Как сделать солнечный коллектор своими руками

09-02-2017 | Виктор
солнечные коллекторы

Самые популярные в наше время энергоресурсы практически не возобновляются. В результате их бесконтрольного и постоянного использования запасы истощаются. В связи с этим часто возникает желание использовать другие, возобновляемые, источники, для того чтобы удешевить эксплуатацию дома и сделать его более энергонезависимым от коммунального хозяйства. Одним из устройств, которые позволяют уменьшить потребление электричества и газа в частном доме, является вакуумный солнечный коллектор.

Популярность этого изделия растет. Это связано не только с появлением большего числа экономных домовладельцев, но с постоянным понижением цены коллекторов на рынке. Даже с учетом падения цены, все равно стоимость не всегда доступна для всех желающих. Появляется все большее число самоделок и люди пытаются собственными силами собрать изделие и использовать его для получения горячей воды. Как собрать солнечный коллектор своими руками, из чего он состоит и какие особенности изготовления? Рассмотрим эти вопросы подробнее.

Необходимость коллектора и его принцип работы

Имеет ли вообще смысл создавать солнечные коллекторы у себя в доме? Для ответа на вопрос нужно понимать, что на землю даже в слабоосвещенных регионах попадает такое количество солнечного света, что теплом от него можно обогревать практически все жилые хозяйства, проблема в том, что освещение неравномерно и нерегулярно. Также свои нюансы вносит и погода.

В любом случае, практически в любой точке Европы на протяжении 6–7, иногда и больше, месяцев солнечную энергию можно использовать для получения бесплатного тепла и электроэнергии. А для того, чтобы выяснить целесообразность применения солнечных коллекторов именно в ваших условиях, нужно сравнить затраты на нагрев горячей воды газом или электроэнергией на протяжении нескольких лет со стоимостью самого устройства.

Если затраты на сооружение устройства равны или меньше стоимости использования обычных источников энергии, то стоит задуматься о покупке или сооружении солнечного коллектора для отопления дома своими руками.

Для того чтобы правильно подобрать оборудование и изготовить устройство рассмотрим принцип его работы.

Принцип работы коллектора

Солнечный коллектор – пассивная система, которая для своей работы не требует дополнительных источников энергии: электричества, тепла, газа. Все необходимое для начала функционирования находится в солнечном излучении. Основной физический эффект, благодаря которому возможна работа коллекторов – конвекция, когда нагретый газ или жидкость поднимается вверх в связи с тем, что уменьшается ее плотность. Описываемый солнечный коллектор работает по такому принципу:

принципиальная схема работы солнечного коллектора
  1. Солнечное излучение попадает на правильно расположенный абсорбер и нагревает находящийся в нем теплоноситель.
  2. По мере нагрева теплоноситель постепенно поднимается по коллектору и далее по специальной трубе попадает в бак-аккумулятор.
  3. Бак-аккумулятор наполнен водой для системы горячего водоснабжения или отопления. Теплоноситель протекает по расположенному в этой жидкости теплообменнику, постепенно охлаждаясь и опускаясь вниз.
  4. Тепло от теплоносителя передается воде, которая, соответственно, поднимается в верх бака и концентрируется там.
  5. Охлажденный теплоноситель, покинув теплообменник, по системе трубопроводов попадает в нижнюю часть абсорбера.
  6. Собравшаяся в верхней части бака-аккумулятора горячая вода поступает в систему горячего водоснабжения.
  7. Пополнение бака происходит через подключенную в нижней его части трубопровод подачи холодной воды.

Как видим, для работы такой пассивной системы нет необходимости устройства насоса или любого другого электрического или энергопотребляющего оборудования. Воздушный солнечный коллектор полностью независим, для его работы лишь требуется наличие солнечного излучения.

Конструкция солнечного коллектора и выбор материалов

Для выполнения задачи коллектора – преобразования солнечной энергии в тепло, применяется несколько стандартных элементов. Фактически, компоновка коллекторов заводского изготовления и самоделок ничем не отличаются. Разница лишь в характеристиках самих материалов и их свойствах. Любой солнечный коллектор состоит из таких алиментов:

  • Абсорбер. Основной элемент, который собирает солнечное излучение, это абсорбер. Фактически, это стальная или металлическая панель с черным покрытием для лучшего поглощения солнечных лучей. В абсорбер входит также ряд труб, по которым двигается теплоноситель и собирает полученное тепло. Трубы приварены или припаяны к пластине и составляют единое целое.
  • Каркас. Это просто защитный и несущий элемент, в котором собирается весь коллектор. Его делают из разных материалов, в основном из дерева.
  • Прозрачное покрытие. Оно пропускает сквозь себя солнечный свет к абсорберу, но одновременно не позволяет терять тепло. Для покрытия чаще применяется стекло.
  • Теплоизоляция. Она позволяет уменьшить потери тепла в атмосферу при работе устройства.

Кроме самого коллектора для нормального функционирования системы нагрева воды также необходимы дополнительные элементы:

  • бак-аккумулятор с теплообменником (для хранения нагретой воды);
  • расширительный бачок системы теплоносителя
  • трубы для циркуляции теплоносителя.

Рассмотрим, как подобрать каждый элемент системы подробнее.

Абсорбер

Солнечный коллектор для нагрева воды невозможен без абсорбера. Этот основной элемент системы состоит из металлического листа, к которому приварены или припаяны металлические трубы. Лист необходим для увеличения площади сбора солнечного излучения. Абсорбер может состоять из одних только труб.

Прозрачное покрытие

сраынение чтекла

Фактически, для солнечного коллектора не обязательно использовать именно стекло. Необходим лишь материал с достаточной степенью светопропускания. Для того чтобы определить, подходит ли стекло или другой материал для покрытия абсорбера нужно выяснить следующие его характеристики:

  • светопроницаемость;
  • прочность;
  • вес;
  • стойкость к ультрафиолетовому излучению;
  • способность к эксплуатации при высоких температурах.

Рассмотрим несколько типов материалов, которые допустимо применять для коллекторов:

  1. Обычное стекло. К положительным сторонам такого материала относится то, что его светопроницаемости (около 90%) достаточно для работы коллектора. Также это долговечный и недорогой материал. Основные минусы – это хрупкость и большой вес. Также стекло не очень хорошо выдерживает перепады температур.
  2. В закаленном стекле отсутствуют некоторые недостатки обычного. Это низкая стойкость температуре и хрупкость. Одновременно остается хорошая светопроницаемость, но и высокий вес.
  3. Сотовый поликарбонат также используют для создания светопроницаемых конструкций. Он прочнее стекла, легче и стоит существенно меньше. К позитивным сторонам относят стойкость к ультрафиолету и теплу, легкость в обработке, гибкость, высокий диапазон рабочих температур. Светопроницаемость хоть и меньше, чем у стекла, но все равно остается достаточной для применения в коллекторах (от 80%). Но материал обладает и некоторыми недостатками: это малая долговечность (до 10 лет), возможная деформация при эксплуатации. Также следует обратить внимание на то, что в сотах поликарбоната возможно накопление грязи, пыли, образование конденсата. Для недопущения этого при монтаже его нужно герметизировать с торцевых частей.
  4. Плоский волнистый поликарбонат обладает большей светопроницаемостью, чем сотовый (от 90%), но труднее в монтаже.
  5. Монолитный поликарбонат. Это хороший материал для устройства в солнечных коллекторах. Он очень прочный, с высокой степенью светопропускаемости (от 90%,) погодоустойчив, возможна эксплуатация от -50 до 120 °С. Фактически, он схож по характеристикам со стеклом, одновременно в 2 раза легче его. Основной недостаток – высокая стоимость материала и деформация под действием высоких температур и времени.

Все описанные материалы в разной степени используются для создания коллекторов своими руками. Чаще всего для конструкции малой площади применяют обычное стекло. Если есть возможность достать закаленное – используют его. Также хорошо найти монолитный поликарбонат. В общем, выбрать можно любой материал, основные требования – он должен пропускать не меньше 80% солнечного света и быть устойчивым к воздействию температуры в пределах от -50 до 120 °С.

Утеплитель

Для выбора утеплителя рассмотрим требования к нему:

фольгированный утеплитель
  • Теплопроводность – 0,03–0,06 Вт/(м•К).
  • Теплоизолятор должен выдерживать высокие температуры, иначе он начнет разрушаться и его свойства будут со временем теряться.
  • Минимальный слой теплоизолятора для бака и коллектора – от 50 мм.
  • Изолятор нужно устанавливать так, чтобы он не пропускал атмосферные осадки и воду.

Какие материалы применяют для теплоизоляция систем солнечного коллектора? Чаще всего это минеральная вата или стекловата, а также пеностекло, опилки, целлюлоза, пенополистирол, экструдированный пенополистирол. Для изоляции труб применяют вспененные полиэтилен и каучук.

Рассмотрим некоторые из возможных утеплителей:

  • Базальтовая вата. Удобный материал для теплоизоляции абсорбера и бака. Основной его недостаток – высокая впитываемость влаги.
  • Пенополистирол – обладает недостаточной термостойкостью и редко используется для коллекторов.
  • Вспененный пенополистирол обладает лучшими характеристиками, чем обычный, но дороже.
  • Пеностекло обладает хорошими эксплуатационными характеристиками, не теряет своих свойств при очень низких и высоких температурах, но дорогое.
  • Вспененный полиэтилен выпускается в виде рулонов с защитным алюминиевым слоем или без него. Также возможно изготовление с клеящим слоем. Материал удобен в монтаже.

Для труб системы теплоносителя и горячей воды нужно использовать трубные теплоизоляторы подходящего размера. Такие же, как и для системы отопления.

Каркас

Каркас изготавливается из деревянных брусков, которые собираются в раму необходимого размера так, чтобы внутри нее разместился стальной лист с трубами и теплоизолятор. Каркас должен быть надежный и прочный, его необходимо покрыть черной краской.

Задняя поверхность каркаса закрывается листом фанеры.

Накопительный бак и расширительный бачок

Бак-накопитель предназначен для нагрева воды и ее хранения. Для него применяют любые подручные материалы, чаще всего покупают готовый стальной бак или используют любой целый бывший в употреблении. Подойдет также емкость от старого бойлера.

Трубы

Для изготовления солнечных коллекторов применяют несколько типов труб:

медные трубки для солнечного коллекторв
  1. Стальные – обладают большим весом, подвержены коррозии, для монтажа необходимо использование специального сварочного оборудования. Основной плюс такого материала – дешевизна. Также они обладает малой теплопроводностью, что не очень хорошо для использования в гелиосистемах.
  2. Медные – дорогие, но очень подходящее для наших целей трубы. Они обладают высокой теплопроводностью, не подвержены коррозии, удобны в монтаже, так как выпускаются в бухтах и им можно придавать разную форму. Соединяются между собой специальной пайкой или вальцовочными соединениями.
  3. Металлопластиковые – доступные и недорогие трубы, но мало подходят для устройства теплообменника из-за своей низкой теплопроводности. Их можно применять для системы транспортировки теплоносителя или горячей воды.
  4. Пропиленовые – дешевые и доступные трубы, которые часто используется для водоснабжения и отопления. Для монтажа требуется паяльник. Также они не подходят для устройства теплообменника, как и металлопластиковые. Основное назначение – системы отопления или транспортировки горячей воды.

В системах с коллектором трубы используются для устройства теплообменника и для транспортировки теплоносителя и горячей воды. Для первого случая лучше всего использовать медь. Для транспортировки подойдут трубы из любого описанного материала. Важно их утеплить на улице.

Теплоноситель

Тепло от солнечной радиации можно забирать не только летом, но и в холодный период года, когда температура на улице ниже нуля. В таком случае, если заполнить систему между баком и абсорбером водой, она может замерзнуть. Чтобы этого избежать в качестве теплоносителя используют специальные смеси – антифризы, которые остаются жидкими при сильных морозах.

Для самодельного солнечного коллектора лучше в качестве теплоносителя использовать смесь воды и пропиленгликоля. Это вещество часто используется в пищевой промышленности и обладает меньшими негативными свойствами, чем другие жидкости. Например, этиленгликоль или бризантин, которые тоже можно использовать.

Основное требование при заполнении системы антифриза – герметичность контура. Теплоноситель не должен попадать в воду.

Расчет системы

После того, как разобрали все составляющие системы, определим как подбирать их характеристики и размеры:

  • Расчет абсорбера. Для частного дома используют абсорбер площадью около 2 м2. Возможно применение и большего изделия, но это удорожает систему и не всегда целесообразно. Если есть необходимость подогрева большего количества воды, то лучше использовать комбинацию из нескольких абсорберов приблизительно такого же размера, соединенных последовательно. Это упрощает монтаж и делает систему более гибкой.

  • Бак-аккумулятор. Размер бака зависит от размера абсорбера. Приблизительная зависимость указана в таблице.

    Площадь коллектора, м2 Емкость бака, л
    2 100-200
    3 150-300
    4 200-400
  • Трубы. Для домашнего абсорбера подойдут медные трубы диаметром 1/2 дюйма в виде жестких кусков или в бухтах.

  • Для теплообменников в баке аккумуляторе оптимальный вариант гибкая медная труба диаметром ½ дюйма, которая закручивается в спираль и размещается внутри.

  • Необходимо рассчитать объем теплоносителя. Для этого, после разработки схемы определяют длину всех труб и на основании этих данных узнают внутренний их объем.

Важный этап расчета – определение места установки коллектора и угол его наклона. Чтобы система работала максимально эффективно, коллектор необходимо размещать в не затененных местах как можно ближе к южной стороне.

Угол уклона коллектора к горизонту рекомендуется устраивать аналогичным широте местности, где он будет использоваться. В таком случае он получает максимальное количество солнечной энергии в году. Целесообразно угол наклона сделать на 15° больше чем широта, если коллектор планируются для работы и зимой. Если функционирование коллектора подразумевается только в летний период, то угол нужно сделать на 15° меньше.

Этапы изготовления

Когда проведены все расчеты и подобраны характеристики и размеры всех материалов, сам процесс изготовления прост. Поэтапно он выглядит таким образом:

корпуск оллектора
  1. Из деревянных брусков сечением 100×50 мм сбивается рама прямоугольного сечения размером приблизительно 2×1 м.
  2. С задней стороны рамы прибивается лист фанеры толщиной 4 мм. Соединение листа и каркаса герметизируют. Из деревянных реек 50×50 мм устраиваются поперечины, между которыми выстилают слой минераловатных плит. На этих поперечинах будет крепиться абсорбер. Каркас покрывается слоем черной краски.
  3. Для абсорбера лучше использовать стальной лист размером 2×1 м толщиной 1 мм. Фактически, лист необязателен, а трубки для теплоносителя можно крепить непосредственно к фанере. Но производительность такой системы уменьшается. К листу приваривается теплообменник из стальной трубы диаметром 12–14 мм. Если используется теплообменник из медной трубы, он крепится к листу или к фанере с использованием хомутов, так как медь к стали приварить труднее. Независимо от того, из чего сделан теплообменник, он вместе со стальным листом покрывается слоем черной краски.
  4. крепление медных трубок
    Абсорбер крепится на каркас. Перед этим необходимо в нем просверлить отверстие для вывода труб.
  5. Далее подготавливается прозрачный материал. Например, из обычного оконного стекла толщиной 4 мм. Его размеры должны в точности соответствовать каркасу. Перед установкой каркас проклеивается специальными изоляционными уплотнителями, на которые опирается стекло. Стекло к раме прижимается специальными алюминиевыми монтажными уголками. Все стыки и соединения необходимо промазать силиконовым уплотнителем для того чтобы коллектор был абсолютно герметичен.
  6. Изготавливают бак-накопитель. Для этого в подготовленной емкости просверливают отверстия для вывода теплообменника и вставляются соединители, к которым он будет крепится. Теплообменник изготавливается или из пластиковой или из медной трубы. Второй вариант намного предпочтительней. Труба сворачивается в спираль и помещается в бак. Также в стенки бака подключают трубы для подачи холодной и отвода горячей воды.
  7. Далее всю систему монтируют на месте. Устанавливают на скате сам коллектор, к нему подсоединяют трубы для теплоносителя. Бак лучше разместить под крышей здания, но с учетом того, чтобы он находился в верхней части конструкции.
  8. В систему с теплоносителем нужно подключить расширительный бачок, который изготавливается из пластиковой или стальной емкости небольшого размера.
  9. При монтаже трубопроводов необходимо использовать пайку или другие, предусмотренные технологиями методы, важно следить за качеством соединения. Готовая система заполняется антифризом через расширительный бачок.

Создание солнечного коллектора своими руками – несложная процедура, которая не требует больших затрат, но после этого вы получите совершенно бесплатный источник горячей воды практически на весь год.

Рассказать друзьям:

Ваша оценка новости:

Все комментарии (0)
Добавить комментарий
X

Выбор города

X

Спасибо!

Ваш вопрос будет опубликован в ближайшее время

X

Вам нужно зарегистрироваться

Оставить комментарий может только
зарегистрированный пользователь

Регистрация
X

Разделы

Название раздела

Название раздела

Название раздела

Название раздела

Название раздела

Название раздела

Название раздела

Название раздела

X

Разделы

X

Ответить на комментарий

Ваш комментарий