Солнечный коллектор для нагрева воды своими руками: как сделать коллектор для отопления дома

Принцип работы

Коллектор используется для нагрева воды за счет солнечной энергии. Такой прибор можно установить возле летнего душа или на крыше частного дома.

Заводские модели состоят из внешней стеклянной панели и нижележащей системы трубопроводов. За трубами утеплитель. Стекло способствует созданию внутри помещения парникового эффекта.

Модели из поликарбоната ручной работы более просты — вода в них нагревается в ячейках самого листа. Горячая жидкость поступает в емкость, а холодная автоматически перетекает на ее место. В солнечную погоду такой коллектор позволяет нагреть воду, достаточную для купания нескольких человек.

Типы солнечных водонагревателей и их характеристики

Солнечные водонагреватели представляют собой комплект оборудования для нагрева воды с помощью солнечной энергии. Другое название этих устройств — солнечные коллекторы. В отличие от фотоэлектрических панелей, использующих для производства электроэнергии солнечный свет, солнечные нагреватели сразу получают тепловую энергию, которую передают теплоносителю (воде, антифризу и т.п.).

Они образуют целую систему, состоящую из следующих элементов:

Коллектор. Панель, принимающая тепловую энергию и передающая ее теплоносителю.
Накопительный бак. Емкость, в которой аккумулируется нагретая вода и происходит замещение остывшего теплоносителя только что нагретым потоком.
Отопительный контур. Обычная радиаторная система или теплый пол, реализующие энергию теплоносителя. В некоторых типах системы отопительный контур не входит в объем системы коллектора, получая энергию в накопительном баке, который в данном случае является теплообменником.

По типу циркуляции

Циркуляция теплоносителя позволяет получать тепловую энергию взамен отданной во внутреннюю атмосферу дома. Существует два вида:

Естественная. Используется перемещение нагретых слоев жидкости вверх с замещением их более холодными слоями. Не требует никаких устройств или использования электроэнергии, но зависит от множества факторов — взаимного расположения коллектора, накопителя и остальных элементов системы, температуры и т.д. Перемещение жидкости нестабильное, способное усиливаться и ослабляться.
Принудительная. Потоки направляются с помощью циркуляционного насоса. Возникает стабильный режим с постоянной скоростью потока, что позволяет обеспечить устойчивый режим обогрева дома.

По типу коллектора

Существуют конструкции коллекторов, обладающие разной эффективностью, возможностями и способом передачи тепла. В их числе:

Открытые. Плоские длинные лотки или желоба из черного пластика, в которых циркулирует вода. КПД открытых коллекторов очень низок, но простота и дешевизна способствуют их популярности. Используются для нагрева воды для летнего душа или бассейна.
Трубчатые (термосифонные). Основной элемент — коаксиальная трубка с вакуумной прослойкой между внешними слоями, которая надежно теплоизолирует содержимое трубок. Конструкция эффективная, но дорогая и не поддающаяся ремонту.
Плоские. Это закрытые емкости с прозрачной верхней панелью. Внутренняя поверхность покрыта слоем приемника тепловой энергии, отдающего ее воде, которая перемещается внутри припаянных к приемнику трубок. Простая и эффективная конструкция, в которой для большего эффекта иногда создают вакуум для теплоизоляции.

По типу контура циркуляции

Разомкнутый – применяется для обеспечения горячей водой жилого помещения. Теплоносителем в этом случае выступает вода, которую используют для различных бытовых нужд и, соответственно, она уже не попадает обратно в контур.
Система с одним контуром – используют для отопления дома. Нагретый таким способом теплоноситель используют как добавку к теплоносителю, который подогрели традиционным методом. В этом случае нагретый теплоноситель переходит в отопительную систему, после которой опять переносится в приемный резервуар и в коллектор.
Двухконтурнаянагревательная система – самая универсальная. Есть возможность использования таковой для отопления зимой или для водоснабжения.

Двухконтурная система водоснабжения и отопления

Также можно выбрать один из возможных теплоносителей – вода, масло или антифриз. После коллектора теплоноситель проходит теплообменник, в котором происходит теплоотдача на второй контур. Второй используемый теплоноситель уже идет по назначению – для отопления или водоснабжения.

Теплоноситель

Для таких водонагревателей используют различные теплоносители: антифриз, смазочная жидкость и вода.

Применение

Солнечные системы постепенно приобретают популярность. С их помощью решают множество задач:

Подогрев жидкости до требуемой температуры.
Повышение производительности отопительной системы.
Водонагреватель для бассейна, для летнего душа.
Подогрев жидкости для иных потребностей.

Коллектор Станилова: «солнечное отопление» в доме

Установки для отопления дома или решения проблем горячего водоснабжения (полного или частичного), собираемые на основе чертежей изобретателя из Болгарии С. Станилова, относятся к универсальным конструкциям, работа которых основана на парниковом эффекте.

Поэтому солнечные лучи, попадая в замкнутое и герметично изолированное пространство, не имеют выхода, что и порождает термосифонный эффект, при котором нагретая жидкость в трубках начинает свое движение вверх, вытесняя при этом жидкость с более низкой температурой к месту нагрева.

Основным преимуществом работы такой установки является то, что накопленная ей энергия не теряется, а аккумулируется и сохраняется определенное время.

Представляет собой конструкцию трубчатого типа, заключенную в специальную деревянную раму. Как правило, одновременно применяется два коллектора в союзе с накопителем и аванкамерой.

Для изготовления радиатора-коллектора используются стальные трубки, которые обязательно соединяются сваркой. Поэтому применение медных или алюминиевых изделий, особенно при изготовлении конструкции своими руками, представляется проблематичным.

Для соединения коллектора с накопительной емкостью рекомендуется использовать также стальные трубы диаметром от 3/4 до 1 дюйма.

Элементы установки и особенности монтажа

Для изготовления солнечного водонагревателя своими руками также потребуются:

деревянная рама;
стекло для изготовления светопрозрачной крышки;
оргалит или металлический лист для дна коллектора, который впоследствии обязательно потребуется теплоизолировать;
усилитель для днища, в роли которого можно использовать брус с размерами не более 30?50 мм;
металлические трубки, из которых будет свариваться радиатор коллектора из расчета, что для изготовления одного требуется в среднем 15 единиц при длине 1,60 м;
теплоотражатель, для изготовления которого вполне пригоден оцинкованный лист;
соединительные муфты и хомуты;
теплоизоляционные материалы (пенопласт, минеральная вата и любые другие).

Потребуется и накопительный бак, для которого в зависимости от потребностей и мощности самого коллектора используются емкости от 150 до 400 л. В принципе, можно установить не один бак, а несколько, суммарным объемом соответствующих расчетному.

Обязательно емкости следует теплоизолировать, например, изготовив для них специальный утепленный короб, установить который можно не только на крыше здания, но и на чердаке.

Функции аванкамеры, составного элемента данной конструкции, сводятся к созданию избыточного давления, составляющего не менее 80-100 мм рт. ст. Она представляет собой емкость объемом 30-40 л, оснащенную поплавковым клапаном, обеспечивающим ее работу в автономном режиме.

При монтаже аванкамеры обязательно должно соблюдаться условие, при котором уровень жидкости в ней превышал бы уровень воды в накопителе на 0,8-1,1 м, кроме того, располагаться они должны в непосредственной близости друг от друга.

Короб, в котором будет располагаться коллектор, должен обязательно теплоизолироваться, а для уменьшения теплопотерь внешние его стороны рекомендуется окрашивать в белый цвет, стеклянная крышка обязательно должна быть герметичной.

Сами трубы и днище должны иметь селективный слой краски для увеличения светопоглощающей способности.

Как работает солнечный коллектор?

Установку коллектора предпочтительнее выполнять на южной стороне скатной крыши, на плоской кровле его следует монтировать под углом от 35° до 45°. Далее можно приступать к заполнению системы.

После этого аванкамеру нужно соединить с водопроводным вводом и открыть кран для снижения уровня воды. Как только сработает поплавковый клапан, расходный кран закрывают. Нагретая вода поступает в верхнюю часть накопителя, откуда она уже может отбираться, а ее место заполняет новая порция холодной.

Регулирует этот процесс поплавок, который и запускает процесс долива воды в систему, как только уровень в аванкамере снизится. Для того чтобы исключить возможность обратной отдачи тепла используется вентиль, который следует перекрывать ночью или в пасмурные дни.

Непосредственно к сантехническим приборам вода подключается с обязательным использованием смесителей, так как пиковые значения температур могут достигать 70 °C и даже выше.

Солнечный коллектор из поликарбоната своими руками

С каждым годом проблема обеспечения горячей водой вашего загородного дома или дачи становится все более актуальной. Пригородные домовладельцы часто думают об этом, особенно когда живут там постоянно.

Ведь расходы на отопление и горячее водоснабжение составляют значительную долю финансового обеспечения дома. И поиск возможностей их уменьшить — нормальное и естественное желание любого человека.

Конечно, наиболее реальный вариант удешевления отопления дома — это сделать своими руками прибор из области альтернативной энергетики. Хорошим вариантом станет солнечный коллектор из поликарбоната.

Тот факт, что устройство селективной возобновляемой энергии, которое можно использовать для обогрева дома, имеет много неоспоримых преимуществ, известен уже давно, почти каждый взрослый знает. Однако на практике не все решаются выложить приличную сумму денег на покупку фабричного устройства, использующего солнечное излучение для обогрева дома. Конечно, из любой ситуации можно найти выход, а тем более из этой. Солнечный коллектор для бытовых нужд можно сделать своими руками.

Вы легко сможете собрать плоский солнечный коллектор своими руками. Такие самодельные солнечные водонагреватели могут быть изготовлены, например, из сотового поликарбоната и вакуумных трубок. В результате вы получите поглотитель солнечной энергии, который сможете использовать для обогрева дома путем нагрева воды и для летнего душа, а его изготовление потребует минимальных финансовых вложений с вашей стороны.

В учебных целях достаточно проанализировать определенный объем информации, посмотреть видео в Интернете, где наглядно объясняется и показано, как сделать самодельный коллектор своими руками.

Изначально стекло использовалось для изготовления солнечных коллекторов, но последующая практика использования этого типа оборудования показала, что солнечный коллектор, собранный из сотового поликарбоната, значительно превосходит стеклянные коллекторы по эффективности. Собранный вручную, он почти так же пропускает свет, как и стекло. Однако сам по себе поликарбонат намного легче стекла, что значительно облегчает процесс его монтажа.

Еще одним преимуществом, которое дает уменьшение общего веса конструкции, являются большие возможности выбора места установки, поскольку требования к поверхностному сопротивлению значительно снижаются. Еще одно преимущество листа сотового поликарбоната — его высокая устойчивость к механическим воздействиям. Даже довольно сильный град не сможет повредить коллектор, сделанный на основе поликарбоната. Такие изделия считаются намного более прочными и надежными. Сравнение различных типов устройств есть на видео в глобальной сети.

Принцип работы

Конструирование простых солнечных водонагревательных систем

С экономической стороны выгоднее сконструировать солнечный водонагреватель своими руками.

Простая конструкция

Для этих целей требуются баки, которые покрыты черной краской. К ним присоединяется водопроводная магистраль из дома. Из такой тары вода поступает в душ.

Водонагреватель для бассейна своими руками конструируется из корыта, труб для холодной воды и перелива, выпуска и вентиля. Для прикрытия тары используется прозрачная крышка.

Простые конструкции отличаются такими недостатками:

В облачную погоду емкость с водой не нагревается.
Ежедневно тару заполняют жидкостью. Нагретую воду аккуратно сливают.
Такое устройство располагают только в горизонтальном положении. Поэтому в определенное время КПД снижается.

Использование коллектора

Монтаж сконструированного собственными силами коллектора выгоднее с практической и экономической стороны. Но для достижения положительного результата требуется подготовка.

Конструирование приемника тепла

Дабы нагрев воды осуществлялся круглогодично, требуются:

Аккумулирующая тара.
Емкость для подпитки.
Коллектор.

Монтаж насосного оборудования выполнять необязательно. Для циркуляции теплоносителя теплоприемник устанавливают ниже бака. Тара подпиточная располагается выше, чем аккумулирующая. Емкость, в которую перемещается подогретая жидкость, уплотняют.

Вторая емкость комплектуется поплавковым клапаном, дабы система функционировала. К отведенному патрубку подводят трубу, через которую будет поступать холодная жидкость.

Дабы сконструировать нагреватель воды своими руками, используют:

Медные трубки.
Трубки из полимерных составов или пластика.
Плоские радиаторы из прочной стали.
Алюминиевые трубки.

Дабы сконструировать корпус для нагревателя, нередко применяют древесину, фанеру. Мастера конструируют солнечный коллектор из поликарбоната своими руками.

Если все сделано правильно, то можно получить такие преимущества:

Пользоваться такой системой можно даже при максимальной загрузке.
Период окупаемости сконструированного нагревателя минимальный.
Снижение затрат горючего.
Такая система быстро подготавливается к эксплуатации.

Как работает зимой?

В системах отопления, как правило, используются вакуумные коллекторы, это определяется их техническими характеристиками и условиями эксплуатации.

Основной элемент вакуумного солнечного коллектора – это вакуумная трубка, которая состоит из:

Изоляционной трубки, выполненной из стекла или иного материала, пропускающего солнечные лучи с минимальными потерями их мощности;
Медной, тепловой трубки, помещенной во внутреннее пространство изоляционной трубки;
Алюминиевой фольги и поглощающего слоя, расположенных между трубками;
Крышкой изоляционной трубки, являющейся уплотнительной прокладкой, обеспечивающей вакуум во внутреннем пространстве устройства.

Работа системы осуществляется следующим образом:

Под воздействием солнечной энергии, теплоноситель контура трубки, испаряется и поднимается вверх, где в теплообменнике коллектора конденсируется, передает свое тепло теплоносителю наружного контура, после чего стекает вниз, и процесс повторяется.
Теплоноситель наружного контура, из теплообменника солнечного коллектора, подается на бак-аккумулятор, где происходит передача полученной тепловой энергии теплоносителю системы отопления и горячего водоснабжения.
Циркуляция теплоносителя наружного контура осуществляется путем установки циркуляционного насоса и систем автоматики, обеспечивающей работу системы в автоматическом режиме.
В комплекс системы автоматики входит контроллер, датчики и элементы управления, обеспечивающие установленные параметры работы системы (температура, расход жидкости в системе ГВС и т. д.)

Для того, чтобы данная система была эффективна и справлялась с выполнением поставленных задач, в том числе и в зимний период, системой предусматривается установка дублирующих источников энергии. Это может быть дополнительная система нагрева, с использованием теплоносителя, как на приведенной схеме, когда теплоноситель дополнительного контура нагревается путем использования различных видов топлива (газ, биотопливо, электричество). Также, с подобную задачу можно выполнить путем установки электрических ТЭНов, непосредственно в бак-аккумулятор. Работу дублирующих источников энергии контролирует система автоматики, включая в работу данные устройства, по мере необходимости.

Какими бывают солнечные коллекторы, собранные самостоятельно?

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

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

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

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

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

Обзор популярных моделей солнечных коллекторов для отопления

Популярной моделью солнечного коллектора плоского типа является изделие Сокол-Эффект А отечественного производства. Такая установка может использоваться круглогодично. Размер панели составляет 2,06 м². Абсорбер изготовлен из алюминия. Поглощает до 95% солнечной энергии. Потери тепла составляют 5%. Средняя производительность установки – 125 л. Жидкость может нагреваться до 50 °С. Цена солнечного коллектора отопления – 17 тыс. руб.

Еще одной эффективной плоской моделью является коллектор FPC-2200. Адсорбер представлен алюминиевой панелью, которая способна поглощать до 94% солнечного излучения. Максимальное давление установки составляет 1 МПа. Активная площадь панели равна 2,1 м². Солнечный коллектор считается высокотемпературной установкой, которая нагревает теплоноситель до температуры 135 °С. Стоимость устройства – 28 тыс. руб.

Плоский солнечный коллектор Сокол-Эффект А может поглощать до 95% солнечной энергии

Лучшим вакуумным солнечным коллектором является модель HH-SCH-12. Устройство состоит из 12 колб длиной 1,8 м и диаметром 5,8 см. КПД коллектора составляет 92%. Рабочая площадь установки равна 1,5 м². Такой солнечный коллектор считается идеальным решением для сплит-систем. Для увеличения производительности можно последовательно объединить несколько таких приборов. Стоит данная модель 27 тыс. руб.

Популярностью среди воздушных солнечных коллекторов пользуется модель Solarventi SV3. Такое устройство может работать в автономном режиме. Коллектор используется для обогрева жилых, складских и технических помещений площадью до 25 м². Полный цикл воздухообмена происходит в течение 2 часов. КПД системы составляет 57%. Коллектор нагревает теплоноситель до 15 °С. Благодаря небольшому весу, который равен 6 кг, устройство можно закрепить вертикально к стене. Стоимость такого коллектора – 40 тыс. руб.

Солнечный коллектор является одним из самых популярных и доступных альтернативных источников тепла для централизованного горячего водоснабжения и отопления дома. Такое техническое устройство можно приобрести в готовом виде или изготовить самостоятельно из подручных материалов, что позволит сэкономить финансы. Выбирать определенный тип изделия следует после изучения всех преимуществ и недостатков конструкции, которые необходимо учитывать для конкретной ситуации.

Плюсы водонагревательной солнечной системы

Солнечные нагреватели обладают такими достоинствами:

Относительно несложная конструкция.
Уровень надежности довольно высокий.
Эксплуатировать такую систему можно в течение года.
Период использования составляет не один десяток лет.
Введение в эксплуатацию такой системы способствует сокращению затрат электрической энергии, теплоносителей.
Монтаж агрегата проводят без предварительного оформления разрешения. Установка занимает минимум времени и отличается простотой.
Вес конструкции относительно небольшой.
Автономный режим функционирования.

Недостатки

Перед тем как использовать солнечные водонагреватели для дома, изучаются и минусы:

Сконструированное на заводе оборудование отличается повышенной стоимостью.
Уровень КПД зависит от различных показателей: климатический район, время года, прочее.
Град, мокрый снег пагубно влияет на состояние установки и ее работоспособность.
Монтаж емкости, в которой аккумулируется тепло, занимает определенное время. На этот процесс требуются дополнительные расходы.

При всех недостатках популярность водонагревательной солнечной установки ее популярность возрастает. Ведь она считается экологически чистой.

Солнечный коллектор своими руками

Коллекторы и гелиотермические системы

Самый простой вариант воздушного коллектора — это короб, в котором размещается трубчатый радиатор, изготовленный из стальных труб. Все стенки короба могут быть сделаны, к примеру, из досок или фанеры, ДСП или МДФ, а верхняя плоскость — это толстое стекло. Радиатор соединен с отопительным контуром. Это может быть трубная система, проходящая через бочку с водой.

Есть несколько очень важных условий, которые необходимо строго соблюдать:

Под радиатор нужно уложить оцинкованный лист, который полностью закроет нижнюю внутреннюю плоскость.
И радиатор, и жесть надо покрасить черной матовой краской.
Обязательно внешнее утепление любым утеплителем — пенопластом, минеральной ватой, пенополистиролом и прочим. Под металлический лист укладывается толстый слой теплоизолятора.
Короб красится белой краской.
Необходима полная герметизация стыков, особенно периметра по уложенному стеклу.
Металлическая бочка также теплоизолируется.

Заполнение системы следует проводить с нижней точки подачи воды, чтобы таким образом избежать образования воздушных пробок. Устанавливать такой коллектор надо на ровной площадке

Здесь важно точно выставить угол наклона системы, чтобы добиться максимального попадания солнечных лучей под прямым углом. Именно от этого зависит эффективность плоскости нагрева. По сути, не так уж важно, где будет размещен солнечный воздушный коллектор — на земле или на крыше

Главное — обеспечить солнечному свету свободный доступ

По сути, не так уж важно, где будет размещен солнечный воздушный коллектор — на земле или на крыше. Главное — обеспечить солнечному свету свободный доступ

Солнечный коллектор с тепловой трубой

Теперь несколько слов о том, какого размера должно быть устройство. Можно взять за основу показатели, о которых мы упомянули выше. Именно солнечный свет, его интенсивность и количество солнечных дней в году являются основной такого расчета. Специалисты же утверждают, что коллектор может работать как сезонный агрегат, а может и как круглогодичный.

Что нужно сделать для второго варианта?

Увеличить поверхность нагрева.
Установить двойной контур.
Провести монтаж двух радиаторов.
Усилить теплоизоляцию.
Использовать в качестве теплоносителя антифриз.

Именно такое устройство может работать невзирая ни на погоду, ни на время суток, ни на наличие солнца.

Как сделать солнечный коллектор для отопления своими руками: пошаговое руководство

Принцип работы