Солнечная тепловая трубка своими руками. Солнечный коллектор своими руками

Солнечный коллектор - это устройство, предназначенное для поглощения солнечной энергии и преобразования её в тепловую с целью дальнейшей её передаче теплоносителю. Классическое устройство представляет собой чёрную металлическую пластину, помещённую в стеклянный или пластмассовый корпус, поверхность которой поглощает радиацию. Их существует несколько видов и предназначение может быть разное. Давайте рассмотрим подробнее принцип работы этого устройства, а также поэтапное изготовление этого объекта своими руками.

Какие существуют

В зависимости от температуры, которую могут достигать пластины, коллекторы бывают:

• низких температур - не дают энергии большой мощности, они нагревают воду не более 50 градусов по Цельсию;
• средних температур - прогревают воду уже до 80 градусов, поэтому их можно использовать для обогрева помещений;
• высоких температур - используются в основном на промышленных предприятиях, и в домашних условиях их сделать невозможно.

Интегрированные коллекторы делятся на:

• накопительные интегрированные;
• плоские;
• жидкостные;
• воздушные.

Накопительный интегрированный или по-другому термосифонный коллектор. Он может не только нагревать воду, но и какое-то время поддерживать некоторое время нужную температуру. В нем нет насосов, поэтому он гораздо экономичнее остальных вариантов. Устройство-накопитель представляет собой конструкцию из одного или нескольких баков, заполненный водой и помещённых в теплоизоляционный ящик. Сверху на баках лежит стеклянная крышка, которая проходит через стекло и нагревает воду. Это недорогой, лёгкий в обслуживании и простой в эксплуатации вариант. Однако зимой его применение весьма затруднительно.

Плоский коллектор внешне напоминает обычный плоский металлический ящик, внутри которого помещена чёрная пластина, поглощающая солнечный свет. Стеклянная крышка ящика усиливает его, стекло имеет низкое содержание железа, такие образом способствуя поглощению всех лучей. Сам ящик термоизолирован, а чёрная пластина тепловоспринимающая, благодаря чему и выделяется тепло. Однако КПД пластины всего 10%, поэтому она дополнительно покрывается слоем аморфного полупроводника. Плоские коллекторы используются для , отопления помещений и иных бутовых нужд.

В жидкостных накопителях основным теплоносителем становится жидкость.Они бывают остеклёнными и неостеклёнными, с замкнутой и разомкнутой системой теплообмена.

Воздушные коллекторы гораздо дешевле своих водных собратьев. Они не замерзают зимой, не подтекают. Их используют для сушки сельскохозяйственных продуктов.

Существует еще один вид - концентраторы, они отличаются концентрацией солнечных лучей. Это происходит благодаря зеркальной поверхности, которая направляет свет на поглотители. Главный их недостаток - это невозможность работы в пасмурные дни, поэтому их используют в странах с жарким климатом.

Солнечные печи и дистилляторы. Дистилляторы работают на принципе испарения воды, тем самым не только дают теплоэнергию, но и очищают воду. Печи также используют как для обогрева, так и для стерилизации воды.

Фотогалерея: различные виды коллекторов

В конструкции накопительного коллектора может быть несколько баков Плоские коллекторы чаще используют для отопления помещений и подогрева воды в бассейнах В жидкостном коллекторе носитель тепла вода Воздушные коллекторы можно также применять для сушки фруктов

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/м 2 , что позволяет небольшим устройством размером 2м 2 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.

Тепловая энергия для вашего дома: как сделать коллектор своими руками?

Для изготовления устройства в ход могут идти листы поликарбоната, медные или полипропиленовые трубы.

Самой универсальной конструкцией является разработка болгарского инженера Станислава Станилова. Основной принцип действия этого коллектора - это использование парникового эффекта. Накопитель представляет собой помещённый в теплоизолированную деревянную коробку трубчатый радиатор, сваренный их стальных труб. Для подведения и отведения воды используются водопроводные трубы диаметром 1 или ¾ дюйма.

Коробка теплоизолируется со всех сторон при помощи пенопласта, пенополистирола , минеральной или эковатой. Особенно тщательно изолируется дно, куда поверх изоляции кладётся лист оцинкованного кровельного железа, на который ставится сам радиатор. Он закрепляется в коробке стальными хомутами. Металлический лист и радиатор красятся чёрной матовой краской, а коробка со всех сторон, кроме стеклянной крышки, покрывается белой краской. Покровное стекло, через которое будет проходить к радиатору солнечный свет, хорошо герметизируется. Накопителем тепла может служить металлическая бочка, помещённая в дощатой или фанерной коробке, в полости которой заполняется эковатой, сухими опилками, керамзитом, песком.

Необходимые инструменты и материалы

Основной принцип действия такого коллектора - использование парникового эффекта

• стекло (например, 1700/750 мм);
• рама под стекло;
• оргалит для дна;
• доска сечением 120/25 мм;
• стальная полоса сечением 20/2,5 мм, длина 3 м;
• накладка-уголок;
• деревянный брусок сечением 50/30 мм;
• соединительная муфта;
• труба радиатора;
• приёмная труба радиатора;
• хомуты для крепления;
• оцинкованное железо в качестве отражателя;
• теплоизолятор;
• бак на 200−300 литров.

Изготовление: пошаговые действия

Конструкция солнечного коллектора проста

1. Из досок сколачивается короб, днище которого усиливается брусом.
2. На дно укладывается теплоизоляция (пенопласт, пенополистирол, минеральная вата), поверх которой кладётся лист железа или жести.
3. Сверху ставится радиатор и закрепляется хомутами из стальной полосы.
4. Все соединения герметизируются, стыки и щели замазываются.
5. Трубы радиатора и металлический лист выкрашиваются в чёрный цвет.
6. Короб и бак для воды выкрашивается в серебристый цвет. Бак для воды помещается в теплоизолированный короб или бочку (между баком и стенами короба насыпается теплоизоляционный материал).
7. Для создания постоянного небольшого давления приобретается аквакамера с поплавковым клапаном, как в бочке унитаза. Её можно приобрести в магазине сантехники.
8. На чердаке дома, под крышей размещается аквакамера и накопитель воды (бак). Аквакамера помещена выше бака как минимум на 0,8 м.
9. Коллектор размещается на крыше южной стороны дома под углом 45 0 к горизонту.
10. Далее идёт соединение всей системы между собой трубами: полудюймовыми трубами монтируется высоконапорная часть системы от аквакамеры до водопроводного ввода. Дюймовыми трубами монтируются низконапорные части. Минимальное количество труб - 12 штук, но, в зависимости от расстояний между частями коллектора, понадобится 18−15 труб, но не менее 12.
11. Чтобы избежать воздушных пробок, система заполняется водой с нижней части радиатора. Как только вся система наполнится водой, из дренажной трубки аквакамеры польётся вода.
12. Открываем вентиль в трубе для заполнения бака.
13. Вода начинает нагреваться сразу же. Тёплая вода поднимается вверх, вытесняя холодную, и та автоматически поступает в радиатор.
14. Как только часть воды будет использована, поплавковый клапан в аквакамере сработает, и холодная вода снова поступит в нижнюю часть системы. Смешивания воды при этом не происходит.

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.

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 , 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 . 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 – 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 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 – , 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 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 и 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.

Цены на солнечные коллекторы

Солнечные коллекторы

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 , 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 (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.

Цены на трубы из сшитого полиэтилена

Трубы из сшитого полиэтилена

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.

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 иной отражающий материал. Отражающая часть должна смотреть в сторону солнца.

4 – Подставку будет совсем 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.

• 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.

Вот что может получиться в итоге — проще не придумаешь!

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

Видео — сборка солнечной электростанции своими руками

Использовать солнечную энергию для бытовых нужд мечтали всегда. Особенно актуально эта идея стала развиваться в последние пятьдесят лет, когда появились новые материалы, позволяющие конструировать довольно эффективные конструкции. Появились и инструменты, с помощью которых можно в домашних условиях производить изготовление сложных технологичных конструкций.

Идея нагревать воду с помощью солнца реализовывалась еще в древности. Обычные бочки, выставленные на солнце или в тени, в течение определенного времени поглощали тепловой поток из окружающей среды. Температура жидкости увеличивалась с ростом интенсивности солнечного излучения.

В семидесятых-восьмидесятых годах XIX века Йозеф Стефан и Людвиг Больцман открыли закон теплового излучения. Ими были выведены расчетные формулы, на основании которых определяется тепловой поток, получаемый от Солнца, на поверхности Земли. Для объектов, расположенных на Земле, используют следующую формулу:

где σ = 5,670367·10 -4 , Вт/(м 2 ·К 4) – постоянная Стефана-Больцмана;

F – площадь поверхности тепловосприятия, м 2 ;

С 2 – степень черноты поверхности тепловосприятия;

Т 1 – температура теплового излучателя, для поверхности Солнца принято считать, что она составляет Т 1 = 6000 К;

Т 2 – температура теплоприемника – это поверхность нагреваемая солнечным излучением, (T 2 = t 2 + 273), K;

где t 2 – температура теплоприемник (тела на Земле), °С;

ϕ – угол падения солнечных лучей, °.

Что такое коллектор и назначение солнечных коллекторов

Под солнечным коллектором понимают устройство, которое собирает энергию излучения, а затем перемещает накопленную теплоту потребителям. На практике используют еще один термин – гелиоколлектор.

По назначению солнечные установки (гелиоустановки) использования подразделяют:

• гелиоконцентраторы – устройства, собирающие солнечную энергию в узкий поток. Их используют для плавки металла. В институте НПО «Физика-Солнце» (г. Ташкент) были разработаны и изготовлены плавильные печи, в которых достигнуты температуры более 5000…5500 °С;
• солнечные батареи – устройства для преобразования излучения от Солнца в электрическую энергию;
• гелиоопреснительные установки – машины, предназначенные для получения пресной воды из воды с высоким содержанием минеральных солей;
• гелиосушильные установки – тепловые устройства, в которых осуществляется удаление влаги из овощей и фруктов с использованием энергии Солнца;
• гелионагреватели (воздушный солнечный коллектор) – установки для передачи теплового потока от инфракрасного излучения к теплоносителям.

Как работает солнечный коллектор

Солнечное излучение кроме видимого света имеет еще и невидимый инфракрасный спектр. Именно он и переносит тепловую энергию. На основании исследований установлено, что в зоне умеренного климата интенсивность теплового излучения в полдень достигает более 5 кВт/м 2 . На рис. 1 представлена зависимость суммарной инсоляции для 48 ° северной широты.

Рис. 1 Суммарная инсоляция солнечного излучения для разных периодов умеренной зоны Европы

Информация к размышлению! Тепловую радиацию разделяют на: прямую и рассеянную. Поэтому даже в пасмурный день ощущается поступление солнечного теплового потока. Из представленной иллюстрации видно, что количество поступающей теплоты в летний и зимний периоды имеет значительные различия. Поэтому при проектировании устройств учитывают возможную эффективность, сообразуясь с затратами.

Принципиальная схема гелиоколлектора представлена на рис. 2. Солнечная радиация поступает внутрь коллектора через светопрозрачное ограждение. На приемной панели, окрашенной в черный цвет, происходит поглощение теплоты. В результате происходит нагрев черного тела. Последующий процесс теплопередачи происходит конвекцией. Теплота передается от нагретой стенки к потоку жидкости (газа), перемещаемого по трубопроводам. Подвижная среда нагревается.

Внимание! Для предотвращения тепловых потерь ограждение коллектора теплоизолируется. Так как внутри полученная теплота используется на нагревание потока, то интенсивность отраженного излучения от панели, воспринимающей излучение, невысока.

Отопление частного дома можно организовать различными способами. Чаще всего это подключение к центральной системе теплоснабжения или установка индивидуальных отопительных приборов, которые нагревают теплоноситель путем сжигания газа, жидкого или твердого топлива. Реже владельцы небольших коттеджей для обогрева используют электрические котлы и различные типы тепловентиляторов, направляя воздушный поток в жилое помещение.

Сегодня существуют альтернативные методы отопления, например, устройства, которые превращают солнечное излучение в тепловую энергию. Солнечные коллекторы для отопления дома достаточно эффективны, полностью экологичны и не требуют особого ухода.

Почему использовать солнечное отопление выгодно

Система отопления от солнечных коллекторов имеет несколько очень значимых достоинств:

• солнечное тепло бесплатно и им можно пользоваться во всех уголках планеты, несмотря на климатические условия;
• использование энергии солнца предполагает затраты исключительно на приобретение установки, все остальное время солнечный коллектор работает полностью автономно;
• конструкция системы автономного отопления с солнечным коллектором достаточно проста, поэтому ее можно даже сделать своими руками.

Важно понимать, что самодельный коллектор и аккумулятор тепловой энергии будет иметь достаточно низкий КПД по сравнению с промышленными образцами, но все равно позволит значительно сэкономить средства на горячем водоснабжении дома.

Самый простой расчет показывает, что коллектора площадью 3 м2 достаточно не только для создания источника горячей воды в небольшом частном доме, но и для его отопления в период межсезонья. Это ощутимо снижает затраты на использование энергоресурсов, а следовательно, и ваш семейный бюджет.

Устройство гелиоустановки

Солнечные коллекторы для отопления и создания горячего водоснабжения дома состоят из следующих компонентов:

• устройство для нагрева воды или другого теплоносителя;
• аккумулятор тепловой энергии;
• контур для перемещения тепловой энергии теплоносителем.

Солнечный коллектор для обустройства отопления представляет собой систему трубок с теплоносителем, в качестве которого выступает воздух, вода, пропилен-гликоль или любая другая незамерзающая жидкость. В качестве аккумулятора тепловой энергии выступает емкость со змеевиком, по которому циркулирует поступивший из коллектора теплоноситель. Тепловой контур служит для объединения устройства нагрева воды, воздуха или антифриза с аккумулятором тепла.

Солнечная энергия попадает в коллектор, где нагревает теплоноситель, который циркулирует в гелиоустановке. После нагрева он попадает в аккумулятор тепла, где происходит теплообмен между змеевиком и водой. Нагретая вода из аккумулятора поступает в систему отопления или горячего водоснабжения дома.

Циркуляция воды в гелиосистеме происходит самотеком или при помощи циркуляционного насоса (в зависимости от назначения системы и способа установки бака-аккумулятора по отношению к коллектору).

Естественное движение воды или воздуха по контуру обусловлено принципом конвекции, когда после нагрева жидкость стремится вверх от коллектора к аккумулятору тепла.

Если брать в расчет, что гелиосистема будет использоваться только для горячего водоснабжения, то кроме солнечного коллектора и аккумулятора тепла больше ничего не нужно. Если систему планируется использовать для отопления дома, то для прокачки теплоносителя через радиаторы может потребоваться насос.

Типы поглотителей тепла

Современная промышленность освоила производство нескольких типов нагревательных теплообменников для солнечных отопительных систем:

• воздушный;
• плоский;
• вакуумный.

Все они работают по одному принципу, но имеют некоторые конструктивные особенности и разницу в КПД. Для правильного выбора того или иного типа гелиоустановки необходимо знание их особенностей и грамотный расчет. Рассмотрим каждый тип солнечного коллектора более подробно.

Плоский нагревательный теплообменник

Такой тип солнечного коллектора для отопления состоит из плоского, теплоизолированного с трех сторон короба, заполненного адсорбирующим тепло веществом. Внутри этого вещества находится теплообменник из тонкостенных металлических труб, по которому циркулирует вода или пропилен-гликоль.

Конструкция плоского поглотителя солнечной энергии и расчет необходимых его параметров достаточно просты, поэтому именно этот вид «нагревателя», используют для изготовления отопительной гелиосистемы своими руками.

Вакуумный поглотитель тепла состоит из стеклянных труб, внутри которых находятся трубки меньшего диаметра с адсорбентом, аккумулирующим солнечное тепло. Внутри трубок с адсорбентом проложены металлические трубочки, по которым движется теплоноситель.

Между стеклянной трубкой большого диаметра и трубкой с аккумулирующим тепло веществом создан вакуум, который препятствует утечке тепла из адсорбента в атмосферу.

КПД такой установки самый высокий среди всех типов солнечных коллекторов. Исходя из мощности устройства производят расчет его необходимой площади для нагрева теплоносителя.

Воздушный коллектор для обогрева дома

В таком устройстве в качестве теплоносителя используется воздух, циркуляция которого осуществляется как естественным способом, так и при помощи вентилятора. Как правило, воздушный коллектор используют исключительно для обогрева в период межсезонья небольших дачных построек, так как такая конструкция имеет достаточно низкий КПД. Кроме того, для нагрева воды и создания горячего водоснабжения дома эта установка не подходит, поэтому используется нашими соотечественниками крайне редко.

Несмотря на низкую эффективность воздушный поглотитель имеет два достоинства: простую конструкцию и отсутствие теплоносителя (воды), а вместе с ней и коррозии, течей, проблем с замерзанием и пр.

Создание солнечного коллектора своими руками

Для создания плоского поглотителя солнечного тепла потребуется достаточно сложный расчет необходимой площади теплообменника, объема емкости и длины контура. Самостоятельный расчет требует соответствующих знаний, опыта и исходных данных. Для упрощения задачи вам будет представлено три основных типоразмера гелиосистемы:

• объем аккумуляторного бака в 100-150 л длина трубы теплообменника 7 м, площадь коллектора 2 м2;
• объем аккумуляторного бака в 150-300 л длина трубы теплообменника 9 м, площадь коллектора 3 м2;
• объем аккумуляторного бака в 200-400 л длина трубы теплообменника 12 м, площадь коллектора 4 м2.

Инструкция по самостоятельной сборке.

Короб

Сделать его можно из фанерного или пластикового листа и деревянных реек, закрепленных по его периметру в качестве бортов.

Для его изготовления необходимо сварить решетку или согнуть из металлических труб, которые и будут использоваться для нагрева теплоносителя. Готовое изделие закрепить скобами на второй лист пластика или фанеры и окрасить черной матовой краской.

Приклеить утеплитель по всей площади короба.

Сборка

Установить теплообменник в подготовленный короб. Сверху поглотителя установить стекло, предварительно промазав места его соприкосновения с коробом герметиком на основе силикона. Самодельный поглотитель солнечного тепла готов.

Изготовление аккумулятора тепла

Из медной трубы следует сделать змеевик, после чего поместить его в подготовленную емкость, предварительно проделав отверстия для входа и выхода теплоносителя. Вывести через уплотнения из аккумулятора концы теплообменника.

Утепление

Необходимо тщательно утеплить бак-аккумулятор минеральной ватой.

Для сохранности утеплительного слоя закрыть его листом оцинкованного металла, создав своеобразный «чехол».

Монтаж

Следует изготовить опорную конструкцию под аккумулятор тепла и установить рядом с ним готовый солнечный коллектор. После чего все устройства соединить тепловым контуром.

Запуск системы

Для нагрева воды и подачи ее в здание следует заполнить систему антифризом, а аккумулятор тепла водой. Через 20-30 минут вода в баке начнет нагреваться, после чего ее можно использовать для отопления помещения или других нужд.

Если вы являетесь сторонником альтернативных методик получения недорогой тепловой энергии, попробуйте сделать элементарный солнечный коллектор своими руками. Его устройство сравнительно простое, а эффективность достаточно высока.

Разновидности солнечных коллекторов – какими они бывают?

Под коллекторами понимают устройства, которые способны поглощать солнечную энергию, модифицировать ее в тепло, а затем отправлять на теплоноситель. Стандартный солнечный коллектор выполняется в виде пластмассового либо металлического корпуса, в который устанавливают пластины черного цвета из металла. Эти пластинки могут нагреваться до какой-либо определенной температуры.

В зависимости от ее величины, коллекторы делят на высоко-, средне- и низкотемпературные. Высокотемпературные устройства изготовить в домашних условиях нереально. Они создаются по сложным технологиям для эксплуатации на промышленных крупных объектах. Среднетемпературные конструкции, аккумулирующие достаточное количество солнечной энергии, можно применять для отопления жилых домов, а низкотемпературные – для подогрева воды. Эти два типа коллекторов вполне возможно сделать самому.

Интересующие нас устройства подразделяют на следующие виды:

• плоские;
• накопительные;
• воздушные;
• жидкостные.

Плоский коллектор – это конструкция в виде ящика из металла с пластиной для поглощения света от Солнца. Она накрыта крышкой из стекла с небольшим содержанием железа, за счет чего на тепловоспринимающую пластинку попадает практически весь солнечный свет. Конструкция обязательно термоизолируется. Коэффициент полезного действия такого коллектора объективно мал – около 10 % . Увеличить его можно посредством нанесения специального полупроводника с аморфными характеристиками на пластину. Такие устройства годятся для нагрева воды в быту.

Более эффективным считается термосифонный (накопительный) коллектор. Его используют для нагрева воды и поддержания температуры на заданном уровне в помещении в течение некоторого времени. Конструктивно он выполняется в виде 1–3 баков, устанавливаемых в ящик с теплоизоляцией. Как и плоское устройство, его накрывают крышкой из стекла. В холодную пору применять такой коллектор затруднительно. А вот летом, когда свет от Солнца очень сильный, его можно эксплуатировать в домашних условиях.

Жидкостные солнечные конструкции используют в качестве теплоносителя воду. Они изготавливаются с разомкнутым либо замкнутым принципом теплообмена, могут быть без стекол и остекленными. Эксплуатация подобных устройств сопряжена с неудобствами – они часто подтекают и вполне могут замерзнуть в зимние месяцы. Этих проблем лишены воздушные коллекторы, которые чаще всего применяются для сушки фруктов, овощей и относительно небольших объемов другой сельскохозяйственной продукции. Воздушный аппарат конструктивно прост, его легко обслуживать, поэтому он пользуется заслуженной популярностью.

Как работает коллектор – все просто

Любая из рассматриваемых в статье конструкций для преобразования солнечной энергии в тепловую имеет два основных компонента – теплообменное и светоулавливающее аккумуляторное устройство. Второе служит для улавливания солнечных лучей, первое – для их модификации в тепло.

Самый прогрессивный коллектор – вакуумный. В нем аккумуляторы-трубы вставляются друг в друга, а между ними формируется безвоздушное пространство. По сути, мы имеем дело с классическим термосом. Вакуумный коллектор за счет своей конструкции обеспечивает идеальную теплоизоляцию устройства. Трубы в нем, кстати, имеют цилиндрическую форму. Поэтому лучи Солнца попадают на них перпендикулярно, что гарантирует получение коллектором большого количества энергии.

Существуют и более простые устройства – трубные и плоские. Вакуумный коллектор превосходит их по всем показателям. Единственная его проблема – относительно высокая сложность изготовления. Собрать такой прибор дома можно, но потребуется приложить немало усилий.

Теплоносителем в солнечных коллекторах для отопления, о которых идет речь, выступает вода, которая стоит мало, в отличие от любых современных видов топлива, и не выделяет в окружающую среду углекислого газа. Устройство для улавливания и преобразования лучей Солнца, которое можно сделать самому, с геометрическими параметрами 2х2 квадратных метра, способно в течение 7–9 месяцев обеспечивать вас ежедневно примерно 100 литрами теплой воды. А конструкции больших размеров вполне можно эксплуатировать и для отопления дома.

Если вы хотите сделать коллектор для круглогодичного использования, нужно будет установить на него добавочные теплообменники, два контура с веществом-антифризом и увеличить его поверхность. Подобные устройства обеспечат вас теплом и в солнечную, и в пасмурную погоду.

Установка Станилова – как изготовить самостоятельно?

В Европе востребованными являются установки для отопления дома, производимые по чертежам Станислава Станилова – известного изобретателя и инженера из Болгарии. Собрать такой солнечный коллектор своими руками можете и вы, руководствуясь далее приведенной схемой выполнения работ:

1. Берем деревянные доски сечением 12х2,5 (3) см, сколачиваем из них короб, усиливая дополнительно его днище брусками 5х3 см.
2. Укладываем на дно получившегося ящика теплоизолирующий материал – минвату, пенополистирольные либо пенопластовые плиты, а сверху – лист жести или обыкновенного железа.
3. Из стальных труб нужно будет сделать радиатор трубчатого типа (сварить между собой несколько трубных изделий) и установить его в короб.
4. Тщательно фиксируем радиатор стальными , замазываем щели и зазоры в ящике, герметизируем его.
5. Внешние элементы конструкции окрашиваем в белый либо серебристый цвет (тем самым значительно уменьшаем тепловые потери), радиатор и дно короба – в черный цвет.

После этого нужно будет сделать тепловой накопитель и специальную аванкамеру. Функцию первого может выполнять любая герметичная емкость объемом 150–400 литров. Допускается брать несколько баков и соединять их между собой. Аванкамеру несложно сделать из сосуда (обязательно герметичного) объемом 40 и более литров. В нее следует поместить обычный шар-кран, используемый в . Он необходим для формирования небольшого, но постоянного давления в камере.

Накопитель самодельного устройства для отопления дома теплоизолируют и ставят в заранее подготовленный короб из фанеры. Расстояние между его стенками и накопительным баком заполняют пенопластом, минеральной ватой. Некоторые умельцы используют для изоляции и обычные древесные опилки, чтобы снизить стоимость конструкции. Теперь можно приступать к сборке и установке коллектора. Сначала монтируете аванкамеру и накопитель в одну конструкцию. В накопителе уровень воды должен быть по отношению к уровню в аванкамере ниже на 0,8–0,9 метров.

Затем подсоединяете к составляющим коллектора трубы: подпитки накопителя, подачи воды (горячей) к смесителям, подачи воды (холодной) к аванкамере и к смесителям, ввода холодной воды и две дренажные – для аванкамеры и для накопителя. На участки с малым напором воды рекомендуется ставить трубные изделия сечением 1 дюйм, с высоким напором – 1/2 дюйма. Для подсоединения труб используются сгоны, тройники, переходники, фитинги. Здесь нужно смотреть по ситуации, какие элементы приобретать, монтируя коллектор для отопления частного дома.

Собранную конструкцию ставят на кровле южной стороны постройки. По отношению к горизонту угол ее наклона должен составлять примерно 45°.

Как собрать воздушный коллектор для дома из водосточных труб?

Еще проще и дешевле изготовить устройство, которое вместо воды использует воздух в качестве теплоносителя. Воздушный коллектор для нагрева воды и отопления дома делают так:

1. Собирают каркас из 3–4-сантиметровых досок. На заднюю его стенку дополнительно крепят лист фанеры (около 1 см толщиной) с высокими влагостойкими свойствами.
2. Боковые поверхности собранного ящика изолируем пенополистиролом, а заднюю стенку утепляем минеральной ватой.
3. Абсорбер, которым будет располагать наш воздушный коллектор, делают из тонкого алюминиевого листа, алюминиевых водосточных труб и хомутов для крепления этих элементов в одну систему. Лист укладывается в корпус, к нему прикрепляют трубы. Последние добавочно фиксируются перегородкой из древесины.
4. Делаем с одной стороны корпуса вход и выход для труб.
5. Окрашиваем в черный цвет наш воздушный коллектор.

На лицевую часть конструкции крепим лист сотового поликарбоната. Теперь можно устанавливать сделанный воздушный коллектор. Выполняется эта процедура на устойчивые опоры (устройство получится достаточно тяжелым) с южной стороны строения. Затем нужно просто подключить воздушный коллектор к вентиляционной системе здания.

Наглядно вся процедура доступна на видео. Пользуйтесь на здоровье альтернативной – практически бесплатной солнечной энергией!