Высокоэффективный солнечный коллектор своими руками

Опыт изготовления и использования солнечного коллектора на даче в Подмосковье

Принцип действия

Для отопления жилого дома или иного объекта могут быть использованы все виды солнечных коллекторов, однако принцип их работы, вне зависимости от конструкции и вида теплоносителя, является единым.

Принцип работы солнечного коллектора основан на способности материалов поглощать энергию солнца в видимом и невидимом, человеческому глазу, диапазонах, в связи с чем, внутри данного материала, начинаются физические процессы, молекулы начинают быстрее двигаться, материал (вещество) – нагревается. Тепло выделяемое материалами, на которые воздействуют солнечные лучи, передается теплоносителя для последующего использования.

Схематично, принцип работы различных видов устройств, можно отразить следующим образом:

1. Плоский солнечный коллектор, работающий с использование жидкого теплоносителя: 
2. Плоский солнечный коллектор, работающий с использование воздуха: 
3. Вакуумный солнечный коллектор, с жидким теплоносителем: 

Виды солнечных коллекторов

Популярностью сегодня пользуются плоские и трубчатые коллекторы. Первый вид отличается плоской формой поглотителя. Это в значительной степени отражается на его стоимости. В конструкции имеется рама и изоляционный материал. Для установки требуется значительно больше места, чем при установке трубчатого вакуумного коллектора. Он имеет такие преимущества как высокий показатель эффективности и компактные размеры. При этом стоимость выше, чем у плоского коллектора. Обслуживание или ремонт вышедших из строя трубчатых элементов также потребует значительных расходов.

Использование для отопления дома

Любой солнечный коллектор является климатической техникой с возобновляемым ресурсом энергии. Источником тепла для данного случая выступает сама природа. Таким образом, расходы требуются только на оборудование. Результативный расчет показывает значительное снижение общих затрат на отопление дома.

Коллекторы каждым своим квадратным метром экономят в среднем 800 кВт в год. Это покрывает практически половину потребности типового частного дома в тепле. Зимой солнечный комплект способен обогреть до 30-40% жилых помещений. Автоматизированные экземпляры улавливают и перерабатывают на отопление до 75% дневного света.

Солнечные коллекторы работают по тому же принципу, что и бытовые водонагреватели – энергия действует на тепловой элемент, повышая температуру воды, воздуха или антифриза в полостях отопительных приборов. Руководящим элементом выступает сам корпус коллектора – плоская пластина площадью несколько квадратных метров.

Погодная нестабильность породила идею совмещения энергий солнца и электричества у некоторых приборов такого класса. При низкой освещенности и прохладной погоде площадь устройства только впитывает доступное тепло, нагревая комплект. Дальнейшее прогревание системы частного отопления проводится уже при участии электричества. Подобный подход позволяет выжать из установки максимум, хотя расчет затрат останется скромным. Технология получила название «принудительной циркуляции». Как правило, она характерна крупномасштабным коллекторам.

Созависимое функционирование в умеренных поясах планеты используются чаще автономного. Но в условиях преобладания годового активного солнца возможно использовать исключительно природную энергию. Для этого понадобиться только рациональный расчет с правильной теплоизоляцией постройки.

Способ включения коллектора в отопительный комплект частного дома напрямую зависит от выбранного типа циркуляции. При естественной форме бак накопления ставится выше основной пластины, верхний вывод подключается ко входу горячего содержимого, а нижний – в обратном направлении. Такой способ более дешев, но рискован появлением воздушных пробок.

Использование дополнительных насосов для принудительной работы подразумевает иной монтаж. На бак, выход и обратный ход таких коллекторов обязательно ставятся температурные датчики. Показания автоматики дают дальнейшие команды контроллеру и управляют движениями насоса. При таком способе частыми вспомогательными источниками энергии выступают газовые котлы и котлы на твердом топливе.

Для обоих вариантов важно установить коллектор таким образом, чтобы уровень наклона позволял улавливать максимум прямого солнечного света за сутки. В противном случае система не станет функционировать как следует, особенно при пасмурной погоде.

Видео на эту тему, рассказ о готовом примере применения

Распределительные коллекторы для отопления, характеристики

Коллекторы отопления предназначены для распределения теплоносителя, поступающего от котла, по системе отопления. Распределительный коллекторный узел состоит из двух гребенок – прямого и обратного тока. По первой теплоноситель поступает к приборам, по второй – отводится обратно к котлу.

Устройство коллектора несложное – на концах расположены подключения к магистрали, а вдоль – штуцеры для отдельных приборов, например, радиаторов или теплого пола. Подающая гребенка отвечает за подачу теплоносителя от котла, обратная выполняет функцию отвода уже остывшего. От каждой гребенки идет по несколько отводов для подключения отопительных устройств.

Коллекторы отопления удобны тем, что оснащены вентилями или отсекающими регулировочными кранами. В случае неполадок на одном из контуров он может быть просто перекрыт на время ремонта без отключения всей отопительной системы. Для контроля дополнительно устанавливаются воздуховыпускные и водосливные клапаны, а также расходомеры, счетчики и манометры.

Зная мощность котла и расход теплоносителя по специальной формуле вы легко найдете необходимую площадь сечения трубы коллекторного узла.

Данная система считается одной из самых надежных при обустройстве отопления в загородном доме или коттедже. Безусловно, она обойдется дороже, чем стандартный вариант, но прослужит дольше и позволит ремонтировать отопительную систему без полного отключения.

Применение солнечных коллекторов

Устройство, преобразующее энергию солнечного света в тепловую энергию, называют солнечным коллекторам. Солнечный коллектор может применяться как в отопительной системе здания, так и в системе горячего водоснабжения. Согласно расчетным данным, применение данных устройств в системах теплофикации зданий и сооружений дает в среднем от 30% до 60% экономии энергоносителей (газ, электричество) ежегодно, а значит, удешевляет эксплуатацию здания. Расчетная самоокупаемость систем, использующих солнечную энергию, составляет в среднем от двух до пяти лет, в зависимости от цен на энергоносители.

Солнечный коллектор для отопления дома включается в систему теплоснабжения, являясь, по сути, подогревающим теплоноситель элементом, в то время как основные источники теплофикации (газовые или электрические котлы) круглосуточно поддерживают температуру подогретого солнечным коллектором теплоносителя на уровне, необходимом по технологическим или санитарным условиям.
КПД систем альтернативного теплоснабжения выше в регионах с высокой солнечной активностью и в светлое время суток. Карта суммарной годовой солнечной радиации приведена на рисунке ниже.

Преимущества применения антифризов

1. В коллекторном контуре двухконтурной системы можно использовать насосы с малыми оборотами.
2. Обычно антифризы применяют вместе с антикоррозионными добавками; в этом случае в качестве материалов для изготовления солнечных коллекторов и трубопроводов можно использовать дешевые марки стали.
3. В системах солнечного отопления и горячего водоснабжения существуют 2 отдельных контура, разделяемых в теплообменнике, поэтому, выбрав подходящую по давлению часть контура, можно легко подключиться к водопроводной сети.
4. Не существует опасности замерзания, нет особых ограничений в градиенте температур по длине труб (для слива антифризов в нижней части системы следует установить дренажный кран).

Трубчатый вакуумный коллектор

Конструкция предполагает размещение теплопоглотителя в герметичной стеклянной колбе. В одном коллекторе их может быть достаточно много. Принципиальное отличие данного вида устройства от плоского аналога – использование свойств вакуума. В результате поглощение солнечной энергии на таком же уровне, а вот потери значительно ниже. 

Существует два типа трубчатых коллекторов. Вакуумные предполагают протекание жидкости напрямую, забирая энергию из поглотителя. Модели достаточно компактные и есть возможность регулировки. Это позволяет точно настроить положение и получать максимально возможное поступление тепла.

Большую эффективность обеспечивают так называемые «жаротрубные» трубчатые коллекторы. Особенностью их конструкции является наличие воды или же спирта вместе с вакуумом. В процессе изменения температуры жидкость в трубках меняет свое состояние на газообразное и обратно. Обязательным условием правильной установки является расположение под углом 25 градусов.

Несмотря на высокую стоимость трубчатого коллектора любого вида, неоспоримым преимуществом является компактность системы и высокая эффективность. Также данная конструкция не предназначается для монтажа непосредственно в крышу дома.

Накопитель для солнечного коллектора

Данное оборудование предназначено для накопления тепловой энергии в воде. Его работа построена на простом физическом принципе. Теплая жидкость поднимается вверх, а холодная опускается вниз. Следовательно, вода для потребления берется сверху, а холодная добавляется снизу. Преимуществами современных накопителей считаются возможность подключения к дополнительному подогреву (бойлер) и высокий показатель сбережения тепла.

Солнечный воздушный коллектор для отопления: особенности изделия

В воздушных солнечных коллекторах для отопления в качестве теплоносителя используется воздух. Устройство может быть выполнено в двух вариантах: в виде плоской гофрированной или перфорированной панели либо системы из металлических труб.

Самым простым вариантом является плоский абсорбер, состоящий из панели и трубки с входным и выходным патрубком. Все элементы располагаются в коробе, задняя и боковые стенки которого покрыты теплоизоляцией. Панель изготавливается из меди или алюминия и окрашивается в черный цвет. Она накрывается прозрачной защитной поверхностью из стекла, пластика или поликарбоната.

Воздух, поступающий на панель, нагревается от контакта с металлом. Ребра на поверхности изделия способствуют увеличению теплоотдачи. Для максимальной эффективности конструкцию следует установить на южной стороне дома, выполнив качественную изоляцию. Система может быть организована с естественной или принудительной циркуляцией теплоносителя. Последний вариант предполагает монтаж вентилятора.

Статья по теме:

Котел на отработанном масле: надежный и бюджетный вариант отопления помещения

Принцип действия и отличительные особенности. Разновидности устройства. Как самостоятельно изготовить. Производители и популярные модели.

Система с естественной циркуляцией используется крайне редко, что связано с медленным движением воздушных масс, вследствие чего происходят значительные потери тепла. Воздушные солнечные коллекторы Solar Fox могут функционировать уже при температуре 25 °С, в то время как для водяной гелиосистемы оптимальным является значение 45 °С. Такие конструкции можно использовать только для воздушного обогрева дома. Коллекторы не способны нагреть воду. Устройства характеризуются низким КПД, отличаются весьма внушительными габаритами, однако имеют простую конструкцию, легки в монтаже и доступны по стоимости.

Полезный совет! Для повышения эффективности воздушных гелиосистем коллекторы можно встраивать в стены южной ориентации на стадии строительства дома.

Теплопроводность воздуха в значительной степени ниже данных показателей воды, что отражается на эффективной работе системы. Во избежание потерь тепла все стыковые соединения должны быть тщательно изолированы. Несмотря на существующие недостатки, воздушный солнечный коллектор хорошо справляется с задачей нагрева воздуха в помещении при разнице температур внутри и снаружи в 15-17 °С.

Выгодно ли это

Определить, выгодно ли использовать солнечные коллекторы, каждый определяет для себя индивидуально, в зависимости от региона проживания, потребности в тепловой энергии и в зависимости от финансовых возможностей.
Регион проживания – это важный критерий, при определении эффективности использования устройств, служащих для преобразования энергии солнца в другие виды энергии. Солнечная активность (продолжительность солнечного сияния), в разных регионах нашей страны разная, что видно на приведенной ниже схеме. 
Из данной схемы видно, что наиболее благоприятные регионы, для использования солнечной энергии, с продолжительностью солнечной активности более 2000,0 часов в год, расположены в южных районах страны. В этих районах также не бывает холодных и продолжительных зим, что определяет возможность успешного использования солнечных коллекторов в системах отопления и горячего водоснабжения, именно в этих областях России.

При необходимости создать абсолютно автономную систему, от внешних, традиционных поставщиков тепловой энергии, следует помнить, что, установив только коллектор, создать подобную систему не получится, т. к. для создания циркуляции теплоносителя, работы системы автоматики, необходима электрическая энергия. Поэтому, для полной автономии, необходимо проработать вопрос по независимому электроснабжению подключаемого объекта. Следовательно, для того, чтобы сделать абсолютно независимую систему, потребуются дополнительные финансовые затраты, что увеличит срок окупаемости оборудования.

Типы

Гребенки бывают синими, красными, универсальными. Они предназначены для холодной, горячей воды, поэтому имеют разные маркировки. Есть классификация с учетом числа отводов – например, на 2, 3 либо 4. Когда отводов 5-6, гребеночные элементы соединяют друг с другом. Система безопасная, исключает риски прорыва труб.

Конфигурации моделей – сложные и простые. Сложные идут с автоматикой, арматурой, датчиками. Они функциональные и дорогие.

Требования к материалам для изготовления самодельного солнечного коллектора

Для изготовления каркаса солнечного коллектора для отопления своими руками применяется фанера, деревянный брус, плиты ОСП или другие подобные варианты. Как альтернативу можно использовать алюминиевый или стальной профиль со вставками из аналогичных материалов, что придаст конструкции прочность и надежность. Однако такой корпус будет иметь высокую стоимость.

Материалы должны удовлетворять требованиям, предъявляемым к конструкциям, которые располагаются на открытом воздухе. Поскольку в среднем период эксплуатации солнечного коллектора составляет 20-30 лет, необходимо, чтобы материалы характеризовались высокими эксплуатационными характеристиками, которые будут оставаться неизменными на протяжении всего периода службы установки.

Древесина для корпуса должна обрабатываться водно-полимерными составами и покрываться лакокрасочными эмульсиями. Стальной профиль необходимо надежно защитить от коррозии.

Для изготовления абсорбера гелиостата своими руками используют доступные подручные материалы. Змеевик может быть произведен из жесткой ПВХ трубы с фитингами, гибкой ПНД трубы, гнутой медной или металлической трубки. Для абсорбера подойдет теплообменник старого холодильника. Также элемент можно выполнить из алюминиевых банок или пластиковых бутылок. Главным критерием выбора является теплопроводность материала.

Для предотвращения потерь тепла корпус следует утеплить со всех сторон. Для этих целей преимущественно используется минеральная вата или пенопласт. Хорошо себя зарекомендовал фольгированный вариант утеплителя, который обеспечит не только теплоизоляцию, но и отражение лучей солнца от поверхности.

Важно! В слое утеплителя из пенопласта необходимо выполнить канавки для укладки змеевика.

Теплообменник закрывается защитной поверхностью, в качестве которой может быть использовано закаленное стекло или монолитный поликарбонат. Материал должен иметь рифленую, а не гладкую поверхность.

Отзывы

Мнения по поводу использования солнечных коллекторов на практике расходятся. Положительные отзывы опираются на экологическую чистоту метода и рентабельность использования такого отопления как дополнительного источника горячей воды. Подавляющее число потенциальных пользователей сомневается в способности такой техники справиться с обогревом полноценного дома.

Нередко отзывы содержат споры о целесообразности применения гелиосистем где-то кроме южных территорий. Многие считают коллекторы в средней полосе дорогостоящей игрушкой с непредсказуемой окупаемостью. Большинство видит выгоду только для обогрева теплиц, бассейнов и мелких помещений на летние периоды.

Рассказ пользователя коллектором о первом дне использования

В целом, интерес к альтернативным способам получения тепловой энергии проявляется очень активно. Массы людей, изучающих вопрос углубленно, растут с каждым днем.

Селективное покрытие

Селективное покрытие выполняет едва ли не самую основную функцию в работе коллектора. Пластина или радиатор с нанесённым покрытием притягивают в разы больше солнечной энергии, превращая её в тепло. Можно приобрести специальный химикат в качестве селективного покрытия, а можно просто окрасить теплонакопитель в чёрный цвет.

Обзор моделей

HH-SCH-12

Вакуумный коллектор солнечного класса с 12 трубками диаметра 5,8 см, длиной 1,8 м. КПД поглощения равен не менее 92%. Рабочая площадь 1,5 кв.м. Давление при испытании – 1 МПа. Подходит для отопительных сплит-систем. Допустимо последовательное объединение нескольких штук для наращивания производительности.

Цена – 27 тыс. руб.

FPC-2200

Плоский коллектор с активной площадью 2,1 кв.м. Адсорбция лучей превышает 94%. Максимальное давление при работе – 1 МПа. Диапазон рабочей температуры – от 33 до 135 градусов Цельсия. Требует дополнительного приобретения монтажной рамы.

Цена – 28 тыс.руб.

Сокол-Эффект-А

Бюджетный солнечный коллектор плоского типа. Российское производство. Предназначен для круглогодичного пользования. Поглощающая панель – 2,06 кв.м. Профиль изготовлен из алюминия. Лучшим образом работает с отоплением на основе воды или антифриза. Поглощает до 95% света. Теплопотери – не более 5%. Средняя производительность – 125 л воды (от 15 градусов) до 50 градусов.

Цена – 17 тыс. руб.

Комплект солнечных коллекторов Galmet Premium 2хKSG 21

Состоит из двух плоских гелиосистем, инсталляционных креплений, расширительного бака на 24 л, водонагревателя. Теплоноситель – жидкости. Подходит для скатных крыш из черепицы, рубероида. Выгодный вариант для дач, пригородных домов небольшой площади. Стекло призматическое антибликовое. Коэффициент поглощения – от 95%. Площадь одного листа – 2,1 кв.м. максимальная мощность – 1,5 кВт. Работает круглогодично.

Цена комплекта – 117 тыс. руб.

SOLARVENTI SV3

Воздушный коллектор. Обогревает помещения без питания от электросети, избавляет от затхлости, улучшает качество воздуха в домах. Подходит для складов, гаражей, жилых и технических помещений до 25 кв.м. Полный воздухообмен площади происходит за 2 часа. КПД – 57%, производительность за год – 200кВт/ч. Диапазон нагрева – 15 градусов. Толщина панели – 10 мм. Вес не более 6 кг позволяет крепить вертикально даже к стене. Габариты 53 на 70 на 5,5 см.

Цена – 39 тыс. руб.

Пошаговая инструкция изготовления воздушного коллектора

Изготовление воздушного солнечного коллектора из алюминиевых банок:

Изготовление солнечного воздухогрейного коллектора из квадратной трубы:
{banner_downtext}

Изготовление или покупка готового решения

Самодельные устройства, предназначенные для отопления и нагрева воды, обладают низким КПД. Поэтому такие конструкции рекомендовано использовать для обогрева теплицы, цветочной оранжереи, небольшого частного помещения. Воздушный, плоский или вакуумный аппарат может значительно повысить уровень комфорта на даче или в загородном доме. Аппараты снижают затраты на электроэнергию, потребляемую обычными источниками питания. Благодаря введению новых технологий, применение гелиосистем набирает все большие обороты. Но для холодных регионов страны следует приобретать фабричные конструкции.

Готовые солнечные батареи обладают наиболее высокой эффективностью по сравнению с самодельными аппаратами.