Солнечный коллектор для нагрева воды своими руками

Насколько выгодны солнечные коллекторы

Окупаемость таких устройств зависит от широты использования. В южных районах, где много солнца, они выгодны. Но на уровне 52 параллели у нас они уже не окупаются, если используются для отопления (зимой солнца мало), но окупаются и севернее, если используются для ГВС в межсезонье и летом.

В Европе, например, где газ дороговат, а техника дешевая, коллектора однозначно выгодны для отопления, даже в северных районах.

У нас точно выгодными оказываются наиболее дешевые летние солнечные коллектора, которые можно изготовить буквально из подручных материалов, или которые сделаны «полукустарно» на местных производствах.

Они используются для подогрева воды в бассейне, летнего душа, ГВС в доме и отопления домов в межсезонье. В зимних условиях дешевые (самодельные) коллектора не могут соперничать по КПД с заводскими, становятся скорее охладителями, поэтому не используются.

Какими бывают солнечные коллекторы, собранные самостоятельно?

Прежде чем приступить к самостоятельному изготовлению гелиоустановки, потребуется заранее подготовить некоторые материалы. Список их в зависимости от выбранного вида и типа может отличаться, но в любом случае потребуются:

Самым главным элементом солнечного коллектора является теплоприемник, или абсорбер, который при самостоятельном изготовлении установки может иметь самый разнообразный, в некоторых случаях даже экзотический внешний вид:

самый простой и доступный вариант — использовать для него змеевик вышедшего из строя холодильника;
коллектор можно изготовить и из обычного полипропиленового шланга, но такой вариант более подходящим является в условиях дачи, так как вполне способен обеспечить горячей водой в летнее время.

Но изготовление солнечного коллектора из подручных средств, среди которых можно назвать и пластиковые бутылки, способно лишь в некоторой степени решить проблему с производством горячей воды.

Для того чтобы гелиоустановка могла быть использована в качестве альтернативного источника ГВС дома или отопления, ее конструкция, хоть и не отличающаяся особой сложностью, требует большего внимания и, главное, трудозатрат при изготовлении.

Особенности эксплуатации солнечного коллектора из ПНД

С помощью нескольких секций гелиоколлектора можно быстро нагреть воду в бассейне среднего размера. Конструкции из ПНД не только проще в изготовлении. Их обслуживание также не вызывает особых трудностей. Достаточно не допускать перегрева элементов в жаркие дни, защищать компоненты модуля от механических повреждений, своевременно подкрашивать детали из древесины, периодически удалять загрязнения с поверхности труб. При соблюдении этих нехитрых правил солнечный коллектор запросто прослужит 20 лет и больше.

Эффективность работы системы зависит от многих факторов. Значение имеют интенсивность солнечного излучения, температура окружающей среды, направление и сила ветра, количество модулей. Чтобы повысить автономность установки, вместе с ней можно использовать насос на солнечных батареях. Если подготовить агрегат нужной мощности, гелиоколлектор сможет функционировать без подключения к центральной электросети.

Устройство и виды

Условно данные системы можно классифицировать на два вида:

жидкостные (о которых мы говорим в данном материале);
воздушные солнечные коллекторы, в которых используется не жидкость, а нагретый воздух.

Также они разделяются по КПД, ведь обеспечивают различную теплоотдачу. Это зависит от материалов, используемых для изготовления батареи, ее площади. Оптимальным местом расположения абсорбера является крыша:

попадает максимальное количество солнечного света,
имеет большую площадь,
установленная на крыше батарея не занимает полезное пространство, никому не мешает.

Воздушный солнечный коллектор

Конструкция солнечного коллектора может быть нескольких видов, основные:

вакуумный отопительный коллектор, имеющий самую сложную конструкцию. Вакуумные солнечные коллекторы отлично подходят для обогрева помещений, нагрева воды в любое время года, они полностью обеспечат небольшой дом, коттедж;
плоский солнечный коллектор может быть жидкостным и вакуумным. Это наиболее распространенный тип поскольку достаточно прост в монтаже, при этом эффективен, может обеспечивать дом необходимым количеством тепла для обогрева помещений, водой для хозяйственных нужд;
термосифонный — в качестве абсорбера используются стеклянные или металлические трубки;
трубчатый — самый простой тип, изготовить который можно для дачи, достаточно примитивный, не подходит для использования в зимнее время.

Нас интересует конструкция, которая обеспечивает наличие горячей воды и отопления в доме в любое время года, остановимся на двух оптимальных вариантах, рассмотрим устройство вакуумного солнечного коллектора и плоского.

Плоский коллектор

Это наиболее распространенный вид коллектора, который можно изготовить самостоятельно. Хорошо подходит для использования в теплое время года для подогрева воды, зимой коэффициент полезного действия снижается.

Особенность конструкции состоит в следующем:

корпус имеет плоскую прямоугольную или квадратную форму, выполнен из металла или другого материала, имеющего высокий показатель теплопроводности, покрыт черной краской;
внутри располагают пластину, в которой уложен змеевик из медной трубки небольшого сечения;
по трубкам циркулирует теплоноситель: вода, пропилен-гликоль, антифриз, другие подходящие жидкости;
также внутри корпуса укладывают теплоизоляционный материал, который минимизирует потери тепла;
собирая коллектор такого типа, нужно запастись листом поликарбоната или стекла, который будет служить крышкой и выполнять две функции: препятствовать проникновению мусора, осадков, усиливать подогрев.

Составная часть плоского солнечного коллектора

Вакуумный коллектор

Для водяного отопления можно использовать солнечные коллекторы вакуумного типа. Благодаря конструкционным особенностям они являются более мощными: способны вырабатывать тепловую энергию, которой хватит на подогрев воды и отопление помещений.

Особенности конструкции:

минимизировать потери позволяют трубки, которые помещаются в колбах с выкачанным воздухом;
сверху трубки покрыты абсорбционным материалом, поглощающим световую энергию, внутри — наполнены антифризом (хладагентом);
концы трубок соединены с трубой, по которой проходит теплоноситель;
при нагреве антифриз закипает, преобразуется в пар, который, в свою очередь, поднимается вверх и нагревает теплоноситель;
у данной конструкции есть недостаток: если хоть одна трубка выйдет из строя, ремонт становится довольно проблематичным, так как они соединены последовательно. Придется производить замену всех «внутренностей».

Воздушная солнечная система из вакуумных трубок

Такой воздушный солнечный коллектор для отопления будет более эффективен и пригоден для того, чтобы поддерживать температуру в системе в любой сезон. Хотя в холодное время КПД работающего коллектора может незначительно снижаться из-за короткого светового дня и малой световой активности.

Совет по уходу! Обратите внимание на внутреннюю поверхность накопительного бака для воды, она со временем покрывается накипью, нужна очистка. Периодичность зависит от качества воды в местности

Схема работы

Коллектор состоит из двух главных частей: светоулавливателя и теплообменного аккумулятора, который преобразует энергию радиации в тепловую энергию и передаёт её теплоносителю. Накопители могут быть вакуумными, трубными и плоскими. В первых конструкция похожа на термос: одна труба вставлена в другую, а между ними имеется вакуум, создающий идеальную теплоизоляцию. Благодаря цилиндрической форме труб, солнечные лучи попадают на них перпендикулярно и передают максимум энергии.

Солнечный коллектор состоит из двух главных частей: светоулавливателя и теплообменного аккумулятора

Теплоносителем в таких конструкциях является обыкновенная вода. Она может не только отапливать помещение, но и служить для бытовых нужд. При этом нет выделений углекислого газа в атмосферу, что весьма актуально в наши дни. К тому же не требуется никаких затрат на топливо, а эффективность коллектора составляет 80%. На большей части России в период с марта по октябрь в среднем в сутки солнцем вырабатывается 4−5 кВтч/м2, что позволяет небольшим устройством размером 2м2 нагревать ежедневно до 100 л воды.

Для всесезонного использования коллектор должен иметь обширную поверхность, два контура с антифризом и дополнительные теплообменники. Таким образом, благодаря грамотно использованной энергии можно получать бесплатное тепло 7 месяцев в году, независимо от того ясно на улице или нет.

Процесс сборки самодельного солнечного коллектора

Начало сборки этого изделия солнечной энергетики стартует с изготовления змеевика. Если вам удалось подобрать готовый змеевик, окончательная сборка займет намного меньше времени. Подобранный змеевик стоит очень тщательно вымыть под струей воды (желательно горячей), чтобы изнутри вымыть все засоры и избавиться от остатков фреона. Если у вас не нашлось подходящих трубок, то нужное количество вы сможете приобрести в магазине. Но в этом случае придется изготовить сам змеевик. Для его изготовления нарежьте трубки на требуемую длину. Далее, используя угловые переходы, проведите их спайку в форме конструкции змеевика. Дальше, чтобы коллектор можно было подключить к системе водоснабжения, на края змеевика напаивайте сантехнические переходы размерами ¾. Существует несколько вариантов формы и конструкции змеевика, например, можно паять трубки в форме «лесенки» (если вы собрались реализовать такой вариант, тогда покупайте не угловые переходы, вам понадобятся тройники).

Сборка солнечного коллектора

Потом на заранее подготовленный лист металла вы наносите селективное покрытие черной матовой краской, сделать это желательно не меньше чем в пару слоев. Дождитесь, пока воздушный поток высушит краску, и начинайте пайку змеевика (с неокрашенной стороны). Вся конструкция змеевика должна быть припаяна по всей длине трубок, сделав это, вы гарантируете максимально эффективный теплообмен и как следствие – максимальную передачу тепла в систему водоснабжения. Если сделаете все правильно, собранный вами солнечный коллектор заработает так, как и было задумано.

Клипсы могут применяться для крепления труб к раме

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.

Насколько выгодны солнечные коллекторы

Усложненный вариант устройства

Этот коллектор мощнее предыдущего, но и сложнее в изготовлении. С его помощью можно греть воду для стирки и купания. Мощность — чуть больше 2 кВт*ч. Летом при интенсивном солнечном излучении температура в баке воды на 500 л за час нагревается на 4 градуса.

Есть мнение, что и с отоплением такой солнечный коллектор для нагрева воды из шланга справится. Но практика показывает, что газогенератор эффективнее решает эту задачу.

Для производства достаточно:

одного OSB-листа 1250х2500;
двух метров фольгированного утеплителя;
25 метров шланга;
куска поликарбоната;
трех листов плотного пенопласта;
сотни шурупов со шляпкой;
двух метров перфорированной жести;
двух кусков дранки;
двух брусьев длиной 4,5 м;
герметика;
баллончика черной краски плюс литр эмали.

Из бруса и плиты делаем короб с желобами под поликарбонат. По углам вырезаем замки, скрепляем конструкцию герметиком.

На дно короба выкладываем пенопласт, приклеиваем утеплитель, саморезами крепим жесть. Проделываем отверстия, пропускаем проволоку, выкладываем по направляющим шланг.

Прокрашиваем все из баллончика. Поликарбонат приклеиваем на силикон, фиксируем дранкой и шурупами. Устройство подключаем к баку через циркуляционный насос.

Инструкция изготовления солнечной батареи своими руками

Простая схема из шланга для полива

На металлический лист 1500х1500х2 мм. наносится краска чёрного цвета.
Поливочный шланг сворачивается спиралью. Необходимо создать 4 улитки по 60 см в диаметре соединённые между собой последовательно.
Закрепить спирали между собой можно посредством проволоки или бечёвки.
Укладываются они на плоскость листа.
Подача воды из бассейна осуществляется через циркуляционный насос.
Напор регулируется опытным путём.
Лист необходимо приподнять для создания угла равного 60 градусам. Это необходимая величина для попадания на коллектор прямых солнечных лучей.
Вода в такой системе прогревается до 50С.
В течение нескольких часов вода в небольшом бассейне приобретёт комфортную температуру.

Более сложный вариант сборки коллектора из пластиковой трубы

На лист фанеры с рабочей стороны наносится чёрная краска.
Из полипропиленовой трубы диаметром 10 мм спаивается система в виде змеевика.
Отрезки трубы соединяются уголками.
Шаг между прямыми участками трубы равен 50 мм.
Конструкция крепиться к листу фанеры с помощью полиэтиленовых самозатягивающихся хомутов.
Труба окрашивается краской в чёрный цвет. Это необходимо не только для нагрева воды, но и для защиты материала трубопровода от разрушительного воздействия ультрафиолета.
Готовый блок обрамляется рамой из рейки 20х20 мм.

Задняя стенка коллектора обклеивается пенопластом для создания теплоизоляции внутреннего пространства.
Для установки конструкции собирается каркас из бруса сечением 50х50 мм.
Коллектор устанавливается на каркас жёстко для сопротивления ветру.
Подача воды осуществляется с нижнего края с применением циркуляционного насоса.
Выход воды осуществляется в верхнем углу противоположной стороны системы.
Температура воды при правильной регулировке насоса достигает 65с.
Горячая вода по шлангу поступает в бассейн.

Солнечные водонагреватели: разновидности

В настоящее время имеется три конструкции, которые заслуживают упоминания. Вот они вкратце:

Солнечный водонагреватель вакуумный содержит ряд коаксиальных ламп, располагающийся между двумя коллекторами. Каждый из них на одном конце заглушен, а на другом имеет штуцеры для стыковки с системой рециркуляции бойлера или другого теплообменника. В междустенке находится вакуум, а внутри циркулирует вода. Внешняя стенка прозрачна, через нее легко проходит свет. Внутренняя трубка из меди и окрашена в черный цвет. Такая отлично поглощает излучение солнца и за счет кондукции греет воду. В результате имеется конструкция, которая впускает тепло, но не выпускает его наружу. Такая своеобразная ловушка. Описанный солнечный водонагреватель зимой тоже греет. Благодаря вакууму нет разницы, какая погода на улице.

(См. также: Как сделать заземление для водонагревателя своими руками)

Конструкция, описанная выше, лишается внешних оболочек ламп. Остаются только медные трубки. Каждую поперечину в наборе оснащают медной полосой шириной порядка 10 см, окрашиваемыми в черный цвет. Такие плавники служат для сбора тепла по всей площади. За счет хорошей проводимости меди энергия быстро вбирается трубками. Солнце греет всю площадь, но градиент температуры направлен в сторону противоположную каналам циркуляции воды. Тепло же стремится в обратном направлении, понятное дело, – за счет этого и работает коллектор. Вся конструкция помещается в плоский ящик, который сверху прикрывается поляризационной пластиной на заводе или обычным стеклом в обиходе. Это несколько снижает конвективные потери, вносимые ветром и естественной циркуляцией воздушных масс.

Коллектор располагается в фокусе любой решетки отражателей. Солнечные лучи, падая с любой стороны приходят в одну и ту же точку, где можно разместить теплообменник. Весь фокус состоит в правильном расположении рефлекторов. Такие солнечные водонагреватели для отопления не годятся. Скорее служат ученым для работы.

Сегодня предлагается сделать самодельный солнечный водонагреватель по второй схеме. Для этого, как ни крути, понадобится медная трубка, или нет? В интернете представлена схема с резиновым дачным шлангом, который смотан кольцами (точнее спиралями) и помещен в старую оконную раму, задняя часть которой заделана фанерой. Сверху все это прикрыто обыкновенным стеклом. В видео из Белгорода часть шланга (30 метров) намотана плоской спиралью на крестовину из дерева. Имеется, соответственно, четыре крепления через каждые 90 градусов. Остальная часть находится в раме, общая длина шланга составляет 70 метров. Владелец утверждает, что вечером при температуре окружающего воздуха 24 ºС вода нагревается до 64 ºС. Шланг используется самый обычный. Это неплохой солнечный водонагреватель для дачи. (См. также: Проточный водонагреватель своими руками)

Варианты самодельных солнечных установок

Особенностью солнечных водонагревателей, построенных своими руками, является то, что практически все устройства имеют одинаковую конструкцию теплоизолированного короба. Часто каркас собирается из пиломатериалов и покрывается минеральной ватой и теплоотражающей плёнкой. Что же касается абсорбера, то для его производства используют металлические и пластиковые трубы, а также готовые узлы от ненужного бытового оборудования.

Из садового шланга

Сложенный улиткой садовый шланг или водопроводная ПВХ-труба имеет большую площадь поверхности, что позволяет использовать подобный контур в качестве водонагревателя для нужд летнего душа, кухни или подогрева бассейна. Разумеется, для этих целей лучше брать материалы чёрного цвета и обязательно использовать накопительную ёмкость, иначе в пик летней жары абсорбер будет перегреваться.

Плоский коллектор из садового шланга — простейший способ подогревать воду в бассейне

Из конденсатора старого холодильника

Внешний теплообменник отслужившего свой срок холодильника или морозильной камеры является готовым абсорбером гелиоколлектора. Всё, что остаётся сделать — дооборудовать его теплопоглощающим листом и установить в корпус. Конечно, производительность такой системы будет маленькой, но в тёплое время года водонагреватель из деталей холодильного оборудования перекроет потребности в горячей воде небольшого загородного дома или дачи.

Теплообменник старого холодильника представляет собой практически готовый абсорбер для небольшого гелионагревателя

Из плоского радиатора системы отопления

Изготовление гелиоколлектора из стального радиатора не потребует даже монтажа абсорбирующей пластины. Достаточно покрыть устройство чёрной жаростойкой краской и смонтировать его в герметичный кожух. Производительности одной установки с лихвой хватит для системы горячего водоснабжения. Если же сделать несколько водонагревателей, то можно сэкономить на отоплении дома в холодную солнечную погоду. К слову, собранная из радиаторов гелиоустановка обогреет подсобные помещения, гараж или теплицу.

Стальной радиатор системы отопления послужит основой для постройки экологичного водонагревателя

Из полипропиленовых или полиэтиленовых труб

Трубы из металлопластика, полиэтилена и полипропилена, а также фитинги и приспособления для их монтажа позволяют строить контуры гелиосистем любой площади и конфигурации. Такие установки обладают хорошей производительностью и используются для обогрева помещений и получения горячей воды на хозяйственные нужды (кухня, ванная и т. д.).

Достоинство гелиоколлектора из пластиковых труб — невысокая стоимость и простота монтажа

Из медных трубок

Абсорберы, построенные из медных пластин и трубок, обладают самой высокой теплоотдачей, поэтому с успехом применяются для подогрева теплоносителя отопительных систем и в горячем водоснабжении. К недостаткам коллекторов из меди относятся большие трудозатраты и стоимость материалов.

Применение медных труб и пластин для изготовления абсорбера гарантирует высокую производительность гелиоустановки

Производительность солнечного коллектора

Одним из главных факторов, влияющих на уровень производительности гелиосистем, является интенсивность солярной радиации, излучаемой Солнцем на протяжении светового дня. Кроме уровня инсоляции (количество полезного солнечного излучения на единицу площади), на производительность солнечного коллектора влияют и второстепенные факторы: номинальный объем теплоаккумулирующей емкости, материал теплообменника и площадь абсорберов

При выборе солнечного коллектора для дома обращайте внимание на технические характеристики: коэффициенты теплопотерь, параметры оптического КПД, а также апертурную и общую площадь гелиоустановки. Исходя из этих параметров, можно провести анализ эффективности работы и рассчитать максимально допустимую мощность. Если использовать тепловой насос и солнечный коллектор, то можно добиться высокой производительности круглый год

Если использовать тепловой насос и солнечный коллектор, то можно добиться высокой производительности круглый год.

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

Вот и все, солнечный коллектор своими руками готов. Для того чтобы его активировать, поставьте его на опорную конструкцию, развернув лицевой частью к солнцу таким образом, чтобы лучи падали на лицевую часть под максимально прямым углом. На крыше устанавливаете бак для накопления воды, он будет служить резервуаром. К верхней части бака проведите шланг, соединенный с верхней трубкой коллектора, к нижней части от нижней трубки. Подключив воду по такой схеме, вы обеспечите работу в режиме естественной циркуляции. Согласно законам физики, горячая вода будет подыматься кверху в направлении бака, а вытесняемая холодная будет попадать в коллектор для нагрева в змеевике. Не забудьте, что к баку необходимо присоединить шланг и вентиль для забора воды из бака, а также его наполнения новой.

cotlix.com, solntsepek.ru, otivent.com

Как сделать солнечный коллектор для нагрева воды своими руками

Насколько выгодны солнечные коллекторы

Какими бывают солнечные коллекторы, собранные самостоятельно?

Особенности эксплуатации солнечного коллектора из ПНД