Тепловой коллектор для отопления дома. Выработанная энергия применяется для. Как работает солнечный коллектор

Этот солнечный коллектор был сконструирован автором самостоятельно на основе старого радиатора отопления. Солнечный коллектор позволяет в летнее время использовать горячую воду, которая нагревается за счет естественного тепла от солнечных лучей. Такая конструкция будет особенно полезной в дачном доме, куда обычно не идет подача горячей воды.

Для создания солнечного коллектора были задействованы следующие материалы:

1) Старые плоские радиаторы отопления в количестве двух штук.
2) листы металла или жести
3) метало-пластиковые трубы
4) краны
5) фитинги
6) стекла оконные
7) две бочки емкостью в 160 литров

Рассмотрим основные этапы создания солнечного коллектора на базе старого радиатора отопления.

Для начала необходимо познакомиться с основным принципом работы данной модели водонагревателя. В бак закачивается холодная вода из колодца, для этого автор установил насосную станцию. Вода подается в бак через кран, что позволяет регулировать уровень воды в баке.

После нагрева горячая вода напрямую без краника спускается в ванну, так как вода в баке находится не под давлением. Таким образом горячая вода сама стекает в ванну при открытии крана.

На крыше дома автор установил два радиатора так, чтобы верх радиатора был на уровень ниже чем бак-накопитель. Так же в целях естественной циркуляции воды трубы ее подвода от бака-накопителя установлены под углом, в сторону радиаторов.

Благодаря тому, что трубка, по которой поступает нагретая вода в бак была подключена чуть выше середины бака, самая нагретая и горячая вода скапливается всегда вверху бака-накопителя.

Таким образом в летнее время, когда средняя температура воздуха в тени равна 25+ градусам, вода в баке за день может нагреться до 50-60 градусов.

Так же автор сделал простую манипуляцию с бочкой, для того чтобы она сохраняла тепло на протяжении ночи и утром вода еще была теплой. Для этого бочка была обернута минеральной ватой и фольгой, после чего бак-накопитель стал своего рода большим термосом.

Теперь о конструкции самой системы нагрева воды.
Два плоских радиатора были помещены на крышу дома автора.

Для удобства крепления были сделаны два металлических короба их жести и листов металла, в которые радиаторы и были помещены. Сверху радиаторы в коробах были закрыты стеклом для защиты от ветра и грязи. Автор использовал сразу два радиатора для того, чтобы уменьшить время нагрева воды, соответственно чем больше радиаторов, тем быстрее будет нагреваться вода от солнечного тепла.

Верх радиаторов установленных на крыше находится ниже уровня бака-накопителя, поэтому нагретая на солнце вода естественным путем поступает в бак. Как и полагается трубки подвода воды от бака сделаны с уклоном вниз в сторону радиаторов.

Тут видно фотографии изготовления металлических коробов для радиаторов:

Вот так был размещен радиатор в самом коробе:

А вот фотография бака расположенного на чердаке дома:

Так как автор использовал достаточно старые радиаторы отопления, которые долгое время валялись без дела, то при первом запуске системы довольно долго шла ржавая вода, но после того как радиаторы промылись качество воды пришло в норму.

Так же автор коллектора данной конструкции напоминает, что в зимнее время воду из системы нагрева необходимо слить. Поэтому стоит предусмотреть специальные дренажные краны внизу радиатора. Лучшая возможность слить воду с бака-накопителя, это перекрыть насосную станцию, а затем открыть кран подачи холодной воды. Таким образом вся находящаяся вода в баке стечет сама. В случае, если вы не сольете воду из солнечного коллектора на зиму, то в морозы конструкция деформируется и придет в негодность. Хотя сам коллектор и сделан из достаточно дешевых материалов, но при должном обслуживании сможет проработать достаточно долгое время.

Солнечный коллектор представляет собой группу металлических пластин, которые обычно устанавливаются на южной стороне крыши. Они окрашены в черный цвет, так как именно поверхность черного цвета быстрее нагревается, и дольше держит тепло. Эти металлические пластины помещают в каркас из пластика.

Обычно на крышу устанавливают несколько таких металлических коллекторных листов, так как, когда солнечные лучи касаются поверхности крыши, то энергия, заключенная в этих лучах, равномерно распределяется по всей поверхности крыши. Поэтому, чем больше листов установлены на скате крыши, тем больше энергии они аккумулируют.

Весь принцип работы гелиоустановок можно представить следующим образом:

По коллектору по специальным трубам перемещается теплоноситель-вода. Циркуляция воды может осуществляться как естественным способом, так и искусственным, то есть с помощью циркуляционных насосов. Сначала коллектор нагревается от солнечных лучей, затем это тепло передается теплоносителю. Нагретая жидкость далее течет по трубам и поступает в аккумуляторный бак, который представляет собой специальный бак для воды.

Стенки этого бака имеют хорошую теплоизоляцию, чтобы она не теряла тепло. Также в этот бак могут быть вмонтированы дополнительные электрические нагреватели, которые автоматически придут в рабочую фазу, если вдруг на улице будет продолжительная пасмурная погода, и коллекторы не будут нагреваться. Вода в этом баке может стоять сколько угодно долго, до тех пор, пока хозяева не предпочтут использовать ее в своих целях.

Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что весь принцип работы гелиоустановок сводится к тому, чтобы преобразовать солнечную энергию в тепло.

Виды

Существуют несколько разновидностей солнечных коллекторов:

Плоские. На сегодняшний день представители этой категории пользуются большой популярностью в сфере использования. Такая гелиоустановка состоит из листа платины, который окрашен в черный цвет. Этот лист заключен в металлический каркас, наружная сторона которого покрыта стеклом, для лучшего пропускания света. В устройствах этого типа сделано все, чтобы до минимума снизить показатель теплопотерь.

Стекло для таких конструкций изготавливается таким образом, чтобы содержание железа в нем было как можно меньше. Это способствует лучшему пропусканию солнечной энергии. Солнечная энергия проходит через стекло и нагревает поверхность коллектора, в котором движется теплоноситель. Далее, этот теплоноситель нагревается за счет платиновых пластин.

Коллекторы, которые аккумулируют солнечную энергию в гелиоустановках, по-другому еще называют абсорбирующими пластинами. Их производят не только из платины. Вместо нее могут быть использованы такие металлы, как медь и алюминий, которые отличаются высокими показателями теплопроводности.

Жидкостные. В установках такого типа в качестве теплоносителя используют жидкость. Теплообменники устанавливаются под абсорбирующим элементом, и прикрепляются к нему снизу. Они могут иметь вид змеевика, или отдельных параллельно идущих друг к другу трубок. Змеевик, конечно, является удобным вариантом, так как риск возможной протечки сводится к минимуму. Жидкостные гелиоустановки можно разделить на два подвида:

• Разомкнутые. В таких системах в качестве теплоносителя используют воду. Она нагревается в установке, и направляется в бак, откуда она идет на пользование. Такими системами пользоваться неудобно, так как в период низких температур, вода замерзает, и может разорвать трубы.
• Замкнутые. В системах этого типа роль теплоносителя играет не вода, а специальная незамерзающая жидкость. В установке, она нагревается от солнечной энергии, и поступает в теплообменник, представляющий собой бак, внутри которого имеется герметично закрытый бак для воды. Нагретая незамерзающая жидкость передает свое тепло воде, которая тут же нагревается и идет на пользование.

Воздушные. Если вода имеет ряд недостатков, такие как замерзание и вскипание, то использование воздуха в качестве теплоносителя поможет полностью исключить эти недостатки. Действительно, воздух не замерзает при низких температурах, и также не вскипает при высоких температурах. Благодаря этим плюсам, воздух является отличным теплоносителем. К тому же в воздушных гелиоустановках используются недорогие материалы, да и эксплуатационные работы проводятся очень легко.

В конструкцию солнечных гелиоустановок входят несколько коллекторов, роль которых играют металлические пластины. Между ними движется теплоноситель путем естественной конвекции (есть вариант, где используют вентиляторы). Затем нагретый воздух поступает в помещение. Минусом является то, что воздух является плохим переносчиком тепла.

Схема и конструкция

Конструкция самого солнечного коллектора является всего лишь частью масштабной работы. Дело в том, что для правильной работы всей системы, нужно спроектировать правильную обвязку. Здесь будет рассмотрена схема, в которой гелиоустановка работает на два бака. Один из баков является тепловым аккумулятором, который используется для отопления, а другой — ГВС.

• Обратные клапаны. Основная функция обратных клапанов является препятствование обратному току воды, то есть она заставляет воду течь в одном направлении. В данной схеме обратные клапаны устанавливаются на пути выхода жидкости из коллектора, чтобы жидкость обратно не поступила в устройство. Еще два обратных клапана устанавливаются на выходе из баков.
• Циркуляционные насосы. Они имеют важное значение. В данной схеме представлено применение двух насосов. Один из них установлен на выходе из бака ГВС, а другой — на выходе из теплового аккумулятора. Если будет работать только насос, стоящий у ГВС, то вся система будет работать только на нагрев ГВС, а если будет работать только насос, стоящий рядом с аккумуляторным баком, то система работает только на данный элемент. Можно также включить оба насоса.
• Запорный вентиль. В данной схеме, в аккумуляторном баке теплоноситель течет в двух змеевиках: в верхнем и в нижнем. Дело в том, что в верхнем змеевике, сопротивление больше, чем в нижнем, поэтому большая часть воды течет именно в нижнем змеевике. Для того чтобы сбалансировать поток теплоносителя, необходимо установить запорный клапан на входе жидкости в данный бак.
• Фильтр. Он обязательно должен присутствовать в любой системе. Его функция заключается в задерживании крупных частиц мусора, которые имеются в жидкости.
• Расходомер. Он нужен для того, чтобы видеть, сколько литров воды протекает за одну минуту. Данный показатель регулируется с помощью запорного вентиля.
• Показатель давления. С помощью этого элемента можно определить уровень давления в системе. Рядом устанавливают подрывной клапан на случай, если вдруг давление превысит норму.
• Расширительный бак. В системе вода начнёт расширяться за счет нагрева. Излишки поступают в расширительный бак, а при остывании они снова начнут циркулировать. Если этого бака не будет, то излишки выйдут через подрывной клапан, а при остывании в системе воды будет не хватать.
• Воздухоотводчики. В гелиосистемах применяют воздухоотводчики автоматического типа. Их устанавливают в верхней части системы. Он нужен для того, чтобы автоматически удалять накопившийся воздух из системы.
• Кран для слива. Через этот кран, теплоноситель можно сливать из системы.

Вот из таких элементов состоит система данной схемы.

Существуют и другие конструкции, но весь принцип действия остается таким же, только вот некоторых клапанов и вентилей может понадобиться больше или меньше в зависимости от схемы.

Необходимые материалы и инструменты

Гелиоустановки можно приобрести в специальных заведениях, но можно и сделать самому, так как покупка обойдется очень дорого. Солнечные коллекторы в домашних условиях можно сделать из разных материалов, таких как пластиковые бутылки, шланг, полипропилен, но самым экономным в материальном плане и самым легким является процесс изготовления солнечной батареи из радиатора строго холодильника.

Для этого понадобятся следующие материалы:

• Коврик из резины.
• Скотч
• Фольга.
• Обычное стекло.
• Брусья деревянные для изготовления рамы.
• Устройство для пайки.

Все эти материалы можно приобрести без особых затрат. Если они уже есть в наличии, то можно приступить к делу.

Как сделать солнечный коллектор своими руками — пошаговая инструкция

Если старый холодильник уже находится в нерабочем состоянии, то не следует его выбрасывать, так как его конденсатор может стать отличным материалом для сборки коллектора. При изготовлении этого устройства, следует руководствоваться нижеприведенной пошаговой инструкцией:

1. Нужно демонтировать конденсатор, хорошенько промыть, очистить от фреона, и измерить.
2. После того как проделали необходимые замеры, следует приступить к изготовлению деревянной рамы, то есть корпус. Для этого используют деревянные брусья.
3. Теперь необходимо взять фольгу и уложить его на дно изготовленного корпуса. Делается это для того, чтобы теплообменник мог нагреваться не только с фронтовой стороны, но также и с тыльной.
4. Теперь, вооружившись скотчем, следует обклеить все щелинки по всему периметру корпуса.
5. Затем необходимо прибить дополнительные брусья с тыльной стороны устройства. Это делают для того, чтобы теплообменник был закреплен прочно.
6. Теперь в каркасе делают небольшие отверстия для отвода труб.
7. На нижней стороне рамки нужно вмонтировать несколько шурупов, чтобы стекло держалось надежно и не сползало.
8. Теперь накрывают все это стеклом, и с помощью скотча герметизируют все отверстия.

На этом все! Осталось только установить его где-нибудь на крыше, и обвязать с остальными элементами отопительной системы дома.

Нюансы

При изготовлении и эксплуатации коллектора, следует обратить внимание на следующие моменты:

• Воду, нагретую посредством такого коллектора, следует использовать только для технических нужд, так как в конденсаторе все-таки остается фреон.
• Совсем необязательно использовать конденсатор холодильника, можно также взять и радиатор от автомобиля.
• Если предусмотрено использование циркуляционного насоса, то бак для накопления воды может быть установлен абсолютно в любом месте. Вместо циркуляционного насоса высокой мощности можно взять обычный аквариумный насос. Если же в системе предусмотрена естественная циркуляция жидкости, то бак должен быть расположен выше самого коллектора.

Различные солнечные коллекторы появились на рынке достаточно давно. Это устройства, использующие энергию солнца для нагрева воды на домашние нужды. Но приобрести популярность среди пользователей им мешает высокая стоимость, это беда всех альтернативных источников энергии. Например, общие затраты на приобретение и монтаж установки, что обеспечит нужды средней семьи, составят 5000$. Но выход есть: можно сделать солнечный коллектор своими руками из доступных по цене материалов. Какими способами это реализовать, будет рассказано в данном материале.

Как работает солнечный коллектор?

Принцип действия коллектора основан на поглощении (абсорбции) тепловой энергии солнца специальным приемным устройством и передачей его с минимальными потерями теплоносителю. В качестве приемника используются медные или стеклянные трубки, окрашенные в черный цвет.

Ведь известно, что лучше всего абсорбируют тепло предметы, имеющие темную или черную окраску. Теплоносителем чаще всего выступает вода, иногда – воздух. По конструкции солнечные коллекторы для отопления дома и горячего водоснабжения бывают таких видов:

• воздушные;
• водяные плоские;
• водяные вакуумные.

Среди прочих воздушный солнечный коллектор отличается простотой конструкции и, соответственно, самой низкой ценой. Он представляет собой панель – приемник солнечной радиации из металла, заключенный в герметичный корпус. Стальной лист для лучшей теплоотдачи снабжен с задней стороны ребрами и уложен на дно с тепловой изоляцией. Спереди установлено прозрачное стекло, а по бокам корпуса имеются проемы с фланцами для подключения воздуховодов или других панелей, как показано на схеме:

Воздух, поступающий через проем с одной стороны, проходит между стальными ребрами и, получив от них тепло, выходит с другой.

Надо сказать, что установка солнечных коллекторов с нагревом воздуха имеет свои особенности. Из-за их невысокой эффективности для обогрева помещений нужно применять несколько подобных панелей, объединенных в батарею. Кроме того, обязательно понадобится вентилятор, поскольку нагретый воздух из коллекторов, находящихся на кровле, самостоятельно вниз не пойдет. Принципиальная схема воздушной системы показана ниже на рисунке:

Простое устройство и принцип работы позволяют выполнять изготовление коллекторов воздушного типа своими руками. Но потребуется много материала для нескольких коллекторов, а подогреть воду с их помощью все равно не получится. По этим причинам домашние умельцы предпочитают заниматься водяными нагревателями.

Конструкция плоского коллектора

Для самостоятельного изготовления наибольший интерес представляют плоские солнечные коллекторы, предназначенные для нагрева воды. В корпусе из металла или алюминиевого сплава прямоугольной формы размещен тепловой приемник - пластина с запрессованным в ней змеевиком из медной трубки. Приемник выполняется из алюминия или меди, покрытой абсорбционным слоем черного цвета. Как и в предыдущем варианте, снизу пластина отделена от дна слоем теплоизоляционного материала, а роль крышки играет прочное стекло или поликарбонат. Ниже на рисунке изображено устройство солнечного коллектора:

Пластина черного цвета поглощает тепло и передает его теплоносителю, движущемуся по трубкам (вода или антифриз). Стекло выполняет 2 функции: пропускает к теплообменнику солнечную радиацию и служит защитой от осадков и ветра, снижающих производительность нагревателя. Все соединения выполнены герметично, чтобы внутрь не попадала пыль и стекло не теряло прозрачности. Опять же, тепло солнечных лучей не должно выветриваться наружным воздухом через щели, от этого зависит эффективная работа солнечного коллектора.

Данный вид – самый популярный среди покупателей из-за оптимального соотношения цена - качество, а среди домашних мастеров - по причине относительно несложной конструкции. Но применять такой коллектор для отопления можно лишь в южных регионах, с понижением температуры наружного воздуха его производительность значительно падает из-за высоких тепловых потерь через корпус.

Устройство вакуумного коллектора

Еще один вид водяных солнечных нагревателей изготавливается с применением современных технологий и передовых технических решений, а потому относится к высокой ценовой категории. Таких решений в коллекторе реализовано два:

• тепловая изоляция с помощью вакуума;
• использование энергии парообразования и конденсации вещества, кипящего при низкой температуре.

Идеальный вариант защитить абсорбер для коллектора от тепловых потерь – это заключить его в вакуум. Медная трубка, наполненная хладагентом и покрытая абсорбирующим слоем, помещена внутрь колбы из прочного стекла, воздух из пространства между ними откачан. Концы медной трубки входят в трубу, через которую протекает теплоноситель. Что происходит: хладагент под воздействием солнечных лучей закипает и обращается в пар, он поднимается по трубке вверх и от соприкосновения с теплоносителем сквозь тонкую стенку снова переходит в жидкость. Ниже показана рабочая схема коллектора:

Фокус в том, что в процессе превращения в пар вещество поглощает гораздо больше тепловой энергии, чем при обычном нагреве. Удельная теплота парообразования любой жидкости выше, нежели ее удельная теплоемкость, а потому вакуумные солнечные коллекторы весьма эффективны. Конденсируясь в трубе с проточным теплоносителем, хладагент передает ему всю теплоту, а сам стекает вниз за новой порцией энергии солнца.

Благодаря своему устройству вакуумные нагреватели не боятся низких температур и сохраняют свою работоспособность даже на морозе, а потому могут применяться в северных регионах. Интенсивность нагрева воды в этом случае ниже, чем летом, так как зимой на землю поступает меньше тепла от солнца, часто мешает облачность. Понятно, что изготовить стеклянную колбу с откачанным воздухом в домашних условиях просто нереально.

Примечание. Существуют вакуумные трубки для коллектора, заполняемые напрямую теплоносителем. Их недостаток – последовательное подключение, при выходе из строя одной колбы придется менять весь водонагреватель.

Как изготовить солнечный коллектор?

Прежде чем приступить к работе, следует определиться с габаритами будущего водогрейного аппарата. Произвести точный расчет площади теплообмена непросто, многое зависит от интенсивности солнечного излучения в данном регионе, расположения дома, материала нагревательного контура и так далее. Правильным будет сказать, что чем больше тепловой коллектор, тем лучше. Однако, его размеры наверняка ограничиваются местом, где планируется его устанавливать. Значит, надо исходить из площади этого места.

Корпус проще всего изготовить из древесины, проложив на дно слой пенопласта или минеральной ваты. Также для этой цели удобно использовать створки старых деревянных окон, где сохранилось хотя бы одно стекло. Выбор материала для приемника тепла неожиданно широк, чего только не используют мастера-умельцы, чтобы собрать коллектор. Вот перечень популярных вариантов:

• тонкостенные медные трубки;
• различные полимерные трубы с тонкими стенками, желательно черного цвета. Хорошо подойдет полиэтиленовая РЕХ труба для водопровода;
• трубки из алюминия. Правда, соединять их сложнее, чем медные;
• стальные панельные радиаторы;
• черный садовый шланг.

Примечание. Кроме перечисленных, существует масса экзотических версий. Например,воздушный солнечный коллектор из пивных банок или пластиковых бутылок. Подобные прототипы отличаются оригинальностью, но требуют значительного вложения труда при сомнительной отдаче.

В собранный деревянный корпус или старую оконную створку с приделанным дном и уложенным утеплителем надо поместить металлический лист, накрывающий всю площадь будущего нагревателя. Хорошо, если найдется лист алюминия, но подойдет и тонкая сталь. Ее необходимо окрасить в черный цвет, а затем уложить трубы в виде змеевика.

Без сомнения, коллектор для нагрева воды лучше всего получится из медных труб, они отлично передают тепло и прослужат долгие годы.Змеевик плотно прикрепляется к металлическому экрану скобами или любым другим доступным способом, наружу выводятся 2 штуцера для подачи воды.

Поскольку это плоский, а не вакуумный коллектор, то поглотитель тепла нужно закрыть сверху светопрозрачной конструкцией – стеклом или поликарбонатом. Последний легче обрабатывается и надежнее в эксплуатации, не разобьется от ударов града.

После сборки солнечный коллектор надо установить на место и подключить к накопительному баку для воды. Когда позволяют условия монтажа, то можно организовать естественную циркуляцию воды между баком и нагревателем, в противном случае в систему включается циркуляционный насос.

Заключение

Осуществлять отопление дома солнечными коллекторами, сделанными своими руками, – привлекательная перспектива для многих домовладельцев. Жителям южных районов этот вариант более доступен, только придется заполнить систему антифризом и как следует утеплить корпус. На севере самодельный коллектор поможет нагреть воду на хозяйственные нужды, но для обогрева дома его не хватит. Сказывается холод и короткий световой день.

Солнечный коллектор используется для поглощения энергии солнечного излучения, чтобы в дальнейшем она была концентрирована, преобразована и использована человеком.

Выработанная энергия применяется для:

1. Обеспечения нагрева воды и запуска систем отопления жилых помещений.
2. Обеспечения в бассейнах различного типа постоянно теплой водой.
3. Обогрева теплиц.
4. Для нагревания технологической воды, используемой в промышленности.

Принцип работы и область применения

Принцип действия

Конструкция и используемые для ее создания материалы направлены для максимально возможного потребления солнечной энергии. После чего она преобразовывается в тепловую, и передается для дальнейшего ее использования. в данной системе может являться как воздух, так и специальная жидкость с незамерзающими свойствами.

Циркуляция его может быть естественной и принудительной.

Коллекторы используются в различных странах с любым климатом.

Область применения их достаточно велика:

1. Для дач, коттеджей и частных домов.
2. Различных производственных комплексов, независимо от рода деятельности и масштаба.
3. На автомойках, станций автозаправок.
4. В детских и медицинских учреждениях.
5. На объектах железнодорожного транспорта.
6. В гостиничных, торговых и развлекательных комплексах.
7. В заведениях общепита и офисах.

Преимущества и недостатки

Коллекторы имеют большой ряд преимуществ, к ним можно отнести:

1. Снижение расходов на обслуживание отопительной системы дома , и обеспечение его горячим водоснабжением.
2. Возможность получения обогрева дома и горячей воды при перебоях и временном отсутствии электроснабжения и подачи газа.
3. Снижение нагрузки на отопительную систему , вследствие чего происходит увеличение ее срока службы.
4. Экономия природных ресурсов и сохранение экологии.
5. Экологичность системы не оказывает негативного воздействия на человека.

Минусом можно назвать довольно высокую стоимость и непростой монтаж этого оборудования.

Виды

Можно выделить два вида этих устройств. Каждому из них свойственны определенные характеристики и принципы действия.

Плоский коллектор

Подобные коллекторы изготовляются в виде панели, размером до 2,5 метра, в центре которой помещается поглощающая пластина. Изготавливается она из теплопроводящих металлов, медь или алюминий самые используемые для этого. На нее нанесено покрытие, которому свойственно наличие низкого коэффициента излучения.

Это требуется для наибольшего преобразования солнечных лучей в виде тепловой энергии, при этом, в окружающую среду ее выход должен быть минимальным. Этот абсорбирующий слой соединяется с трубками. Именно по ним происходит циркуляция чаще всего пропилен-гликоля, который выступает в качестве теплоносителя.

Также, или же вода. Под трубками расположен теплоизоляционный слой. Над поглотителем находится специальное защитное гелиостекло. Ему характерно минимальное содержание железа для наибольшей пропускной способности, а корпус усилен листовой сталью с теплоизоляцией или алюминием.

Используется этот вид для монтажа на скатных или же плоских крышах. Но его можно монтировать в любом месте и положении. Этот вид наиболее распространен и получил широкое использование для отопительных систем и для нагрева воды.

Трубчатый (вакуумированный)

Состоит он из отдельных трубок. Число их может быть от 5 до 30 штук. Каждая, из трубок по принципу действия представляет собой миниколлектор. Все они объединены в одну панель.

Внутри трубки находится еще одна такая же деталь меньшего размера. Между ними создан вакуум. Верхняя часть состоит из гелиостекла и выполняет функцию защиты. В нее встроена пластинка поглотителя, состоящая из меди или алюминия. Меньшая трубка находится под пластиной, в ней происходит циркуляция теплоносителя. Вакуум в этом случае играет роль теплоизолятора.

Такой солнечный коллектор действует значительно эффективней по сравнению с плоским, в условиях низких атмосферных температур. Но стоимость их значительно выше.

Трубчатый коллектор в свою очередь бывает двух видов, отличных по конструкции. Различают тип с тепловой трубой и прямоточный. Преимуществом первого типа можно назвать сохранение эффективной работоспособности при температуре до -30 градусов Цельсия, а в некоторых случаях даже до -40.

Отличительными особенностями прямоточного коллектора является возможность его монтажа в любом положении, а также минимальные теплопотери при работе.

Как сделать своими руками?

Устройство коллектора

Этот прибор для экономии энергии можно изготовить собственными руками. Вариантов исполнения в этом случае существует немало. Например, его можно сделать из оконной рамы, старого электрического бойлера, холодильника, и даже пластиковых бутылок.

Рассмотрим один из наиболее простых коллекторов, изготовленных при помощи деталей старого холодильника. Осуществлять такой коллектор будет подогрев воды для технических нужд.

Необходимые материалы и инструменты

Материалы:

1. Конденсатор, снятый со старого холодильника.
2. Брусья из дерева, 5/5 см.
3. Резиновый коврик.
4. Стекло (подойдет от оконной рамы).
5. Лист фольги.
6. Шурупы, гвозди.
7. Скотч.

Инструменты:

1. Молоток.
2. Шуруповерт.

Перед проведением работ, змеевик от холодильника необходимо промыть с использованием моющего средства и проточной воды. Это надо для его очищения от фреонового масла.

Для увеличения эффективности самодельного коллектора, можно использовать автомобильный радиатор, заменив им конденсатор.

Испытания показали, что этот агрегат способен за два часа работы нагреть около 20 литров воды на 20 градусов. Температура окружающей среды при эксперименте составляла +25 градусов Цельсия.

Конечно, такое устройство имеет низкое КПД и вероятность выхода из строя из-за завоздушивания теплообменника, но тем не менее, оно приносит определенную пользу.

Поскольку, солнечные коллекторы имеют эффективность, которая зависит от отражающей способности и поглощающей особенности материала, для увеличения этих особенностей были придуманы специальные покрытия.

Каждое из них подходит к определенному материалу, на который они будут наноситься. Есть покрытия для меди, алюминия и др. Нанесение их осуществляется довольно сложным способом, поэтому они не имеют широкого доступа.

1. При выборе коллектора надо учитывать , что вакуумные его модели более хрупкие по сравнению с плоскими, но при повреждениях значительно проще починить первый вариант. Для этого потребуется всего лишь заменить вышедшие из строя трубки, когда как в плоском придется заменить всю абсорбирующую систему;
2. Мощности , вырабатываемой с помощью одного коллектора, хватит для отопления нескольких жилых комнат и подогрева воды.
3. Срок службы коллектора составляет до 30 лет. Но при покупке этого аппарата нужно учитывать, что вакуумный тип менее долговечен, по сравнению с другими.
4. Установить это оборудование можно самостоятельно , используя инструкцию, которая прилагается к устройству. Процесс этот довольно трудоемкий и нелегкий, но позволяет сэкономить на затратах, необходимых для привлечения специалистов.

Хорошие владельцы частных домов в сегда 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.

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.

«Летний» вариант подключения коллектора

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. Для 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 пр игоден для согрева воды только лишь в теплую половину года, а на зиму воду из системы придется обязательно слить, иначе, замерзая, она запросто разорве т т рубы.

«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 з меевик-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.

Солнечный коллектор — хорошее подспорье и для отопления дома

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 .

Коллектор может быть включен в общую систему «отопление — горячее водоснабжение»

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.

На крыше — целая батарея из солнечных коллекторов

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

«Улитка» — теплообменник

Такую конструкцию можно назвать самой простой как по конструкции, так и по монтажу. Главным 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 в се 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.

Известный всем автомобилистам «антикор» — то, что нужно

• 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:

Действие пластиковой бутылки в качестве кожуха — схематично

• 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.

Совсем несложная схема коллектора, подходящего для дачных условий

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

  Бутылки должны вставляться одна в другую примерно так

  • 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.

  Клипсы могут применяться для крепления труб к раме

  • 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 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 , можно узнать, если перейти по ссылке на специальную публикацию нашего портала.

    Видео — сборка солнечной электростанции своими руками