляется только специалистами. Такая система позволяет добиться температуры теплоносителя до 300 градусов во время простоя. Конечно, получить такие высокие показатели специалистам было очень непросто. Во-первых, постарались уменьшить теплопотери за счет многослойного стеклянного покрытия и создания вакуума в системе.

В нашем случае солнечная труба несколько похожа на обычный бытовой термос. Только внешняя часть прозрачная, а на внутренней трубка имеет специальное покрытие, позволяющее улавливать солнечную энергию. Между трубками вакуум, благодаря которому и удается добиться минимальных потерь тепла. В конечном итоге можно говорить о высоком КПД таких систем по сравнению с плоскими и воздушными. При этом такой коллектор способен функционировать в условиях слабой освещенности.

Что говорят потребители?

Мы уже немного разобрались с тем, какой может быть солнечный коллектор. Отзывы покупателей практически всегда отличаются. Кто-то очень доволен инновационными системами, другие же, напротив, жалеют потраченных впустую денег. Но в целом картина выглядит неплохо. Примерно 75% покупателей отзываются хорошо о системе. Кстати, воздушные коллекторы покупаются редко, по крайней мере, на территории России, поэтому о них сказать ничего нельзя. А вот вакуумные гелиосистемы показали себя, как надежные поставщики тепла в дом. Но тут стоит отметить, что многое зависит от специалистов, устанавливающих такое сложное и дорогостоящее оборудование. Если что-то будет сделано неверно, то эффективность работы системы будет ниже. В Европе же ситуация несколько другая. Люди с удовольствием устанавливают гелиосистемы, так как цены на них там несколько ниже, а распространенность выше. Однако их очень редко используют в качестве основного источника тепла, так как нельзя утверждать, что лучшая альтернатива газу или углю – это солнечный коллектор. Отзывы, кстати, и говорят о том, что это очень дорого и не всегда целесообразно.

О применении в Европе и России

Как было отмечено немного выше, воздушный солнечный коллектор для отопления в ряде европейских стран активно используется в течение нескольких лет. Но гелиосистемы нашли свое применение и в промышленности. В частности, речь идет о текстильной и пищевой промышленности, где такое решение выглядит особо потенциальным. Так, уже к 2000 году суммарная площадь солнечных коллекторов составляла порядка 14 миллионов кубических метров, в то время как во всем мире эта цифра достигала 71 млн м³.

В России же ситуация выглядит не так хорошо. Дело в том, что такие системы позволяют нагревать примерно 100 литров воды в сутки с вероятностью 80%. Это обусловлено небольшой дневной суммой солнечного излучения. Лучшими регионами для установки коллекторов стали Забайкалье, Сибирь и Приморье, где ежедневное количество солнечной радиации выше, чем по центральной части России. В принципе, наблюдается некая тенденция незначительного увеличения спроса.

О солнечных башнях

Как ни странно, идея получения энергии от солнца и дальнейшее ее использование в промышленности впервые была предложена советским ученым еще в 1930 году. По сути, это большая башня, имеющая центральный приемник на самом верху. Система представляла собой определенное количество гелиостатов, которые управлялись одновременно по двум координатам. Однако это устройство использовалось в качестве отражателя солнечных лучей непосредственно на приемник, что значительно увеличивало эффективность такой системы. Только вот строить такие башни начали в США. Но всего было построено пара солнечных башен. Сегодня же крайне важно правильно выполнить расчет солнечного коллектора для отопления. Только после этого можно рассчитывать на высокую эффективность установки.

Заключение

Вот мы и поговорили с вами о том, что такое солнечный коллектор для отопления. Отзывы, как вы видите, отличаются в зависимости от правильности монтажа и места размещения. Одно можно сказать точно – это хорошее решение, но только в качестве альтернативного источника тепла. Дело в том, что полностью полагаться на солнечную энергию нельзя, по этой простой причине техника, зависящая от климатических условий, не пользуется особой популярностью. Гелиосистемы постепенно набирают популярность хотя бы потому, что это полностью безотходный и, что самое главное, экологический способ обогрева и получения горячего водоснабжения. Солнечный коллектор самодельный для отопления малоэффективен, поэтому лучше купить качественное изделие. Помните о том, что такие коллекторы требуют специализированного регулярного обслуживания и не терпят механических повреждений. Поэтому если собираетесь установить такую роскошь, будьте готовы к затратам.

fb.ru

Работает ли зимой солнечный коллектор?

Как свидетельствует статистика (данные приведены в Википедии), на 1 тыс. россиян приходится примерно 0,2 кв. м применяемых у нас солнечных коллекторов, тогда как в Германии этот показатель составляет 140 кв. м, а в Австрии – целых 450 кв. м. на 1 тыс. жителей.

Столь значительную разницу нельзя объяснить одними только климатическими условиями.

Ведь на большей части России за день поверхности земли достигает такое же количество солнечной энергии, как и на юге Германии – в теплое время эта величина составляет от 4 до 5 кВт*ч/кв. м.

Чем же вызвано наше отставание? Отчасти оно обусловлено сравнительно низкими доходами россиян (гелиоустановки являются пока довольно дорогим удовольствием), отчасти – наличием собственных крупных газовых месторождений и, как следствие, доступностью голубого топлива.

Но немалую роль сыграло и предвзятое отношение со стороны многих потенциальных пользователей, считающих установку солнечного коллектора нецелесообразной. Дескать, летом и так тепло, а зимой от подобной системы мало проку.

Вот какие аргументы выдвигают скептики касательно эксплуатации гелиоустановок зимой:

1. Установку постоянно засыпает снегом, так что солнечное излучение достигает ее не так уж часто. Если, конечно, владелец не дежурит постоянно на крыше с веником или щеткой.
2. Холодный морозный воздух отбирает почти все тепло, накапливаемое коллектором.

Часто упоминают и всесезонный поражающий фактор – град, который может разнести гелиоустановку вдребезги.

Чтобы понять, насколько справедливы эти доводы, рассмотрим устройство различных видов солнечных коллекторов.

Устройство и область применения в быту

На сегодняшний день применяются такие типы гелиоустановок: плоскопластинчатые и вакуумные

Плоскопластинчатые

Это самые простые и дешевые устройства. Они состоят из улавливающей солнечное излучение пластины (абсорбера), прозрачного покрытия и закрывающей нижнюю поверхность теплоизоляции. На обращенную к солнцу поверхность пластины наносят черную краску или особое покрытие, например, из оксида титана или черного никеля. Оно называется селективным. Наиболее эффективными являются абсорберы, изготовленные из меди.

Светопропускающее покрытие выполняют из специального профильного поликарбонатного листа (с рифлением) или закаленного стекла, почти полностью очищенного от металлических примесей.

Все зазоры между корпусом коллектора и прозрачной крышкой герметизируются, что способствует уменьшению теплопотерь вследствие конвекции.

В воздушных коллекторах используемый в качестве теплоносителя воздух омывает непосредственно абсорбер – с одной или с двух сторон. В устройствах, ориентированных на применение жидкостного теплоносителя (вода, масло или антифриз), к абсорберу могут быть прикреплены медные или алюминиевые трубки, в которые этот теплоноситель подается.

Если не отбирать накапливаемое плоско-пластинчатым коллектором тепло, он сможет нагреть воду до температуры в 190 – 210 градусов.

Вакуумные

Роль абсорбера в таком коллекторе играет поверхность трубки, по которой протекает теплоноситель. При этом сама она заключена в круглый прозрачный кожух, из которого выкачан воздух. Таким образом, каждая трубка с теплоносителем окружена, подобно колбе термоса, вакуумом.

Вакуумный коллектор стоит дороже, но зато является более эффективным: с его помощью воду можно нагреть уже до 250 – 300 градусов.

Значительно повысить производительность вакуумного коллектора можно при помощи параболоцилиндрических отражателей. Это продолговатые элементы с вогнутой зеркальной поверхностью, которая в поперечном сечении образует параболу. Такие отражатели устанавливаются в коллекторе за трубками, фокусируя на них весь неусвоенный солнечный свет.

Оснащенная такими элементами установка может нагревать теплоноситель (применяется масло) до температуры в 300 – 390 градусов. Чтобы еще больше увеличить производительность коллектора, его оснащают системой слежения за солнцем.

Прочие элементы системы

Помимо собственно коллектора в гелиоустановке имеется накопительный бак с водой, которой при помощи встроенного теплообменника передается накопленная теплоносителем энергия.

Существуют системы как с естественной циркуляцией теплоносителя (накопительный бак устанавливается выше коллектора), так и с принудительной – при помощи насоса (бак можно устанавливать на любом уровне).

Применение

В быту гелиоустановки применяются для приготовления горячей воды, в том числе для бань, подогрева бассейна либо в качестве дополнительного источника тепла для системы отопления. В промышленности сфера применения таких систем является более широкой: на их основе сооружают опреснители воды, парогенераторы (пар приводит в движение различные машины) и даже электростанции.

Эффективность зимой

Эффективно ли отопление дома солнечными коллекторами зимой?

Ну что же, теперь посмотрим, как различные виды солнечных коллекторов работают в условиях зимы. Напомним, что противники внедрения таких установок выдвигают следующие аргументы:

1. Засыпка панели снегом: данная проблема актуальна только для плоско-пластинчатых коллекторов. На трубках вакуумных установок, как показала практика, снег задерживается только в тех редких случаях, когда в силу особых погодных условий на их поверхности образуется изморозь. Если же во время снегопада дует хотя бы слабый ветер (от 3 м/с), панель точно останется чистой.
2. Из-за того, что коллектор окружен холодным воздухом, все тепло с коллектора улетучивается: этот аргумент опять же справедлив только в отношении плоско-пластинчатых коллекторов. Действительно, зимой производительность такой установки в сравнении с летней уменьшается пятикратно. В более совершенных вакуумных моделях прослойка вакуума позволяет сберечь до 95% усвоенного тепла. Самые современные модели даже в сильный мороз способны довести воду до кипения.
3. Коллектор легко может быть поврежден градом: в заводских условиях коллекторы изготавливаются из высокопрочных материалов. В Сети можно найти видеоролики, снятые во время испытаний панелей на ударную прочность. Коллекторы обстреливают стальными шариками и нетрудно заметить, что удар они держат очень хорошо.

Плюсы и минусы гелиосистемы

Говоря о солнечных коллекторах в целом, можно выделить следующие их достоинства:

1. Им присущ более высокий КПД по сравнению с фотоэлектрическими элементами и ветрогенераторами.
2. Усваиваемая с их помощью энергия является абсолютно бесплатной.
3. Работа солнечного коллектора полностью безвредна для экологии: используемый ресурс – солнечное тепло — является неисчерпаемым и усваивается напрямую, без сжигания чего-либо и загрязнения окружающей среды.

Теперь укажем слабые места гелиоустановок:

1. Коллекторы заводского изготовления стоят пока сравнительно дорого – от 500 до 1000 дол. Таким образом, стоимость системы из 2-х коллекторов с монтажом может достигать 2,5 тыс. дол.
2. Из-за переменчивости погодных условий производительность коллектора не является стабильной.

Отзывы

По свидетельствам владельцев гелиосистем, подобная установка окупается примерно за 7 – 10 лет. У одного из пользователей, проживающего в Московской области, 3 вакуумных солнечных коллектора (в каждом по 15 трубок) обеспечивают подогрев воды для бани.

Система оснащена баком накопителем объемом 300 л, в котором вода летом даже при переменной облачности закипает за 2 – 3 часа (без отбора тепла). Во время простоя бани производимое коллекторами тепло направляется на подогрев бассейна.

Те, кто пока не готов тратить значительную сумму на покупку фирменного коллектора, изготавливают такие устройства своими руками. Одному из пользователей, проживающему в Подмосковье, удается летом снимать с 1 кв. м самодельного коллектора до 500 Вт энергии. Зимой этот показатель падает до 100 Вт.

microklimat.pro

Принцип работы и конструкционные особенности

Современные гелиосистемы применяются в качестве вспомогательного отопительного оборудования, перерабатывающего солнечное излучение в полезную владельцам дома энергию. Они способны полностью обеспечить горячее водоснабжение и отопление в холодное время года только в южных регионах. И то, если занимают достаточно большую площадь и установлены на открытых, не затененных деревьями площадках.

Несмотря на большое количество разновидностей, принцип работы у них одинаковый. Любая гелиосистема представляет собой контур с последовательным расположением приборов, и поставляющих тепловую энергию, и передающих ее потребителю. Основными рабочими органами являются солнечные батареи на фотоэлементах или солнечные коллекторы, об изготовлении которых речь пойдет в этой статье.

Коллекторы представляют собой систему трубок, соединенных последовательно с выходной и входной магистралью или выложенных в виде змеевика. По трубкам циркулирует техническая вода, воздушный поток или смесь воды с какой-либо незамерзающей жидкостью. Циркуляцию стимулируют физические явления: испарение, изменение давления и плотности от перехода из одного агрегатного состояния в другое и др.

Сбор и аккумуляция солнечной энергии производится абсорберами. Это либо сплошная металлическая пластина с зачерненной наружной поверхностью, либо система отдельных пластин, присоединенных к трубкам.

Для изготовления верхней части корпуса, крышки, используются материалы с высокой способностью к пропусканию светового потока. Это может быть оргстекло, подобные полимерные материалы, закаленные виды традиционного стекла.

Надо сказать, что полимерные материалы довольно плохо переносят влияние ультрафиолетовых лучей. Все виды пластика имеют достаточно высокий коэффициент теплового расширения, что часто приводит к разгерметизации корпуса. Поэтому использование подобных материалов для изготовления корпуса коллектора стоит ограничить.

Вода в качестве теплоносителя может применяться только в системах, предназначенных для поставки дополнительного тепла в осенне/весенний период. Если планируется круглогодичное использование гелиосистемы перед первым похолоданием техническую воду меняют на смесь ее с антифризом.

Если солнечный коллектор устанавливается для обогрева небольшого строения, не имеющего связи с автономным отоплением коттеджа или с централизованными сетями, сооружается простейшая одноконтурная система с нагревательным прибором в начале ее. В цепочку не включают циркуляционные насосы и нагревательные устройства. Схема предельно проста, но работать она может лишь солнечным летом.

При включении коллектора в двухконтурное техническое сооружение все гораздо сложнее, но и диапазон пригодных для применения дней существенно увеличен. Коллектор обрабатывает только один контур. Преобладающая нагрузка возлагается на основной отопительный агрегат, работающий на электроэнергии или любом виде топлива.

Несмотря на прямую зависимость производительности солнечных приборов от количества солнечных дней, они востребованы, и спрос на солнечные устройства стабильно повышается. Популярны они среди народных умельцев, стремящихся направить все виды природной энергии в полезное русло.

Классификация по температурным критериям

Существует достаточно большое количество критериев, по которым классифицируют те или иные конструкции гелиосистем. Однако для приборов которые можно сделать своими руками и использовать для горячего водоснабжения и отопления, наиболее рациональным будет разделение по виду теплоносителя. Так, системы могут быть жидкостными и воздушными. Первый вид чаще применим.

Кроме этого часто используется классификация по температуре, до которой могут нагреваться рабочие органы коллектора:

• Низкотемпературные. Варианты, способные нагревать теплоноситель до 50ºС. Применяются для подогрева воды в емкостях для полива, в ванных и душевых в летнее время и для повышения комфортных условий в прохладные весенне-осенние вечера.
• Среднетемпературные. Обеспечивают температуру теплоносителя в 80ºС. Их можно использовать для обогрева помещений. Эти варианты наиболее подходят для обустройства частных домов.
• Высокотемпературные. Температура теплоносителя в таких установках может доходить до 200-300ºС. Используются в промышленных масштабах, устанавливаются для обогрева производственных цехов, коммерческих зданий и др.

В высокотемпературных гелиосистемах используется довольно сложный процесс передачи тепловой энергии. К тому же они занимают внушительное пространство, чего не может позволить себе большинство наших любителей загородной жизни. Процесс изготовления их трудоемок, реализация требует специализированного оборудования. Самостоятельно сделать подобный вариант гелиосистемы практически невозможно.

Собственноручное изготовление коллектора

Изготовление солнечного прибора собственными руками — увлекательный процесс, приносящий массу выгод. Благодаря ему можно рационально применять бесплатное солнечное излучение, решить несколько важных хозяйственных задач. Разберем специфику создания плоского коллектора, поставляющего в отопительную систему нагретую воду.

Материалы для самостоятельной сборки

Наиболее простой и доступный материал для самостоятельной сборки корпуса солнечного коллектора — деревянный брусок с доской, фанерой, плитами ОСП или подобными вариантами. В качестве альтернативы можно применить стальной или алюминиевый профиль с аналогичными листами. Металлический корпус обойдется несколько дороже.

Материалы должны соответствовать требованиям, которые предъявляются к конструкциям, используемым на открытом воздухе. Срок эксплуатации солнечного коллектора варьируется от 20 до 30 лет. Соответственно, материалы должны обладать определенным набором эксплуатационных характеристик, которые позволят использовать конструкцию в течении всего срока.

Если корпус выполнять из дерева, то долговечность материала можно обеспечить путем пропитки водно-полимерными эмульсиями и покрытием лакокрасочными материалами.

Основным принципом, которым следует руководствоваться при проектировании и сборке солнечного коллектора, является доступность материалов в отношении цены и возможности приобрести. То есть, их можно либо найти в свободной продаже, либо самостоятельно изготовить из доступных подручных средств.

Нюансы устройства теплоизоляции

Для предотвращения потерь тепловой энергии на дно короба монтируется изоляционный материал. Это может быть пенопласт либо минеральная вата. Современная промышленность выпускает достаточно обширную номенклатуры изоляционных материалов.

Для утепления короба можно использовать фольгированные варианты утеплителей. Таким образом можно обеспечить и теплоизоляцию и отражение солнечных лучей от фольгированной поверхности.

Если в качестве изоляционного материала используется жесткая плита пенопласта или пенополистирола, для укладки змеевика или системы труб можно вырезать канавки. Обычно абсорбер коллектора укладывается на теплоизоляцию сверху и накрепко фиксируется к днищу корпуса способом, зависящим от использованного в изготовлении корпуса материала.

Теплоприемник солнечного коллектора

Это абсорбирующий элемент. Он представляет собой систему труб, в которых происходит нагрев теплоносителя, и деталей, выполненных чаще всего из листовой меди. Оптимальным материалов для изготовления теплоприемника считаются медные трубы. Домашние мастера изобрели более дешевый вариант — спиральный теплообменник из полипропиленового шланга.

Выбор подручных средств, из которых можно изготовить теплообменник солнечного коллектора, достаточно широк. Это может быть теплообменник старого холодильника, полиэтиленовые трубы, которые используются для водопровода, стальные панельные радиаторы и пр. Важным критерием для эффективности  является теплопроводность материала, из которого изготовлен теплообменник.

Для самостоятельного изготовления оптимальным вариантом является медь. Она обладает теплопроводностью, которая составляет 394 Вт/м². У алюминия этот параметр варьируется от 202 до 236 Вт/м².

Однако большая разница в параметрах теплопроводности между медными и полипропиленовыми трубами вовсе не означает, что теплообменник с медными трубами будет выдавать в сотни раз большие объемы горячей воды.

При равных условиях производительность теплообменника из медных труб будет на 20% эффективнее, нежели производительность металлопластиковых вариантов. Так что теплообменники, изготовленные из полимерных труб, имеют право на жизнь. К тому же такие варианты обойдутся гораздо дешевле.

Вне зависимости от материала труб, все соединения как сварные, так и резьбовые, должны быть герметичны. Трубы можно располагать как параллельно друг к другу, так и в виде змеевика. Расположение труб в виде змеевика уменьшает количество соединений, что снижает вероятность протечек и обеспечивает более равномерное движение потока теплоносителя.

Верх короба, в котором находится теплообменник, закрывается стеклом. В качестве альтернативы можно использовать современные материалы, типа акрилового аналога или монолитного поликарбоната. Светопрозрачный материал может быть не гладким, а рифленым или матовым.

Такая обработка снижает отражающие способности материала. Кроме того, этот материал должен выдерживать значительные механические нагрузки. В промышленных образцах подобных гелиосистем используется специальное солярное стекло. Такое стекло характеризуется низким содержанием железа, что обеспечивает меньшие потери тепловой энергии.

Накопительный бак или аванкамера

В качестве накопительного бака можно использовать любую емкость с объемом от 20 до 40 литров. Подойдет ряд несколько меньших по объему резервуаров, соединенных трубами в последовательную цепочку. Накопительный бак рекомендовано утеплять, т.к. нагретая на солнце вода в емкости без изоляции будет быстро терять тепловую энергию.

По сути, теплоноситель в отопительной гелиосистеме должен циркулировать без аккумуляции, т.к. полученную от него тепловую энергию нужно расходовать в период получения. Накопительная емкость скорее выполняет функцию распределителя нагретой воды и аванкамеры, поддерживающей стабильность давления в системе.

Этапы сборки гелиосистемы

После изготовления коллектора и подготовки всех составляющих конструкционных элементов системы можно приступать к непосредственному монтажу.

Работа начинается с установки аванкамеры, которую, как правило, размещают в самой высокой из возможных точке: на чердаке, отдельно стоящей вышке, эстакаде и т.д. При установке следует учесть, что после заполнения жидким теплоносителем системы, эта часть конструкции будет иметь достаточно большой вес. Поэтому следует убедиться в надежности перекрытия или усилить его.

После установки емкости приступают к установке коллектора. Этот конструкционный элемент системы располагают на южной стороне. Угол наклона относительно линии горизонта должен составлять от 35 до 45 градусов.

После установки всех элементов их обвязывают трубами, соединяя в единую гидравлическую систему. Герметичность гидравлической системы является важным критерием, от которого зависит эффективная работа солнечного коллектора.

Для соединения конструктивных элементов в единую гидравлическую систему используются трубы с диаметром дюйм и полдюйма. Меньший диаметр используется для устройства напорной части системы. Под напорной частью системы понимается ввод воды в аванкамеру и вывод нагретого теплоносителя в систему отопления и горячего водоснабжения. Остальная часть монтируется при помощи труб большего диаметра.

Для предотвращения потерь тепловой энергии трубы следует тщательно изолировать. Для этой цели можно использовать пенопласт, базальтовую вату либо фольгированные варианты современных изоляционных материалов. Накопительная емкость и аванкамера также подлежат процедуре утепления.

Наиболее простым и доступным вариантом теплоизоляции накопительной емкости является сооружение вокруг нее короба из фанеры или досок. Пространство между коробом и емкостью следует заполнить утепляющим материалом. Это может быть шлаковата, смесь соломы с глиной, сухие опилки и пр.

Испытание перед вводом в эксплуатацию

После монтажа всех элементов системы и утепления части конструкций можно приступать к заполнению системы жидким теплоносителем. Первоначальное наполнение системы следует производить через патрубок, расположенный в нижней части коллектора. То есть, наполнение происходит снизу в верх. Благодаря таким действиям можно избежать возможного образования воздушных пробок.

Вода или другой жидкий теплоноситель поступает в аванкамеру. Процесс наполнения системы заканчивается тогда, когда из дренажной трубы аванкамеры начинает литься вода. При помощи поплавкового клапана можно отрегулировать оптимального уровня жидкости в аванкамере. После наполнения системы теплоносителем он начинает нагреваться в коллекторе.

Процесс повышения температуры происходит даже в пасмурную погоду. Нагретый теплоноситель начинает подниматься в верхнюю часть накопительного бака. Процесс естественной циркуляции происходит до тех пор, пока температура теплоносителя, который поступает в радиатор, не выровняется с температурой носителя, выходящего из коллектора.

При расходе воды в гидравлической системе будет срабатывать поплавковый клапан, находящийся в аванкамере. Таким образом, будет поддерживаться постоянный уровень. При этом холодная вода, поступающая в систему, будет находится в нижней части емкости накопителя. Процесс перемешивания холодной и горячей воды практически не происходит.

В гидравлической системе следует предусмотреть установку запорной арматуры, которая будет препятствовать обратной циркуляции теплоносителя из коллектора в накопитель. Это происходит в том случае когда температура окружающей среды опускается ниже, чем температура теплоносителя. Такую запорную арматуру, как правило, используют в ночное и вечернее время.

Подводка к местам потребления горячей воды осуществляется при помощи стандартных смесителей. Обычные одинарные краны лучше не использовать. В солнечную погоду температура воды может доходить до 80 градусов. Пользоваться такой водой, текущей из обычного крана, довольно неудобно. Таким образом смесители позволят существенно сэкономить горячую воду.

Производительность такого солнечного водонагревателя можно повысить путем добавления дополнительных секций коллекторов. Конструкция вполне позволяет монтировать от двух до неограниченного количества штук.

В основе такого солнечного коллектора для отопления и горячего водоснабжения лежит принцип парникового эффекта и так называемый термосифонный эффект. Парниковый эффект используется в конструкции нагревательного элемента. Солнечные лучи беспрепятственно проходят через прозрачный материал верхней части коллектора и преобразуются в тепловую энергию.

Тепловая энергия оказывается в замкнутом пространстве благодаря герметичности короба секции коллектора. Термосифонный эффект используется в гидравлической системе, когда нагретый теплоноситель поднимается вверх, при этом вытесняя холодный теплоноситель и заставляя его двигаться в зону нагрева.

Производительность солнечного коллектора

Основным критерием, который влияет на производительность гелиосистем, является интенсивность солнечного излучения. Количество падающего на определенную территорию потенциально полезного солнечного излучения называется инсоляцией.

Величина инсоляции в разных точках земного шара варьируется в достаточно широких пределах. Для определения средних показателей этой величины существуют специальные таблицы. Они отображают среднюю величину солнечной инсоляции для того или иного региона.

Кроме величины инсоляции на производительность системы влияет площадь и материал теплообменника. Еще одним фактором, влияющим на производительность системы, является объем накопительного бака. Оптимальная емкость бака рассчитывается, исходя из площади адсорберов коллектора.

В случае с плоским коллектором это общая площадь труб, которые находятся в коробке коллектора. Эта величина, в среднем значении, равняется 75 литрам объема бака, на один м² площади трубок коллектора. Накопительная емкость является своеобразным тепловым аккумулятором.

Цены на заводские приборы

Львиная доля финансовых затрат на сооружение подобной системы приходится на изготовление коллекторов. Это не удивительно, даже в промышленных образцах гелиосистем около 60% стоимости приходится на этот конструкционный элемент. Финансовые затраты будут зависеть от выбора того или иного материала.

Надо отметить, что подобная система не в состоянии отопить помещение, она лишь поможет сэкономить на затратах, помогая подогреть воду в системе отопления. Она сможет как минимум полностью обеспечить горячей водой в течении 6-7 месяцев. Учитывая довольно большие затраты энергии, которые расходуются на нагрев воды, солнечный коллектор, интегрированный в систему отопления, существенно снижает подобные затраты.

Для ее изготовления используются довольно простые и доступные материалы. К тому же подобная конструкция является полностью энергонезависимой и не нуждается в техническом уходе. Уход за системой сводится к периодическому осмотру и очистке стекла коллектора от загрязнений.

Выводы и полезное видео по теме

Процесс изготовления элементарного солнечного коллектора:

Как собрать и ввести в эксплуатацию гелиосистему:

Естественно, самостоятельно сделанный солнечный коллектор не сможет конкурировать с промышленными моделями. Использую подручные материалы, довольно сложно добиться высокого КПД, которым обладают промышленные образцы. Но и финансовые затраты будут гораздо меньше по сравнению с приобретением промышленных установок. Тем не менее, сделанный самостоятельно солнечный коллектор существенно повысит уровень комфорта и сократит расходы на энергию, которая вырабатывается классическими источниками.

sovet-ingenera.com